лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии. напряжение элемента
лекция 2. теоретические основы электрохимической...
-
Upload
olegkozaderov -
Category
Education
-
view
175 -
download
2
Transcript of лекция 2. теоретические основы электрохимической...
Химические источники энергии
Лекция 2. Теоретические основы электрохимического преобразования энергии. Электродная поляризация
Лекция 2
Почему реальное напряжение химического источника тока всегда ниже расчетного значения?
Что такое мощность, энергоемкость и энергия химического источника тока?
Вольтов столб
Козадеров О.А. 2015 г.
Простейший электрохимический элемент
A → A+ + e−
полуреакция
окисления
B+ + e− → Bполуреакция
восстановления
A + B+ → B + A+
окислительно-восстановительный брутто-процесс
(-) АНОД КАТОД (+)
Козадеров О.А. 2015 г.
Козадеров О.А. 2015 г.
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
Козадеров О.А. 2015 г.
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
Козадеров О.А. 2015 г.
Уравнение Нернста
i
i
ν
реагентов0
ν
продуктов
∏aRTE=E + ln
nF ∏a
Козадеров О.А. 2015 г.
Нарушение равновесия: появление электрического тока во внешней цепи
I – сила электрического токаi = I / S плотность токаS – площадь электрода
равновесие: Iа = Iк
iа = iк = i0
равновесие отсутствует:iа iк
Козадеров О.А. 2015 г.
Электродная поляризация
η = E(i) – E(0)
Козадеров О.А. 2015 г.
Реальное напряжение элемента
η = E(i) – E(0)
E(i) = E(0) – η
Если Е(0) – равновесное напряжение,
то поляризация = перенапряжение
Козадеров О.А. 2015 г.
Электрохимический процесс –гетерогенный и многостадийный
подвод ne отвод
объем поверхность поверхность объемк электроду перенос заряда от электродаэлектролита электрода электрода электролита
Ox Ox Red Red
Козадеров О.А. 2015 г.
Причины электродной поляризации
омическая поляризация
причина – электрическое сопротивление элемента
Козадеров О.А. 2015 г.
Причины электродной поляризации
кинетическая (активационная) поляризация
причина – заторможенность переноса заряда на межфазной границе электрод/раствор
Козадеров О.А. 2015 г.
Причины электродной поляризации
транспортная (концентрационная) поляризация
причина – заторможенность доставки реагентов к электроду и/или удаления продуктов от электрода
Козадеров О.А. 2015 г.
Причины электродной поляризации
омическая поляризация
причина – электрическое сопротивление элемента
кинетическая (активационная) поляризация
причина – заторможенность переноса заряда на межфазной границе электрод/раствор
транспортная (концентрационная) поляризация
причина – заторможенность доставки реагентов к электроду и/или удаления продуктов от электрода
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ -КОМПЕНСИРУЕТ ЗАТОРМОЖЕННОСТЬ ПРОЦЕССА
Козадеров О.А. 2015 г.
Рабочее напряжение элемента U = E(i)
U = E – ηом – |ηакт| – |ηконц|
Козадеров О.А. 2015 г.
Омическая поляризация ηом
Закон Ома
ηом = I∙Rэлемента = i/æэлемента
Козадеров О.А. 2015 г.
Удельная электропроводность электролитов
Козадеров О.А. 2015 г.
Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.
Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.
Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.
Концентрационная поляризация
ln 1n
конц
пред
RT iη =
F i
Козадеров О.А. 2015 г.
Поляризационная кривая элемента
Козадеров О.А. 2015 г.
Мощность элемента P = i∙U
Козадеров О.А. 2015 г.
Кривая разрядапервичного и вторичного элемента
Козадеров О.А. 2015 г.
Энергоемкость и энергия элемента
энергоемкость (Кл, А∙ч) - количество электричества, которое заряженный элемент может предоставить внешней нагрузке до момента истощения (отсечки)
энергия (Дж, Вт∙ч) = энергоемкость∙время
Козадеров О.А. 2015 г.
Задание 2
Напишите уравнения анодной, катодной и брутто-реакций в Вольтовом столбе
Козадеров О.А. 2015 г.