А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Воднево-кисневий елемент

Воднево-кисневий елемент складається з водневого і кисневого електродів, опущених в водний розчин електроліту. Пристрій водневого електрода відомо. Кисневий електрод отримують так само, як і водневий. Платинову зволікання платініруют і опускають в розчин кислоти або лугу. Через розчин пропускають кисень. Кисневий електрод відноситься до необоротних електродів.

Паливний воднево-кисневий елемент можна отримати, застосовуючи два електроди, розміщені в водному розчині КОН. Однією з основних причин, що знижують ефективність паливних елементів, є сильна його поляризація, яка відбувається головним чином через малій швидкості протікають па електродах процесів. Це призводить до швидкого зниження напруги на клемах.

Тому воднево-кисневий елемент Бекона[35, 36]працює при температурі близько 220 С.

Тому воднево-кисневий елемент Бекона[35, 36] працює при температурі близько 220 С.

Тому воднево-кисневий елемент Бекона[35, 36]працює при температурі близько 220 С. При більш низьких температурах елемент не дає високої щільності струму порядку 400 ма /см2 так як в якості електродів в ньому використовується тільки пористий нікель. На противагу ДСК-електродів на нікелевих електродах при кімнатній температурі водневий потенціал не встановлюється.

У низькотемпературних воднево-кисневих елементах широко застосовуються так звані газо-дифузійні електроди. Вони являють собою пористі металеві пластинки (найчастіше нікелеві), що складаються з двох шарів. З фронтального боку електрода, зверненої до електроду протилежного знака і омивається електролітом, знаходиться тонкий, дрібнопористий замикає або запірний шар, а на його тильній стороні до якої підводиться газ, розташований більш товстий робочий шар з великими порами. Така конструкція електродів, вперше застосована Беконом, створює велику поверхню розділу між газом і електролітом і дозволяє забезпечити їх тісний контакт. Кордон розділу фаз знаходиться при цьому в безпосередній близькості від поверхні твердої фази, на якій, власне, і відбувається електрохімічна реакція. Пробульківаніе газу через електрод запобігає капілярний тиском рідини в дрібних порах замикаючого шару. Цим досягається повна утилізація горючого газу і кисню.

У низькотемпературних воднево-кисневих елементах широко застосовуються так звані газо-дифузійні електроди. З фронтального боку електрода, зверненої до електроду протилежного знака і омивається електролітом, знаходиться тонкий, дрібнопористий замикає або запірний шар, а на його тильній стороні до якої підводиться газ, розташований більш товстий робочий шар з великими порами. Така конструкція електродів, вперше застосована Беконом, створює велику поверхню розділу між газом і електролітом і дозволяє забезпечити їх тісний контакт. Кордон розділу фаз знаходиться при цьому в безпосередній близькості від поверхні твердої фази, на якій, власне, і відбувається електрохімічна реакція. Пробульківаніе газу через електрод запобігає капілярний тиском рідини в дрібних порах замикаючого шару. Цим досягається повна утилізація горючого газу і кисню.

Цікавий варіант воднево-кисневого елемента був запропонований в 1959 р Грабба[39]і розроблений Нідрахом[401 в фирме Дженерал электрик. В данном разделе, как и выше, приводятся лишь принципы устройства такого элемента. Подробное описание разработанной Остером и Чепме-ном[41]200-ватної батареї наведено в розд.

Деякі зразки воднево-кисневих елементів при використанні чистого водню працювали понад 1000 год, зберігаючи при цьому свої характеристики. В переривчастому режимі загальний час роботи, досягнуте в окремих дослідах, становить понад 12 - 15 міс.

При розрядці воднево-кисневих елементів напруга тримається в межах 0 7 - 0 9 в залежності від щільності струму на електродах.

цікавий варіант воднево-кисневого елемента був запропонований в 1959 р Грабба[39]і розроблений Нідрахом[40]в фірмі Дженерал електрик. В даному розділі як і вище, наводяться лише принципи пристрою такого елемента. Детальний опис розробленої Остером і Чепмен-ном[41]200-ватної батареї наведено в розд.

При класифікації воднево-кисневих елементів низького тиску, що працюють при температурі навколишнього середовища, слід розрізняти два типи елементів: 1) розроблені Кордешом елементи ЮК (Юніон карбайд компані), в яких намокання електродів запобігається шляхом гід-рофобізаціі; 2) елементи Юсти - Вінзеля з гомопорістимі електродами, проникнення електроліту в які запобігається завдяки освіті пір однакового розміру, що відповідає тиску газів.

Спочатку в воднево-кисневих елементах використовувалися пористі металокерамічні газодифузійні електроди.

Передбачається також використання воднево-кисневих елементів на транспорті.

В результаті роботи воднево-кисневого елемента відбувається згорання водню. В даному випадку енергетичний ефект хімічної реакції перетворюється в корисну роботу з високим коефіцієнтом корисної дії.

Теоретичне значення ЕРС воднево-кисневого елемента при 25 С дорівнює 1229 В і не залежить від складу розчину електроліту.

На рис. 324 показаний воднево-кисневий елемент, що працює при нормальній температурі і тиску.

Як і в разі воднево-кисневого елемента, можна створити умови, в яких електрони будуть рухатися по металевому провіднику і здійснювати роботу.

Вугільні електроди застосовуються в воднево-кисневих елементах з лужним електролітом.

Підвищення температури, при розряді воднево-кисневого елемента призводить до помітного збільшення швидкості електродних процесів, що дозволяє виключити застосування в якості каталізаторів металів платинової групи.

Орієнтовна залежність напруги на комірці електролізера від тривалості його роботи. | Орієнтовна крива спаду напруги на осередку при відключенні електролізера. Електрична ємність осередки, як воднево-кисневого елемента, дуже невелика і визначається кількістю водню і кисню, що залишаються на електродах в момент відключення. Сила струму короткого замикання, що фіксується осциллографом, вже через незначні частки секунди різко знижується до декількох ампер або десятків ампер. Напруга на виключеною серії електролізерів з великим числом осередків зберігається тривалий час на рівні що представляє небезпеку для обслуговуючого персоналу. Так, відразу ж після вимкнення серії з чотирьох електролізерів ФВ-500 що мають по 160 - 166 осередків кожен, може зберігатися різниця напруги на полюсах до 750 - 755 В.

У дослідницькій лабораторії Вестінгауз при вивченні воднево-кисневих елементів, електролітом в яких служили розплавлені карбонати, була отримана щільність струму 230 мА /см2 при напрузі06 ст. Воднево-кисневий паливний елемент при щільності струму 40 мА /см2 працював стабільно. В одному елементі порошок вугілля був використаний як поглинач кисню, хоча вугілля, як паливо, мабуть, неможливо використовувати навіть для цієї системи.

Однак в будь-якому випадку принцип дії воднево-кисневого елемента (2931]по суті є одним і тим же: паливний газ (Н2) під надлишковим тиском підводиться до диффузионному анода, що складається з металевої пластини з достатньою електропровідністю, антикорозійною стійкістю, механічною міцністю і відокремлює газову камеру від електроліту.

Теоретичне напруга розкладання води дорівнює напрузі ідеального воднево-кисневого елемента і становить 123 в при температурі електроліту 17 і тиску 1 ата.

При зберіганні газів в сталевих балонах питома енергія воднево-кисневого елемента не перевищує 100 - 150 Вт - ч /кг.

Представляють інтерес електрохімічні процеси, що протікають в одному з воднево-кисневих елементів з твердим електролітом. Водень утворює на аноді іони, які надходять в електроліт і мігрують крізь мембрану до кисневого електроду. Одночасно з цим електрони пересуваються по зовнішньому ланцюзі до катода і відновлюють в елементі кисень, в результаті чого при роботі елемента виділяється вода.
 Принцип дії цих пристроїв найзручніше пояснити на прикладі воднево-кисневого елемента.

У дородно-киснева паливна батарея потужністю 1 кВт.

За американським проектом передбачалося, що вода, що випаровується з воднево-кисневого елемента, буде використовуватися космонавтами в період польоту для пиття.

Цей зручний в експлуатації енергоносій усуває недолік має хороші інші показники воднево-кисневого елемента - необхідність використання складного і небезпечного методу накопичення і зберігання палива під тиском.

У повоєнні роки Ф. Т. Беконом в Англії були досягнуті значні успіхи в удосконаленні воднево-кисневих елементів. З метою збільшення щільності струму застосовується тиск газів 30 - 75 ат і температура 200 - 240 С; лужний розчин при цій температурі ще не кипить, так як він знаходиться під підвищеним тиском.

Зі свого боку, ці умови визначаються вимогами, пред'являються як до воднево-кисневого елемента в цілому, так і до окремих його частин. Хоча ця книга цілком присвячена новому водневого диффузионному електроду, для розуміння його функцій необхідно зупинитися на елементі в цілому. Посудиною в ньому служить U-подібна скляна трубка, форма якої має ту перевагу, що навіть без зазвичай розташовується між електродами діафрагми виходять з катода бульбашки кисню не можуть потрапити на анод і пошкодити йому. Однак щодо великий опір електроліту цього пристрою є неприйнятним, тому що в міру вдосконалення електродів їх поляризація зменшується і стає порівнянної з падінням напруги в електроліті або навіть менше.

Воднево-кисневий елемент. Металоїди і водень можуть також служити джерелом електрорухомий сил, прикладом чого є воднево-кисневий елемент. Такий елемент складається з платинових електродів, з яких один знаходиться в атмосфері кисню, а інший водню. Так як гази не проводять електрики, принаймні за умов роботи елементів, то користуються в якості електродів платиною, звичайно покритої платинової черню і насиченою відповідним газом.

На підставі застосування цих каталізаторів і їх ретельного вивчення в СРСР був розроблений воднево-кисневий елемент, що працює при кімнатній температурі і нормальному тиску.

Хоча з електрохімічної точки зору водень є ідеальним паливом, складність його отримання і зберігання ускладнює практичне застосування воднево-кисневих елементів.

Залежність кисневого перенапруження від щільності струму при виділенні кисню з 1 N розчину КОН. Напруга, необхідна для виділення кисню і водню при електролізі кислот, що містять кисень, і лугів, значно перевершує за величиною теоретично обчислене напруга воднево-кисневого елемента. Ця напруга залежить від перенапруги виділення водню і кисню на різних електродах, але не залежить від природи кислоти або підстави.

Залежність рівноважного потенціалу анода (/і катода (2 від рН електроліту. При процесі електролізу води 7 - Проведення цього процесу в термодинамічно оборотних умовах повинно супроводжуватися поглинанням тепла з навколишнього середовища. Для роботи воднево-кисневого елемента qQ, і процес повинен йти з виділенням тепла системою, навіть якщо він протікає в оборотних умовах.

Залежність потенціалу водневого електрода від рН середовища. | Зб. Схема концентраційної ланцюга. Конструювання гальванічних елементів можливо на основі реакцій не тільки витіснення, але і з'єднання. Найпростішим їх представником є воднево-кисневий елемент .

Для запобігання отруєння каталізатора в низькотемпературних елементах і збільшення тривалості їх роботи необхідно використовувати дуже чисті реагенти, що не містять домішок. зокрема, в воднево-кисневих елементах, що працюють у водних розчинах при температурі не вище 200 С, застосовують дуже чистий електролітичний водень .

Викладена в цьому параграфі теорія дозволяє просто і наочно отримати основні співвідношення термодинаміки паливних елементів. Розглянемо, наприклад, розімкнутий воднево-кисневий елемент з лужним електролітом. Нехай електроди виконані з одного і того ж каталізатора, наприклад з платини.

Паливний елемент (ПЕ) є важливою складовою частиною ЕХГ; в ТЕ відбувається безпосередньо процес перетворення хімічної енергії в електричну (РКС. Розглянемо як приклад роботу воднево-кисневого елемента з лужним електролітом.

Відомі елементи, що працюють при помірно підвищених температурах (близько 180 - 250 С) з водними електролітами під тиском від 5 до 50 атм, так звані середньотемпературні паливні елементи. до них відноситься, перш за все, воднево-кисневий елемент Бекона, в якому використовується лужний електроліт і нікелеві пористі електроди. середньотемпературні елементи з концентрованою фосфорною кислотою в якості електроліту, мабуть, можуть виявитися придатними для електрохімічного спалювання газоподібних вуглеводневих палив.

Цей елемент ще потрібно сконструювати Однак у світлі його значних переваг у порівнянні з існуючими воднево-кисневими елементами майже немає сумніву в тому, що буде докладено максимум зусиль для його створення.

Гидразин - швидко відновлюється рідина, стійка при нормальному тиску і температурі. Цей зручний в експлуатації енергоносій усуває недолік має інші хороші показники воднево-кисневого елемента - необхідність використання складного і небезпечного методу накопичення і зберігання палива (водню) під тиском.