Электрохимические системы. Химические источники тока

1.

Электрохимические системы
Химические источники тока

2. Электрохимические системы

Электрохимические процессы –
это процессы взаимного превращения двух
видов энергии
Химической в электрическую –
– химические источники тока (ХИТ)
Электрической в химическую –
– электролиз

3. Электрохимические системы

Вольтов столб
А.Вольта 1799 -1800 г.г.
В.В. Петров 1802 г.г.
4200 пластин
1700В,
60-85 Вт

4. Электрохимические системы

5. Электрохимические системы

6. Электрохимические системы

7. Электрохимические системы. ХИТ

Основные способы осуществления ОВР
ОВР

8. Электрохимические системы

9. Электрохимические системы.

Система из двух электродов,
соединенных металлическим проводником
и помещенных в сообщающиеся между
собой растворы электролитов
электрохимическая цепь

10. Электрохимические системы

11. Химические источники тока (ХИТ)

Гальванический элемент Даниэля-Якоби
ионы

12. Электрохимические системы

13. Электрохимические системы

14. Электрохимические системы

Двойной электрический слой
слой из разделенных в пространстве электрических зарядов
противоположного знака.
Возникает в результате протекания на границе ОВ полуреакции
(электродной реакции)
Электродная реакция – окислительно-восстановительная
равновесная полуреакция, протекающая на границе раздела фаз
(электрод-электролит)
Mеz+ + ze- ⇆ Mе0
2Н+ + 2e- ⇆ Н20
ОК + ze- ⇆ ВОС

15. Электрохимические системы

16. Электрохимические системы

17. Электрохимические системы

1. Платиновый электрод.
2. Подводимый газообразный водород.
3. Раствор кислоты (обычно HCl), в
котором концентрация H+ = 1 моль/л.
4. Водяной затвор,
препятствующий попаданию
кислорода воздуха.
5. Электролитический мост
(состоящий из концентрированного
раствора KCl ), позволяющий
присоединить вторую половину
гальванического элемента.

18. Электрохимические системы

Уравнение Нернста

19. Электрохимические системы

Электродный потенциал

20. Электрохимические системы

Электродный потенциал

21. Электрохимические системы

Электродные
потенциалы
(база данных)

22.

Химические источники тока (ХИТ)
ХИТ
электрохимическая система, в которой
самопроизвольно энергия химической
реакции (ОВР), протекающей на
разделенных в пространстве
электродах, превращается в
электрическую

23. Химические источники тока (ХИТ)

ХИТ
Система из двух электродов, помещенных в
сообщающиеся между собой растворы электролитов.
При соединении электродов внешним металлическим
проводником на электродах пойдут реакции:
окисление (НА АНОДЕ – электроде с меньшим
потенциалом)
восстановление (НА КАТОДЕ – электроде с большим
потенциалом).
По внешнему проводнику электроны будут переходить
от анода к катоду
электрический ток.

24. Химические источники тока (ХИТ)

Гальванический элемент Даниэля-Якоби
ионы

25. Химические источники тока (ХИТ)

26. Химические источники тока (ХИТ)

Уравнение Нернста для ЭДС ХИТ, составленного
из двух металлических электродов

27. Химические источники тока (ХИТ)

ХИТ

28. Химические источники тока (ХИТ)

29. Химические источники тока (ХИТ)

Свинцово-кислотный аккумулятор (СА)
является химическим источником тока
(ХИТ), открытым Гастоном Планте в
1859 году. Несмотря на столь
почтенный возраст,
СА широко
используется во многих областях
техники. На долю СА приходится 85%
от
общего
количества
ХИТ,
производимых в мире.
Основной
токообразующий
процесс описывается уравнением:
Pb + PbO2 + 2 H2SO4 ⇆ 2 PbSO4 + 2 H2O
Области применения:
Источники автономного питания
Системы бесперебойного питания
Запуск двигателей внутреннего
сгорания
Средства навигационного
обеспечения
Железнодорожный транспорт
Средства связи

30. Химические источники тока (ХИТ)

Необратимые гальванические элементы
Cухие гальванические элементы
Zn - 2e → Zn2+
2NH4++2MnO2+2e→Mn2O3+2NH3+H2O
Zn+2NH4Cl+2MnO2→ZnCl2 + Mn2O3+2NH3+H2O

31. Химические источники тока (ХИТ)

Водородно-кислородный
топливный элемент
На катализаторе анода молекулярный водород
диссоциирует и теряет электроны
Протоны проводятся через мембрану к катоду, но
электроны отдаются во внешнюю цепь, так как
мембрана не пропускает электроны;
На катализаторе катода молекула кислорода
соединяется с электроном, подведенным из внешних
коммуникаций, и пришедшим протоном, и образует
воду (единственный продукт реакции)
Н2 + О2 = Н2О

32. Химические источники тока (ХИТ)

33. Химические источники тока (ХИТ)

Li-ion аккумуляторы
При заряде Li-ion аккумулятора
происходят реакции:
на положительных пластинах:
LiCoO2 → Li1-xCoO2 + x(Li+) + xeна отрицательных пластинах:
С + x(Li+) + xe- → CLix
При разряде происходят обратные
реакции.

34. Химические источники тока (ХИТ)