В аккумуляторной технике концентрационный элемент — это ограниченная форма гальванического элемента , имеющая две эквивалентные полуэлементы одного и того же состава, отличающиеся только концентрациями . Потенциал, развиваемый такой ячейкой, можно рассчитать, используя уравнение Нернста . [1] Концентрационная ячейка производит небольшое напряжение , пытаясь достичь химического равновесия , которое происходит, когда концентрации реагента в обеих полуячейках равны. Поскольку разница концентраций на порядок величины дает менее 60 милливольт при комнатной температуре, концентрационные ячейки обычно не используются для хранения энергии .
Концентрационная ячейка генерирует электричество за счет уменьшения термодинамической свободной энергии электрохимической системы, поскольку уменьшается разница химических концентраций в двух полуячейках. Та же реакция происходит в полуклетках, но в противоположных направлениях, увеличивая более низкую и уменьшая более высокую концентрацию. Энергия генерируется из тепловой энергии, которую клетка поглощает в виде тепла при прохождении электричества. Такое генерирование электричества из тепловой энергии окружающей среды без температурного градиента возможно, поскольку сближение химических концентраций в двух полуячейках увеличивает энтропию, и это увеличение более чем компенсирует уменьшение энтропии при преобразовании тепла в электрическую энергию.
Методы химического анализа с использованием концентрационной ячейки сравнивают раствор известной концентрации с неизвестной, определяя концентрацию неизвестного вещества с помощью уравнения Нернста или сравнительных таблиц по группе стандартов.
Коррозия концентрационной ячейки возникает, когда два или более участка металлической поверхности контактируют с разными концентрациями одного и того же раствора. Существует два основных типа концентрационных клеток.
Концентрационные ячейки могут быть электродными концентрационными ячейками или концентрационными ячейками электролитов.
Ячейка для концентрации электролита . В этой конкретной электрохимической ячейке электроды в обеих полуячейках состоят из идентичных веществ, а электролит представляет собой раствор одного и того же вещества, хотя и с разными концентрациями.
Электродная концентрационная ячейка . В этой конкретной электрохимической ячейке два электрода, состоящие из одного и того же вещества, но с разными концентрациями, погружены в общий раствор.
В присутствии воды высокая концентрация ионов металлов будет существовать под облицовочными поверхностями , а низкая концентрация ионов металлов будет существовать рядом с щелью , образованной облицовочными поверхностями. Между двумя точками будет существовать электрический потенциал . Область металла, контактирующая с более низкой концентрацией ионов металлов, будет катодной и будет защищена, а область металла, контактирующая с более высокой концентрацией ионов металла, будет анодной и подвергнутой коррозии. [ нужна цитата ]
Вода, контактирующая с металлической поверхностью, обычно содержит растворенный кислород . Кислородная ячейка может возникнуть в любой точке, где кислород из воздуха не может равномерно диффундировать в раствор, тем самым создавая разницу в концентрации кислорода между двумя точками. Коррозия будет происходить в зонах с низкой концентрацией кислорода, которые являются анодными.
Если металл защищен от коррозии плотно прилегающей пассивной пленкой (обычно оксидом ) и отложениями солей на поверхности в присутствии воды, активный металл под пленкой будет подвергаться коррозионному воздействию в местах, где пассивная пленка повреждена. . Электрический потенциал будет развиваться между большой площадью пассивной пленки (катодом) и небольшой площадью открытого активного металла (анодом). Результатом станет быстрое изъязвление активного металла.
Эта статья включает в себя общедоступный материал из журнала Concentration Cell Corrosion. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства .