Дипломная работа: Аналіз можливих схем електрохімічних генераторів для автономних джерел електричної енергії

Li, Na, Zn, Mg, Al, N₂ H_{4 ,} H₂ ,CH₃ OH, NH_{3 ,} CO, CH_{4 ,} C.

Тому як реакція взаємодії води з лужними металами йде з великими швидкостями, то в таких паливних елементах не можуть бути використанні водні електроліти.

Деякі метали, гідразін і водень окислюються з великими швидкостями вже при температурі t=20°C. Метанол СН₃ ОН може окислюватися з достатніми швидкостями тільки при наявності активних каталізаторів. А окис вуглецю СО і аміак NН₃ потребує додаткового створення досить високої робочої температури (t=200°C).

Електрохімічний еквівалент визначається з рівняння

К^е =М/(ZФ),

де М – молярна маса речовини, кг/моль;

Z – кількість електронів, що беруть участь в реакції;

Ф=96500 Ас/моль – число Фарадея.

По електрохімічному еквіваленту палива можливо розмістити в такій послідовності:

Н₂ , СН₄ , С, СН₃ ОН, NН_3, Li, N₂ Н₄ , Al, Mg, СО, Nа, Zn.

Електрохімічний еквівалент впливає на економічність паливного елемента. Враховуючи, що по закону Фарадея для здобуття 1Ф кількості електроенергії необхідно витратити 1г водню або М/Z грамів любої речовини. можливо визначити питомий видаток „m_е ” реагентів для здобуття 1кВт год електроенергії:

m_е =М×1000/(Z×Ф×Е×h_е )=К^е ×1000/(Е×h_е ),

де М – молярна маса речовини. Кг/моль;

Z – кількість електронів, що беруть участь в реакції;

Ф – 96500 А×с/моль – число Фарадея;

h_е – ефективний ККД паливного елемента.

При температурі реакції t_p =25°Cдля паливного елемента Е=1,23 В, а ЕРС вуглець-кисневого – Е=1,02 В.

При навантаженні паливного елемента напруга на його затискачах становиться менш ніж ЕРС за рахунок падіння напруги в електроліті і на електродах.

Падіння напруги в електроліті (омічна поляризація) пропорційне щільності струму „І” і внутрішньому опору елемента „r_вн ”

DU_ом =S×І×r_вн , (4.1)

де S – площа електродів.

Падіння напруги в електроліті (кінетична поляризація) пов’язана з сповільнюванням електрохімічних реакцій і зміненням активних речовин біля електродів.

Кінетична поляризація може бути зменшена за рахунок збільшення швидкості хімічних реакцій. Це може бути здійснено підвищенням робочої температури процесу і використанням каталізаторів.

Поряд з тім, з ціллю виключення з робочого діапазону паливного елемента режиму насичення щільність струму повинна бути більше значення граничної щільності

І_{zp =} ZФDC_o , (4.2)

де D – коефіцієнт дифузії;

С_о – концентрація в об’ємі розчину;

d - товщина шару електроліту, через який йде дифузія.

Гранична щільність струму може бути збільшена шляхом підвищення тиску реагентів і зменшення товщини дифузійного шару за рахунок переміщування електроліту.