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 или раствор щелочи, катодом — диоксид свинца или оксид свинца(II).
Электрохимические процессы
Сернокислотный электролит 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
Теоретическая удельная энергоёмкость: 319 Вт·ч / кг. Технологически достигнутая удельная энергоёмкость (Вт·ч/кг): около — 50—55 Вт·ч / кг. ЭДС: 1,681 В (1,677 В при 0 °C; от 1,422 до 1.756 В при изменении концентрации серной кислоты от 0,5 мМ до 7 М). Рабочая температура: от минус 50 до 60 °C.
Щелочной электролит В случае использовании раствора щелочи в электрохимической ячейке протекают следующие реакции:
На аноде происходит окисление подаваемого водорода:
H2 +2OH^- -> 2H2O +2e- (E0 –0,828 В).
На катоде происходит растворение оксида свинца(II) в горячем растворе щелочи с концентрацией более 15% с последующим восстановлением HPbO2^{-} до свинца:
OH^- + PbO_{(s)}-> H2O + HPbO2^{-}
HPbO2^{-} { + } H2O + 2e- -> Pb_{(s)} { }{+}{ } 3OH^- (E0 –0,531 В).
Итоговая реакция:
H2 + PbO_{(s)}-> H2O + Pb_{(s)} (E0 0.297 В).
Рабочие параметры
ЭДС: 0,297 В.
Области применения 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 %).
Литература
Примечания
Категория:Электрические аккумуляторы