Содержание:
Введение
- Отвод газообразных продуктов электролиза
- Электрическое сопротивление электролита (общие сведения)
- Проблема газонаполнения электролита
Заключение
Введение
В моей статье
были рассмотрены детали процесса электролиза воды при получении водорода на основе водного раствора электролита.
В этой статье стоит отдельно обратить внимание на особенности и свойства самого электролита и их взаимосвязь с эффективностью процесса электролиза.
1. Отвод газообразных продуктов электролиза
Электролит (эл-т) должен обладать более высокой удельной электропроводимостью, для уменьшения потерь напряжения в электролитической ячейке затрачиваемое на преодоление сопротивления электролита. Из этих соображений принимают меры для более лучшего отвода газообразных продуктов от электродов из зоны прохождения тока между электродами с целью снижения газонаполнения, что напрямую связано со снижением электрического сопротивления эл-та.
2. Электрическое сопротивление электролита (общие сведения)
С увеличением концентрации эл-та его сопротивление возрастает до определенного значения. При дальнейшем увеличении концентрации его сопротивление снижается. Это может наблюдаться у таких электролитов как NaOH, KOH, H2SO4, HCIO4 и других веществ с неограниченной или высокой растворимостью в воде (NaCI, KCI).
Сопротивление эл-та существенно возрастает при присутствии в нем газовых пузырьков, образующихся на электродах. Также повышают сопротивление посторонние включения, которые сужают проходное сечение эл-та, повышают фактическую плотность тока в нем, удлиняют путь движение тока, делая его извилистым.
При преодолении сопротивления эл-та происходят потери напряжения. Для их уменьшения стараются применять эл-ты с оптимальной или более высокой концентрацией и электропроводимостью. Также для снижения потерь напряжения на преодоление сопротивления повышают рабочую температуру процесса.
3. Проблема газонаполнения электролита
Газонаполнение зависит от условий процесса электролиза:
- увеличение плотности тока (т.е. повышение интенсификации процесса),
- увеличение вязкости эл-та,
- а также уменьшение размеров электролизной ячейки путем сближения электродов, либо электродов и диафрагмы между собой
ВСЕ ЭТО приводит к возрастанию газонаполненности.
На рис.1 представлена схема ячейки электролизера с разделительной диафрагмой, предотвращающей смешение газов и образование гремучей смеси. Электроды выполняются биполярными.
Снижению вязкости эл-та способствует увеличение температуры процесса электролиза. Это приводит к тому, что возрастает скорость подъема газовых пузырьков, что приводит к уменьшению газонаполненности. Вместе с тем с увеличением температуры процесса увеличиваются объемы газовых продуктов электролиза. В связи с чем целесообразным является и увеличения давления.
Газонаполнение существенно зависит от скорости образования и роста газовых пузырьков, образующихся на электродах и отделения их от эл-та. На скорость подъема газовых пузырьков влияют размеры самих пузырьков и наличие организованной циркуляции эл-та, которая может способствовать удалению газовых пузырьков из электролита.
Размер газовых пузырьков зависит от поверхностного натяжения материала, из которого изготовлен электрод. Поверхностное натяжение в свою очередь зависит от потенциала электрода.
В связи с этим наибольшие размеры газовых пузырьков и, как следствие, больший выход соответствующего вещества наблюдаются при потенциалах электрода (необходимое напряжение для разряда ионов с получением продуктов реакции электролиза) близком к нулю. Тогда краевой угол смачивания имеет максимальное значение как показано на рис. 2.
При этом размеры газовых пузырьков зависят от краевого угла смачивания в момент их отрыва от электрода.
Заключение
Одной из главных особенностей водно-щелочного электролиза при получении водорода является проблема газонаполнения, которая зависит от ряда факторов и прежде всего от:
- температуры процесса,
- вязкости эл-та,
а также:
- скорости образования и роста газовых пузырьков;
- скорости подъема газовых пузырьков и их размеров;
- организации эффективной циркуляции эл-та.
Таким образом, использование водных растворов эл-тов приводит к усложнению процесса электролиза воды и делает существенно зависимой эффективность процесса от технологии использования эл-та, т.к., с ростом газонаполнения возрастает электрическое сопротивление и, как следствие, снижается эффективность процесса электролиза воды.
Кроме того, имеется влияние и на размеры самого электролизера, поскольку с точки зрения компактности в этом случае присутствуют ограничения по минимальным размерам ячеек электролизера из-за проблемы газонаполнения.
Все это явилось импульсом к развитию новой технологии электролиза воды под названием «с твердо-полимерным электролитом» или «с протонообменной мембраной». Об этом в новых публикациях.