Поскольку в большинстве ТЭ в качестве топлива применяется чистый или конвертированный водород, а окислителя — кислород или воздух, следует коротко рассмотреть современные представления о работе водо­родного и кислородного электродов [3.1].

В кислой среде реакция электроокисления водорода протекает по уравнению

В нейтральной области возможны одновременно обе реакции. Описанный уравнениями (3.1) и (3.2) процесс ■можно разбить на следующие стадии:

1. Доставка и адсорбция молекулярного водорода ■к электродной поверхности из газового пространства или электролита

Н2->-Н2 растворенный->Н2 адсорбированный.

2. Гидратация и ионизация адсорбированного водо­рода. При этом возможны два реакционных пути:

6*

I Ь адс^Н. ідс"! Наде о. • - ;;«-

и затем гидратация и ионизация

На„с+Н20+Н30++е-;

б) гидратация и частичная ионизация в одну ста­дию

н2 адс+Н20+[Надс -НзО+] +е--^Надс+НзО++е-;

Надс+Н20-^Нз0+-(-е_.

3. Отвод ионов Н30+ из зоны реакции.

Электровосстановление кислорода на электродах — процесс значительно более сложный. Стационарный по­тенциал кислородного электрода во всей области зна­чений pH устанавливается очень медленно и плохо вос­производим. Как правило, его значение более чем на 100 мВ ниже теоретического. Это связано с тем, что электровосстановление кислорода протекает с проме­жуточным образованием перекиси водорода. Прогресс, достигнутый в изучении механизма электровосстанов­ления кислорода, в немалой степени связан с совершен­ствованием экспериментальной техники. Плодотвор­ным, в частности, оказался подход к исследованию про­цесса, основанный на применении метода вращающе­гося дискового электрода с кольцом. Вращающийся дисковый электрод представляет собой единую механи­ческую систему из двух электродов — диска и концент­рического кольца (независимых в электрическом от­ношении). Применение этого метода позволяет осу­ществлять контроль за образованием перекиси водоро­да в ходе реакции на диске из исследуемого металла путем окисления на кольцевом электроде из платини­рованной платины той части перевиси, которая не. ус­пела прореагировать на дисковом электроде и была доставлена потоком жидкости к поверхности кольца. Тем самым удается разделить стадии процесса и ис­следовать каждую из них.

Совокупность проведенных исследований позволяет заключить, что в кислотах процесс протекает в соот­ветствии с уравнением

02+4Н++4й-^2Н20.

! Однако на практике имеют место две стадии: ;

і о2+2н+ + 2£>~ ^ НА;

II Н2024-2Н+ + 2е~ ^ 2Н20.

В щелочах суммарный процесс ’.

0,4- 2Н20 + 4е-^40Н - , также протекает в две стадии:

■ I 02 + Н20 + 2<Г;±Н0- + 0Н - ;

II НО - 4- Н20 4- 2е~ it зон-.

Первая двухэлектронная стадия в щелочных раство­рах обратима, а последующая электрохимическая ре­акция и зависимости от электродного материала и ус­ловий работы более или менее замедлена и необратима. Скорость процесса в делом имитируется реакционной стадией II, вследствие чего при электровосстановлении кислорода наблюдается повышение концентрации ионов перекиси. водорода <в электролите. Следует отметить, что основную часть поляризации водородно-кислородно­го ТЭ составляет поляризация кислородного электрода. Время работы ТЭ также определяется стабильностью параметров этого электрода.

Практическая реализация эффективного и стабиль­ного кислородного электрода, особенно в кислой среде, задача весьма сложная, и от ее успешного решения за­висят характеристики и ресурс работы водородно-кис­лородного ТЭ в целом.