Водородные и кислородные пористые электроды

Наиболее разработан в настоящее время водородно-кислородный топливный элемент. Этот элемент представляет собой герметически закрытую камеру с двумя пористыми (металлическими или графитовыми) электродами, погруженными в раствор щелочи (например, КОН). В камеру непосредственно к поверхностям электродов подаются газообразные водород и кислород. При этом на одном электроде — на аноде — происходит электрохимическое окисление водорода с одновременной отдачей электронов во внешнюю цепь [c.83]

Рис. 250. Водородно-кислородный элемент с пористыми цилиндрическими угольными электродами

Водородные и кислородные пористые электроды [c.81]

Реакции, протекающие в водородно-кислородном элементе со щелочным электролитом [8]. Скорость ионизации водорода и кислорода на электродах в низкотемпературных элементах повышается за счет применения активных катализаторов. При этом в элементах часто используют пористые металлические и угольные электроды с большой поверхностью пор, в которых катализатор [c.51]

Основными типами ЭХГ, созданными в мире, являются водородно-кислородные (воздушные) системы с пористыми электродами (щелочной электролит) или с ионообменными мембранами (кислы электролит). Рассмотрим процесс в единичном топливном элементе (ТЭ), входящем в состав ЭХГ. [c.8]

Топливные элементы. Для непосредственного преобразования тепловой энергии сгорания топлива в электрическую служат топливные элементы. Топливный элемент работает благодаря непрерывно поступающим в него и разделенным в пространстве электролитом окислителю и восстановителю. Проходя через пористые электроды, изготовленные из спрессованного графита, и контактируя с электролитом, восстановитель окисляется, а окислитель восстанавливается. Разность электродных потенциалов определяет напряжение элемента. Электролитом может служить раствор кислоты или щелочи, расплав соли. В качестве окислителей берут кислород или воздух, а как восстановители берутся водород, горючие г азы или жидкости. Электродные процессы при работе топливного элемента состоят из двух полуреакций окислительно-восстановительной реакции. Например, в водородно-кислородном топливном элементе с раствором щелочи в качестве электролита протекают следующие процессы [c.683]

Невысокая стоимость электродов. Электроды состоят из пористой никелевой матрицы, содержащей небольшие количества серебряно-никелевого катализатора для кислородных электродов и палладиево-серебряных катализаторов для водородных электродов. [c.449]

В настоящее время наиболее часто применяют водородно-кислородный топливный элемент. Устройство его чрезвычайно простое (рис. 64). В герметически закрытом сосуде установлено два пористых металлических (чаще всего никелевых) электрода, разделенных слоем раствора гидроксида калия или натрия. К поверхностям электродов подаются газообразные водород и кислород соответственно. Схему элемента со щелочным электролитом можно записать следующим образом (—)Н2 К0Н 02(+). Элемент работает при 50—70°С и атмосферном давлении. На электродах протекают реакции на аноде — электрохимическое окисление водорода [c.247]

Особенности работы пористых электродов [1]. В большинстве ХИТ (кислотные, щелочные аккумуляторы, марганцево-цинковые, ртутно-цинковые элементы, водородно-кислородные топливные элементы) электроды (оба, реже один) являются пористыми. В пористых электродах имеется высокоразвитая поверхность раздела трех фаз (активного вещества, электролита— проводника с ионной проводимостью проводника с электронной проводимостью). Наличие большой истинной внутренней поверхности Е по сравнению с внешней геометрической 5 поверхностью позволяет получать при использовании ХИТ большой ток при небольшой поляризации. [c.55]

Регенерация карбонизированного электролита из ЭХГ. Определенная концентрация карбонатов в электролитном контуре поддерживается посредством регенераторов. Регенератор — водородно-кислородный ТЭ, в котором водородный электрод отделен от электролита несколькими мембранами из асбеста и пористого никеля, образующими диффузионный барьер [3.16]. [c.125]

Известны элементы, работающие при умеренно повышенных температурах (порядка 180—250°) с водными электролитами под давлением от 5 до ЪО атм, так называемые среднетемпературные топливные элементы. К ним относится прежде всего водородно-кислородный элемент Бэкона, в котором используется щелочной электролит и никелевые пористые электроды. Среднетемпературные элементы с концентрированной фосфорной кислотой в качестве электролита, по-видимому, могут, оказаться пригодными для электрохимического сжигания газообразных углеводородных топлив. [c.550]

Поэтому водородно-кислородный элемент Бэкона [35, 36] работает при температуре около 220° С. При более низких температурах элемент не дает высоких плотностей тока порядка 400 жа/сж , так как в качестве электродов в нем используется только пористый никель. В противоположность ДСК-электродам на никелевых электродах при комнатной температуре водородный потенциал не устанавливается. [c.123]

П. М. Спиридонов в 1939—1941 гг. разработал в лаборатории акад. А. Н. Фрумкина в Физико-химическом институте имени Л. Я. Карпова водородно-кислородные элементы с пористыми электродами диффузионного типа [Л. 10]. Газы — водород и кислород подавались к соответствующим пористым электродам со стороны, не соприкасающейся с раствором электролита. Электрохимическая реакция в таких электродах проходит в порах [c.219]

Элементы и ЭХГ фирмы Дженерал электрик . Американская фирма Дженерал электрик разработала кислородно-водородные элементы, в которых электролитом служит ионообменная мембрана [ 63]. Пористые электроды из платиновой черни или других металлов наносят на поверхность мембраны напылением, осаждением из раствора или другими методами. [c.88]

Первоначально в водородно-кислородных элементах использовались пористые металлокерамические, газодиффузионные электроды. Создание значительной поверхности для протекания электрохимической реакции осуществлялось с помощью перепада давления между газом и электролитом. В этих условиях часть более широких пор освобождена от электролита. Электрохимическая реакция протекает как на стенках широких га- [c.6]

Цель этой главы состоит в том, чтобы нарисовать наглядную физическую картину элементарных стадий, из которых слагается электрохимическая реакция на гладком электроде. Здесь будут кратко изложены основные представления о строении границы раздела металл — раствор, элементы теории адсорбции и кинетики, а также экспериментальные данные, касающиеся кинетики реакций, протекающих на водородном и кислородном электродах. В связи с перспективой использования в топливных элементах органического горючего кратко рассмотрена адсорбция сложных молекул на неоднородной поверхности. Сведения о механизме локальных процессов необходимы для развития теории распределенных электрохимических систем, к числу которых относятся пористые электроды топливных элементов. [c.8]

В нач. 20 в. предполагалось создать Т. э. для прямого превращения энергии прир. видов топлива-прир. газа, нефтепродуктов или оксида углерода, получаемого газификацией углей (отсюда назв.),-в электрическую как альтернативу тепловым машинам, кпд к-рых ограничен вторым началом термодинамики. Задача оказалась трудной из-за инертности этих топлив к электрохим. р-циям. В 60-х гг. 20 в. были разработаны водородно-кислородные Т. э. с использованием щелочного р-ра электролита (обычно 30-40%-ный водный р-р КОН) и в качестве топлива-водорода высокой степени чистоты. Эти Т. э. (рабочая т-ра от 20 до 100 °С, в отдельных вариантах до 160 °С) предназначены для космич. кораблей, автономных устройств связи и т.д. В них используются т. наз. газо диффузионные электроды-пористые никелевые или угольные электроды с нанесеннььми катализаторами (дисперсные Р1, №, Ag и т.д.), к-рые, с одной стороны, контактируют с электролитом, с другой - с реагирующим газом. На отрицат. электроде водород электрохимически окисляется (Нз 4- 20Н -> 2Н20 + 2е ), на положительном-восстанавливается кислород (1/2О2 + 4-НдО-Н 2е - 20Н ). Образующаяся вода поступает в электролит (что требует рециркуляции электролита и удаления воды с помощью внеш. устройств) либо испаряется с пов-сти электродов (при рабочих т-рах выше 60 С). Эдс кислородно-водородной цепи при давлении газов 0,1 МПа (1 атм) и 25 °С равна 1,229 В, а при 100 °С равна 1,162 В напряжение разомкнутой цепи около 1,1 В номинальная плотн. тока 500-2000 А/м (катализатор-скелетный №), 4-8 кА/м (Р1). Срок службы водородно-кислородных элементов до 10 тыс. часов. [c.610]

В случае использования анионообменной мембраны перенос тока осуще ствляется ионами ОН. Электроды выполняются в виде тонкой титановой, никелевой или платиновой сетки, покрытой платиновой чернью, либо в форме пористой массы, нанесенной на поверхность мембраны. Во втором случае водородный электрод делают из активированного угля, содержащего платину, а кислородный — из угля с добавкой серебра. [c.55]

Оценим значения Ьв для водородного и кислородного электродов со скелетным никелевым и платиновым катализаторами. В выражение для Ьв входит значение ), которое является эффективным коэффициентом диффузии. Полагая пористую структуру гранулы изо- [c.107]

Кислородные электроды в нашем случае аналогичны водородным и представляют собой пористые углерод-фторопластовые подложки толщиной 0,7—1 мм, активированные платиновой чернью (чистой или с фторопластовой суспензией) удельная поверхность Р , определенная по методу БЭТ, составляет примерно 20 м /г. Мембранно-электродный блок образуется в результате термического прессования ИОМ и электродов. [c.311]

Фирма Аллис Чалмерс использует в качестве элек-тролитоносителя асбестовую диафрагму [Л. 7, 32]. Электродами ТЭ Аллис Чалмерс являются пористые никелевые пластины толщиной 0,5—0,75 мм, активированные платиной и палладием на аноде и серебром или платиной на катоде. Электроды прижимаются к асбестовой мембране с помощью электрододержателя. Благодаря применению высокоактивных электродов и тонкой мембраны с малым омическим сопротивлением в ТЭ получены высокие плотности тока. Характеристики ТЭ Аллис Чалмерс являются одними из лучших характеристик водородно-кислородных низкотемпературных ТЭ. Так, при 90 °С и напряжении 0,90 В получена плотность тока 250 мА/см . Топливные элементы могут работать непрерывно 5 000 ч и более. [c.118]

В некоторых конструкциях водородно-кислородных ТЭ отсутствуют газовые камеры. В некоторых ТЭ использовались угольные порош(ковые электроды. При изготовлении ТЭ пористая пластмассовая диафрагма типа Порвик М (Рогу с М), лротитанная щелочным электролитом, помещалась между двумя металлическими пластинами. Промежуток толщиной 0,5 мм между этими токоотводящими пластинами и электролитоноси-телями заполнялся порошком активного угля, содержащего 10% фторопластовой суспензии. Газ подавался с торца каждого электрода и распределялся по всему 92 [c.92]

Наибольшее развитие статические СУВ получили в разработках фирмы Аллнс-Чалмерс , США, В водородно-кислородном ЭХГ космического назначения мощностью 2 кВт на основе ТЭ с асбестовой матрицей система выполнена как двухконтурная, т, е. процессы тепло- и массопереноса осуществляются раздельно и независимо одни от другого. Теплота отводится изнутри ТЭ к наружной поверхности через магниевые элементы конструкции, охлаждаемые циркулирующи. 1 гелием. Пары воды диффундируют с иоверхности водородного электрода (концентрация электролита в асбестовой матрице около 35 /о) чере.з водородную камеру к транснортиой матрице, пропитанной электролитом с более высокой концентрацией (около 40%) и разделяющей водородную камеру с камерой удаления воды (рнс, 5,2), Последняя периодически сообщается с вакуумом, благодаря чему пары воды удаляются. Таким образом, регулирование концентрации электролита в обеих матрицах и скорость удаления воды из ТЭ ири данной температуре непосредственно зависят от давления в камере удаления воды. В конструкции электродов и транспортной матрицы предусмотрены резервуары (соответственно дополнительный объем пор электродов и опорная пластина из пористого иикеля), обеспечивающие возможность изменения объема электролита при изменении его концентрации в процессе регулирования баланса воды. Данные резервуары являются, следовательно. элементами системы регулирования. Фирма Аллис-Чал- [c.210]

В низкотемпературных водородно-кислородных элементах широко применяются так называемые газо-диффузионные электроды. Они представляют собой пористые металлические пластинки (чаще всего никелевые), состоящие из двух слоев. С фронтальной стороны электрода, обращенной к электроду противоположного знака и омываемой электролитом, находится тонкий, мелкопористый запирающий или запорный слой, а на его тыльной стороне, к которой подводится газ, расположен более толстый рабочий слой с крупными порами. Такая конструкция электродов, впервые примененная Бэконом, создает большую поверхность раздела между газом и электролитом и позволяет обеспечить их тесный контакт. Граница раздела фаз находится при этом в непосредственной близости от поверхности твердой фазы, на которой, собственно, и происходит электрохимическая реакция. Пробулькивание газа через электрод предотвращается капиллярным давлением жидкости в мелких порах запирающего слоя. Этим достигается полная утилизация горючего газа и кислорода. [c.493]

Скорость окисления водорода и восстановления кислорода может быть увеличена применением пористых электродов с высокой удельной поверхностью. Одной из проблем, встречающихся при разработке водородных, кислородных и других электродов с газообразными реагентами, является создание трехфазной зоны. Электрод должен одновременно иметь контакт и с электролитом и с газом. При этом электрод не должен полностью затопляться, а газ не должен поступать в межэлектродное пространство. Решение этой проблемы обычно находит-6—267 81 [c.81]

Низкотемпературные водородо-кислородные ТЭ со щелочным электролитом и металлическими пористыми электродами чаще всего работают с 6—8 н. раствором КОН при 80—90 °С. Электроды ИЗГОТОВЛЯЮТ спеканием порошкообразного карбонильного никеля (никеля, полученного разложением паров карбонила никеля). Отрицательный электрод активируют путем добавок скелетного Ре-неевского никеля . Для этого к карбонильному никелю добавляют мелко раздробленный сплав никеля с алюминием, прессуют и спекают в водородной атмосфере. Затем алюминий выщелачивают, обрабатывая растворами щелочи [22]. Положительный электрод активируется добавками серебра, электроды делают двуслойные с запорным слоем (см. стр. 439). Так как в щелочном [c.440]

Помимо созданных Бэконом водородно-кислородных элементов с двухслойными пористыми никелевыми электродами, в последнее время получили развитие другие типы водородно-кислородных элементов. [c.229]

Обсуждая модель цилиндрических капилляров, мы ограничились анализом поляризационных характеристик отдельных механизмов при ма.1 ых и больших потенциалах. Это позволило отобрать те варианты, которые приводят к токам, согласуюш,имся по порядку величины с наблюдаемыми в реальных электродах. В результате анализа было показано, что в модели цилиндрических капи.лляров удовлетворительным является только пленочный механизм генерации тока. Остается, однако, неясным, каковы детали этого механизма, а именно, каков режим генерации тока в пленке и какова степень участия внутренней поверхности микропор в этом процессе. Вопросы эти чрезвычайно важны, так как от ответа на них зависят способы интенсификации процесса. В поисках ответа естественно прежде всего обратиться к анализу формы поляризационных кривых, которые схематически изображены иа рис. 211 на основе результатов гл. 7 и 8. Кривые 1 и 2 отвечают смешанному режиму при разных формах ми-крокинетики, кривая 3 — внешнедиффузионному. На кислородных электродах обычно реализуются поляризационные характеристики типа 1, а в водородных — типа 2. Внешиедиффузионный режим на пористых электродах не наблюдается. Более детальных сведений о механизме процесса из поляризационных кривых получить не удается. Серьезный анализ механизма генерации тока возможен только иа основе параллельных исследований структурных, капиллярных и электрохимических характеристик серии электродов различно структуры. В литературе чаще всего встречаются расчеты, не подкрепленные экспериментальными данными. При этом подавляющая часть работ по теории газовых электродов выполнена в модели цилиндрических пор [54—67] и вопрос о зависимости тока от [c.304]

Выражение (10.58) обладает двумя характерными особенностями, которые позволяют довольно легко отличить кинетический режим от виутридиффузионного. Во-первых, / — во-вторых, с ростом содержания фторопласта в смеси активность электрода монотонно убывает, так как величины X и Д с ростом Сфт уменьшаются. Таким образом, если электрод генерирует ток в кинетическом режиме, то максимум на кривой / — Сфт отсутствует. Формулы, подобные (10.54) и (10.58), были получены также в работе [22]. Анализируя экспериментальные данные, авторы пришли к выводу, что кислородный гидрофобизированньш электрод генерирует ток в кинетическом режиме, а в водородном электроде процесс лимитирует диффузия газового реагента сквозь пленку электролита, покрывающую поверхность пор. В работе [22] совсем не учтена диффузия газа в пропитанные электролитом пористые слои катализатора. [c.354]

Исследование влияния мономерных и полимерных фталоцианинов металлов на электрохимическое ловедение кислородного электрода проводилось в 7,5 н. растворе калиевой щелочи марки х. ч. с гидрофобизи-рованным пористым электродом, имеющим рабочую внешнюю поверхность 8 см . Измерение потенциала осуществлялось относительно окис-но-ртутного электрода. В дальнейшем потенциал выражен в нормальной водородной шкале. Поляризационные кривые восстановления кислорода снимали нри избыточном давлении О2, равном 10—20 мм водяного столба после предварительной катодной поляризации электрода плотностью тока 300 мА/см . [c.93]

В современных конструкциях применяются плоские электроды. Электропроводной основой в них служит пористая никелевая пластина или проволочная сетка с нанесенным на нее порошком никеля. Во избежание намокания основа пропитана гидрофобизи-рующим веществом, например политетрафторэтиленом. На основу с одной стороны нанесены два угольных слоя первый в виде пористого угля, содержащего связующее, и второй — в виде угля, несущего катализатор. В качестве катализатора в кислородном электроде используются серебро и соединения кобальта и алюминия, а в водородном — платина и палладий. Стороной, несущей катализаторный слой, электрод обращен к раствору. [c.54]

На рис. 3.2 представлены тшичные поляризационные кривые для металлокерамических гидрофильных водородного и кислородного электродов. В случае водородного электрода (кривая /) в широком интервале плотностей тока имеет место прямолинейная зависимость между током и потенциалом. На поляризационной кривой кислородного электрода (кривая 2) в области малых плотностей тока наблюдается участок со значительной поляризуемостью. К гидрофильным электродам следует отнести также электроды из пористой пластмассы. Их основу составляет пористая металлизированная поливинилхлоридная пленка, на одну сторону которой наносится активный слой. [c.88]