Предложите способы увеличения напряжения вашего ГЭ

Покажите ход поляризационных кривых в гальваническом элементе. Объясните, почему меняется значение потенциалов анода и катода при работе гальванического элемента, почему напряжение ГЭ не равно ЭДС.

Равновесные потенциалы электродов и ЭДС могут быть определены в условиях отсутствия тока в цепи. В работающем ГЭ при прохождении электрического тока уменьшается концентрация исходных реагентов и увеличивается концентрация продуктов реакции. Поэтому в соответствии с уравнением Нернста ЭДС элемента уменьшается. Кроме того возрастает поляризация электродов – потенциал анода становится менее отрицательным, потенциал катода – менее положительным. Помимо этого возникают омические потери. В результате напряжение гальванического элемента меньше ЭДС:

U = Е _Э - I ^. R - D Е _А -D Е _К,

U - напряжение; Е _Э - ЭДС; I - ток; R – сопротивление;

D Е _А ,D Е _К - поляризация анода, катода.

Изменение потенциалов электродов под действием тока отражают поляризационные кривые:

ЭДС – максимально возможная разность потенциалов между катодом и анодом, в отсутствие тока в цепи.

При протекании тока в ГЭ его напряжение всегда меньше ЭДС, потенциал анода становится более положительным, (поляризация анода D Е_А> 0)

потенциал катода – более отрицательным вследствие поляризации, D Е_K< 0.

Для увеличения напряжения гальванического элемента Cu/Cl₂ можно:

- Увеличить ЭДС Е _Э в соответствии с уравнением Нернста. Для этого увеличить парциальное давление хлора (р Cl₂), снизить активность потенциалопределяющих ионов Cl^- (а _Cl-) и Cu²⁺ (а _Cu²⁺).

- Снизить поляризацию электродов. Для этого обеспечить постоянный подвод реагентов (Cl₂), отвод продуктов реакции (Cl^- и Cu²⁺); обеспечить перемешивание раствора; применить катализатор; повысить температуру; повысить площадь поверхности электродов (пористые, гофрированные электроды).

- Уменьшить сопротивление системы путем сближения анода и катода, применением высокоподвижных ионов.

- Уменьшить омические потери, для чего:

1) изменить концентрацию потенциалопределяющих ионов катода и анода в соответствии с уравнением Нернста (в нашем случае уменьшить концентрацию ионов цинка и увеличить концентрацию ионов меди);

2) уменьшить D Е _конц путем повышения температуры и → повышения коэффициента диффузии реагента, перемешивания и → уменьшения толщины диффузионного слоя;

уменьшить D Е _эл-хим путем повышения температуры и → повышения скорости электрохимической реакции, увеличения S (площади поверхности электродов), применения электрокатализаторов и → снижения энергии активации электрохимической реакции;

3)уменьшить плотность тока i и сопротивление электролита и электродов r₁ и r₂ – за счет увеличения S (площади поверхности электродов), расстояния между электродами l, использовать добавки увеличивающие электропроводность и снижающие удельное сопротивление электролита ρ: i=I/S; r = ρ ^.l/S

Дата добавления: 2015-07-02