Является ли электрохимическая ячейка электролитической?Поймите ключевые различия

Электрохимический элемент - это широкое понятие, которое охватывает как гальванические (вольтовы) элементы, так и электролитические. Хотя в обоих типах элементов происходят электрохимические реакции, они отличаются по своей функциональности и назначению. Гальванические элементы генерируют электрическую энергию в результате спонтанных химических реакций, в то время как электролитические элементы используют электрическую энергию для запуска неспонтанных химических реакций, таких как электролиз. Поэтому электрохимическая ячейка - это не только гальваническая ячейка, а скорее электролитическая ячейка - это особый тип электрохимической ячейки, предназначенной для неспонтанных реакций, протекающих под действием внешней электрической энергии.

Ключевые моменты объяснены:

1. Определение электрохимических ячеек:

   • Электрохимические ячейки - это устройства, преобразующие химическую энергию в электрическую или наоборот. Они состоят из двух электродов (анода и катода), погруженных в раствор электролита.
   • Термин "электрохимический элемент" - это общая классификация, которая включает в себя как гальванические (вольтовы) элементы и электролитические элементы .

2. Гальванические (вольтаические) элементы:

   • Эти элементы вырабатывают электрическую энергию в результате спонтанных химических реакций.
   • Реакции в гальванических элементах имеют отрицательную свободную энергию Гиббса, что означает, что они протекают естественным образом без притока энергии извне.
   • Примером могут служить такие батареи, как щелочные или литий-ионные, которые вырабатывают электричество в результате спонтанных окислительно-восстановительных реакций.

3. Гальванические элементы:

   • Эти элементы используют электрическую энергию для приведения в действие неспонтанных химических реакций, таких как электролиз.
   • Реакции в электролитических элементах имеют положительную свободную энергию Гиббса, что означает, что для их протекания требуется внешний источник энергии.
   • Примерами могут служить гальваника, электролиз воды (для получения водорода и кислорода) и рафинирование металлов, например алюминия.

4. Основные различия между гальваническими и электролитическими элементами:

   • Преобразование энергии:
     • Гальванические элементы преобразуют химическую энергию в электрическую.
     • Электролитические элементы преобразуют электрическую энергию в химическую.
   • Спонтанность реакции:
     • В гальванических элементах происходят спонтанные реакции.
     • В электролитических элементах реакции протекают неспонтанно.
   • Внешний источник энергии:
     • Гальванические элементы не требуют внешнего источника энергии.
     • Электролитические элементы требуют внешнего источника энергии для запуска реакции.
   • Полярность электродов:
     • В гальванических элементах анод отрицательный, а катод положительный.
     • В электролитических элементах анод положительный, а катод отрицательный.

5. Практическое применение:

   • Гальванические элементы:
     • Используются в батареях для портативной электроники, транспортных средств и накопителей возобновляемой энергии.
   • Электролитические элементы:
     • Используются в таких промышленных процессах, как рафинирование металлов, нанесение гальванических покрытий и производство водорода.

6. Перезаряжаемые и неперезаряжаемые элементы:

   • Перезаряжаемые элементы (например, литий-ионные батареи) могут функционировать как гальванические и электролитические элементы. Они вырабатывают электричество при разрядке (гальванический режим) и заряжаются при подаче внешнего напряжения (электролитический режим).
   • Неперезаряжаемые элементы (например, щелочные батарейки) работают только в гальваническом режиме и не могут быть перезаряжены.

7. Топливные элементы:

   • Топливные элементы - это тип электрохимических элементов, которые непрерывно вырабатывают электричество при условии подачи топлива (например, водорода) и окислителя (например, кислорода).
   • Они отличаются от гальванических и электролитических элементов непрерывной работой и зависимостью от внешних источников топлива.

В целом, все электролитические элементы являются электрохимическими элементами, но не все электрохимические элементы являются электролитическими. Различие заключается в их назначении, спонтанности реакций и процессах преобразования энергии. Понимание этих различий имеет решающее значение для выбора подходящего типа ячейки для конкретных применений, будь то хранение энергии, промышленные процессы или портативные энергетические решения.

Сводная таблица:

Характеристика	Гальванические (вольтаические) элементы	Электролитические элементы
Преобразование энергии	Химическая → Электрическая	Электрическая → Химическая
Реакция Спонтанность	Спонтанный	Неспонтанная
Внешний источник энергии	Не требуется	Требуется
Полярность электродов	Анод: Отрицательный, катод: положительный	Анод: Положительный, Катод: Отрицательный
Применение	Аккумуляторы, портативная электроника	Гальваника, рафинирование металлов

Нужна помощь в выборе подходящей электрохимической ячейки для вашего применения? Свяжитесь с нашими экспертами сегодня !