歡迎來到(dao)江蘇(su)氫港(gang)新(xin)能源科技(ji)有限公(gong)司網站!
0512-58588966方程1
解離1摩爾水所需的焓變為ΔH = 285.84 kJ,因此在標準條件下,利用上面方程1 得到ΔS = 163 J·K?1,則必須以電能形式提供的能量為ΔGd = +237.2 kj·mol?1,而其余的能量可以從環境中以熱量的形式提供。電池所做的電功量(liang)(在壓力和(he)溫度不變(bian)的情(qing)況下)稱為吉布斯自(zi)由能變(bian)化:
方程2
其中F是法拉第常數(96,485℃),n是一個水分子在電化學分裂過程中交換的電子數(2個電子)。在標準條件下,ΔGd = +237.2 kj·mol?1。對于自發電池反應,ΔGd 需要為負值,在這種情況下,正值與將一摩爾水分成其分子成分所需的最小電能有關。
這樣,在吉布斯自由能最小的情況下進行電解,反應是一個吸熱過程,根據公式(shi)2可以計算出 ERev 為1.23V。因此,由于ΔH= +285.840 kJ·mol-1 ,熱中性電壓可以計算出來:EThermoneutral = ΔH/nF = ΔH/ 2F = 1.48V。需要指出的是,吉布斯自由能的變化是溫度和壓力的函數,這兩個參數的變化會改變電解電壓的自由能。例如,在 100 0C 時,可逆(ni)電池電壓會降至 1.18 V,而在(zai) 1000 0C 時會降至 ≈ 0.9 V。除了在有持續熱量供應的極少數情況下,這并沒有太大作用,因此可以假設低溫電解將在高于EThermoneutral 熱中性電壓下進行。
驅動電池中反應所需的能量值并沒有考慮反應發生的速率,而反應發生的速率可視為與電流成正比。為了達到理想的反應速率,必須有一個過電位來克服系統中存在的電阻(例如克服反應活化能的能量),并達到這些電流密度。電極反應產生的過電位用 η= ECell - E0 - IRCell 表(biao)示,并(bing)隨(sui)電流密(mi)度的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。
其中(zhong),ηAnode是陽極的過電位,ηcathode陰極是陰極的過電位,I 是電流,RCell是電池的電阻,ηMT是(shi)由(you)于電(dian)(dian)極處的(de)(de)質量傳(chuan)輸限(xian)制引(yin)起的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)低效率。下圖顯示(shi)了傳(chuan)統堿性(xing)電(dian)(dian)解電(dian)(dian)壓(ya)貢獻的(de)(de)近似分解。可以看出,當電(dian)(dian)流密(mi)度(du)為500 mA·cm?2時,歐姆損耗(hao)對電壓的貢獻(xian)開始占主導地(di)位。
來源:氫眼所見
注:已獲得轉載權