Исследование эффективности электродных материалов в электролизных системах с раздельным циклом генерации газов

Abstract

Рассмотрены основные принципы реализации электрохимического метода получения водорода и кислорода высокого давления из воды с использованием материалов электродов с переменной валентностью. Исследована химическая активность взаимодействия электродных пар Ni – Fe, Ст.3 – Fe и 08Х18Н10Т - Fe с водным раствором едкого калия. Проведено сравнение полученных результатов и указаны преимущества и недостатки каждой из рассматриваемых электродных сборок. Составлена динамика полного цикла изменения напряжения выделения водорода и кислорода с использованием исследуемых электродных сборок при плотности тока I = 0,015 А/см2. Рассмотрен гальванический эффект осаждения солей железной кислоты на поверхности электролизной ячейки, что приводит к сокращению длительности полуцикла выделения кислорода. Описано технологическую схему лабораторного стенда, фиксирующего параметры работы электролизера: изменение напряжения, давления, силы тока и количества выделяемого водорода (кислорода). Выбраны оптимальные пределы изменения напряжения протекания электрохимической реакции (0,3 – 1 В), что дает возможность минимизировать удельные затраты электрической энергии на процесс выделения водорода и кислорода. Даны рекомендации по применению данного способа получения водорода (кислорода) с использованием в качестве первичного источника возобновляемых видов энергии (солнца, ветра), отличающихся непостоянством поступления.

Розглянуто основні принципи реалізації електрохімічного методу отримання водню і кисню високого тиску з води з використанням матеріалів електродів зі змінною валентністю. Досліджено хімічну активність взаємодії електродних пар Ni - Fe, Ст.3 - Fe і 08Х18Н10Т - Fe з водним розчином їдкого калію. Надані рекомендації із застосування даного способу отримання газів з використанням як первинного джерела відновлюваних видів енергії.

The article describes the main principles of realization of the electrochemical method for generating the highpressure hydrogen and oxygen from water when the electrodes are manufactured from the variable valence materials. There was studied the chemical activity of cooperation of the Ni - Fe, )Cm.3 - Fe and 08018(10T - Fe electrode pairs with the caustic potassium water solution. The study results are compared as well as the advantages and disadvantages of each electrode pair are estimated. The dynamics of the complete cycle of voltage change of hydrogen and oxygen isolation are presented when the current density for the above mentioned electrode pairs was I = 0,015A/sm2. Considered the galvanic effect of the precipitation of iron salts of acids on the surface of electrolysis cell, which leads to a reduction of the duration of the half cycle of oxygen generation. The laboratory stand manufacturing scheme is described. It displays the electrolyzer operation parameters: voltage change, current strength, pressure and quantity of the isolated hydrogen (oxygen). Selected optimal limits of voltage changes of the electrochemical reaction (0,3 – 1 V), which gives the possibility to minimize the unit cost of electrical energy for the process generation of hydrogen and oxygen. The recommendations are given as to application of this hydrogen (oxygen) generation method under use of the renewable energy as a primary energy source (solar, wind), characterized by impermanence of receipt.