химический каталог




Электрохимическая энергетика

Автор Н.В.Коровин

атоде идет электрохимическое восстановление кислорода (окислителя):

1/2 02+Н2О + 2е--2 0Н-. (1.6)

Гидроксид-ионы двигаются в элементе от катода к аноду, а электроны во внешней цепи от анода к катоду. Суммируя реакции (1.5) и (1.6), получаем реакцию (1.4).

Поскольку во внешней цепи перемещаются электроны, т.е. возникает электрический ток, то в ТЭ химическая энергия реакции (1-4) преобразуется в электрическую энергию.

Для осуществления (1.4) по электрохимическому пути необходимо разделить окислитель и топливо, обеспечить протекание (1.5) и (1.6) и направленное движение ионов и электронов. Все эти функции выполняет ТЭ. Простейшая схема ТЭ приведена на рис. 1.1,6. Электроды ТЭ обеспечивают протекание электрохимических реакций, подвод и отвод электронов, электролит - движение ионов и разделение окислителя и восстановителя.

В отличие от ПЭ топливный элемент может работать длительно. Он преобразует химическую энергию в электрическую до тех пор, пока в него поступают реагенты. Срок действия ТЭ определяется не запасом реагентов, как в ПЭ, а другими причинами, которые будут рассмотрены позднее.

(1.7)

Электролизная ячейка. Процесс преобразования электрической энергии в химическую происходит в электролизных ячейках (ЭЯ), в которых под действием электрического тока протекают химические реакции (электролиз). Например, при электролизе вода разлагается на водород и кислород:

Н20 - Н2 + 1/2 02.

Как видно, реакция (1.7) является обратной реакцией (1.4).

Простейшая электролизная ячейка, как и элемент, состоит из двух электродов и ионного проводника (электролита) между ними. Под действием электрического тока на катоде ячейки идет электрохимическое восстановление окислителя, на аноде -электрохимическое окисление восстановителя. В электролите двигаются ионы между электродами.

Например, при электролизе воды в ячейке с щелочным электролитом на катоде идет реакция

9

(1.8)

2Н20 + 2е--Н2-к2 0Н",

на аноде - реакция

20Н--26-- 1/2 02 + Н20.

(1.9)

В электролите (растворе КОН) гидроксид-ионы двигаются от катода к аноду. Суммируя (1.8) и (1.9), получим (1.7). Схема электролизной ячейки приведена на рис. 1.1,в.

Электрохимический аккумулятор. Устройство, в котором происходит как процесс преобразования химической энергии в электрическую, так и обратный процесс преобразования электрической энергии в химическую, получил название электрохимического аккумулятора (ЭА) или просто аккумулятора. Из определения следует, что ЭА сочетает в себе как ГЭ, так и электролизную ячейку. Процесс преобразования электрической энергии в химическую называется зарядом ЭА, в этом режиме ЭА работает как электролизная ячейка. В процессе заряда происходит накопление энергии в виде химической энергии окислителя и восстановителя. Процесс преобразования химической энергии в электрическую получил название разряда ЭА. В этом режиме ЭА работает как ГЭ.

Рассмотрим в качестве примера процессы в свинцовом аккумуляторе, электрохимическую систему которого можно записать в виде

(+) Pb02|H2S04|Pb(-).

Процесс заряда и разряда выражается следующим уравнением:

Pb02+Pb + 2H2S04 РТД 2PbS04+2H20. (1.10)]

Заряд

Уравнение реакции (1.10) является суммой уравнений реакций, происходящих на положительном и отрицательном элект-j родах ЭА:

Разряд

(+)Pb02+H2S04+2H+ + 2e- « 2 PbS04 + 2 Н20, (1.11)

(1.12)

Заряд

(-)Pb + H2S04-2e- РаёЯД PbS04+2H+.

Заряд

10

Комбинированная ячейка. Некоторые электрохимические ячейки могут при малых токах работать как ТЗ, а при высоких токах как электролизеры. Примером такой ячейки может быть электрохимический конвертор, на один электрод которого подается вода, а на другой - топливо, например СО. Схема конвертора с твердым оксидным электролитом имеет вид

(1.13) (1.14) (1.15)

(+) Н20, Мв11Zr02, Y2Oj|Ме2, СО (-).

На аноде окисляется СО: СО + 02--2е--С02.

На катоде восстанавливается вода: Н20 +2 е"^ Н2 + 02".

Суммарной реакцией будет конверсия СО: СО + Н20 = С02 + Н2.

При малых токах реакция может протекать самопроизвольно с генерацией электрической энергии, т.е. как в ТЭ. При повышении тока процесс может протекать лишь при подводе электрической энергии извне, т.е. как в электролизере. Схема электрохимического конвертора (ЭК) приведена на рис. 1,1,д.

(1.16)

Электрохимический сепаратор. Если к одному из электродов подвести смесь газов, один из компонентов которого избирательно реагирует на данном электроде, то под действием постоянного тока на втором электроде будет выделяться данный компонент. Примером такого электрохимического сепаратора может служить кислородный насос, состоящий из двух электродов и твердого электролита (Zr02, Y203). К одному из электродов подается воздух, при этом происходит восстановление кислорода. Остальные компоненты воздуха не реагируют на электроде:

02 + 4 е" - 2 О2-.

Ионы кислорода двигаются в твердом электролите к другому электроду, на котором происходит выделение кислорода,

2 0г"-4е--02. (1-17)

11

Таким образом, под действием постоянного тока

страница 3
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Скачать книгу "Электрохимическая энергетика" (2.11Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.02.2017)