1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 58
Текст из файла (страница 58)
6.8. Схема работы электролиаера воды, !†анал: 2 — катионообменная мембрана; 3 — като«; а — иетаяннк эдс. мально повышение давлеин. в кислородном насосе описывается тем 1ке уравнением, как и для водородного пасоса (при л=4), однако вследствие больших поляриза цИОННЫХ ПОТЕР!а Ианряжспнв СоетандяЕТ Нрныс[!Но ! В.
Кислородный насос может быть использован в качестве устройства для извлечения кислорода из воздуха. Прн использовании кислородного насоса необходимо принимать меры, предотвраща1ошпе обезвоживание нонообменных мембран. 6.2М. Электронна вода| На рис. 6.8 представлена схема электролизера. В этом случае на аноде происходит реакция 2Н20-м4Н +4и + +О,, а на катоде 4Н'+4е-- Н, Зоо Хотя разложение воды происходит на аноде, воду на разложение можно подавать не только к аноду, но и к катоду или иа оба электрода одновременно. При подаче воды к катоду вода поступает на разложение сквозь мембрану как за счет градиента концентрации, так и вследствие переноса ее гидратарованным протоном.
При заполнении обеих полостей водой следует иметь в виду, что наряду с разложением воды будет иметь место ее перекачка из анодной полости в катодную, зак как в этом случае отсутствует градиент влажности ИОМ и гндратирующая протон вода не будет возвращаться к а иоду. Электролизеры, использующие ИОМ в качестве электролита, обладают следу1ощими преимуществами по сравнению с традициош1ыми: сохранение постоянной концентрапни электролита; возможность работы при болыцих абсолютных давлениях; возможность работы при больших перепадах давления между водородом и кислородом; отсутствие коррознонной активности электролита; отсутствие в генерируемых газах примесей электролита. Представляется целесообразным использование таких электролизеров прп необходимости получения небольших количеств газов, хотя имеется сообщение о возможности применения таких систем для получения больших количеств водорода.
бть исследОВАния ЛОляРНЭАциОнных ХАРАКТЕРИСТИК ТЭ С ИОНООБМРННЫМИ МЕМБРАНАМИ При протекашш тока через ТЭ наблюдается понижение напряжения на нем по сравнению с бесточным потенциалом (см. гл. 2). Это связано как с поляризацией каждого из электродов, так и с падением напряжения в электролите н элементах конструкции. Целью настоящего параграфа является описание методов, позволя1оцщх определить вклад каждой составляющей полярнзашчи в общую поляризацию в зависимости от различных факторов. При этом нами предпочтительно будут рассматриваться такие методы, которые обеспечивают необходимые измерения в реальных конструкциях без введения дополнительных измерительных устройств непосредственно в ТЭ.
В отличие от ТЭ с жидким 30!. электролитом введение, например, электрода сравнения представляется достаточно трудным вследствие очень малых толщнн ИОМ и, кроме того, интерпретация полученных результатов в некоторой степени становится неопределенной, так как сопротивление ИОМ примерно на порядок больше, чем в электролитах — неорганических кислотах. Суммарная поляризация ТЭ с ИОМ складывается из омической поляризации, а также поляризации водородного и кислородно~о электродов, Ь.ЗЛ. Оммчесяая пяяярмзяяия Омическая поляризация в ТЭ с ИОМ складывается из разности потенциалов в электролите, возникающей за пределами двойных слоев, н в элементах конструкции, в том числе и контактном переходе ИОМ вЂ” электрод и токосборник электродов при протекании тока.
Напряжение омнческой поляризации зависит в основном нс от электрохимическнх процессов, а от конструктивного оформления и проводимости электролита. В реальных ТЭ вклад омнческой полярнзацнп в общую поляризацию прн умеренных плотностях тока не очень велик, поэтому изме[гение ее с точносгью 5 в 10с!с впочне отвечает необходимым требованиям. Для выбора метода измерения с необходимой точностью рассмотрим эквивалентную схему ТЭ (рис. 6.9Т, не учитывающую электрохимических реакций на электродах, где Р, означает истинное омическое сопротивление электроРис. 6ть ЭквивалентнаЯ схема лита. Оно не зависи о ТЭ 16д01. т т частоты в области звуковых частот.
Так называемый эффект Фалькенгагена, связанный с релаксацией ионных атмосфер, наблюдается при существенно ббльших частотах. Последовательно с Р~ включаются емкости Сям и Сп„, двойных слоев электродов. Можно предполагать, что эти емкости также не зависят от частоты. Ток, протекающий через йь переносится через двойные слои главным образом вследствие наличия этой "мкости без действительного разряда или образо- ноя вания ионов, т. е.
позволяет производить определенные отсчеты полного сопротивления Л всей схемы, когда приложенный потенциал составляет только несколько милливольт, что заведомо недостаточно для того, чтобы вызвать электролиз воды. Однако одновременно, как правило, вследствие различных причин имеет место незначительный электролиз. Процесс электролиза представлен как «фарадеевская утечка», включенная параллельно с двойными слоями. Эта утечка состоит из чистых сопротивлений Д, и Ям не зависящих от частоты н варбурговского сопротивления З„ на электродах, которое эквивалентно сопротивлению и емкости, включенным последовательно, при- чем сопротивление послед них — постоянно при любой заданной частоте.
Емкость Сс представляет собой емкость двух электродов, разделенных электролитом, а сопротивления 1хг и 1хг — омические сопротивления электродов, элементов,конструкции и т. д. При исследова- х г. "а га 6 аа1 га' и' мх гч Рпс. 6ЛО. Зависимость полного сопротявлспяя ТЭ от частоты внешнего тока. 303 нии ТЭ в качестве источника инусоидального тока использовался генератор звуковых сигналов ГЗ-ЗЗ, а сопротивление подсчитывалось по выражению З=(/1!, где (г' — падение напряжения на ТЭ при протекании тока 7. Частотная зависимость одного из ТЭ площадью 50 см' при комнатной температуре представлена на рис.
6.10. При этом в полости подааалпсь различные газы: кривая ! — аргон — аргон и кислород — кислород; кривая 2 — водород — кислород и кривая д — водород — водород. Из рисунка видно, что в области частот 2000 — 6000 Гц сопротивление ТЭ практически не изменяется и не зависит от рода газа в полостях; сопротивление двойных слоев малб, а сопротивление параллельной емкости велико, т. е. измеренное сопротивление соответствует омическому сопротивлению ТЭ (х=Я,„). При дальнейшем повышении частоты наб.
ш. людается уменьшение сопротивления вследствие уме ь- нения сопротивления емкости Сс. Параллельно с частотными измерениями было проведено исследование омического сопротивления по зависимости потенциала от времени при включении постоянного тока [2.11. Получено достаточно хорошее совпадение с частотным методом прн частотах 2000 — 6000 Гц. '!астотный метод использовался в наших исследованиях вследствие достаточно простого аппаратурного оформления и возможности измерений при лк>бых газах, находящихся в полостях ТЭ.
После определения омнческого сопротивления ТЭ вычисление омической поляризации >1, не представляет трудностей и производится по уравнению т!ом= й>от>у, (6.1) где 1 — ток, протекающий в ТЭ. Часто в литературе приводятся характеристики ТЭ без учета омической поляризации, чтобы показать характеристики электродов, для чего к напряжению ТЭ прибавляется поляризация, подсчитанная по выражению (6,1). Как уже было отмечено ранее, омическое сопротивление ТЭ складывается из сопротивлений различных составляющих, причем вклад сопротивления ИОМ, как правило, составляет 30 — 50о>о полного омического сопротивления.
6.ЗЗЬ Электроды ТЭ Прежде чем перейти к обсуждению поляризации электродов, рассмотрим особенности изготовления электродов ТЭ н способов их сопряжения с ионообменной мембраной. Требования в отношении каталитической активности, коррозионной стойкости, электронной проводимости аналогичны требованиям, предьявляемым к электродам для кислых электролитов. Однако име>отса и существенные" отличия, связанные с локализованной зоной реакции и необходимостью обеспечения не только подвода газа через электрод, но и возможности отвода через ту же структуру продукта реакции — воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
