Електрохімічні генератори

Система, що складається з батареї паливних елементів, устроїв для підводу палива й окисника, виводу продуктів реакції, підтримання і регулювання температури, називається електрохімічним генератором.

Потужність сучасних електрохімічних генераторів досягає

1000 кВт, питома енергія, що залежить від виду й кількості палива в ємності для зберігання – (400 – 800) Вт·год/кг, а ККД – ( 60 -70 )%.

Найбільш розроблені киснево-водневі генератори, які вже за­стосовуються на космічних кораблях. Вони забезпечують космічний корабель і космонавтів не тільки електроенергією, а й водою, яка є продуктом реакції в паливному елементі.

КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ

Руйнування металів під впливом хімічної та електрохімічної дії навколишнього середовища називається корозією (від лат. corrosio – роз’їдання). Внаслідок корозії метал переходить в окиснений стан, і витрачає характерні для нього механічні властивості. Корозія – це хімічний окисно-відновний процес.

В залежності від механізму процесу корозію поділяють на хімічну та електрохімічну.

Хімічна корозія Хімічна корозія – це процес руйнування металів в агресивних середовищах, що не проводять електричний струм, за рахунок хімічної взаємодії з оточуючим середовищем.

Наприклад, внаслідок дії водяної пари на залізо при високих температурах відбувається його хімічна корозія:

3Fe + 4H₂O = 4H₂ + Fe₃O₄,

- 2ē

2 Fe ∙ Fe + 4 H₂O = 4 H₂ + Fe₂O₃ ∙ FeO.

- 2 ∙ 3ē

Хімічну корозію поділяють на газову та рідинну. Газова корозія – процес окиснення металів сухими газами (SO₂, Cl₂, N_хO_у, O₂, N₂, CO₂ та ін.):

- 4ē

2 Zn + O₂ 2 ZnO,

- 6ē

6 Li + N₂ 2 Li₃N,

- 2ē

Fe + CO₂ + H ₂O FeCO₃ + H₂.

Особливо швидко розвивається корозія під дією таких газів як флуор та хлор:

- 6 ē

2 Fe + 3 Cl₂ 2 FeCl₃.

Плівки оксидів та інших сполук, що утворюються при корозії, захищають метал від подальшого руйнування.

Рідинна корозія – руйнування металу в розчинах неелектролітів, наприклад, корозія свинцю в бензині, цинку в хлороформі та ін.

Електрохімічна корозія

Електрохімічна корозія виникає в середовищах, що мають іонну проводимість: вологі гази, вологе повітря, вологий грунт, розчини електролітів.

Всі метали, що застосовуються в техніці, мають домішки інших металів. Це означає, що на поверхні металу є ділянки, де стикаються кристали двох різних металів, при цьому утворюються мікрогальванічні елементи, які називаються корозійними елементами:

Me₁ /середовище/ Me₂,

< .

На аноді корозійного елемента завжди відбувається процес розчинення Me₁, більш активного ніж Me₂ :

A(-) Me₁ – nē = Me₁ⁿ⁺.

Н а катоді корозійного елемента завжди відбувається процес деполяризації.

Рис. 4 Схема корозійного елемента

На рис. 4 показано схему корозійного елемента:

A(-) Ni | H₂SO₄ | Cu K (+),

A(-) Ni –2ē = Ni²⁺.

Нікель посилає електрони міді. Анод (Ni) заряджується позитивно, катод (Cu) – негативно, відбувається поляризація корозійного елемента, і якщо не буде ніяких часток, які поглинають електрони, то негативний заряд, який накопичується на міді, заважатиме подальшому переходу електронів і корозійний елемент перестане діяти. Але, якщо в середовищі є частки, здатні поглинати електрони, корозійний елемент продовжує працювати, відбувається його деполяризація.

Катіони H⁺ підходять до негативно зарядженого катоду і відновлюються, відбувається процес водневої деполяризації за схемою:

K(+) 2H⁺ + 2ē = H₂.

В реальних умовах деполяризація буває водневою, кисневою або окисною.

Киснева деполяризація відбувається за схемою:

K(+) O₂ + 4ē + 2Н ₂O = 4OH^-.

Воднева деполяризація, як правило, проходить в кислому середовищі, а киснева – в нейтральному та лужному.

Таким чином, при електрохімічній корозії анодний процес – корозія більш активного металу, а катодний – деполяризація.