1. Химические источники энергии
Лекция 2. Теоретические основы электрохимического
преобразования энергии. Электродная поляризация

2. Лекция 2
 Почему реальное напряжение химического источника
тока всегда ниже расчетного значения?
 Что такое мощность, энергоемкость и энергия
химического источника тока?

3. Вольтов столб
Козадеров О.А. 2015 г.

4. Простейший электрохимический элемент
A → A+ + e−
полуреакция
окисления
B+ + e− → B
полуреакция
восстановления
A + B+ → B + A+
окислительно-восстановительный брутто-процесс
(-) АНОД КАТОД (+)
Козадеров О.А. 2015 г.

5. Козадеров О.А. 2015 г.

6. Равновесное напряжение элемента
 на границах раздела фаз (электрод / электролит)
установилось электрохимическое равновесие
 электрический ток во внешней цепи отсутствует
 электродный потенциал анода отрицательнее,
чем потенциал катода
Еa < Ек
 равновесное напряжение Е = Ек - Еа > 0
Козадеров О.А. 2015 г.

7. Термодинамический расчет равновесного
напряжения элемента
1Red1 + 2 Ox2 → ’1 Ox1 + ’2 Red2 , G0
E0 = –ΔG0/nF
1 Red1 – ne– → ’1 Ox1
2 Ox2 + ne– → ’2 Red2
Козадеров О.А. 2015 г.

8. Уравнение Нернста
i
i
ν
реагентов0
ν
продуктов
∏aRT
E =E + ln
nF ∏a
Козадеров О.А. 2015 г.

9. Нарушение равновесия: появление
электрического тока во внешней цепи
I – сила электрического тока
i = I / S плотность тока
S – площадь электрода
равновесие: Iа = Iк
iа = iк = i0
равновесие отсутствует:
iа  iк
Козадеров О.А. 2015 г.

10. Электродная поляризация
η = E(i) – E(0)
Козадеров О.А. 2015 г.

11. Реальное напряжение элемента
η = E(i) – E(0)
E(i) = E(0) – η
Если Е(0) – равновесное напряжение,
то поляризация = перенапряжение
Козадеров О.А. 2015 г.

12. Электрохимический процесс –
гетерогенный и многостадийный
подвод ne отвод
объем поверхность поверхность объемк электроду перенос заряда от электрода
электролита электрода электрода электролита
Ox Ox Red Red


  
Козадеров О.А. 2015 г.

13. Причины электродной поляризации
 омическая поляризация
 причина – электрическое сопротивление элемента
Козадеров О.А. 2015 г.

14. Причины электродной поляризации
 кинетическая (активационная) поляризация
 причина – заторможенность переноса заряда на
межфазной границе электрод/раствор
Козадеров О.А. 2015 г.

15. Причины электродной поляризации
 транспортная (концентрационная) поляризация
 причина – заторможенность доставки реагентов к
электроду и/или удаления продуктов от электрода
Козадеров О.А. 2015 г.

16. Причины электродной поляризации
 омическая поляризация
 причина – электрическое сопротивление элемента
 кинетическая (активационная) поляризация
 причина – заторможенность переноса заряда на
межфазной границе электрод/раствор
 транспортная (концентрационная) поляризация
 причина – заторможенность доставки реагентов к
электроду и/или удаления продуктов от электрода
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ -
КОМПЕНСИРУЕТ ЗАТОРМОЖЕННОСТЬ ПРОЦЕССА
Козадеров О.А. 2015 г.

17. Рабочее напряжение элемента U = E(i)
U = E – ηом – |ηакт| – |ηконц|
Козадеров О.А. 2015 г.

18. Омическая поляризация ηом
Закон Ома
ηом = I∙Rэлемента = i/æэлемента
Козадеров О.А. 2015 г.

19. Удельная электропроводность электролитов
Козадеров О.А. 2015 г.

20. Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.

21. Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.

22. Активационная поляризация ηакт
Уравнение Батлера-Фольмера
Козадеров О.А. 2015 г.

23. Концентрационная поляризация
ln 1
n
 
     
конц
пред
RT i
η =
F i
Козадеров О.А. 2015 г.

24. Поляризационная кривая элемента
Козадеров О.А. 2015 г.

25. Мощность элемента P = i∙U
Козадеров О.А. 2015 г.

26. Кривая разряда
первичного и вторичного элемента
Козадеров О.А. 2015 г.

27. Энергоемкость и энергия элемента
 энергоемкость (Кл, А∙ч) - количество электричества,
которое заряженный элемент может предоставить
внешней нагрузке до момента истощения (отсечки)
 энергия (Дж, Вт∙ч) = энергоемкость∙время
Козадеров О.А. 2015 г.

28. Задание 2
 Напишите уравнения анодной, катодной и брутто-
реакций в Вольтовом столбе
Козадеров О.А. 2015 г.