В обычном электролизере минимальное количество электр

ской энергии, необходимой для разложения воды на водород и кислород, f но изменению свободной энергии AG в этом процессе. В концентрацией > электролизерах часть этого количества энергии может быть получена из неэл трических источников.

Рис. 8.6. Реакции, протекающие в концентрационном электролизере

тройство представляет с собой обычный электролизер с ионообменной N раной с той разницей, что анод погружен в концентрированный раствор 1 а катод — в дистиллированную воду. Как показано на рисунке, молекулы Ki диссоциируют на ионы К+ и ОН-. Мембрана проницаема для положительно - женных ионов, но непроницаема для отрицательных ионов и электронов, поэт ионы К1 свободно перемещаются к катоду, где они вступают в реакцию с во_п>* регенерируют до молекул КОН с образованием Н+. Гидроксильный ион теря аноде за счет внешнего источника энергии свой отрицательный заряд, в резхл

чего образуются молекулы воды, кислорода и электроны. Кислород является одним из конечных продуктов, получаемых в рассматриваемой системе. Электроны за счет внешнего источника энергии поступают на катод, где происходит их рекомбинация с протонами и образуется водород — другой конечный продукт.

Вследствие перемещения ионов К+ электрический заряд на аноде по абсолют­ному значению становится больше заряда на катоде, поэтому электролизер работает чак электрическая батарея, включенная последовательно с внешним источником электрической энергии. Для завершения процесса электролиза внешний источник должен поддерживать напряжение, равное расчетному напряжению в обычном элек­тролизере минус внутреннее напряжение концентрационного электролизера.

Можно показать, что внутреннее напряжение

кТ

F = 2,3^-(pHA-pHc), (32)

где рНА и рНс — pH раствора в прианодной и прикатодной областях соот­ветственно.

Если анод помещен в концентрированный раствор КОН, а катод — в ди­стиллированную воду, то рНА = 14, а рНс = 7, следовательно, внутреннее на­пряжение электролизера равно 0,42 В.

Таким образом, напряжение от внешнего источника, необходимое для питания идеального концентрационного электролизера при нормальных условиях, рав­но 1,23 - 0,42 = 0,81 В, а КПД такого электролизера составит 1,48 / 0,81 = 1,83. Напряжение внешнего источника можно еще сильнее понизить, если поместить катод не в дистиллированную воду, а в раствор кислоты.

Очевидно, что в процессе работы электролизера концентрация КОН вблизи анода уменьшается, а у катода увеличивается. Для обеспечения непрерывной работы необходимо поддерживать дисбаланс концентраций. Одним из способов "зляется непрерывное омывание катода дистиллированной водой и восстанов - іениє концентрации получаемого слабого раствора КОН. Раствор с восстанов­ленной концентрацией затем подается в прианодную область.

Для восстановления концентрации КОН можно использовать низкопотен - циальную тепловую энергию. В любом случае затраты на восстановление кон­центрации раствора существенно меньше, чем стоимость сэкономленной элек­трической энергии.

Какое напряжение может быть получено в концентрационной ячейке? Соот­ношение для ЭДС концентрационной ячейки:

Так как ln/V = 2,3 log N и по определению - log N = pH, то

кТ

|F| = 2,3 —(pHA-pHc).