Energija

7/21/2019 Energija

http://slidepdf.com/reader/full/energija-56d98733c385d 1/15

Dobijanje vodonika procesom alkalne elektrolize

– ušteda energije primenom aktivatora

Autor:

FILIP BOŠKOVIĆ, 4. razred, Zemunska gimnazijaMentor:

master fizičke hemije SNEŽANA MIULOVIĆ, istraživač saradnik, INN ,,inča!

"eograd, #$%4.

7/21/2019 Energija


odonična energija

1. UVOD

&va najvažnija 'ro()ema koja muče dana*nji svet su k)imatske 'romene i zaga+enje životnesredine. snovni uzrok za nastajanje ovih 'ro()ema je kori*-enje fosi)nih goriva, a vi*e od $/

energije danas do(ijamo (a* iz njih 0uga)j, sirova nafta i 'rirodni gas1. Za)ihe fosi)nih goriva nestaju ive- se može sasvim rea)no 'rognozirati momenat njihovog 'ot'unog is2r')jenja, 'a se danasintenzivno is'ituju novi, a)ternativni izvori energije.

Ako je 2ena sirove nafte, koja vrtog)avo raste 'os)ednjih godina, neki indikator, jasno je dasmo na 'očetku energetske krize i da 'ostajemo svedo2i kraja jeftine i izo(i)ne energije.

odonik je energetski medijum (udu-nosti, koji -e verovatno zameniti )agano nestaju-a,fosi)na goriva. Ne na)azi se u 'rirodi kao sirovina, ve- ga tre(a 'roizvoditi. 3o znači tro*iti 'rimarnuenergiju iz drugih izvora za njegovo do(ijanje. I'ak, on je 'odesan kao energetski medijum jer njegova u'otre(a ne zaga+uje oko)inu, 'o*to je 'roizvod njegove u'otre(e za do(ijanje energije,

voda. nergija se u njemu može usk)adi*titi, 'ogodan je za trans'ort energije 'utem gasovoda, iznjega se direktno može do(ijati e)ektrična struja 'omo-u tzv. gorivnih -e)ija.

5edna od metoda za 'roizvodnju vodonika je e)ektro)iza. i*ede2enijsko 'otiskivanje ove metodena račun drugih, 'ovezano je sa ve)ikim utro*kom energije 'otre(ne za 'roizvodnju vodonika

0oko 4,6 do 6 k7h8m9 #1 u industrijskim e)ektro)izerima. ;azvoj u o()asti e)ektro)ize, vodi kasmanjenju utro*ka energije u 'roizvodnji vodonika. <ostoje razni načini kojima se može 'ove-atiefikasnost e)ektro)ize. ni su vezani za: una're+enje geometrije e)ektro)itičke -e)ije, razvoj novihmem(ranskih, e)ektrodnih i e)ektrokata)itičkih materija)a itd.

=i)j rada je da se is'itaju mogu-nosti u*tede energije 'ri e)ektro)itičkom izdvajanju vodonikaiz a)ka)nih rastvora dodavanjem tzv. jonskih aktivatora u e)ektro)it. <ostoje indika2ije da nekiaktivatori, koji su o(ično kom')eksna jedinjenja 're)aznih meta)a, i)i njihove kom(ina2ije, znatnosmanjuju utro*ak energije. > tom smis)u meri-e se energija koja se utro*i da (i se do(i)a odre+enaza'remina vodonika u 'risustvu datog aktivatora, 'ri raz)ičitim gustinama struje, na raz)ičitimtem'eraturama.

2. Vodonik – ulog i !n"#

odonik 01 je da)eko najo(i)niji e)ement u kosmosu i sačinjava 6?/ @unčeve mase, a ima gai na Zem)ji, gde zauzima deveto mesto 'o masenom ude)u 0)itosfera hidrosfera atmosfera1.snovna svojstva vodonika data su u 3a(e)i %.

odonik je na so(noj tem'eraturi gas, (ez (oje, mirisa i ukusa. Naj)ak*i je od svih gasova, atečni vodonik je naj)ak*i od svih tečnosti. 3ačke to')jenja i k)jučanja vodonika su vr)o niske 0samohe)ijum ima nižu1, *to ukazuje na vr)o s)a(e me+umo)eku)ske si)e. 3o je razum)jivo, jer je e)ektronski

'ar mo)eku)a vodonika 'ravi)no ras'ore+en izme+u o(a atoma. Z(og ma)ih dimenzija ovaj mo)eku))ako difunduje kroz gotovo sve materija)e.

B % B

7/21/2019 Energija


odonična energija

Mo)eku) vodonika se sastoji od dva atoma 'ovezana kova)entnom vezom. 3o je najjača jednostruka veza izme+u dva istoimena atoma. (a e)ektrona mo)eku)a vodonika se na)aze uvezuju-oj mo)eku)skoj or(ita)i i 'ri'adaju 'rvom kvantnom stanju.

3a(e)a %. snovna svojstva vodonika

@im(o)

<rona)azač enrC =avendish

Dodina otkri-a %?EE.

Mo)eku)ska formu)a #

Atomski (roj %

;e)ativna atomska masa %,$$?F4

G)asifika2ija e)ementa nemeta)

Dustina 0g 2mB91 $,$?$

3ačka to')jenja 0G1 %4,$%

3ačka k)jučanja 0G1 #$,#

'ažajna svojstva (ez(ojan gas, (ez mirisa i ukusa

Atomski 'o)u'rečnik 0'm1 ?F

Atomska za'remina 02m9 mo)B%1 %4,%

@'e2ifična to')ota 0na #$ H= 5 gB% mo)B%1 %4,#E? 0B1

)ektronska konfigura2ija %s%

Izoto'i vodonika i<rotijum FF,FF

zastu')jenost u &euterijum $,$%6 'rirodi 0/1

3ritijum %$B%E

odonik 'ostoji na Zem)ji u svojoj s)o(odnoj formi 0#1 samo u ma)im ko)ičinama, 'a je 'otre(no 'roizvesti ga iz materija)a kao *to su voda 0u kojoj je dostu'an u gotovo neis2r'nimko)ičinama1, ug)jovodoni2i 0'iro)iza1, itd. >o(ičajen način za to je 'ro2es e)ektro)ize, 2e'anjem vode

0#1 na sastavne de)ove B vodonik i kiseonik. kstrak2ija energije iz vodonika je o(rnut 'ro2ese)ektro)ize, 'a je krajnji 'roizvod sama voda.

odonik ima ve)iki značaj u savremenoj hemijskoj, 'etrohemijskoj i 'rehram(enoj industriji,a naročito u energeti2i, gde je značajan kao medijum za sk)adi*tenje i do(ijanje energije. @toga su

B # B

7/21/2019 Energija


odonična energija

mnoga istraživanja u svetu usmerena ka njegovoj 'roizvodnji i kori*-enju. &anas se F$/ vodonika 'roizvodi i koristi u industriji 'roizvodnje amonijaka, metano)a, i)i u rafinerijama nafte, a jedinanjegova sta)na u'otre(a kao goriva je za vasionske )ete)i2e. Me+utim, mnoga industrijska 'reduze-a,uk)jučuju-i najve-e svetske naftne kom'anije i 'roizvo+ače vozi)a, rade na 'rivredi zasnovanoj na

vodoniku 'o kojoj -e 2entra)izovano sna(devanje energijom iz tradi2iona)nih e)ektro2entra)a 'rekokom')eksne e)ektrodistri(u2ione mreže (iti u (udu-nosti zamenjeno de2entra)izovanimsna(devanjem iz manjih ure+aja koji se na)aze na i)i ()izu mesta 'otro*nje. <o ovoj kon2e'2iji,investi2ioni tro*kovi 'o 'ostrojenju su manji, kao *to su manje i 'otre(e za transmisionu idistri(u2ionu infrastrukturu. va kon2e'2ija 'odstaknuta je razvojem gorivnih -e)ija za koje jeneo'hodan vodonik 'roizveden, najče*-e, u ma)im 'ostrojenjima na ve)ikom (roju mesta. Za gorivne-e)ije 0u kojima se e)ektrična i to')otna energija stvaraju reak2ijom kiseonika i vodonika1, vodonik semože o(ez(editi kori*-enjem raz)ičitih metoda, me+u koje svakako s'ada i e)ektro)iza.

odonik -e ostati značajna sirovina za hemijsku industriju, a)i ima ve-u (udu-nost kaosredstvo za 'roizvodnju, 'otro*nju i sk)adi*tenje energije.

$. P%o&'( 'l'k)%oli!'

<ojave 'rovo+enja e)ektrične struje kroz vodene rastvore so)i otkrivene su 'očetkom JIJ veka.Za to su 'ose(no zas)užni eng)eski hemičari . &avC, M. KaradaC i 5. 5. "erze)ius. KaradaC je

'ret'ostavio da se tek za vreme 'rovo+enja e)ektrične struje rastvoreno jedinjenje raz)aže nanae)ektrisane česti2e, koje 'utuju 'rema e)ektrodama. Z(og toga ih je nazvao jonima, *to na grčkom

znači !oni koji 'utuju. Negativno nae)ektrisane jone, koji 'utuju 'rema 'ozitivnom 'o)u B anodi,nazvao je anjonima, a 'ozitivno nae)ektrisane jone, koji 'utuju 'rema negativno nae)ektrisanoje)ektrodi L katodi, nazvao je katjonima. Gako se 'ri 'ro'u*tanju e)ektrične struje kroz rastvoresu'stan2ija raz)aže, to je taj 'ro2es nazvan e)ektro)izom.

)ektroda je fazna grani2a meta)nog i e)ektro)itičkog 'rovodnika, kroz koju je, zahva)juju-ie)ektrodnoj reak2iji oksida2ije i)i reduk2ije, mogu- 'renos e)ektrona iz meta)a u e)ektro)it i)i o(rnuto.

> zavisnosti od toga da )i je meta)na faza e)ektrode jedan od reaktanata i)i ne, e)ektrode semogu genera)no 'ode)iti na one sa uče*-em meta)a kao reaktanta, meta)ne e)ektrode, i one u čijime)ektrodnim reak2ijama učestvuju samo nemeta)ne kom'onente, e)ektrode sa nemeta)nimreaktantima.

KaradaCBevi zakoni e)ektro)ize. dnos izme+u ko)ičine e)ektri2iteta i ko)ičine nasta)esu'stan2ije kod e)ektro)ize otkrio je M. KaradaC tokom %9#.god. i %99.god. i formu)isao ga%94.god. u dva osnovna Faraday-eva zakona elektrolize:

I. Masa 0m1 'rodukta nasta)og e)ektro)izom, izdvojenog na e)ektrodi, srazmerna je vremenue)ektor)ize, odnosno 'rotek)oj ko)ičini e)ektri2iteta 0q = It 1, kroz e)ektro)itičku -e)iju:

m = const ⋅ q 0%1

B 9 B

7/21/2019 Energija


odonična energija

II. Mase raz)ičitih su'stan2ija nasta)ih sa istim ko)ičinama e)ektri2iteta srazmerne su hemijskimekviva)entima 0 M e1 tih su'stan2ija. Mase e)emenata koje se jedine sa jedini2om masevodonika nazvane su hemijskim ekviva)entima.

m M

e,%%

= 0#1m

#

M e,#

Go)ičina e)ektri2iteta od FE 6$$ =, koja je 'otre(na da se do(ije jedan ekviva)ent (i)o kojeg 'rodukta e)ektro)ize nazvana je faradej, odnosno Faraday-eva konstanta i o(e)ežava se sa F .

Ako se umesto mase hemijskog ekviva)enta M e u'otre(i odnos mo)eku)ske mase i va)en2ije jona, M/z , i ako se sa F označi KaradaCBeva konstanta, na osnovu 0%1, može se 'isati:

M = k ⋅ F 091

z

gde je k konstanta srazmernosti jednaka masi koju izdvoji jedinična ko)ičina nae)ektrisanja.Gom(ina2ija jednačine 091, sa 'rvim zakonom e)ektro)ize 0%1, daje:

m = Mq

= MIt

041 zF zF

gde je I jačina struje, a t vreme e)ektro)ize. Ako se umesto mase izrazi (roj mo)ova n:

m= n =

It 061 M zF

'a se do(ijena jednačina 'ode)i sa vremenom,e)ektrohemijskoj -e)iji:

v = n t

do(ija se izraz za (rzinu hemijske reak2ije u

= I

zF 0E1

koji 'okazuje da se merenjem jačine struje može meriti (rzina e)ektrodnih reak2ija.

$.1. El'k)%oli)i"ko do*i#n#' +odonik

)ektro)iza vode je savremen, jednostavan, čist i sa stanovi*ta energetike veoma značajan načindo(ijanja vodonika. vom metodom se do(ija vodonik čija čisto-a može da dostigne i FF,FF/.

3ehno)o*ke 'odo(nosti e)ektro)ize čine da se ona intenzivno istražuje da (i se učini)a i ekonomski 'rihvat)jivom, jer je veoma sku'a metoda s o(zirom da tro*i e)ektričnu energiju. Zato je svako

7/21/2019 Energija


B 4 B

7/21/2019 Energija


odonična energija

'o(o)j*anje u smis)u 'ove-anja efikasnosti e)ektro)itičkog 'ro2esa veoma važno i sa naučnog i sa 'raktičnog g)edi*ta.

&o(ijanje vodonika e)ektro)izom 'ostiže se 'ro)askom jednosmerne struje kroz e)ektričnoko)o koje čine dve e)ektrode uronjene u odgovaraju-i vodeni rastvor. Mo)eku) vode se tom 'ri)ikom

raz)aže na kiseonik koji se izdvaja na anodi 0'ozitivno nae)ektrisanoj e)ektrodi1 i vodonik koji seizdvaja na katodi 0negativno nae)ektrisanoj e)ektrodi1:

Gatoda: 4 H #O + 4e−

→ # H # 0 g 1 + 4OH −

Anoda: 4OH −

→ O# 0 g 1 + # H #O + 4e−

>ku'na reak2ija: # H #O → # H # 0 g 1 + O# 0 g 1

A)ka)ni e)ektro)izeri koriste vodeni rastvor ka)ijum hidroksida i nazivaju se konven2iona)nim

e)ektro)izerima. Z(og ot'ornosti 'rema koroziji konstruk2ionih meta)a če)ika i nik)a u rastvorima (aza, 'raktično je 'rimeniti e)ektro)izu iz vodenih rastvora ka)ijumB i)i natrijumBhidroksida 'rikon2entra2iji od #$/ do 9$/, koji imaju visoku e)ektričnu 'rovod)jivost. &rugi e)ektro)iti koji (i semog)i u'otre(iti jesu raz()ažena sum'orna kise)ina i)i rastvor natrijum su)fata. Me+utim, 'rva je

'revi*e korozivna za uo(ičajene konstruk2ione materija)e, dok je druga tako+e u odre+enoj merikorozivna i nema tako visoku 'rovod)jivost kao rastvor ka)ijum hidroksida.

Na'on raz)aganja vode iz a)ka)nih rastvora pH %4, na #$H=, 'ri standardnim us)ovima iznosioko %,#9 . >s)ed znatne ireverzi(i)nosti e)ektrodnih 'ro2esa 'ri e)ektro)izi vode, na'on raz)aganja jeuvek znatno vi*i od %,#9 tako da 'rimenjeni na'on mora (iti 'reko # za održavanje

zadovo)javaju-e (rzine e)ektro)ize i zavisi od gustine struje i materija)a e)ektroda.

$.2. U)%o,k 'n'%gi#' – k)li)i"ki '-'k)i u %o&'(u 'l'k)%oli!'

<od terminom e)ektrokata)iza 'odrazumevaju se kata)itički efekti u e)ektro)itičkom 'ro2esukoji su rezu)tat 'rimene jonskih aktivatora. > industrijskoj 'rimeni e)ektro)ize kata)itički efekti nae)ektrodnim 'ovr*inama, u smis)u u(rzanja e)ektrodnih 'ro2esa, su od ve)ike važnosti. >tro*ak e)ektrične energije kod e)ektro)ize dat je formu)om:

Q = ⋅ I ⋅t 0?1

gde je Q 'otro*nja energije u k5 mo)B%, U uku'an na'on e)ektro)ize u , odnosno raz)ika 'oten2ija)akatodne i anodne reak2ije i 'ada na'ona kroz e)ektro)it, I uku'na struja u A, t vreme u sekundama zakoje se razvije odre+ena za'remina vodonika.

e-a 'ažnja u e)ektrohemijskim istraživanjima je 'osve-ena 'o(o)j*anju kata)itičkih oso(inamaterija)a. Na+eno je da neke )egure 'okazuju (o)ju kata)itičku aktivnost nego čisti meta)i. Nekie)ektronski 'rovodni oksidi tako+e su do(ri kata)izatori. Njihovo dejstvo se izme+u osta)og zasniva ina razvijenosti 'ovr*ine, jer se radi o sitnozrnastim 'o)ikrista)nim materija)ima. @matra se da neka

jedinjenja, kao *to su meta)Bjonski kom')eksi i)i so)i 're)aznih meta)a, tzv. jonski aktivatori, i)i

B 6 B

7/21/2019 Energija


odonična energija

njihove kom(ina2ije, mogu dovesti do kata)itičkih efekata kod e)ektro)ize vode iz a)ka)nih rastvora.ventua)no smanjenje 'otro*nje energije, dato jednačinom 0?1, do kojeg do)azi 'ri 'rimeni aktivatoramože 'os)užiti kao indikator njihovog kata)itičkog efekta. @a stanovi*ta 'rimene, ire)evantno je nakoji je način reak2ija u(rzana, važno je samo da se 'ri zadatom nadna'onu e)ektrodna reak2ija (ržeodigrava.

@'oso(nost e)ektrodnih materija)a da a'sor(uju reaktante i reak2ione intermedijere dove)a jedo is'itivanja me+uzavisnosti enta)'ije adsor'2ije i kata)itičke aktivnosti. Is'itivanja ovog ti'aukazuju na zavisnost ti'a !vu)kana, s)ika %. <ostoji o'tima)na to')ota adsor'2ije koja omogu-ujemaksima)nu (rzinu odigravanja e)ektrodnog 'ro2esa. Ako je adsor'2ija s)a(a ona nema efekta na

'ro2es. Ako je 'rejaka, reaktanti se trajno adsor(uju i de)uju kao kata)itički otrovi. Neka srednjavrednost to')ote adsor'2ije u najve-oj meri snižava energiju aktiva2ije za e)ektrodnu reak2iju iomogu-uje od)azak reak2ionih 'rodukata sa 'ovr*ine.

@)ika %. Dustina struje u funk2iji energije vezevodonikBmeta) na raz)ičitim meta)ima

0vu)kanska kriva1.

> tom smis)u naj(o)ji e)ektrodni materija) je

')atina, koja )eži na vrhu vu)kanske krive. Me+utim, ')atina je veoma sku'a, a i nedostu'na za *iruu'otre(u, 'a se razvoj ove o()asti svodi naizna)aženje 'odesnih materija)a koji (i je zameni)i.

Gata)itička aktivnost raz)ičitih meta)a zareak2iju izdvajanja vodonika je 'eriodična funk2ijaatomskog (roja u okviru tri 'eriode 're)aznihe)emenata, gde je 'romena gustine struje mera datekata)itičke aktivnosti. Na taj način je kva)itativno

uočeno, iz e)ektronskih konfigura2ija s'o)jnjih )juskiraz)ičitih e)emenata, da kata)itička aktivnost 'rvoraste sa 'ove-anjem (roja d Be)ektrona i dostižemaksimum 'ri skoro 'o'unjenoj d Bor(ita)i. <o*to se

'o'uni d Bor(ita)a, kata)itička aktivnost ima o*tar 'ad 'ri)ikom 'o'unjavanja sBor(ita)e sa jednim i)i dvae)ektrona, a 'otom 'onovo raste suk2esivnimdodavanjem e)ektrona u pBor(ita)u.

2.$. /on(ki k)i+)o%i

5o* jedan od načina za 'o(o)j*anje efikasnosti e)ektro)itičkog 'ro2esa razvijanja vodonika jedodavanje kom')eksa d Bmeta)a u e)ektro)it. Gom')eksi egzistiraju u jonskom o()iku u rastvoru i z(ogtoga su nazvani jonskim aktivatorima. Njihova u)oga se može sastojati u tome *to kom')eksiranjemdo)azi do či*-enja e)ektrodne 'ovr*ine 0de'onovanja meta)a na 'ovr*ini katode1, do)azi do smanjenjanadna'ona za razvijanje vodonika, a tako+e se omogu-ava energetski 'ovo)jniji 'renos 'rotona ize)ektro)ita do 'ovr*ine katode.

> ovom eks'erimentu is'itivan je kom')eks ko(a)ta, tris!etilendiamin"ko#alt!III"- jon, kao

jonski aktivator. <ri)ikom 'ro2esa e)ektro)ize sa ovim kom)eksom do)azi do formiranja finog, 2rnogde'ozita na 'ovr*ini katode, koji 'raktično 'ostaje radna 'ovr*ina. vaj s)oj čini meta) iz anjonskog

B E B

7/21/2019 Energija


odonična energija

de)a kom')eksa koji se de'onuje na e)ektrodnu 'ovr*inu. <oznato je da je stanje e)ektrodne 'ovr*ineveoma značajno za e)ektrokata)itičke 'ro2ese. državanje 'ovr*ine e)ektrode u a'so)utno čistomstanju je nemogu-e. >'otre(om jonskih aktivatora ovaj 'ro()em se 'revazi)azi. <ret'ostav)ja se da

anjonski deo kom')eksa ko(a)ta igra u)ogu !mosta koji u(rzava 'ro2es 'ri)aska jona e)ektrodnoj 'ovr*ini i raze)ektrisanja na njoj.

0. EKSPEIMENALNI DEO

0.1. Oi( %)u%'

Gori*-ena je a'aratura, na'rav)jena u Institutu !inča, koja se sastoji od e)ektro)itičke -e)ije,ga)vanostata, s'e2ija)no na'rav)jene 'osude za hvatanje izdvojenog vodonika, sistema za

termostatiranje i mernih ure+aja 0mikrovo)tmetar1.

@)ika #. Kotografija i *ema e)ektro)izera: a B e)ektro)itička -e)ija ( B Ni e)ektrode

2 B mesto za termometar i do'unu e)ektro)itičke -e)ije d B 'osuda u kojoj se izdvaja vodonik

)ektro)itička -e)ija 0s)ika #1 je stak)ena >B2ev 0a1 u koju se, na so'stvenim ')astičnimdržačima, stav)jaju e)ektrode 0(1. =entra)ni deo s)uži za dodavanje e)ektro)ita 021. Aktivna za'remina-e)ije je oko ?$ 2m9 0*irina -e)ije je %%$ mm, visina F$ mm, a 'rečni2i odgovaraju-e >B2evi i2entra)nog de)a su #6 i %6 mm1. Za održavanje že)jene tem'terature koristimo vodeni termostat.

(e e)ektrode na'rav)jene su od nik)a, koji se često 'rimenjuje u industrijskoj 'raksi. >ku'na

radna 'ovr*ina e)ektrode L katode, na kojoj se izdvaja vodonik, iznosi E2m #. statak e)ektrode

za*ti-en je dvokom'onentnim )e'kom i ne 'redstav)ja radnu 'ovr*inu e)ektrode.

B ? B

7/21/2019 Energija


odonična energija

;adna 'ovr*ina e)ektrode 're u'otre(e se do(ro očisti, 'rvo mehanički 0'o)iranjem 'o)ir 'a'irom #$$$1, a onda tretira hemijski, =)Bom. )ektrode su 'ričvr*-ene za ')astične držače kojiimaju na se(i 'rstenove radi za'tivanja, i stav)jaju se odozgo u e)ektro)izer. odonik koji nastajee)ektro)izom 2revima se uvodi u sud 0d1 s)ika #..

0.2. Oi( 'k('%i3'n)

&a (i se 'ri datim us)ovima 0tem'eratura, geometrija -e)ije1 odredi)a s'e2ifična 'otro*njaenergije za do(ijanje vodonika e)ektro)izom neo'hodno je meriti na'on na e)ektrodama, struju, kao ivreme neo'hodno da izdvojeni vodonik is'uni merni sud, istiskuju-i iz njega vodu. <oznavaju-i te trive)ičine mogu-e je izračunati utro*enu energiju 0jednačina ?1 'o datoj za'remini, tj masi.ks'erimenti su ra+eni tako da se 'omo-u ga)vanostata zada odre+ena struja, za koju se onda mere

na'on i vreme izdvajanja.

)ektro)itički 'ro2es do(ijanja vodonika na industrijskom nivou odvija se 'utem e)ektro)izevode iz a)ka)nih rastvora 09$ mas. / rastvor G u vodi1. 3okom rada kori*-en je EM G kaoosnovni e)ektro)it i vr*ena su s)ede-a is'itivanja:

%. <rvo je is'itan čist EM G 'ri raz)ičitim zadatim strujama 0od %$$ mA do 6$$ mA1, naraznim tem'eraturama 0od #6H= do ?$H=1.

ks'eriment se radi u o()asti vid)jivog izdvajanja vodonika. odonični nadna'on za najve-i (roj meta)a je $,? B %,$ . Gako se voda e)ektro)izira 'ri %,#9 , to je na'on koji tre(a 'rimeniti

kod najve-eg (roja meta)a %,F9 B #,#9 da (i se vid)jivo izdvajao gas.#. God 'rimene jonskih aktivatora B na'rav)jen je rastvor odre+ene kon2entra2ije aktivatora

u osnovnom e)ektro)itu: is'itivan je 6O%$B#M tris-!etilendiamin"-$o!III"-%lorid 0i)i skra-eno

P=o0en19Q=)91. r*ena su merenja na istim strujama i tem'eraturama kao i kod osnovnog e)ektro)ita.

emika)ije

3risB0eti)endiamin1B=o0III1Bh)orid, A)dri2h

Ga)ijumBhidroksid, =N3;M

)orovodonična kise)ina, kon2., Zorka, Ra(a2

0.$. Sk'ni%#u4i 'l'k)%on(ki 3ik%o(ko

>'otre()jen je ure+aj 5S 5@M E4E$S and Tford Instrument IN=ABJBsight, a kori*-en je za

do(ijanje @M s)ika g)atke 'ovr*ine nik)ene katode 're 'ro2esa e)ektro)ize i @M s)ika 'ovr*ine

nik)ene katode 'os)e 'ro2esa e)ektro)ize u rastvora $,$%M P=o0en19Q=)# kom')eksa.

B B

7/21/2019 Energija


odonična energija

5. E6ULAI I DISKUSI/A

Gao *to je na'omenuto u ode)jku 9.#., utro*ak e)ektrične energije Q, kod e)ektro)ize dat jeformu)om 0?1. ;ezu)tati -e (iti 'rikazani grafičkii kao Q = f !j" i Q = f !j&'", gde je j gustina struje 0 j

= I/(& ( 'redstav)ja uku'nu 'ovr*inu e)ektrode1. <omo-u do(ijenih rezu)tata merenja ura+eni sugrafi2i zavisnosti 'otro*nje energije 'o % mo)Bu e)ektro)itički izdvojenog vodonika na Ni katodi odgustine struje na raz)ičitim tem'eraturama:

a1 osnovnog e)ektro)ita i (1 jonskog aktivatora na (azi kom')eksa P=o0en19Q=)9 u rastvoru osnovnog e)ektro)ita.

5.1. Po)%o,n# 'n'%gi#' o(no+nog 'l'k)%oli)

7%-ik 1. Zavisnost 'otro*nje energije 'o % mo)Bu e)ektro)itički izdvojenog vodonika na Ni katodi od gustine struje na

raz)ičitim tem'eraturama

5.2. Po)%o,n# 'n'%gi#' o(no+nog 'l'k)%oli) ( dod)ko3 #on(kog k)i+)o%

S

g

7/21/2019 Energija


1530

4560

7590

345

330

315

300400

500

600

700

800

7%-ik 2. Zavisnost 'otro*nje energije 'o % mo)Bu e)ektro)itički izdvojenog vodonika na Ni katodi od gustine struje naraz)ičitim tem'eraturama kod rastvora osnovnog e)ektro)ita e)ektro)ita sa dodatkom jonskog aktivatora na (azi ko(a)taP=o0en1 9Q=)9

BFB odonična energija

5.$. Uo%'8i+n#' o)%o,n#' 'n'%gi#' o(no+nog 'l'k)%oli) ( i *'! #on(kog k)i++)o%

7%-ik $. <rikazivanje u*tedeenergije na ?$$= standardnog rastvora e)ektro)ita u 'ore+enju sa dodatkom jonskih aktivatora

7%-ik 0. 9& 'rikazivanje u*tede energije u zavisnosti od tem'erature

Može se uočiti da utro*ak e)ektrične energije raste sa 'orastom gustine struje i kod e)ektro)ita sa i (ez jonskog aktivatora <ri vi*im tem'eraturama utro*ak e)ektrične energije o'ada is toga je najmanji

7/21/2019 Energija


utro*ak (io na tem'erature od ?$$= 0949G1. <ri dodavanju jonskog aktivatora rastvoru osnovnoge)ektro)ita utro*ak e)ektrične energije znatno o'ada, *to je 'otvrdi)o hi'otezu iznetu u radu.

B%$B

odonična energija

5.0. SEM (lik' k)od' %' i o(l' 'l'k)%oli!'

@)ika9. @M s)ika g)atke 'ovr*ine nik)ene katode @)ika 4. @M s)ika 'ovr*ine nik)ene katode

're 'ro2esa e)ektro)ize 'os)e 'ro2esa e)ektro)ize

@M fotografije ovih 'rev)aka 'okazuju nodu)arnu strukturu ta)oga ve-e aktivne 'ovr*ine uodnosu na čistu nik)enu e)ektrodu. <ove-anjem dodirne 'ovr*ine, aktivne 'ovr*ine 'ro2ess a)ka)nee)ektro)ize se u(rzava.

9. 6AKL/U:AK

>ti2aj tem'erature u 'ro2esu e)ektro)itičkog do(ijanja vodonika iz rastvora EM G 0osnovni

e)ektro)it1, 'okazao je da se energija uku'nog 'ro2esa e)ektro)ize smanjuje sa 'orastom tem'erature. Za

ve-e gustine struje, 'otro*nja energije je ve-a.

7/21/2019 Energija


Zahtev za energijom 'o mo)u do(ijenog vodonika je smanjen za %%/ sa dodatkom jonskih aktivatora u

'oredjenju sa standardnim e)ektro)itom.

<ri)ikom in situ u'otre(e jonskog aktivatora do(ijen je fin 2rni de'osit na 'ovr*ini Ni katode koji ima

izrazito razvijenu 'ovr*inu sa uniformno ras'oredjenim 'orama i ve)ikim (rojem mogu-ih aktivnih

2entara.

;. 6A<VALNOS

ks'eriment je ra+en u e)ektrohemijskom odseku Sa(oratorije za fizičku hemiju, Instituta za nuk)earne

nauke ,,inča. <ose(nu zahva)nost dugujem:

%. Masteru fizičke hemije Ivani <erovi-, istraživaču saradniku Instituta i

#. Materu hemijskom inžinjeru @)a+ani Mas)ovari, istraživaču saradniku Instituta.

B%%B

odonična energija

=. LIEAUA

1. )adimir M. Niko)i-, Dvozden @. 3asi-, A)eksandar &. Maksi-, Uordje <. Ra'onji-, @nežana M.

Miu)ovi-, Mi)i2a <. Marčeta Ganinski, ;aising effi2ien2C of hCdrogen generation from a)ka)ine

Vater e)e2tro)Csis B nergC saving, Internationa) 5ourna) of Cdrogen nergC, 96, 0#$%$1 %#9EFB

%#9?9. IK 9,F46 0nergC W Kue)s 68?$1

2. Niko)i- M, Xugi- &S, Maksi- A&, Ra'onji- &<, Mar2eta Gninski M<, <erforman2e

2om'arison of modified 'o)C0vinC) a)2oho)1 (ased mem(ranes in a)ka)ine fue) 2e))s,

Internationa) 5ourna) of Cdrogen nergC, #$%%:9E0%?1:%%$$4B%$,

doi:%$.%$%E8j.ijhCdene.#$%%.$6.%E4

3. Marčeta Ganinski M<, @toji- &S, Ra'onji- &<, <otkonjak NI, Mi)jani- @@. =om'arison of

different e)e2trode materia)sBenergC reYuirements in the e)e2tro)Cti2 hCdrogen evo)ution 'ro2ess.

5 <oVer @our2es. #$$E%6?0#1:?6BE4. doi:%$.%$%E8j.j'oVsour.#$$6.%$.%$6

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319911014133


http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.05.164



http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.05.164

7/21/2019 Energija


B%#B

Energija

Documents

Transcript of Energija