Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

Смысл электрохимического окисления как раз и заключается в упорядочении электронных переходов. Для этого прежде всего необхо­димо разделить частицы топлива и окислителя. Топливо и окислитель подводятся к электро­дам, на которых возможны электрохимиче­ские реакции выделения и присоединения электронов. Рассмотрим в качестве примера простейшую электрохимическую реакцию окис­ления водорода кислородом. Водород подводится к электроду, выбранному так, чтобы на нем могла протекать реакция окисления водорода с образованием водородных ионов и электронов:

Н2 ®2Н++2е.

Другой электрод выбирается таким образом, чтобы на нем подаваемый кислород мог вос­становиться в воду:

1/2O2+2Н++2е®Н2O.

Если соединить электроды металлическим про­водником (электрической цепью), то реакции на обоих электродах все время будут протекать слева направо. Образующиеся на первом элек­троде электроны по внешней цепи переходят на второй электрод — по цепи течет электри­ческий ток, совершающий электрическую рабо­ту. Электрическая цепь замыкается электроли­том, в котором образующиеся ионы водорода также переносятся ко второму электроду.

Необходимая для электрической работы энергия получается за счет энергии химиче­ского процесса. Суммарной химической реак­цией, протекающей на обоих электродах, яв­ляется реакция образования воды:

Н2+1/2O2®Н2O.

Сложность создания топливных элементов заключается в подборе электродов (и электро­лита), которые были бы достаточно активны. Для увеличения скорости электрохимических реакций, как и для реакций химических, часто используют катализаторы. Катализа­торы находятся на поверхности или в порах электродов; чтобы они не теряли свою актив­ность и служили как можно дольше, химики подвергают их специальной обработке.

ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

На цветной таблице (стр. 412) представлена схема простейшего водородно-кислородного элемента. Основа элемента — два электрода,

на которых происходят электрохимические реакции ионизации газов. Электроды имеют вид тонких пористых дисков, получаемых прес­сованием и спеканием металлических порошков, чаще всего никелевого порошка. В электрод (либо в процессе изготовления, либо потом) введен катализатор. Электроды укрепляют в ячейке так, чтобы с одной стороны они соприкасались с раствором электролита. Края электродов тщательно герметизированы.

Через обратную сторону к электродам пода­ются газы: к одному — водород, к другому — кис­лород. Газы нагнетают под слегка повышен­ным давлением, так что они частично вытес­няют электролит из пор электродов. Таким образом внутри пористого электрода создаются участки контакта трех тел — твердого электрода, жидкого электролита и газообразного реагента (водорода или кислорода). Вблизи этих так называемых трехфазных границ раздела и происходит токообразующая электрохимическая реакция. От электродов ток с помощью специ­альных токоотводов отводится во внешнюю цепь.

В качестве электролита в водородно-кислородных элементах обычно применяют сорока процентный раствор щелочи КОН. Рабочая температура поддерживается равной 70 — 100°Ц.

Если внешняя цепь разомкнута, то электро­ны, естественно, не могут перейти с одного элек­трода на другой: после выделения некоторого количества электронов на водородном электроде и поглощения некоторого количества электро­нов на кислородном процесс прекращается. Между электродами устанавливается разность потенциалов, называемая электродвижущей силой (э. д. с.) или напряжением разомкну­того элемента. Для водородно-кислородных элементов напряжение при разомкнутой цепи равно 1,0 —1,1 в, причем более отрицательным является водородный электрод (на нем электро­ны выделяются и частично накапливаются).

Замкнем внешнюю цепь, подключив к ней, например, лампочку. Через цепь пойдет ток. Возобновившиеся реакции ионизации газов поддержат его. Но во время прохождения тока напряжение элемента несколько снизится; чем больше будет ток, тем ниже напряжение. Прак­тически допускают снижение напряжения до 0,7 в. Ток, при котором это напряжение дости­гается, считается максимальным разрядным током данного элемента.

Величина максимального разрядного тока элемента зависит прежде всего от величины поверхности электродов и от их каталитической

409