1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Напряжения электролиза, являющегося мерой расхода энергии. Коэффициент разделения з зависит от материала катода. Для ртути, имеющей особенно большое водородное перенапряжение, 8=3,1. Для металлов платиновой группы значение коэффициента разделения значительно больше и, согласно Кортюму Щ, например, для платины должно быть равным 15. Однако при этом следует заметить, что известной систематической связи между металлом катода и значением коэффициента разделения не имеется. В равд. 5.3 мы показали, что перенапряжение катодного выделения водорода на никелевом ДСК-электроде особенно мало.
Уже одно это свойство могло бы оказаться интересным при использовании ДСК-электрода для электролитического получения тяжелой воды. Но в связи с этим можно предположить, что дСК-электрод, так же как и платина с ее низким 284 Глава 1г1 екргрс5' Н накескае ктравиге/та у Лг 1дд уха ~, деВ 2е Ег Ек водородным перенапряжением, должен обладать высоким ка- тодным коэффициентом разделения.
После проверки этопред- положенне подтвердилось. 8.1. КАТОДНЫИ КОЭФФИЦИЕНТ РАЗДЕЛЕНИЯ О/Н НА НИКЕЛЕВЫХ ДСК-ЭЛЕКТРОДАХ Вследствие пористой структуры электрода и большого содержания в нем водорода при определении величины катод- ного коэффициента разделения 1л/Н=г на никелевых ДСК- электродах можно совершить ошибку. Так, при проверке результата первого ориентировочного измерения, давшего значение гвп!О, оказалось, что в зависимости от предварительной обработки (электрода) могут получаться различные значения г.
Если электрод долгое время хранился в щелочи, то прн измерении получается слишком малый коэффициент разделения, ибо сначала отдается накопленный в электроде водород. Он содержит такое количество дейтерия, которое соответствует термодинамическому равновесию, с коэффициентом разделения г=З. Слишком малые коэффициенты разделения получаются и в том случае, когда выделение водорода происходит вблизи обратимого потенциала с плотностью тока порядка величины плотности тока обмена тп. В этом случае заметную роль играет обратная реакция анодного растворения водорода и практически получается термодинамически равновесное значение коэффициента разделения г=З.
Таким образом, можно ожидать, что коэффициент разделения зависит от перенапряжения, представляющего собой отклонение от обратимого потенциала. Точное определение коэффициента разделения на никелевых ДСК-электродах в зависимости от перенапряжения проведено Фнльштихом [2!. Он следил за тем, чтобы отбор проб происходил в установившемся состоянии выделения водорода. Фиг. 94 иллюстрирует результаты измерений, Катодный коэффициент разделения увеличивается с ростом перенапряжения от значения г=З прн обратимом потенциале до максимального значения г=6,8 при поляризации т1= — 40 мв. При дальнейшела увеличении поляризации коэффициент г вновь уменьшается.
Фильштих смог точно установить эту связь между коэффициентом разделения и перенапряжением и для других применяелтых для катодов металлов. Отсюда вытекают определенные требования к наиболее благоприятной для электрохимического получения дейтерия поляризации водородного катода, Из фиг, 94 видно, например, что технический электро- Применение /ТСАсэлектродов для эленгрохим обогащения 285 лпз воды приводится в области перенапряжений, неблагоприятных для обогащения тяжелой воды. Однако при использовании обычных никелевых электродов этого нельзя избежать, Фиг.
94. Катодный коэффициент разделения г на никелевых ДСК-электродах в зависимости от поляризации т. Максимум г лешггт в области поляризаций 40 — 70 ма, чему соответствуют плотности тока 50 — 2!!0 ма/смз (в зависниости от температуры), т. е. в области значений плотностей тока, обычных для техаических злектролизеров. Последние работают при таких плотностях тока со значениями поляризации, бблыпими 150 мв, и соответственно низкими значениями г. так как выделение водорода начинается в этом случае при перенапряжении около 200 мв и значительной плотности тока '-Р 1 1а уд 1е 1г 1х Ф и г. 05.
Схема установни для обогагцепия дейтерия. у- ух- группы элекгролпзеров; г- ввод волы в группу Г; Л- выезд тяжелой волы пз группы Гх. Газы, полученные прп злектролпзе, взапыодеяегвуюг в контактных печах (хо — угл образующаяся прп атом вола возвращаете», если аго необходггыо, в предшествующие группы злекгролггзеров. (см. фиг.
66). В это же время через никелевые ДСК-электроды при оптимальной для обогащения дейтерия поляризации протекает ток плотностью 160 ма/см', т. е. такой ток, который используется при техническом электролизе. На основании этих результатов можно сделать вывод, что ДСК-электрод благодаря его высокому коэффициенту разде- Глава р! 286 Ф и г. 96.
Блок-схема обогатительной ступени с обратным получением электроэнергии. 1-влектролизеры; Э-газе метры; 5 в волоролно-кислоролные топливные элементы; потери возмещаются из внеш. неа пепи с помощью трансформатора З и выпрямнтел» 5, ления и малой поляризации особенно пригоден для использо- вания в качестве водородного катода цри получении тяжелой воды в электролизерах. 6.2. ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДСК-ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ В технике электрохимическое получение тяжелой воды производится при помощи многоступенчатого процесса, схематически показанного на фиг. 96. Цифрами 1 — 1х обозна- чены расположенные группагии электролизеры, производительность которых определяется количеством воды, подводимой к соответствующей ступени.
В группу электролизеров ! подается обычная вода (стрелка 8), которая разлагается на водород и кислород. Разложение происходит при высоких температурах, так что продукт разложения наряду с газами содержит еще и водяной пар. Водяной пар, содержащий тяжелый изотоп водорода, конденсируется в конденсаторе и подается в следующую ступень, Гурименение ДСК-электродов для электролим обогащения 287 В то время как полученные в первой ступени бедный дейтерием водород и кислород используются для технических целей, эти же газы, полученные в следующих ступенях, реагируют между собой в контактных печах, образуя воду, которая подводится в одну из предыдущих ступеней с соответствующей концентрацией дейтерия.
Применение никелевого ДСК-электрода в электролизерах такой установки при той же производительности уменьшает напряжение электролиза и увеличивает эффект разделения. Фиг. 97. Электрохимическнй элемент для обогагмения тяжелой воды с двумя водородными электродами. Водород, богатый дейтерием, подводится к аноду 1, где он полностью растворяется; на катоде 2 выделяется эквивалентное количество водорода, бедного дейтерием. Такая схема позволяет исключить высокие энергопотери кислородных электродов.
В результате этого удешевляется конечный продукт — тяжелая вода. С энергетической точки зрения этот метод имеет большой недостаток, заключающийся в том, что хотя высококачественная электрическая энергия, подводимая для электролиза к верхним ступеням, сначала частично сохраняется в виде химической энергии гремучего газа, но затем в процессе необратимого взаимодействия продуктов электролиза в контакгных печах эта энергия превращается в тепловую, отвод которой представляет бесполезную трату энергии.
Этот недостаток можно устранить, отводя, согласно Юсти а61, продукты электролиза в топливный элемент. Таким образом, большая часть электроэнергии, израсходованной на электролиз, может быть получена вновь. На фиг. 96 приведена схема, объединяющая топливные элементы и электролизеры. Извне подводится электроэнергия, необходимая лишь для компенсации потерь, имеющихся главным образом на кислородном аноде электролнзера и кислородном катоде водородно-кислородного топливного элемента, 288 Глава ЧТ так как кислородные электроды при температуре ниже 100'С являются необратимыми.
Поэтому Фильц!тих и Винзель (4) предложили элементдля электрохимического обогашения тяжелой воды, в котором совершенно устраняется двойная потеря энергии на кислородном электроде. Этот элемент состоит нз водородного анода и водородного катода. К аноду подводится подлежа!ций обогащению газ. Газ электрохпмически растворяется, причем одновременно на катоде выделяется такое же количество бедного дейтерием водорода. Схема этого элемента приведена на фиг. 97, В качестве обоих электродов могут использоватьсч никелевые ДСК-электроды.
Исследование эффекта разделения этих элементов для обогащения тяжелой воды еше не закончено, Позднее будст сообщено как о наиболее благоприятном способе работы этих элементов, так и о возможности их использования в многоступенчатой установке для электрохимического получения дейтерия. ЛИТЕРАТУРА 1, Ко г1 6 га О., ЬеЬгьпсЬ лег Е)еЬ1госйего1е, Чег)аа СЬепп1е ьуе!пье!пЧ Вегка1гаае, 1957. 2, Ч ! е ! а 1 ! с Ь НЧ., л. Е!е7г!го»слет., 63 (1959); он. та клсе 5 с Ь п с Ь а г 6 1 Н., диплом. ра6., Вопп, Зпи 1958. 3. й п в 17 Е., !7АЗ 1051820, 1955.
4. Ч! е1 в 11 с Ь ЪЧ., ЪЧ1 и а е! А., пат. ФРГ !023017, 1956. 5. В е с хе г Е. %., РЬуа!Ьег1аяппк %1еаЬааеп, РЬуа!Ь-Чег!аа Мо»ЬасЬ7Вааеп, 1956, $. 90П. Глава Н!1 Друтие области применения ДСК-материалов 7.1. ДСК-ЭЛЕКТРОДЫ ИЗ ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ И ДЛЯ ДРУГИХ ГАЗООБРАЗНЫХ ТОПЛИВ Предыдущие главы были посвящены исключительно электрохимическим реакциям водорода на никелевых ДС!(-электродах. Водород как топливо обладает двумя единственными в своем роде преимушествами — высокой химической активностью и способностью в идеальном случае в качестве продукта окисления давать только воду, появление которой не приводит к расходу электролита.
Существует ряд других газообразных топлив, которые экономически еше более важны. Однако их «холодное горение» требует разрешения новых проблем. Это особенно относится к метану (СН4) и окиси углерода (СО). С экономической точки зрения в первую очередьследовало бы электрохимически использовать метан: ие только потому, что он в огромных количествах появляется как побочный продукт при добыче нефти, например иа Ближнем Востоке и впоследнее время в Сахаре, но и потому, что, кроме Северной Америки с ее линией дальней передачи природного газа, он большей частью бесполезно выпускается. Имея очень высокую теплотворную способность ( — АНень 212 800 кгсал/»голь)— в 3 раза ббльшую теплотворной способности водорода, — метан представляет и технический интерес.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
