3. Сопротивление твёрдополимерного электролита.

К достоинствам электролизеров на ТПТЭ относятся низкое удельное сопротивление электролита (10 ÷ 20 Ом.см) и малая толщина мембраны (150 ÷ 300 мкм), что определяет низкие омические потери при протекании тока протонов.

Удельное сопротивление твёрдополимерного электролита существенным образом зависит от его влагонасыщенности. При протекании протонного тока часть воды, участвуя в гидратации протонов, увлекается к катоду, что приводит к неравномерному распределению воды по толщине электролита и, как следствие к увеличению полного омического сопротивления мембраны. Сопротивление мембраны можно вычислить используя вольт- амперную характеристику электролизёра - уравнение (1.7).

R = (U- Е - (2,3RT/F)ln[(J+Jo)/Jo(1-J/Jпр)])|J (1,8)

где: Jo – плотность тока обмена; Jпр – предельная плотность тока; J – изменяемая плотность тока.

Сопротивление твёрдополимерной водонасыщенной мембраны удовлетворительно аппроксимируется соотношением:

R_w = A^.exp(B/T) ^. exp( C ^. I_c^1,3) (1,9)

Варьируя константы А, В и С добиваемся совпадения аппроксимационной формулы с экспериментальными результатами. Пример зависимостей приведен на Рис.3.

Рис.3. Зависимость сопротивления

от плотности тока при различных

температурах.

4. Описание лабораторной установки

Функциональная схема электролизной установки приведена на Рис.4

ИП

6

4

5

А

1

3

2

В1

Рис. 4. Схема установки электролиза воды. 1 – электролизёр; 2 – водяной коллектор; 3 – ионно – обменные фильтры; 4, 5 – анодный и катодный резервуары;

ИП – источник питания; 6 – шланг сброса водорода; В1 – вентиль слива воды; А – амперметр;

1.5. Методика проведения эксперимента

Перед началом экспериментальной работы следует:

- убедиться в комплектности установки;

- убедиться в целостности всех элементов установки, включая стеклянные приборы и соединительные коммуникации;

- убедиться, что закрыты все краны и вентили установки;

- убедиться, что шланг сброса водорода (6) выведен в вытяжную вентиляцию (за окно);

- включить вытяжную вентиляцию;

- проверить наличие воды в установке и при необходимости залить ее;

- проверить состояние источника питания электролизера, а именно, убедиться, что тумблер «Сеть» находится в нижнем положении, индикатор электропитания погашен, а ручки регулировки тока и напряжения находятся в крайнем левом (против часовой стрелки) положении;

- убедиться, что источник питания подключен к электросети с напряжением U = 220 В.

Произвести пуск установки, для чего:

- включить тумблер «Сеть» на передней панели источника питания электролизера (должен загореться индикатор электропитания;

- наблюдая за показаниями приборов (вольтметр и амперметр), рукоятками регулировки напряжения постепенно в течение (1 ÷ 1,5) мин установить максимальное значение напряжения;

- наблюдая за показаниями приборов (индикатор напряжения ИП и амперметр), рукояткой регулировки тока постепенно в течение (1 ÷ 1,5) мин установить величину тока 0,1 А и записать показания вольтметра и амперметра в таблицу записи первичных результатов (Таблица 2.1);

- провести измерения с шагом по току 0,1 А вплоть до величины тока 2,0 А;

- от величины тока 2,0 А вплоть до величины тока 30,0 А шаг по току 1,0 А.

После завершения цикла измерений следует выключить установку, для чего:

- постепенно ( 1 – 1,5 мин.) рукояткой регулировки тока на панели источника питания электролизера уменьшить рабочий ток до нуля, после чего вывести рукоятки управления напряжением влево до упора;

- выключить тумблер «Сеть» на передней панели источника питания электролизера;

- отключить источник питания электролизера от электрической сети;