Свинцово–водородный элемент
Свинцо́во—водоро́дный элеме́нт — это вторичный химический источник тока или топливный элемент с жидким электролитом, в котором анодом является газовый либо металлогидридный водородный электрод, электролитом — серная кислота[1] или раствор щелочи[2], катодом — диоксид свинца или оксид свинца(II).
Электрохимические процессы править
Сернокислотный электролит[1] править
При использовании серной кислоты в качестве электролита суммарная токообразующая реакция имеет вид:
PbO2 + H2 + H2SO4 = PbSO4 + 2H2O.
При заряде свинцово-водородного аккумулятора (СВА) на катоде выделяется водород, заполняя свободное рабочее пространство аккумулятора, а на аноде происходит окисление Pb2+ до диоксида свинца. При разряде аккумулятора происходит обратное превращение Н+ в Н2, а диоксид свинца восстанавливается до Pb2+, образующего с серной кислотой сульфат свинца.
Отрицательный (водородный) электрод СВА представляет собой пористую углеграфитовую матрицу, содержащую платиновый катализатор (для сорбции водорода и превращения его в Н+ и катализа обратной реакции), которая наносится на тоководы из медной или свинцовой сетки.
К достоинствам следует отнести при похожей конструкции бо́льшую почти в 5 раз удельную энергоёмкость по сравнению с широко применяемым свинцово-кислотным аккумулятором, высокую степень устойчивости свинец-оксидного электрода при контакте с водородом, возможность полной герметизации.
Рабочие параметры править
- Теоретическая удельная энергоёмкость: 319 Вт·ч / кг[1].
- Технологически достигнутая удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): около — 50—55 Вт·ч / кг[1].
- ЭДС: 1,681 В[3] (1,677 В при 0 °C[4]; от 1,422 до 1.756 В при изменении концентрации серной кислоты от 0,5 мМ до 7 М[4]).
- Рабочая температура: от минус 50 до 60 °C.
Щелочной электролит[2] править
В случае использовании раствора щелочи в электрохимической ячейке протекают следующие реакции:
На аноде происходит окисление подаваемого водорода:
(E0 –0,828 В).
На катоде происходит растворение оксида свинца(II) в горячем растворе щелочи с концентрацией более 15% с последующим восстановлением до свинца:
(E0 –0,531 В).
Итоговая реакция:
(E0 0.297 В).
Рабочие параметры править
- ЭДС: 0,297 В[2].
Области применения править
Свинцово—водородная ячейка, работающая на щелочном электролите, была предложена в качестве топливного элемента для получения электричества и регенерации свинца из оксида свинца(II), который накапливается в отработавших свой ресурс широко используемых в автомобильной промышленности свинцово-кислотных аккумуляторах. Метод позволяет получить свинец высокой чистоты (до 99,9992 %)[2].
Литература править
Carr J. P., Hampson N. A. Lead dioxide electrode : [англ.] // Chemical Reviews. — 1972. — Vol. 72, no. 6. — P. 679–703. — doi:10.1021/cr60280a003.
Примечания править
- ↑ 1 2 3 4 Свинцово-водородный аккумулятор // Современные химические источники тока / Ю. Б. Каменев, И. Г. Чезлов. — СПб.: Издательство «Санкт-Петербургского государственного университета кино и телевидения», 2009. — С. 61—62. — 90 с.
- ↑ 1 2 3 4 Junqing Pan, Yanzhi Sun, Wei Li, James Knight, Arumugam Manthiram. A green lead hydrometallurgical process based on a hydrogen-lead oxide fuel cell (англ.) // Nature Communications. — 2013-07-19. — Vol. 4, iss. 1. — P. 2178. — ISSN 2041-1723. — doi:10.1038/ncomms3178.
- ↑ Warren C. Vosburgh, D. Norman Craig. THE LEAD DIOXIDE—LEAD SULFATE ELECTRODE 1 (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1929-07. — Vol. 51, iss. 7. — P. 2009–2019. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja01382a008.
- ↑ 1 2 Walter J. Hamer. The Potential of the Lead Dioxide—Lead Sulfate Electrode at Various Temperatures 1 (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 1935-01. — Vol. 57, iss. 1. — P. 9–15. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja01304a004.
Это заготовка статьи об электричестве. Помогите Википедии, дополнив её. |