![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •4. Электрохимические процессы
- •4.1. Электрохимические процессы. Основные понятия, определения
- •4.2. Электродные потенциалы металлических и газовых электродов
- •4.3. Потенциалы газовых электродов
- •4.4. Потенциалы окислительно-восстановительных электродов
- •4.5. Кинетика электродных процессов. Электрохимическая поляризация. Перенапряжение
- •Cхемы щелочных аккумуляторов:
- •На катоде – восстановление кислорода
- •4.7. Вопросы для самоконтроля.
- •Устройство щелочных (Fe – Ni, Cd - Ni) аккумуляторов. Литература
- •4.8. Примеры решения задач
- •4.9. Задачи для домашнего задания
- •4.10. Варианты домашнего задания
- •Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы (Ео298) в водных растворах
Cхемы щелочных аккумуляторов:
( - ) Cd │KOH, LiOH │NiO(OH), C (+)
( - ) Fe │KOH, LiOH │NiO(OH), C (+)
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при работе щелочного аккумулятора (Сd–Ni) могут быть представлены следующими уравнениями:
(-)
A : Cd + 2 OH-
Cd (OH )2
+ 2
(+)
K : 2 NiO(OH) + 2 H2O
+ 2
2 Ni(OH)2
+
2 OH
-
2
NiO(OH) + 2 H2O
+ Cd
Cd(
OH )2
+ 2 Ni( OH )2
В отличие от свинцового аккумулятора срок службы щелочных аккумуляторов порядка 10 лет, они хорошо выдерживают перегрузку и длительное время пребывания в разряженном состоянии. Однако меньшая ЭДС и более высокая стоимость не позволяет во многих случаях заменить ими свинцовые аккумуляторы. Щелочные аккумуляторы выпускаются промышленностью различной удельной емкости (0,5 – 120 А-час).
В последние годы проводятся исследования по совершенствованию существующих и созданию новых аккумуляторов. Это обусловлено необходимостью создания экологически чистых автомобилей (электромобилей, не дающих вредных выбросов в окружающую среду) и длительного пребывания в космосе. Разрабатываются металл-газовые аккумуляторы (цинк-кислородные, никель-водородные, железо-воздушные и др.) с большим сроком службы. Среди новых аккумуляторов – аккумуляторы со щелочными анодами, неводными растворами электролитов (расплавы и твердые электролиты) и катодами на базе оксидов кобальта, никеля, марганца и ванадия. Они имеют, как правило, высокие удельную энергию и КПД.
Топливные элементы (ТЭ) – перспективные химические источники тока (электрохимические генераторы), способные непрерывно работать за счет постоянного подвода к электродам новых порций реагентов и отвода продуктов реакции. Топливными элементами называются устройства, в которых химическая энергия окисления топлива превращается в электрическую энергию.
На практике наиболее часто применяются водородно-кислородный топливный элемент (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Схема водородно-кислородного топливного элемента
1 – анод; 2 – электролит; 3 - катод
Устройство элемента чрезвычайно простое. В герметически закрытом сосуде установлено два пористых, металлических (чаще всего никелевых) электрода, разделенных слоем раствора гидроксида калия (натрия). В прибор подаются газообразный водород и кислород.
Схема водородно-кислородного ТЭ имеет следующий вид:
А(-) Ме, Н2
KOH,
NaOH
O2
, Me,
(+) K
,
где Ме - проводник первого рода, играющий роль катализатора электродного процесса и токоотвода (например специально обработанные Ni, Co, металлы группы Pt ).
Элемент работает при 50 – 70 оС, при атмосферном давлении. На электродах протекают следующие реакции:
на аноде – окисление водорода
(-)
А: H2
+ 2OH-
2 H2O
+ 2
На катоде – восстановление кислорода
(+)
К :
O2
+ H2O
+ 2
2
OH-
Во внешней цепи происходит движение электронов от анода к катоду, а в растворе – движение ионов OH- от катода к аноду. Суммированием уравнений анодной и катодной реакций получаем уравнение токообразующей реакции:
Н2
+
O2
H2O
+ Е электр.
Таким образом, в водородно-кислородном ТЭ протекает процесс сгорания водорода с образованием воды. В результате протекания этой реакции в цепи генерируется постоянный ток и химическая энергия превращается в электрическую энергию постоянного тока.