Данные электролитические ячейки функционируют при температурах паровой фазы 800-1300 К. Твердым электролитом в ней является ортосиликат циркония, стабилизированный оксидом кальция или оксидом железа для повышения проводимости оксида циркония. Номинальное потребление энергии в такой ячейке падает до 2.8 кВт*ч/м3 водорода.
Вдород образуется в ячейках диссоциации , которые могут быть представлены как обращенные топливние элементы.Основные преимущества ячеек диссоциации по сравнению с обычными электролизерами является высокая рабочая температура процесса - до 1300К. В топливном элементе для положительного электрода характерен избыток электронов , в случае обращенного топливного элемента , наоборот, избыток электронов имеет отрицательный электрод.(2)
На катоде протеквает реакция 2Н-=Н2+2e-. На аноде ионы ОН- отдают свои электроны с образованием газообразного кислорода; 2ОН-=Н2О + 0.5 О2 - 2е-. Однако на аноде они могут и окислять и горючий газ, например СО;
В первом случае анод называют кислородным, во втором - анодом деполяризации. Термодинамически предпочтительнее анод деполяризации. Действие деполяризаторовзаклучается в том , что они вступают в реакцию с образующимся на аноде кислородом или ионом О2-.Следствием этого являетсяснижение поляризационного потенциала и сдвиг равновесия в сторону образования Н2 и О2 ввиду постоянного удаления с анода образовавшегось\я кислорода.В качестве деполяризаторов можно использовать SO2, CO, NO2, углеводороды. Оксид углерода реагирует с О2- на пористых анодах или твердых эектролитах следующим образом(3) :
Потенциал разложения при этом снижается на 0,05 - 0,06В. При использовании деполяризационных анодов аноды и катоды изготавливаются из одного и того же материала.
Применение газа востановителя, который который соединяется с кислородом в ячейке с деполяризированным анодом, по некоторым расчетам экономически более приемлем , чем ячейка с кислородным анодом.Расход энергии деполяризированным анодом составляет 2.5 Квт*ч/м3 Н2. К тому же в батареях с даполяризованным анодом можно использовать никель.(4) Разработаны и принципиальные схемы подбных комбинированных процессов на основе высокотемпературных анионных мембран(5).Кислород-мембранные процессы с твердым электролитом дают потенциальноболее дешовый водород, чем при электролизе.Имеется ряд модификаций твердо-мембранного процесса получения водорода на основе твердого горучего (4,Пат. США №3616334 от окт.1971) с тенденцией довести суммарную теплловую эффектиность до 60-70% (5).
1.Справочник:Водород.Свойства.получение хранение,транспортирование, применение. Д.Ю. Гамбург Н.Ф. Дубовкина . Москва 1989
2.Spacil H.S.,Tedman C.S.,//J. Electrochem.Sg. 1969 V.116 №12 Р.1618-1633.
3.White D.W., Spazil H.S.//Chem. Eng. News 1968 V.46 P.48.
4. Chem. Actual.1969 №1393 P.21-22
5. Wentorf R.H. Hanneman R.E. // Sgiense 1974 V.185 №4148 P.311-319