Водородно-кислородный элемент

Водородно-кислородный элемент

На цветной таблице 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 активности. Для сравнения элементов разных размеров очень удобно рассчитать величину плотности электрического тока, т. е. тока, сни­маемого с единицы поверхности электродов.Для водородно-кислородных элементов в зави­симости от катализаторов и условий работы максимальная плотность тока может коле­баться от 50 до 500 (и более) миллиампер на квадратный сантиметр поверхности элек­трода. Таким образом, при использовании элек­тродов с поверхностью в несколько квадратных дециметров можно получить разрядные токи в 30—100 а.

Для практического использования элект­рической энергии требуется, как правило, сра­внительно высокое напряжение. Автомобиль­ная аппаратура работает при напряжении в 12 в, самолетная — в 28 в. Чтобы получить такие напряжения, несколько элементов соединяют последовательно в батарею. На рисунке показан общий вид батареи, состоящей из 40 последо­вательно включенных элементов. Она может дать разрядный ток до 200 а при напряжении 28 в. Общая электрическая мощность, разви­ваемая батареей, превышает, таким образом, 5 квт.