7. Никель – кадмиевая аккумуляторная батарея

Никель – кадмиевая перезаряжаемая батарея удобна в различных бытовых приборах, питаемых аккумуляторами, и в пере­носных вычислительных устройствах. При разрядке в этой батарее протекают следую­щие электродные реакции:

А: Cd + 2OH^¯  Cd (OH)₂ + 2ē

К: NiO₂ + 2H₂O + 2ē  Ni(OH)₂ + 2OH^¯.

Как и в свинцовой аккумуляторной батарее, в никель – кадмиевых батареях продукты реакции не отделяются от электродов. Это позволяет легко проводить обратные реак­ции при перезарядке. Поскольку ни на стадии разрядки, ни на стадии зарядки не про­исходит выделения газов, никель – кадмиевую батарею можно герметизировать, что представляет собой значительное удобство.

8. Топливные элементы

Многие вещества, например водород Н₂ или метан СН₄, используются как топлива. Выделяемая при их реакции с кислородом теплота является источником электрической энергии. Выделяемую при горении тепловую энергию превращают в электрическую в особых гальванических элементах, называемых "топливными".

Прямое преобразование химической энергии в электрическую имеет большие преимущества по сравнению с обычным способом превращения химической энергии сначала в тепловую и лишь после этого в электрическую энергию. При превращении энергии из одной формы в другую или при её передаче от одного вещества к другому происходят неиз­бежные потери энергии и тепловое загрязнение окружающей среды. Обычно в элек­трическую энергию удаётся превратить не более 40 % энергии, полученной в результа­те сгорания топлив; остальная часть рассеивается в окружающую среду в виде бесполезной теплоты. Первые топливные элементы своё название "топливные" получили потому, что реагентами в них служили традиционные топлива. В дальнейшем вместо неэффективных топлив стали использовать другие восстановители, но название "топливные" осталось.

В топливных элементах электрическая энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и окислителем, непрерывно поступающими к электродам извне. Восстановителем на отрицательном электроде чаще всего служит водород Н₂, иногда гидразин N₂H₄, окислителем на положительном электроде – молекулярный кислород О₂ или воздух.

Разработка практически действующих топливных элементов является наукоёмким процессом. Одной из возникающих при этом проблем являет­ся высокая температура, при которой работает большинство топливных элементов, что не только способствует рассеянию энергии, но и ускоряет коррозию частей гальвани­ческого элемента. Низкотемпературный топливный элемент, в котором ис­пользуется водород, пока слишком дорог для широкого применения. Однако он используется в специальных устройствах, например для оснащения космических аппаратов.

Так, например, топливный элемент на основе Н₂ – О₂ служил в качестве главного ис­точника электрической энергии на космических кораблях, летавших на Лу­ну. Масса топливного элемента, обеспечивавшего космический корабль энергией в течение 11-днев­ного полёта, составляла около 250 кг. Если бы для такой цели применялся обычный генератор электрической энергии, его масса должна была бы составлять несколько тонн.

В водородно – кислородном топливном элементе на электродах протекают реакции:

	А: 2Н2 + 4ОН¯  4Н2О + 4ē
	К: О2 + 2Н2О + 4ē  4ОН¯
	2Н2 + О2  2Н2О.

Схематическое изображение такого топливного элемента приведено на рис. 7.

Рис. 7. Схема водородно – кислородного топливного элемента:

1 – пористые угольные электроды; 2 – вольтметр

Электроды выполнены в виде полых трубок из пористого спрессованного угля, пропитанного катализатором. Электролитом служит гидроксид калия КОН. Такой топливный элемент работает до тех пор, пока в него ведётся подача реагентов (газообразных Н₂ и О₂).

Система, состоящая из батареи топливных элементов и устройств для обеспечения и регулирования подачи реагентов, отвода продуктов реакции и тепла, называется электрохимическим генератором.