Химические источники энергии

Лекция 1. Теоретические основы электрохимического преобразования энергии. Напряжение элемента

Алессандро Вольта (18.02.1745-05.03.1827)

О курсе

Форма – лекции, самостоятельная работа

Итоговая аттестация – зачет итоговое тестирование в Moodle или устный ответ

Рекомендуемая литература Дамаскин Б.Б. , Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. —

М. : Химия : КолосС, 2006.— 670 с.

Химические источники тока : справ. / под ред. Н.В. Коровина, А.М. Скундина. – М. : Изд-во МЭИ, 2003. – 739 с.

Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. — М. : Энергоатомиздат, 1991. — 263 с.

ЛЕКЦИИ!

сайт http://kozaderov.ru

химический источник энергии=

химический источник тока

Лекция 1

Что такое химический источник тока?

Какие типы химических источников тока существуют?

Как генерируется электрический ток в химическом источнике тока ?

Как найти напряжение химического источника тока ?

Почему реальное напряжение химического источника тока всегда ниже расчетного значения?

Что такое мощность, энергоемкость и энергия химического источника тока?

Химический источник тока

Химический источник тока

устройство, в котором химическая энергияокислителя и восстановителя напрямуюпревращается в электрическую энергию

основа любого химического источника тока- это электрохимическая ячейка (элемент)

Классификация химических источников тока

первичные элементы (или гальванические элементы)

вторичные элементы (или аккумуляторы)

топливные элементы

Классификация ХИТ

1. ПЕРВИЧНЫЕ

(ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ) ЭЛЕМЕНТЫ

одноразового использования

содержат ограниченный запас окислителя и восстановителя

после полного израсходования активных веществ становятся неработоспособными и требуют замены новыми

Классификация ХИТ

2. ВТОРИЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

(АККУМУЛЯТОРЫ)

многоразового использования

содержат ограниченный запас окислителя и восстановителя

после полного израсходования активных веществ масс могут быть приведены в рабочее состояние под действием электрического тока

Классификация ХИТ

3. ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

работают, пока подаются окислитель и восстановитель, которые хранятся вне элемента

Типичная схема электрохимического элемента

восстановитель | электролит | окислитель

электроотрицательный металл А

электролитэлектроположительный

металл В

Вольтов столб

Простейший электрохимический элемент

A → A+ + e−

полуреакция

окисления

B+ + e− → Bполуреакция

восстановления

A + B+ → B + A+

окислительно-восстановительный брутто-процесс

(-) АНОД КАТОД (+)

Химический источник тока

устройство, в котором химическая энергия пространственно разделенного взаимодействия окислителя и восстановителя напрямуюпревращается в электрическую энергию

восстановитель

на анодеэлектролит

окислительна катоде

+

Реакции в элементе. Разряд

Анодная реакция (окисление): Red1 – ne– → Ox1

Катодная реакция (восстановление): Ox2 + ne– → Red2

Брутто-реакция в ячейке: Red1 + Ox2 → Ox1 + Red2

Ox – окислитель

Red – восстановитель

Разряд и заряд

РАЗРЯД

(–) анод (Red1) | электролит | катод (Ox2) (+)

ЗАРЯД

(+) катод (Ox1) | электролит | анод (Red2) (–)

Напряжение элемента

Равновесное напряжение элемента

на границах раздела фаз (электрод / электролит) установилось электрохимическое равновесие

электрический ток во внешней цепи отсутствует

электродный потенциал анода отрицательнее, чем потенциал катода

Еa < Ек

равновесное напряжение Е = Ек - Еа > 0

Термодинамический расчет равновесного напряжения элемента

1Red1 + 2 Ox2 → ’1 Ox1 + ’2 Red2 , G0

E0 = –ΔG0/nF

1 Red1 – ne– → ’1 Ox12 Ox2 + ne– → ’2 Red2

Уравнение Нернста

i

i

ν

реагентов0

ν

продуктов

∏aRTE=E + ln

nF ∏a

Задание 1

Напишите уравнения анодной, катодной и брутто-реакций в Вольтовом столбе