Реферат: Химические способы аккумуляции энергии
а) гальванические элементы.
В гальванических элементах происходит непосредственно преобразование химической энергии в электрическую. Окислитель и восстановитель входят в состав электродов, которые расходуются в процессе работы элемента. В качестве примера можно привести следующую электрохимическую систему элементов:
(+) HgO | КОН | Zn (-)
При замыкании внешней цепи в элементе генерируется постоянный ток в результате протекания следующих процессов:
окисления цинка (восстановителя):
Zn + 2OH – → ZnO + H2 O + 2e –
восстановления оксида ртути (окислителя) :
HgO + H2 O + 2e – = Hg + 2OH –
Движения гидроксид-ионов в растворе и движения электронов во внешней цепи от зоны протекания реакции окисления в зону протекания реакции восстановления.
Суммируя реакции, получаем
HgO + Zn = ZnO + Hg.
Таким образом, в результате протекания в элементе вышеуказанной реакции во внешней цепи генерируется постоянный ток, то есть химическая энергия превращается в электрическую. Вышеуказанная реакция называется токообразующей.
После расхода окислителя и восстановителя элемент выходит из строя, поскольку он является элементом одноразового действия.
б) топливные элементы
Если вместо расходуемых электродов в элементе применяют нерасходуемые, а реагенты хранят вне элемента и подают в него в процессе работы, то такое устройство называют топливным элементом. В топливных элементах электроды служат проводниками и катализаторами электрохимических реакций. В качестве примера рассмотрим работу кислородно-водородного топливного элемента с щелочным электролитом (водным раствором KOH).
Токообразующей в топливном элементе будет реакция образования воды из водорода и кислорода:
H2 + ½ O2 = H2 O.
Схему топливного элемента можно записать в виде
(+) O2 , Me1 | KOH | Me2 , H2 (-),
где Me1 и Me2 – нерастворимые электроды, катализирующие реакции.
При замыкании внешней цепи на аноде происходит электрохимическое окисление водорода (топлива):
H2 + 2OH– - 2e– = 2H2 O.
На катоде идет электрохимическое восстановление кислорода (окислителя) :
½ O2 + H2 O+ 2e– = 2OH– .
Гидроксид-ионы двигаются в элементе от катода к аноду, а электроны во внешней цепи от анода к катоду.
Поскольку во внешней цепи перемещаются электроны, то есть возникает электрический ток, то в топливном элементе химическая энергия превращается в электрическую энергию.
Для осуществления токообразующей реакции необходимо разделить окислитель и топливо, обеспечить протекание полуреакций и направленное движение электронов и ионов. Все эти функции выполняет топливный элемент. Электроды топливного элемента обеспечивают протекание электрохимических реакций, подвод и отвод электронов, электролит – движение ионов и разделение окислителя и восстановителя.
В отличие от гальванического элемента топливный элемент может работать длительно. Он преобразует химическую энергию в электрическую, пока в него поступают реагенты.
в) электролизная ячейка.