устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 в. (например, батарея Вольта, элемент Лекланше). Однако вплоть до 40-х гг. 20 в. в мире было разработано и реализовано в конструкциях не более 5 типов гальванических пар. С середины 40-х гг. вследствие развития радиоэлектроники (См. Радиоэлектроника) и широкого использования автономных И. т. создано ещё около 25 типов гальванических пар. Теоретически в И. т. может быть реализована свободная энергия химических реакции практически любого окислителя и восстановителя, а следовательно, возможна реализация несколько тысяч гальванических пар. Принципы работы большинства физических И. т. были известны уже в 19 в. В дальнейшем вследствие быстрого развития и совершенствования Турбогенераторы и Гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Физические И. т., основанные на других принципах, получили промышленное развитие лишь в 50-60-х гг. 20 в., что обусловлено возросшими и достаточно специфическими требованиями современной техники. В 60-х гг. технически развитые страны уже имели промышленные образцы термогенераторов, термоэмиссионных генераторов (СССР, ФРГ, США), атомных батарей (Франция, США, СССР).

Технический прогресс, проникновение электротехники и электроники на транспорт, в быт, медицину и т. д. стимулировали разработку автономных источников электропитания, среди которых химические И. т. в количественном отношении заняли видное место, став продукцией массового потребления. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, средства ж.-д. транспорта, автомобили, тракторы, самолёты, искусственные спутники, космические корабли, средства связи и многое другое оснащены малогабаритными И. т.

Теория И. т. предусматривает исследование всех стадий процесса генерирования электрического тока на основе современных представлений о физике твёрдого тела, жидкости и газа, о процессах переноса зарядов и электрохимических реакциях. Теория И. т. изучает также вопросы оптимизации, включающие как выбор исходных параметров, обеспечивающих оптимальные выходные характеристики И. т., так и разработку методов прогнозирования характеристик будущих И. т. К важнейшим характеристикам И. т. относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма и т. д.), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).

Химическими источниками тока принято называть устройства, вырабатывающие электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические И. т. подразделяются на первичные, вторичные и резервные, а также электрохимические генераторы. Первичные И. т. (гальванические элементы и батареи) допускают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов. Отдельные конструкции гальванических элементов и батарей разрешают кратковременное повторное использование энергии реагентов после электрической подзарядки. Положительный (катод) и отрицательный (анод) электроды, разделённые электролитом в жидком или пастообразном состоянии или же пористой мембраной-сепаратором с поглощённым в ней электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы И. т.

Вторичные И. т. (отдельные Аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное (сотни и тысячи заряд-разрядных циклов) использование энергии составляющих химических реагентов. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов в некоторых специфических условиях эксплуатации разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов. Такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом.

Резервные И. т. допускают только однократное использование энергии химических реагентов. В отличие от гальванических элементов и аккумуляторов, в резервных И. т. электролит при хранении никогда гальванически не связан с электродами. Он хранится в жидком состоянии (в стеклянных, пластмассовых или металлических ампулах) либо в твёрдом (но неэлектропроводном) состоянии в межэлектродных зазорах. При подготовке к работе резервных И. т. ампулы разрушают сжатым воздухом, взрывом, а кристаллы твёрдого электролита расплавляют с помощью электрического или пиротехнического разогрева. Резервные И. т. применяют для питания электрической аппаратуры, которая долгое время может (вынуждена) находиться в резервном (неработающем) состоянии. Срок хранения современных резервных И. т. превышает 10-15 лет.

Электрохимические генераторы (топливные элементы (См. Топливный элемент)) представляют собой разновидность химических И. т. Электрохимические генераторы способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток в результате преобразования энергии химических реагентов (газообразных или жидких), поступающих в генератор извне.

К 1970 в США и СССР были созданы промышленные образцы электрохимических генераторов. Ведутся интенсивные работы по созданию электрохимических генераторов для космических объектов, электромобилей, стационарных установок и т. д. Разрабатываются разновидности электрохимических генераторов (высоко-, средне- и низкотемпературные, на газообразных, жидких и твёрдых реагентах и т. д.), из которых наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую. (Подробнее о химических И. т. см. в ст. Химические источники тока.)

Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим И. т. относят: электромашинные генераторы, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей вт до сотен Мвт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и т. д.), по роду первичного двигателя (дизель-генераторы, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т. д. Благодаря длительному периоду теоретического, конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа И. т. достигли значений, близких к предельным (см. Генератор электромашинный).

Работа термоэлектрического генератора (ТЭГ) основана на использовании Зеебека эффекта. Рабочим материалом в ТЭГ служат различные полупроводниковые соединения кремния, германия и т. п. (как правило, твёрдые растворы). Кпд ТЭГ от 3 до 15\% в диапазоне температур от 100 до 1000°C. Исследования ТЭГ ведутся в СССР, США, Франции и др. Области возможного применения ТЭГ: автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, медицине), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др. (см. Термоэлектрический генератор).

Принцип работы термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) основан на использовании термоэмиссионного эффекта (испускание электронов поверхностью нагретого металла). Термоэмиссионный поток электронов зависит главным образом от температуры и свойств поверхности материала. Кпд отдельных лабораторных образцов ТЭП достигает 30\%, а действующих энергетических установок 15\% (при электрической мощности, снимаемой с единицы поверхности катода, - 30 вт/см²). Наиболее перспективно применение ТЭП в качестве автономных источников электроэнергии большой мощности (до 100 квт). Работы по ТЭП ведутся в СССР, США, ФРГ, Франции и др. (см. Термоэмиссионный преобразователь энергии).

Принцип действия И. т., преобразующих энергию солнечного излучения, основан на использовании внутреннего фотоэффекта (см. Фотоэлектрические явления). Фотоэлектрический генератор (Солнечная батарея) представляет собой совокупность вентильных фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможно лишь после создания в 1953 высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие образцы кремниевых фотоэлементов имеют кпд около 15\%; срок службы их практически неограничен. Солнечные батареи применяются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение как источники энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных станциях и космических кораблях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году, например в Туркменской ССР, Индии, Пакистане (см. Гелиотехника).

И. т., преобразующие энергию атомного распада (атомные батареи), используют кинетическую энергию электронов, образующихся при β-распаде. Эти И. т. находились к 1971 в стадии разработки, и их практическое использование требует решения многих конструкторских и технологических задач. Кпд атомных батарей невысок (до 1\%), а область применения может быть определена лишь после накопления достаточного опыта их использования.

Лит. см. при статьях с описанием конкретных типов источников тока.

Н. С. Лидоренко.

устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счёт прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительных реакций. Первые Х. и. т. созданы в 19 в. (Вольтов столб, 1800; элемент Даниела - Якоби, 1836; Лекланше элемент, 1865, и др.). До 60-х гг. 19 в. Х. и. т. были единственными источниками электроэнергии для питания электрических приборов и для лабораторных исследований. Основу Х. и. т. составляют два электрода (один - содержащий окислитель, другой - восстановитель), контактирующие с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов - Электродвижущая сила (эдс), соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие Х. и. т. основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на отрицательном электроде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят по внешней цепи (создавая разрядный ток) к положительному электроду, где участвуют в реакции восстановления окислителя.

В зависимости от эксплуатационных особенностей и от электрохимической системы (совокупности реагентов и электролита) Х. и. т. делятся на гальванические элементы (обычно называются просто элементами), которые, как правило, после израсходования реагентов (после разрядки) становятся неработоспособными, и Аккумуляторы, в которых реагенты регенерируются при зарядке - пропускании тока от внешнего источника (см. Зарядное устройство). Такое деление условно, т.к. некоторые элементы могут быть частично заряжены. К важным и перспективным Х. и. т. относятся топливные элементы (См. Топливный элемент) (электрохимические генераторы (См. Электрохимический генератор)), способные длительно непрерывно работать за счёт постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Конструкция резервных химических источников тока (См. Резервный химический источник тока) позволяет сохранять их в неактивном состоянии 10-15 лет (см. также Источники тока).

С начала 20 в. производство Х. и. т. непрерывно расширяется в связи с развитием автомобильного транспорта, электротехники, растущим использованием радиоэлектронной и др. аппаратуры с автономным питанием. Промышленность выпускает Х. и. т., в которых преимущественно используются окислители PbO₂, NiOOH, MnO₂ и др., восстановителями служат Pb, Cd. Zn и др. металлы, а электролитами - водные растворы щелочей, кислот или солей (см., например, Свинцовый аккумулятор).

Основные характеристики ряда Х. и. т. приведены в табл. Лучшие характеристики имеют разрабатываемые Х. и. т. на основе более активных электрохимических систем. Так, в неводных электролитах (органических растворителях, расплавах солей или твёрдых соединениях с ионной проводимостью) в качестве восстановителей можно применять щелочные металлы (см. также Расплавные источники тока). Топливные элементы позволяют использовать энергоёмкие жидкие или газообразные реагенты.

Лит.: Дасоян М. А., Химические источники тока, 2 изд., Л., 1969: Романов В. В., Хашев Ю. М., Химические источники тока, М., 1968; Орлов В. А., Малогабаритные источники тока, 2 изд., М., 1970; Вайнел Д. В., Аккумуляторные батареи, пер. с англ., 4 изд., М. - Л., 1960; The Primary Battery, ed. G. W. Heise, N. C. Cahoon, v. 1, N. Y. - L., 1971.

В. С. Багоцкий.

Характеристики химических источников тока

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| Тип источника | Состоя- | Электрохи- | Разряд- | Удельная | Удельная мощность, | Другие |

| тока | ние разра- | мическая | ное напря- | энергия, | вт/кг | показатели |

| | ботки* | система | жение, в | вт·ч/кг |---------------------------------------| |

| | | | | | Номи- | Макси- | |

| | | | | | нальная | мальная | |

| | | | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Гальванические элементы | Сохранность, |

| | годы |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Марганцевые | А | (+) MnO₂ | NH₄ | 1,5-1,0 | 20-60 | 2-5 | 20 | 1-3 |

| солевые | | Cl, ZnCl₂ | | | | | |

| | | | Zn(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Марганцевые | А | (+)MnO₂| KOH | 1,5-1,1 | 60-90 | 5 | 20 | 1-3 |

| щелочные | | | Nn(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Ртутно-цинковые | А | (+)HgO | KOH | 1,3-1,1 | 110-120 | 2-5 | 10 | 3-5 |

| | | | Zn | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Литиевые | Б | (+) (C) | SOCl_2, | 3,2-2,6 | 300-450 | 10-20 | 50 | 1-5 |

| неводные | | LiAlCl₄ | Li(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Аккумуляторы | Срок службы, |

| | циклы |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Свинцовые | А | (+)PbO₂ | | 2,0-1,8 | 25-40 | 4 | 100 | 300 |

| кислотные | | H2SO₄ | Pb(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Кадмиево- и | А | (+)NiOOH | | 1,3-1,0 | 25-35 | 4 | 100 | 2000 |

| железо- | | KOH | Cd, | | | | | |

| никелевые | | Fe(-) | | | | | |

| щелочные | | | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Серебряно- | А | (+)Ag₂O AgO | | 1,7-1,4 | 100-120 | 10-30 | 600 | 100 |

| цинковые | | KOH | Zn(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Никель- | Б | (+)NiOOH | | 1,6-1,4 | 60 | 5-10 | 200 | 100-300 |

| цинковые | | KOH | Zn(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Никель- | Б | (+)NiOOH | | 1,3-1,1 | 60 | 10 | 40 | 1000 |

| водородные | | KOH | | | | | | |

| | | H₂(Ni) (-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Цинк-воздушные | В | (+)O₂(C) | | 1,2-1,0 | 100 | 5 | 20 | (100) |

| | | KOH | Zn(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Серно- | В | (+)SnaO• | 2,0-1,8 | 200 | 50 | 200 | (1000) |

| натриевые | | 9Al₂O₃| Na(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Топливные элементы | Ресурс |

| | работы, ч |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Водородно- | Б | (+)O₂(C,Ag) | | 0,9-0,8 | - | - | 30-60 | 1000-5000 |

| кислородные | | KOH | | | | | | |

| | | H₂(Ni)(-) | | | | | |

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Гидразино- | Б | (+)O₂(C,Ag) | | 0,9-0,8 | - | - | 30-60 | 1000-2000 |

| кислородные | | KOH | N₂H₄(Ni)(- | | | | | |

| | | ) | | | | | |

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

* A - серийное производство, Б - опытное производство, В - в стадии разработки (характеристики ожидаемые).

Примечание. Характеристики (особенно удельная мощность) ориентировочные, так как данные разных фирм и разных авторов не совпадают.

атомная батарея, источник тока, преобразующий энергию, выделяющуюся при радиоактивном распаде, в энергию электрического тока (см. Радиоактивность). Я. б. используют преимущественно в портативной радиоаппаратуре, наручных часах, слуховых аппаратах, измерительных приборах. В зависимости от способа превращения ядерной энергии в электрическую Я. б. можно разделить на 2 типа: 1) с прямым зарядом электродов, при котором заряженные частицы, вылетающие с одного электрода (эмиттера), накапливаются на другом электроде (коллекторе), образуя разность потенциалов; 2) с преобразованием кинетической энергии испускаемых заряженных частиц в электрическую энергию при помощи промежуточных сред - газообразных, жидких или твёрдых; в этом случае используют явления контактной разности потенциалов электродов в ионизированном газе, электрохимические генерации энергии из радикальных и молекулярных продуктов, образующихся под действием радиоактивного излучения на электролит, а также полупроводниковые р - n-переходы. Источником заряженных частиц (β-частиц, α-частиц, осколков деления ядер) в Я. б. служат либо радиоактивные изотопы, либо нерадиоактивные элементы (например, серебро), активируемые в ядерном реакторе (См. Ядерный реактор) при нейтронном облучении.

Н. С. Лидоренко.