В технологии аккумуляторов концентрационная ячейка представляет собой ограниченную форму гальванического элемента , который имеет две эквивалентные полуячейки одинакового состава, отличающиеся только концентрациями . Можно рассчитать потенциал, развиваемый такой ячейкой, используя уравнение Нернста . [1] Концентрационная ячейка вырабатывает небольшое напряжение , пытаясь достичь химического равновесия , которое происходит, когда концентрация реагента в обеих полуячейках одинакова. Поскольку разница в концентрации на порядок величины дает менее 60 милливольт при комнатной температуре, концентрационные ячейки обычно не используются для хранения энергии .
Концентрационная ячейка генерирует электричество из снижения термодинамической свободной энергии электрохимической системы, поскольку разница в химических концентрациях в двух полуячейках уменьшается. Та же самая реакция происходит в полуячейках, но в противоположных направлениях, увеличивая более низкую и уменьшая более высокую концентрацию. Энергия генерируется из тепловой энергии, которую ячейка поглощает в виде тепла, по мере того как течет электричество. Такое производство электричества из окружающей тепловой энергии , без градиента температуры , возможно, потому что 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 с помощью уравнения Нернста или сравнительных таблиц по группе стандартов.
Коррозия концентрационных ячеек происходит, когда две или более областей металлической поверхности контактируют с различными концентрациями одного и того же раствора. Существует два основных типа концентрационных ячеек.
Ячейки концентрации могут быть электродными ячейками концентрации или ячейками концентрации электролита.
Ячейка концентрации электролита . В этой конкретной электрохимической ячейке электроды в обеих полуячейках состоят из идентичных веществ, в то время как электролит представляет собой раствор того же вещества, хотя и с различной концентрацией.
Ячейка концентрации электродов . В этой 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 металла будет существовать под прилегающими поверхностями , а низкая концентрация ионов металла будет существовать рядом с щелью , созданной прилегающими поверхностями. Между двумя точками будет существовать электрический потенциал . Область металла, контактирующая с более низкой концентрацией ионов металла, будет катодной и будет защищена, а область металла, контактирующая с более высокой концентрацией ионов металла, будет анодной и подвергнется коррозии. [ необходима цитата ]
Вода, контактирующая с металлической поверхностью, обычно содержит растворенный кислород . Кислородная ячейка может образоваться в любой точке, где кислород воздуха не может равномерно диффундировать в раствор, тем самым создавая разницу в концентрации кислорода между двумя точками. Коррозия будет происходить в области с низкой концентрацией кислорода, которая является анодной.
Если металл защищен от коррозии плотно прилегающей пассивной пленкой (обычно оксидом ) и солевыми отложениями на поверхности в присутствии воды, активный металл под пленкой будет подвергаться коррозионному воздействию в областях, где пассивная пленка нарушена. Между большой площадью пассивной пленки (катодом) и небольшой площадью открытого активного металла (анодом) возникнет электрический потенциал. Это приведет к быстрой питтинговой коррозии активного металла.
В статье использованы общедоступные материалы из Concentration Cell Corrosion. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства .