химический каталог




Электрохимическая энергетика

Автор Н.В.Коровин

ектролизере обычно служит (ZTO^Q 9 х i (УзОзЭод имеющий высокую проводимость при рабочих температурах (14 Ом"1 • м"1 при 1273 К и 11 Ом"1 • м"1 при 1173 К). Термодинамика процесса электролиза воды не отличается от термодинамики процессов в водородно-кислородном ТЭС (см. §2.2).

Катодный процесс. Реакцию катодного выделения водорода в ячейке с твердооксидным электролитом можно представить уравнением

Н20 + 2е" = Н2 + О2". (3.25)

Как видно, по мере протекания реакции в катодной камере растет соотношение между давлением водорода и паров воды, поэтому изменяется и равновесный потенциал электрода.

Так как электролиз проводится при высоких температурах (1173-1273 К), то электрохимический и химический виды поляризации не играют существенной роли в потере напряжения в ячейке. В качестве электродов применяются никель, кобальт, сплавы никеля с хромом, никель с кобальтом и некоторые химические соединения, например карбид хрома [10, 20].

Анодный процесс. На аноде идет реакция выделения кислорода

202" - 4е" = 02. (3.26)

Материалом электродов обычно служат смешанные оксиды металлов, шпинели, перовскиты.

Ячейки и электролизеры. Конструкции электролизных ячеек разнообразны [104] и могут быть аналогичными конструкциям ТЭТОЭ (см. § 2.5). Предложены ячейки с пленочными электродами и электролитом, нанесенными на пористую ФУбу (см. рис. 2.12), а также металлокерамические плоские ячейки, состоящие из газоплотного электролита и пористых электродов [104].

Напряжение электролизной ячейки определяется как термодинамическими характеристиками процесса, так и омическим п&дением напряжения и поляризационными потерями. Зависнуть между напряжением и плотностью тока в ячейках с твердым электролитом имеет линейный характер (см. рис. 3.2), что

171

обусловлено относительно высокими омическими потерями j электролите и относительно невысокими значениями поляри. зации анодов и катодов.

Эффективное удельное сопротивление йэф (3.22) для ячейки слагается из двух сопротивлений (омического и поляризацион-ного):

(3.27)

эф,п'

(3.28)

При толщине электролита (2+5) • 10"« м R3$iOU равно (17ч--45) • Ю-6 Ом • м2 при 1173 К и (14-5-35) • 10"» Ом • м2 при 1273 К, Если поляризация электродов составляет 50% омических потерь, то Дэф будет равно (28+70) • 10~6 Ом • м2 при 1273 К. Уравнение для вольт-амперной характеристики имеет вид

U - Е,0 + ^ LG (РО2 ^Н2/РН2О) + 'Аф(3.29)

Как видно из (3.28), напряжение ячейки растет при увеличении доли водорода в водородно-паровой смеси на катоде, соответственно растет и расход электрической энергии на получение водорода. При постоянной плотности тока расход энергии на 1 моль водорода можно определить по уравнению

*Г - Н2

WL^ = 2F [ Е? + /гКэф + —lnT-7j—

где NH - мольная доля водорода в пароводородной смеси на катоде; Р - рабочее давление газов в ячейке.

В отличие от других электролизных ячеек, ячейка с твердым электролитом, работающая при высоких температурах, поглощает тепло, если U < ?э>н. Значение Е^д равно 1,29 В для температуры 1273 К. Поэтому при U < Е3 н к электролизной ячейке необходим подвод тепла при плотности теплового потока

(3.30)

Кроме того, нужно тепло для испарения воды. При U >. Еэ,й в ячейке выделяется тепло, которое может быть использовано для парообразования.

Расход электрической энергии при электролизе на 1 мэ Н2 в соответствии с уравнением (3.46) при % = 1 равен .2,394 ГДкВт-ч/W

172

при температуре 1273 К соответственно (и = 1,29 В) 3,08 кВт-ч/м3. При увеличении напряжения электролизера свыше 1,29 В пропорционально возрастает расход электрической энергии и появляется необходимость отвода тепла, удельное количество которого определяется уравнением (3.56). Часть отводимого тепла (0,6 кВт- ч/м3) может быть использована на испарение воды. При уменьшении напряжения ниже 1,29 В соответственно снижается расход электрической энергии и появляется необходимость подвода высокотемпературного тепла, количество которого можно рассчитать по (3.30). Кроме того, необходим подвод низкотемпературного тепла для испарения воды.

В Институте электрохимии Уральского отделения АН СССР [104,107] разработаны электролизные ячейки и электролизеры с твердым электролитом из (ZrO2)0 9(Y2O3)0 t. В ячейке с электролитом толщиной 1 мм при температуре 850°С получена плотность тока 3 кА/м2 при напряжении 1,35 В (расход энергии 3,25 кВт -ч/м3).

Фирма Лурги (ФРГ) [86, с. 271-281] испытала электролизер с анодом из оксидов металлов, катодом из никеля, стабилизированного керамикой, при температуре 1270 К. Получена плотность тока 1,5 кА/м2 при напряжении 1 В и 3,5 кА/м2 при напряжении 1,33 В. Расход энергии, кВт ? ч/м3, составляет: электрической - 2,6; низкотемпературного тепла (на испарение воды) -0,6; высокотемпературного (ЮОО'С) тепла в первом случае - 0,5. Расход энергии при плотности, тока 3,5 кА/м2 составил 3,2 электрической и 0,6 кВт ? ч/мэ низкопотенциальной тепловой. Блок мощностью 300 Вт испытывался 2500 ч [175, с. 68].

Электролизер мощностью 2 кВт на основе ячеек с

страница 54
< 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
airned m-25
зона разгрузки купить табличку
как купить билеты в нижегородский цирк через интернет
дуэнья с олесей железняк

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
(18.08.2017)