Электролизеры: теория, нюансы, изготовление

у каждого электролита разное сопротивление, оно зависит от концентрации вещества и от температуры нагрева электролита. Это проиллюстрированно в таблице 1.

Минимальное сопротивление имеет 25-ти % раствор NaOH при температуре 80

C (0.941). Но самым оптимальным выбором будет 20-ти % раствор NaOH. Он имеет минимальное удельное сопротивление при любой температуре по сравнению с остальными.

Глава 3.

Электролизеры.

Электролизеры – устройство, внутри которых происходит электролиз.

Их подразделяют на 3 типа:

1. электролизер сырого типа.

2. электролизер сухого типа.

3. ячейка Стэнли Мейера.

Электролизеры сырого типа являются самыми простыми по конструкции, и менее практичными. Но это только если не разбираться. При должной настройке сырой электролизер будет обладать достаточным КПД, не уступающим электролизерам сухого типа. В основном конструкция одна: это пара пластин, или больше, помещенные в герметичную емкость с водой. Главная проблема: просадки по напряжению. Но это решается правильной подготовкой электролизера и электролита к работе.

Электролизеры сухого типа являются более совершенными, чем предыдущие, но сложны в изготовлении. они являются набором пластин из электропроводного материала и прокладок, которые сами и составляют емкость с водой. главная проблема этого типа электролизеров – излишнее газозаполнение.

Ячейка Стэнли Мейера является самым совершенным электролизером, но одновременно трудно изготовляемым. Никто еще не смог воссоздать его электролизер. Он также является сырым электролизером, но главное отличие в том, что у него нет пластин, а имеется блок из двух трубок. Главная проблема – огромные просадки по напряжению. Но это решается точной подгонкой и созданием специальной схемы питания электролизера.

Глава 4.

Газозаполнение электролизера.

Одна из главных проблем электролизеров – это газозаполнение. При газозаполнении происходит уменьшение рабочей площади пластин электролизера, излишнее образование пены, которая отводится вместе с газом, нагрев электролизера и увеличение расхода электроэнергии.

Газозаполнение электролизера возрастает при увеличении плотности тока (j), высоты электродов и при уменьшении расстояния между электродами.

Чтобы уменьшить газозаполнение электролизера, необходимо уменьшить плотность тока, уменьшить нагрев электролизера (при этом будет выделятся меньше пены и водяного пара), уменьшить высоту электродов, расположить электроды на оптимальном расстоянии друг от друг, от 2 до 5 мм ( если больше, то уменьшится КПД, так как увеличится сопротивление.), и увеличить размер пузырьков газа и скорость их подъема. Это достигается уменьшение концентрации щелочи и увеличении тока (главное, не превысить предел плотности тока).

Глава 5.

Перенапряжение пластин электролизера.

Перенапряжение пластин является острой проблемой в изготовлении электролизеров.

Перенапряжение происходит от увеличения плотности тока, от увеличения удельного сопротивления электролита, увеличению расстояния между электродами, и увеличения газозаполнения. Зависимость перенапряжения электродов из железа, покрытого никелем , представлена в таблице 2.

зависимость перенапряжения раствора электролита NaOH при 80

C от плотности тока илюстрованн

а таблицей 3.

Также на перенапряжение влияет увеличение удельного сопротивления электролита. Зависимость удельного сопротивления и коэффициента удельного сопротивления от плотности тока показана в таблице 4

перенапряжение в основном решается уменьшением плотности тока. Как видно, перенапряжение зависит от газозаполнения. Следовательно, при газозаполнении происходит перенапряжение пластин электролизера. чтобы решить перенапряжение, надо уменьшить газозаполнение, и наоборот.

Глава 6.

Электролиз под давлением и при нагревании.

При электролизе воды из молекул воды образуются молекулы газов: водорода и кислорода. При этом объем газов больше первоначального объема жидкости в 1868 раз. Это означает, что электролизер способен нагнетать давление, причем любое, которое может выдержать.

При этом происходит экономия энергии, так как электролиз под высоким давлением протекает с большим КПД. это иллюстрирует таблица 5.

Также при электролизе электролит нагревается. При этом уменьшается удельное сопротивление электролита, уменьшается перенапряжение, увеличивается КПД и уменьшается расход энергии. Зависимость удельного сопротивления от температуры иллюстрирует таблица 1, которая упоминалась ранее.

Глава 7.

Импульсный электролиз.

При импульсном электролизе постоянный ток подается поляризованными импульсами с заданной частотой и амплитудой. Исследованиями ученых доказано, что при определенных частотах происходит частичный или полный распад воды на кислород и водород. Это 620, 630, 1200, 42800 Гц.

Идеально для распада воды подходят импульсы с частотой 42712,12 Гц.

Вот схема питания двухэлектродного электролизера:

Схема импульсного питания электролизера с 3-мя и более пластинами:

Но чаще всего используют высоковольтную импульсную схему Стэнли Мейера или низковольтную схему Дэйва Лоутона:

типы импульсов постоянного тока, использующихся при электролизе:

Глава 8.

Расчет параметров электролизеров.

Электролизе, как и любое другое устройство, необходимо изготовлять с определенными правилами.

Пластины могут быть любой формы, но в сухом электролизере желательно использовать круглые пластины, так как они выдерживают большее давление. Но в электролизерах сырого типа этим можно пренебречь. Главное, чтобы они были не очень большими по площади, чтобы электрический ток проходил на всю площадь пластин и был там равномерно. Также они должны быть низкими, чтобы уменьшить газозаполнение. идеальная форма: квадрат или прямоугольник с широкой стороной. но в некоторых случаях можно сделать пластины высокими, если известно, что их часть будет под изолятором. например, как здесь:

Эта пластина по активной площади в 2 раза меньше, чем по той площади, которая есть. Размеры ее активной части 90х100 мм. Так что образования из-за пластины газозаполнения не будет.

Также надо электролизер делать под необходимую скорость генерации газа. Здесь все зависит от площади. Если площадь меньше, электролизер будет перегревается и будет сильное газозаполнение. Если площадь велика, то он будет долго запускается.

Вот основные закономерности в размерах и мощности. чтобы получить скорость генерации газа в 1 л/мин необходима мощность электролизера в 100 Вт. А для этого необходима активная площадь 0.1 м

.от этого следует отталкиваться при изготовлении электролизера. также у электролизеров сухого типа, и у электролизеров сырого типа, где пластина соединены последовательно, происходит деление напряжения на каждую ячейку. Надо помнить, что на каждую ячейку необходимо 1.69 В. Учитывая падение напряжения, лучше брать 2 В на 1 ячейку (то есть на 2 пластины). Зависимость количества пластин от напряжения распространенных источников тока показана на таблице 6.

Также при разработке электролизера следует учитывать, что диаметры отверстий для отвода газа зависят от скорости генерации газа. Это продемонстрированно таблицей 7.

Для теоретического расчета количества выделевшегося вещества используют форуму Фарадея: