Гальванические элементы делятся на первичные и вторичные.

Первичные гальванические элементы — это электрохимические источники тока, которые предназначены для одноразового использования. Они не подлежат восстановлению после разряда, так как реакция, происходящая в них, необратима. Примерами первичных элементов являются батареи Лекланше, щелочные батареи и угольно-цинковые батареи.

Вторичные гальванические элементы — это аккумуляторы, которые можно многократно заряжать и разряжать, так как реакции в них обратимы. Примерами вторичных элементов являются свинцово-кислотные аккумуляторы, литий-ионные и никель-кадмиевые батареи.

Устройство батареи Лекланше

Батарея Лекланше — это первичный гальванический элемент, состоящий из:

Анода: металлический цинк, который служит источником электронов и окисляется.Катода: смесь угля $графита$ и диоксида марганца $MnO2$, которая восстанавливается.Электролита: раствор аммоний хлорида $NH4Cl$ и иногда добавляется водный раствор цинка $ZnCl2$.

Батарея Лекланше называют "сухой батареей", так как электролит в ней находится в виде пасты, что делает ее удобной для использования и предотвращает утечку жидкостей, что характерно для традиционных жидкостных батарей.

Недостатки батареи ЛекланшеНевозможность перезарядки: После разряда батарею нельзя восстановить.Ограниченный срок хранения: Даже в неиспользуемом состоянии со временем снижается эффективность элементов.Низкая энергетическая плотность: По сравнению с другими типами батарей, такими как щелочные или литий-ионные.Электродные процессы

На аноде $цинк$:
$$\text{Zn}\to {\text{Zn}}^{2+}+2{\text{e}}^{-}$$

На катоде $угольсдиоксидоммарганца$:
$${\text{2MnO}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}+2{\text{e}}^{-}\to {\text{Mn}}_2{\text{O}}_3+2{\text{OH}}^{-}$$

Общая реакция:
$$\text{Zn}+2{\text{MnO}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{Zn}}^{2+}+{\text{Mn}}_2{\text{O}}_3+2{\text{OH}}^{-}$$

Расчет ЭДС и энергии Гиббса

Для расчетов необходимо воспользоваться стандартными электрохимическими потенциалами $ЭНП$ веществ:

Стандартный электродный потенциал цинка: $-0.76\text{В}$Стандартный электродный потенциал для реакции с диоксидом марганца: около +0.10 В

Общая ЭДС электрохимической ячейки может быть рассчитана как разность потенциалов катода и анода:
$$E<em>\text{cell}=E</em>\text{катод}-E_{\text{анод}}=0.10\text{В}-(-0.76\text{В})=0.86\text{В}$$

Теперь, чтобы рассчитать изменение энергии Гиббса $(\Delta G^{\circ })$, используем связь между ЭДС и $\Delta G^{\circ }$:
$$\Delta G^{\circ }=-nF{E}_{\text{cell}}$$ где $n$ - количество молей электронов $вданнойреакции(n=2)$, $F$ - постоянная Фарадея $(96485\text{Кл/моль})$.

Подставим значения:
$$\Delta G^{\circ }=-2\cdot 96485\cdot 0.86=-166,965\text{Дж}\approx -167\text{kJ}$$

Таким образом, мы узнали основные характеристики и недостатки батареи Лекланше, а также рассчитали ЭДС и изменение энергии Гиббса.