1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (Электрохимическая энергетика. Н.В. Коровин, 1991u)

ВВК 31.251 К68 УДК 621.355 ПРЕДИСЛОВИЕ ББК 31.251 чз Автор 1991 1ЯВ115-283-00611-5 ~'ж"*'"' ап'ОР е* каУкв.с.вагон й Коровин Н,В. К68 Злектрохимическая эне Р~~~а. - М: Эиер~~- 18ВХ 5-283-00611-5 Излагаются тео ретическне основы алек ки. Рассматриваются трохимической знергетн. тов электрохимиче устроиство и ха акте и р р стики топливных элемен- еских генераторов, эне го пий. Описаны элек р оустановок и электростан- прнводятся технико- ктрохимические способ ы получения водорода, пРименения.

Рассматр о-зкономический анализ зт этих способов и област1г их рования энергии, ссматриваются алек охи тр мическии метод аккумули- для инжене о , различные виды аккумуля торов. ров и научных работников в о конструирования и про оа в области зксгиуатации, новок и источников тока. проектирования алек трохимических знергоуста- юээввсэ 05Ц011.91 Одним из путей решения задач развития энергетики, экономии топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, осуществления мер по защите окружающей среды является разработка и использование прямых методов преобразования химической энергии в электрическую, в том числе электрохимических методов. Электрохимический метод преобразования энергии лежит в основе электрохимической энергетики, охватывающей как генерацию, так и аккумулирование энергии.

Понятие нэлектрохимическая знергетикао появилось в литературе около 15 лет назад, когда в широких масштабах приступили к разработке электрохимических энергоустановок и электростанций для крупномасштабной генерации и аккумулирования электрической энергии. За последние годы значительно возросло число публикаций по этой проблеме в зарубежной литературе. В 1979 г.

в Московском энергетическом институте были проведены1, а в 1984 и в 1989 гг.11 и Ш Всесоюзные конференции по электрохимической энергетике, где рассматривались различные аспекты этой проблемы. По отдельным направлениям злектрохимической энергети'ки, таким, как химические источники тока, электроХимические генераторы, электрохимические аспекты водородной энергетики, электрокатализ и другие, в нашей стране изданы книги, имеются обзоры по этим вопросам 11-20], однако до сих пор не было обобщающей публикации по общим вопросам электро- химической энергетики. Автор взял на себя смелость в какой-то мере восполнить этот пробел. Неооходимость издания данной книги вызывается перспективами, открывающимися перед электрохимической энергетикой. что в свою очередь обусловлено достоинствами электро- э химических методов.

К ним относятся высокий КПД и малая его зависимость от уровня нагрузки и мощности, экологическая чистота, блочный тип установок, надежность и т.д. Как новое развивающееся направление электрохимическая энергетика имеет много нерешенных проблем, таких, как проблемы электрокатализа, переноса вещества и заряда в сложных влектрохимических системах, разработка новых обратимых электрохимических систем, создание технологии получения электродов, тонкопленочных электролитов и других компонентов установок, подбор коррозионно-стойких материалов, автоматизированное проектирование и оптимизация систем, разработка методики технико-экономического анализа и другие. В книге будут рассмотрены некоторые их этих проблем. Одним из направлений электрохимической энергетики является разработка электрохимических установок и электРо. станций для генерации электроэнергии путем преобразования химической энергии природного топлива.

Как показывают расчеты и первый опыт, КПД электрохимической электростанции (ЭЭС) существенно выше КПД ТЭС такой же мощности. Кроме того, уровень вредных выбросов на ЭЭС на один-два порядка ниже, чем на ТЭС. В книге будут рассмотрены основные принципы работы электрохимических энергоустановок и ЭЭС и их характеристики. К важнейшему направлению электрохимической энергетики следует отнести крупномасштабное аккумулирование энергии, а также аккумулирование солнечной и ветровой энергии, выравнивание графика нагрузок в энергосетях и применение электромобилей.

Эти вопросы также отражены в настоящей книге. Одним из путей энергоснабжения в народном хозяйстве в будущем рассматривается применение водорода. Водород может быть получен из воды электрохимическим методом. Получение водорода методом электролиза в часы или дни минимального потребления электрической энергии оказывает положительное влияние на график нагрузки в энергосетях. Электрохимический метод также может быть использован для превращения химической энергии водорода в электрическую. Поэтому электрохимические проблемы водородной энергетики также рассмотрены в настоящей книге. При подготовке книги были использованы оригинальные публикации по данному направлению, а также труды 1 и 11 Все- 4 по электрохимической энергетике зных конференции и 119, 203. г б дет полезна специалистам Автор надеется, что кни а уде ю им и использующим электрохимические энерго- разрабатывающим и исп у еных и инжеакк м ляторы, усилит внимание уче ой эне гетики, что будет неров к проблеме электрохимическои эн р о обствовать ее развитию.

ть рецензенту доктору техн. Автор выражает благодарнесть наук В.С. Багоцкому и редактору докт~ру кто техн. наук . ич за полезные замечания и советы. о содержанию я и критические замечания по Все пожелания и р ес: 113114, Москва, Шлюзокниги просьба присылать по адресу: вая наб., д. 10, Энергоатомиздат. Автор Глава первая ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТАНОВКИ, МИКРО- И МАКРОКИНЕТИКА ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ КП ОСНОВНЫЕ ВИЛЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТАНОВОК 1.1.1.

Электрохимические элементы и ячейки. Электрохн. мическая энергетика охватывает процессы и устройства генерации и аккумулирования электрической энергии с помощью электрохимических методов. Генерация электрической эйергни происходит путем преобразования химической энергии в электрическую. Электрохимическим методом можно также обратно преобразовать электрическую энергию в химическую и таким образом накапливать, аккумулировать электрическую энергию в химической форме. Процебсы собственного преобразования химической энергии в электрическую и электрической энергии в химическую осуществляются в электрохимических элементах или ячейках. Простейшая электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, разделенных проводником второго рода (ионным проводником или электролитом). Электродом называют проводник первого рода, находящийся в контакте с ионным проводником.

На границе между этими проводниками возникает скачок потенциала, называемый электродным потенциалом. На электродах протекают реакции окисления восстановителя (на анодах) и восстановления окислителя (на катодах). Проводником второго рода служит жидкое или твердое вещество, обладающее ионной проводимостью, которое обычно называют электролитом. Совокупность окислителя, восстановителя и ионного проводника называется электрохимической системой ячейки или элемента, которая записывается следующим образом: окислитель | ионный проводник ~ восстановитель.

Вертикальная черта в этой схеме обозначает границу раздела двух фаз. Если в элементе имеется граница раздела между ионными проводниками, то она обозначается вертикальной пунктирной чертой: окислитель | ионный проводник [ ~ ионный проводник П ~ восстановитель. б охимические ячейки подразделяются на гальваниЭлектрохимиче к ь электческие, или первичные, элементы, топливные элемент ь ролизные к омбинированные и сепараторные ячейки и аккумуляторьь ты.

В гальГальв анические (первичные) элемен е химических элементах (ГЭ) происходит преобразование ваннческих ле й энергии в электрическую. Окислитель и в восстановитель ческон э тся в и оцессе состав электродов, которые расходуютс р е юработы элемента. В качестве примера можно привести сл душую электрохимическую систему элементов: (+) НКО ~КОН~ Еп(-). При замыкании внешней цепи в элементе генерируется постоянный ток в результате протекания следующих процессов: электрохимическ ского окисления цинка (восстановителя): ап +2ОН - ЕпО+НтО+2е, (1.1) электрохимического восстановления оксида ртути (окислителя): НеО+ НзО + 2 е НК + 2 ОН, (1.2) движения гидроксид-ионов (ОН-) в растворе и движения электронов во внешней цепи от зоны протекания реакции (1.1) в зону протекания реакции (1.2), Суммируя реакции (1.1) и (1.2), получаем (1.3) Нао+ Еп = Кпо+ На. Таким образом, в результате протекания в элементе реак.