Електрохімічні генератори

В ЕХГ відбувається пряме перетворення хімічної енергії в електричну. Виникнення ЕРС в гальванічному елементі пов’язане із здатністю металів посилити свої іони в розчин в результаті молекулярної взаємодії між іонами металу і молекулами (та іонами) розчину.

Розглянемо явища, що відбувають при опусканні цинкового електрода в розчин сірчанокислого цинку (Z_nSO₄). Молекули води намагаються оточити позитивні іони цинку в металі (мал.). В результаті дії електростатичних сил позитивні іони цинку переходять в розчин сірчанокислого цинку.

Цьому переходу сприяє великий дипольний момент води. Поряд з процесом розчинення цинку відбувається і зворотний процес повернення в цинковий електрод позитивних іонів цинку при досягненні ними електрода в результаті теплового руху.

В міру переходу позитивних іонів в розчин збільшується негативний потенціал електрода, перешкоджаючий цьому переходу. При деякому потенціалі металу наступає динамічна рівновага, тобто два зустрічних потоки іонів (від електрода в розчин і в зворотному напрямку) будуть однаковими. Цей рівноважний потенціал назив. електрохімічним потенціалом металу відносно даного електроліту.

Гальванічні елементи знайшли застосування в акумуляторах, де речовина, що витрачається при відборі струму, попередньо накопичується на електродах при пропусканні через них на протязі деякого часу струму від стороннього джерела (при зарядці).

Велику увагу в багатьох країнах світу приділяють безпосередньому перетворенню хімічної енергії органічного палива в електричну, що здійснюється в паливних елементах. В цих перетворювачах енергії можна отримати більш високі значення ККД, ніж у теплових машин. В 1893 р. німецький фізик і хімік Ернст обчислив, що теоретичний ККД електро-хімічного процесу перетворення хімічної енергії вугілля в електричну рівний 99,75 %.

В теперішній час широко ведуться роботи над створенням ефективних високотемпературних паливних елементів.

Паливні елементи безшумні, економічні і в них відсутні шкідливі відходи, забруднюючі атмосферу. Але питома потужність паливних елементів все ще невелика.

К ОН

1 – корпус 2 – катод 3 – електроліт 4 – анод

Воднево-кисневий паливний елемент

Геотермальні електростанції

Геотермальні ел.ст. в якості джерел енергії використовують теплоту земних надр. Відомо, що в середньому на кожні 30-40 м в глиб Землі температура зростає на 1^оС. Значить на глибині 3-4-км вода закипає, а на глибині 10-15 км температура Землі досягає 1000-1200^оС. В деяких частинах планети температура гарячих джерел достатньо висока і знаходиться дуже близько від поверхні. Ці райони найбільш благо приємні для спорудження геотермальних станцій.

С хема геотермальної ел.станції Схема геотермальної електро-

для вулканічних районів станції для невулканічних районів

1 - скважина

1 - скважина 2 - бак акумулятор

2 -пароперетворювач 3 - розширювач

3. турбіна 4 - турбіна

4. конденсатор 5 - генератор

5. насос 6 - градирня

6. водяний теплообмінник 7 - насос

8 - змішуючий конденсатор

9-10 – насос

Використання геотермальної енергії в значній мірі залежить від затрат, необхідних для виводу на поверхню геотермального теплоносія у вигляді пари чи гарячої води. Всі діючі в теперішній час геотерм. ел.ст. розташовуються в таких районах Землі, в яких тем-ра теплоносія досягає 150-360^оС на глибинах, не перевищуючих 2-5 км.

Практично всі геотермальні джерела містять домішки у вигляді різних хім. елементів. Наявність хім.ел. може викликати негативні екологічні ефекти і пришвидшену корозію конструкційних матеріалів.

Відокремлення хім. елементів до відбору теплоти від теплоносія дозволяє знизити екологічний вплив, зменшити хімічну корозію і отримати цінну сировину для хім. промисловості.

В теперішній час геотермальні джерела більше використовують для теплопостачання, ніж для виробництва ел.ен. Це пояснюється як тех. труднощами в роботі геотерм.ел.ст., так і високою вартістю їх в розрахунку на одиницю встановленої потужності.