Топливные элементы

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 18

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Рассмотрим работу водородно-кислородного топливного элемента, в котором энергия горения водорода

Н₂(г) + 1/2О₂(г) = Н₂О(ж); D G_r = - 237.2 кДж

превращается в электрическую энергию. Схема устройства топливного элемента представлена на рис. 41.

Рис. 41. Схема водородно-кислородного топливного элемента с пористыми никелевыми электродами

В топливном элементе

(-) (Ni) Н₂(г)½КОН (р-р) ½½О₂(г) (Ni) (+)

осуществляются раздельно протекающие реакции:

анод (окисление): 2Н₂(г)+4ОН^-(р-р) ®4Н₂О(ж)+4е^-;

катод (восстановление): О₂(г)+ 2Н₂О(ж)+ 4е^-®4ОН^-(р-р).

Сложение анодной и катодной реакций приводит к результату, который отвечает горению водорода в кислороде.

Водородно-кислородные элементы нашли применение для питания бортовой аппаратуры космических кораблей.

Аккумуляторы

Аккумуляторы - химические источники электрической энергии многократного действия.

В каждом автомобиле устанавливается аккумулятор. Масштабы производства аккумуляторов сравнимы с производством автомобилей и других механических устройств, которые используют электрический ток для запуска двигателя. Аккумулятор как источник электрической энергии многократного действия имеет несомненные преимущества перед гальваническими элементами.

В свинцовом аккумуляторе (рис. 42) электроды представляют собой пластины из пористого свинца. Анод - пористый свинец, катод - также пористый свинец, содержащий в порах оксид свинца PbO₂. Оба электрода прочно установлены в плоской пластмассовой банке, заполненной 35 – 40%-ным водным раствором серной кислоты. Аккумулятор, подсоединенный к стартеру, при включении запускает двигатель автомобиля. Энергия электрохимического процесса (разрядка аккумулятора) превращается в механическую работу.

При разрядке аккумулятора на катоде идет реакция восстановления. Степень окисления свинца изменяется от +4 в PbO₂ до +2 в PbSO₄):

Pb⁺⁴O₂^-2(т)+HSO₄^-(р-р)+3H⁺(р-р)+2e^- = Pb⁺²SO₄^-2(т) + 2H₂O(ж).

На аноде идет реакция окисления. Степень окисления свинца изменяется от 0 в Pb до +2 в PbSO₄:

Pb⁰(т) + HSO₄^-(р-р) = Pb⁺²SO₄^-2(т) + H⁺(р-р) + 2e^-.

Суммарная окислительно-восстановительная реакция:

PbO₂ + 2HSO₄^- + 3H⁺ + Pb⇄ 2PbSO₄ + 2H₂O + H⁺.

В процессе разрядки электродные реакции протекают слева направо, в процессе зарядки - справа налево. При работе аккумулятора происходит изменение состава электродов. На обоих электродах образуется сульфат свинца PbSO₄.

Обычно каждая банка аккумулятора дает напряжение примерно 2В. Комплектуют аккумуляторную батарею из 6 банок, соединенных последовательно. Напряжение на концах аккумуляторной батареи 12В.

124Разрядка аккумулятора (при запуске двигателя) и зарядка аккумулятора (при работе двигателя внутреннего сгорания) осуществляются в процессе эксплуатации транспортного средства в течение многих лет.

Рис. 42. Свинцовый аккумулятор

4.6. Превращение электрической энергии в электролизерах

Самопроизвольные окислительно-восстановительные реакции используются в гальванических элементах для получения электрической энергии.

В электролизерах осуществляется химическое превращение, которое не может протекать самопроизвольно. Лишь внешний источник электрической энергии «заставляет» идти процесс в нужном направлении.

Электролизер – устройство, в котором электрическая энергия расходуется на превращение химических веществ в расплаве или водном растворе.