1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Ее можно представить в виде системы б (ЭХГ блоков — топливно-окислительного, электрохимического ), теплового, электрического и блока продуктов реакции (Рис. 1.3). В электрохимическом блоке (ЗХГ) генерируются злек тэрическая энергия и тепло. В топливно-окислительном блоке х хранятся топливо и окислитель, осуществляются подго- 13 плива (например, измельчение угля), очистка от притовка топлива н ка топлива и месей (например, удаление серы) и переработ окислителя (например, паровая конв р е сия топлива).
Теплвной б лючает в себя устройство использования и преобразова. топлива ния тепла. Тепло используется для переработки то коммун ального и промышленного теплоснабжения, а также может быть преобразовано в электрическую энергию с и м щь парогенератора с паровой турбиной или с помощью газовой т бины. Блок продуктов реакции служит для сбора и испольтур ины. зования продуктов реакции. Электрический подсистемы регулирования параметров ЭЭС, изменения качества электроэнергии (преобразования постоянного тока в пере. менный, повышения напряжения), распределения электроэнергии и т.д. анализ так При анализе ЭЭС следует применять системныи ана как все подсистемы ЗЭС взаимосвязаны друг с другом.
Полезен при анализе ЭЭС также изложенный здесь принцип иерархих'еского построения построения системы от простого к сложному: электроды, электролит - ТЭ батарея ТЗ- ЭХГ- ЭЭУ ЭЭС. Это позволяет анализировать работу ЭЭУ и ЭЭС на всех уровнях. Особен. но важен для описания системы анализ ТЭ, поскольку генерация электроэнергии и тепла протекает на этом уровне и пара. метры ТЭ в значительной мере определяют параметры ЭЭУ и ЭЭС.
Из рассмотрения иерархической структуры ЭЗУ также следует, что мощности ЭЭУ и ЭЭС можно изменять в широких пределах. Соединяя последовательно и параллельно ТЭ, мож. но увеличивать напряжение и ток, соответственно и мощность батареи ТЭ. Соединяя несколько батарей ТЭ, можно получить мод ли, в свою очередь, составляя которые, можно полу. у чить ЭХГ и соответственно ЭЭУ любой мощности и конфи. гурации. 1.1.4. Элвкгрализные установки (электролизер ). ы).
Электролиз. ная ячейка, как и ТЭ самостоятельно не работает, так как, т ак же как и ТЭ, требует устройств подвода исходных реагентов и о а и од ктов реакции, источника постоянного тока, систем ки и о ктов реакции и термостатирования, устройств обработки праду др. Электролизные установки обычно состоят оят из бата еи элект. р ролизных ячеек, и д и о с стемы питания постоянного тока, по д. И систем хранения, подготовки и подвод р а вагентов, отвода обработки продуктов реакции, термостатирования, регули ро вания параметров электролизера и др. 14 Рис. 1.3. Схема влектоохимнческой влектростанпии: 2 — блок хранения и подготовки топлива и окислителя; 2 — ЗХГ; 3— тепловой блок; 4 — электрический блок; 5 — блок продуктов реакции;  — восстановитель (топливо); Ок— окислитель~ à — тепло; Пр — продукт реакпии )Л.5.
Комбинированные энвргаусгановки. Знергоустановки мо. тут быть получены и сочетанием электрохимических устройств друг с другом, а также электрохимических установок с неэлектрохимическими установками. Таким способом получают комбинированные энергоустановки. Сочетание ЭХГ с аккумуляторной батареей позволяет использовать достоинства этих устройств. Так, ЗХГ эффективно работает в режиме длительной эксплуатации, в то время как батареи аккумуляторов наиболее эффективны при коротких циклах разряд-заряд. Сочетанием электролизера и ЭХГ можно создать электрохими.
ческие аккумулирующие установки (регенеративные установки) большой мощности. Как известно, на пути решения проблемы использования солнечной и ветровой энергии имеется еще много нерешен. ных проблем, одна из которых связана с периодическим харак. тером действия этих источников энергии. Сочетание солнечных батарей и ветроустановок с аккумуляторными батареями и электролизерами позволяет в определенной степени преодолеть эту трудность.
Возможны также энергоустановки на основе двигателя внутРеннего сгорания — аккумуляторной батареи, атомного реактоРа — электролизера - паровой (газовой) турбины и др. Во всех рассмотренных выше установках и устройствах процессы электрохимического преобразования энергии происходят в электрохимических элементах и ячейках. Учитывая, что в работе различных элементов и ячеек имеются некоторые общие закономерности, целесообразно начи"ать рассмотрение электрохимических энергоустановок с анализа характеристик электрохимических элементов и ячеек. (1.22) (1.24) (1.18) ~с»ох РТ (1.25) для газообразных веществ (1.20) (1.26) 0,=кР, (1.21) Е, = — б П/(пР).
Е2. ТЕРМОДИНАМИКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЯЧЕЕК Термодинамика позволяет рассчитывать параметры элементов и ячеек при равновесии: электродвижушую силу (ЭДС) и КПД. Так как электрохимический метод обеспечивает прямое преобразование химической энергии в электрическую и электрической энергии в химическую без промежуточных стадий образования и превращения тепла, то в расчетах ЭДС и КПД можно сравнивать химическую энергию токообразуюшей реакции и электрическую энергию, подводимую к ячейке или отводимую от элемента.
1.2.1 Расчет ЭДС. Электрохимические элементы обычно работают при изобарно-изотермических условиях (Р = сопз1, Т = = сопз1). Для этих условий максимальная работа А „Рт,которая может быть получена в системе при обратимом протекании химической реакции, равна энергии Гиббса этой реакции ДП,с обратным знаком: Максимальная работа, которую можно получить в элементах, где Е, — ЭДС; ах — количество прошедшего электричества. По закону Фарадея при электрохимическом превращении 1 моля эквивалентов вещества через систему протекает количество электричества, численно равное постоянной Фарадея. При превращении 1 моля вещества через систему протекает количество электричества, численно равное пР, т.е.
где и — число моль-эквивалентов на 1 моль превращенного вещества; Р— постоянная Фарадея, равная примерно 96 500 Кл/моль-экв. Подставляя (1.19), (1.20) в (1.18), получаем Энергия Гиббса химической реакции, как и любая термодинамическая функция ЛФ, может быть рассчитана по уравнению 16 ДФ Х»упр 11Ф)пэ - Х»)исх Д Ф/исх' где». — стехиометрический коэффициент в уравнении реакции для 1»го вещества; ЛФ вЂ” термодинамическая функция образования /»го вещества из простых веществ; индекс пр — продукты, индекс иисх" — исходные вещества. По (1.21) и (1,22) можно рассчитать ЭДС люрых элементов или ячеек.
Для расчета зависимости ЭДС или парциального давления реагирующих веществ и продуктов реакции необходимо учесть уравнение изобары реакции ЬП=бсх~+ йТ(Х»1, 1па), -Х»~ 1па ). При этом и О = сх П + ИТ (Х "1 иэ 1п Р) иэ — Х» ' исх 1п Р) исх)с где а, а — активность продуктов реакции и исходных веществ; 3~1 „, )~1 „- относительное' парциальное давление продуктов реакции и исходных веществ; Д 19з-стандартная энергия Гиббса химической реакции, т.е.
энергия Гиббса реакции при активностях веществ, равных 1 моль/л, или относительных давлениях веществ, равных 1. Соответственно ЭДС элемента или ячейки будут равны: для растворенных веществ Е, = ЕЗ + — 1п (Х» и х 1п а „- Х» 1п а. „), Ет сР Е = Ез + — 1п (Х» „,х 1п Р) „- Х». „Р)п Р) ), пг ГдЕЕЗ вЂ” Ь Схс/(ПР), НаЗЫВаЕтСя СтаНдартНОй ЭДС ЗЛЕМЕНТВ или ячейки. Например, для реакции (1.4) уравнение ЭДС имеет вид Ех = Ех + (ЕТ/ЦРИ 1п (Рн РО /Рн О).
1О. исихсиххих,и1З1,З и Значения стандартных ЭДС некоторых элементов приведены в табл. 1.1, из которой видно, что они близки к 1 В. таблица 1.1. СтанлартнаяЭЛСинлеаллнаэеКПд некоторнк элемеитое при 298 К (1.29) Еэ, В (д Еэ/д Т)298, лт Че мВ/К Токообраэуюлня реакция (1.30) -0,85 1,19, -0,23 1,04 -0,01 1,02 0,01 0,71 0.47 -0,45 1,33 т2 ЬН2 =ЬН1+ 1 Ь ср дТ, т, Зависимость ЭДС от общего давления в системе может быть найдена из уравнения (1.31) (1.27) Т2 Ь52нЬ51+ )Ьсрд1пТ, т, (1.32) где Ь У- изменение объема системы в результате протекания химической реакции в расчете на 1 моль образовавшегося газа.
Например, в случае реакции (1А) Ь 1/ < О, поэтому где (1.33) < дЕэ) — >О, адляреакции2С+О =2СО Ь 1/ > О, поэто- дР ~т 2 му(д Еэ/дР)т<0. Зависимость ЭДС от температуры можно найти по уравнению (1,28) где Ь Е- энтропия химической реакции. Из (1.28) сдедует, что с повышением температуры ЭДС элемента или ячейки растет, если энтропия реакции положительна, и уменьшается, если энтропия реакции отрицательна. Стандартные значения энергии Гиббса реакций образования веществ в справочниках обычно приводятся для температуры 298 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
