ogniwo galwaniczne

ogniwo galwaniczne, ogniwo elektrochemiczne,

źródło energii elektrycznej, składające się zwykle z 2 różnych półogniw (elektroda) stykających się od strony elektrolitu bezpośrednio (jeśli elektrolit jest wspólny) albo pośrednio poprzez błonę półprzepuszczalną lub klucz elektrolityczny.

W ogniwie galwanicznym energia elektryczna może powstawać w wyniku procesów fizycznych, jeśli oba półogniwa mają ten sam skład chemiczny, a różnica ich potencjałów (potencjał elektrody) jest wywołana różnicą właściwości fizycznych, np. różnicą stężeń (ściślej aktywności) albo ciśnień biorącego udział w reakcjach elektrochemicznych składnika obu półogniw — energia elektryczna w ogniwie stężeniowym powstaje w wyniku procesu wyrównywania obu stężeń. Największe znaczenie w praktyce, zwłaszcza jako chemiczne źródła prądu stałego, mają ogniwa chemiczne, w których energia elektryczna powstaje kosztem chemicznej reakcji utleniania-redukcji, o reakcjach połówkowych przebiegających: jedna (utlenianie) na anodzie, a druga (redukcja) na katodzie. Budowę ogniwa galwanicznego można przedstawić w postaci schematu: M₁ |  ¦  | M₂; linia ciągła oznacza granicę faz elektroda (M₁ lub M₂) — roztwór (zawierający jony M^z+₁ lub M^s+₂), linia przerywana — granicę zetknięcia 2 roztworów o różnym składzie. Na elektrodach przebiegają odpowiednio reakcje: utleniania M₁ =  + ze oraz redukcji  + se = M₂, w wyniku których elektrody uzyskują potencjał elektrostatyczny. Różnicę potencjałów między biegunami otwartego ogniwa galwanicznego (tzn. ogniwa, przez które nie płynie prąd elektryczny) nazywa się siłą elektromotoryczną ogniwa (SEM). Po połączeniu elektrod przewodem zewnętrznym popłynie w nim prąd elektryczny od katody (–) do anody (+). Źródłem energii elektrycznej wytwarzanej w ogniwie galwanicznym jest reakcja chemiczna będąca sumaryczną reakcją obu reakcji elektrodowych sM₁ +z = s + zM₂ . SEM ogniwa galwanicznego, wynoszącą zwykle 1–2 V, można sumować łącząc szeregowo zespół ogniw w baterie. Przemiana energii chemicznej w energię elektryczną zachodzi w ogniwie galwanicznym z bardzo dużą wydajnością. Ogniwa galwaniczne, w których reakcje chemiczne przebiegają w sposób nieodwracalny, noszą nazwę ogniw pierwotnych, te zaś, w których procesy elektrodowe biegną w sposób odwracalny, tzn. możliwa jest regeneracja materiału elektrod i elektrolitu przez odwrócenie kierunku reakcji w wyniku przepuszczania przez układ prądu stałego z zewnętrznego źródła oraz nie zachodzą żadne inne procesy nieodwracalne, określa się nazwą ogniwa wtórne (ogniwa odwracalne, akumulatory elektryczne). Ogniwa galwaniczne pierwotne są jednorazowe, nie można ich regenerować (wyrzuca się je po zużyciu pierwotnych reagentów), ogniwa galwaniczne wtórne, w których reakcje elektrochemiczne podczas ładowania (magazynowania energii chemicznej) zachodzą w przeciwnym kierunku niż podczas pracy (rozładowania), są używane wielokrotnie; cykl ładowanie–rozładowanie może być powtarzany wielkorotnie (nawet kilka tysięcy razy). Wyjątkowo dużą sprawność mają ogniwa paliwowe. Pierwsze ogniwo, tzw. stos Volty, skonstruował 1800 A. Volta. Ważne znaczenie historyczne mają (obecnie nie stosowane): ogniwo Daniella (wynalezione 1835 przez angielskiego chemika J.E. Daniella), ogniwo Bunsena (wynalezione 1841, obecnie o znaczeniu historycznym) oraz ogniwo (normalne) Clarka (wynalezione 1874 przez angielskiego elektrotechnika J.L. Clarka; używane dawniej jako wzorzec SEM). Obecnie wykorzystuje się wiele typów ogniw, m.in. ogniwo Leclanchégo oraz — mające w porównaniu z nim korzystniejsze właściwości (większą trwałość, szerszy zakres temperatury pracy) — ogniwa alkaliczne, np. ogniwo manganowo-cynkowe, ogniwo srebrowe, a także ogniwo rtęciowe; jednym z najnowocześniejszych ogniw pierwotnych jest ogniwo litowe; do najczęściej stosowanych w przenośnych urządzeniach elektronicznych ogniw wtórnych należą: akumulator niklowo-kadmowy, akumulator niklowo-wodorkowy, akumulator niklowo-żelazowy, a w technice motoryzacyjnej i jako awaryjne źródło prądu — akumulator kwasowy (akumulator ołowiowy); do celów specjalnych (np. w okrętach podwodnych, statkach kosmicznych) stosuje się ogniwa paliwowe.