|
SURSELE ELECTROCHIMICE DE ENERGIE
CLASIFICAREA SURSELOR ELECTROCILIMICE DE ENERGIE
Asa cum s-a aratat, una din directiile alternative de obtinere a energiei eloctrice o constituie conversia electrochimica, adica transformarea directã, nepoluantà si silentioasa, a energiei chimice continute intr-o mare varietate do substante, in cea mai avantajoasã forrna de energie, energia electric. Acest proces de conversie are loc in aparate si dispozitive numite generic Surse sau Pile Electrochimice de Energie Electricà.(Pile de combustie)
Dupa realizarea pilei Volta, aceastä sursä de energie a fost utilizatà de cãtre Nicholson si Carlisle la descompunerea apei in hidrogen si oxigen, iar de cãtre Davy, in 1307, la descompunerea alcaliilor. Daniell si Faraday au continuat in mod stralucit experimentãrile in domeniul acestor surse noi de energie, in prima jumátate a veaculul trecut.
Un eveniment de seama in dezvoltarea surselor electrochimice de energie l-a reprezentat realizarea acumulatorului cu plumb de catre Plante, in anul 1859. Peste nouà ani, in 1868, Leclanché inventoaza pila zinc-piroluzitá care devine rapid una din cele mai populare surse electrochimice de energie.
Sursele eloctrochimice do energie se clasifica dupä tipul de reactie la electrozi, si anume:
a) daca reactia este ireversibilá, energia electricã producandu-se pe seama unor reactanti in cantitate limitata si nu se poate realiza regenerarea acestora prin electroliza, sursa se numeste pila primará;
b) dacä reactia este reversibilä, reactántii consumati in timpul producerii energiei electrice putindu-se regenera prin ectrolizã, sursa se numeste pila secumdará au acumulator;
c) in cazul in care reactantii sunt transportati tot timpul la electrozi, iar produsii de reactie sunt eliminati simultan sursa devine o asa-numita pila cu combustibil (demumitá si pilá de combustie).
PRINCIPIILE DE FUNCTIONARE SI TIPOLOGIA
PILELOR DE COMBUSTIE
Ideea de a obtine energie electricä prin conversia directa a energiei chimice a apàrut atunci cind sa pus problema desfasurarii in sens invers a fenomenului de electrolizã a apei (in urma càruia rezultà componentele aces teia), adicä de a obtine curent electric in urma reactiei dintre hidrogen si oxigen.
In anul 1801, Davy a realizat acest lucru utilizind carbonul drept combustibil si acidul nitric drept oxidant. Cercetãrile au fost continuate de Ostwald Nerst, Haber s.a. deoarece conversia directà a energiei chimice in energie electrica evitã veriga energie termica si, deci, randamentul de transformane nu aa depinde de limitele Carnot.
Pilele de combustie pot fi incadrate in sistemele energetice de tip “soft” datoritã urmätoarelor caracteristici:
- produc curent electic continuu la tensiuni scàzute si intensitati medii care poate fi folosit direct de catre utilizatorii finali.
- nu produc poluarea mediului;
- functioneazã linistit, farä vibratii sau zgomote, neavind elemente in miscare etc.
Principial, energia eliberata la oxidarea cornbustibililor conventionali, utilizata in general sub lorma de caldurà, poate fi covertita direct in energie electricà cu un randament excelent, intr-o pilà de combustie. Decarece in aproape toate reactiile de oxidare intervine un transfer de electroni intre combustibil si oxidant, este evident ca energia chimicã de oxidare poate fi convertita direct in energie electrica. Se produce o reactie de oxido-reducere in care are loc oxidarea combustibilului si reducerea oxidantului cu o pierdere din partea unula si cu un castig de electroni pentru celalalt. Orice element galvanic implica o oxidare la polul negativ (pierdere de electroni) si o reducere la cel pozitiv (castig de electroni) si, ca in toate elemenele galvanice, pilele de combustie tind sa separe cele doua reactii partiale in sensul ca electronii schimbati trec printr-un circuit de utilizare cxterioara.
Pentru a asigura desfãsurarea acestui proces, este indispensabila realizarea unui element continand un anod, un catod si un electrolit care poate fi alimentat direct cu un combustibil, si cu aer (fig. 2). Oxigenul necesar arderii combustibilulul este ionizat la catod; Ionii migreaza apoi in electrolit pentru a ajunge la anod unde se produce oxidarea cornbustibilului.
Modul de functionare a unei pile de combustie va fi explicat in coutinuare,avand drept exemplu cea mal simptã pila care functioneaza cu hidrogen si oxigen.
PILA BE COMBUSTIE HIDROGEN - OXIGEN
Procesele cinetice ireversibile asociate unei pile de combustie constau intr-o serie de reactii de oxido-reducere.
Un combustibil A este transportat la anodul poros unde este adsorbit pe suprafata acestuia, apoi disoclat in ioni si electroni intr-un proces de oxidare. Dupa aceea, are loc migrarea electronilor de la anod si eliberarea gazulul ionic la suprafata anodului. In electrolit trebuie asigurat transportul ionilor AZ+ de la anod la catod, impotriva cimpului electric rezultat, pe seama cimpului imprimat elertrochimic. La catod, se intalnesc ionii (sositi prin electrolit), electronii (sositi prin circuitul exterior) si oxidantul B. Are loc reactia de reducere, rezultind produsul de reactie care trebuie eliminat. Pila de combustie se compune deci, din trei elemente: electrolitul, ebectrozii si reactantii (un combustibil si un oxidant).
O pilã de combustie folosind drept combustibil hidrogenul, drept oxidant oxigenul, electrolit alcalin (hidroxid de potasiu) si electrozi care joacà si rolul do catalizatori (pentru electrodul de hidrogen platina neagrã, paladiu, iridiu etc. iar pentru cel do oxigen nichel, aliaje Ni—Ag etc.) este prezentatä in fig. 3.2.
Pentru a vedea tot referatul CLICK AICI
|
