Keemiline vooluallikas

Keemiline vooluallikas on seade, milles elektrokeemilises reaktsioonis vabanev energia muundub vahetult elektrienergiaks.
Liigitus ja terminid.
Keemilised vooluallikad jagunevad ühekordselt ja mitmekordselt kasutatavaiks. Esimesi saab tühjendada, s.t neist energiat elektrivooluna tarbida ühekordselt (pidevalt või vaheaegadega), korduvalt kasutatavad vooluallikad on tühjendamise järel elektrivooluga laetavad; laadimisel muundub tarbitav elektrienergia aktiivainete keemiliseks energiaks.
Ühekordselt kasutatav keemiline vooluallikas on tehnikaterminites väljendatuna primaarne (esmane) vooluallikas, lühemalt primaarvooluallikas ehk primaarallikas, ja laetav keemiline vooluallikas on sekundaarne (teisene) vooluallikas, lühemalt sekundaarvooluallikas ehk sekundaarallikas.
Primaarvooluallika algüksus on primaarelement ja sekundaarvooluallika algüksus on sekundaarelement. Primaarelemendi kohta kasutatakse veel ka ajaloolist nimetust galvaanielement. Sekundaarelemendi tuntum nimetus on akuelement.
Kaks või enam elektriliselt ühendatud elementi moodustavad patarei. Primaarelementide ühendamisel saadakse primaarpatarei. Sekundaarelementide ühendusena saadud sekundaarpatareid tuntakse rohkem akupatareina.
Igapäevases keelekasutuses on välja kujunenud lühinimetused: kõiki ühekordselt kasutatavaid keemilisi vooluallikaid (seega siis ka üksikuid primaarelemente) nimetatakse patareideks (nt kellapatarei) ja laetavaid allikaid (ka mitmest elemendist koosnevaid) akudeks (nt autoaku).
Mõnes seoses tähendab patarei mistahes liiki keemilist vooluallikat; nii võib seadme (taskulambi, seinakella, juhtmeta hiire) patareitoite (s.t mitte võrgutoite) allikaks olla üks või mitu nn ümarpatareid või vastavat akut. Inglise keeles ongi "battery" üldiselt kasutusel selles laias tähenduses. Primaar-sekundaar-liigitus on eri keeltes samatähenduslik.
Üldine ehitus ja talitlus.
Keemilise vooluallika põhiosadeks on positiivne ja negatiivne elektrood ning elektrolüüt. Elektroodi aktiivainena kasutatakse elektrokeemiliselt aktiivseid metalle ja nende keemilisi ühendeid. Elektrolüüdiks on hapete, aluste ja soolade lahused või ioonvedelikud.
Keemilises vooluallikas toimuvad elektrokeemilised protsessid põhinevad redoksreaktsioonidel. Vooluallika elemendi negatiivne elektrood on niisugusest metallist, mis elektrolüüdiga reageerides oksüdeerub. Oksüdeerumisprotsessis eralduvad metalli aatomeist elektronid, s.o negatiivse laengu kandjad. Kui ühendada vooluallika klemmidega elektritarviti, moodustub vooluring ja elektronid liiguvad välisahelas negatiivselt elektroodilt positiivsele, s.t tekib elektrivool. Positiivsel elektroodil osalevad elektronid reduktsioonireaktsioonis.
Elektrolüüdis kannavad laengut ühelt elektroodilt teisele ioonid. Elektroode eraldav separaator võib olla immutatud elektrolüüdilahusega või sisaldada tahkiselektrolüüti.
Voolu tarbimisel toimib positiivne elektrood vooluallika sees katoodina ning negatiivne elektrood anoodina. Vastupidisel juhul – kui keemilise vooluallika laadimisel toimub elektrolüüsiprotsess – vahetavad katood ja anood kohad, nii et oksüdatsioon leab aset positiivsel elektroodil ja reduktsioon negatiivsel elektroodil.
Ühendamine.
Enamasti ühendatakse primaar- ja sekundaarvooluallikate elemendid patareis järjestikku ehk jadamisi, kui on vaja saada kõrgemat pinget. Elementide paralleel- ehk rööpühenduse korral on patarei suuteline andma tugevamat voolu.
Elektrokeemiliste vooluallikate süsteeme.
Keemiliste vooluallikate IEC-tüübitähise esimene täht määratleb elemendi elektrokeemilise süsteemi ja ühtlasi tema nimipinge.
Tabelis on laetavad vooluallikad paksus kirjas ja eriotstarbelised kaldkirjas.