Baeshov

АО Институт органического катализа и электрохимии
им. Д.В. Сокольского
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ
Академик Национальной
академии естественных наук РК,
д.х.н., профессор
А.Б. Баешов
Алматы 2012
Объект исследования: Исследование изменения потенциала электрода и
электродвижущей силы (ЭДС) электрохимической системы в водных растворах,
содержащих переменновалентные окислительно-восстановительные системы в
зависимости от разности температуры электролита в электродных пространствах
электролизера.
Цель: Установить закономерности изменения величин электродного потенциала и
электродвижущей силы между твердыми электродами в водных растворах от
разности температур раствора в электродных пространствах. На основе
полученных экспериментальных данных разработать принципиально новый
электрохимический способ преобразования тепловой солнечной энергии (тепло,
полученное от Солнца) и энергии гидротермальных вод в электрическую.
Методы
исследования:
Измерение
потенциала
электрода,
снятие
потенциодинамических поляризационных кривых, а также измерение величины
ЭДС и тока короткого замыкания между электродами в случае разделенных
межэлектродных
пространств,
имеющих
различную
температуру.
Основные результаты: Разработан принципиально новый электрохимический
метод
преобразования тепловой энергии в электрическую с применением
графитовых электродов и раствора, содержащего переменновалентные ионы.
Область применения: Вся деятельность человечества связана с электрической
энергией. Кроме того, наиболее универсальная форма энергии – электричество.
Работа направлена на получение электрической энергии от тепловой энергии.
Практическое применение: Полученный электрический ток используется во всех
отраслях производства, и в народном хозяйстве, и в быту.
Таблица 1 - Электродвижущая сила (ЭДС), возникающая при разности температур (0°С 100°С) в случае применения различных металлов (Ме) в паре с платиной (Ме−Рt)
Металл
U, мВ
Железо
1,9
Молибден
1,2
Кадмий
0,9
Вольфрам
0,8
Медь
0,76
Цинк
0,75
Платина
0,0
Родий
0,64
Никель
1,64
Константан
3,4
E  E0 
a
RT
ln Ox
nF aRe d
1 – термостатируемый электролизер; 2 - нетермостатируемый электролизер; 3 – мостик
для соединения электродных пространств, 4 – графитовые (железные) электроды
Рисунок 1 - Принципиальная схема установки для проведения исследований по
преобразованию тепловой энергии в электрическую
t=25 0С, V=25 mV/s, С H2SO4=0,5М
Рисунок 2 – Циклическая анодно-катодная
поляризационная кривая железного
электрода в сернокислом растворе
t=25 0С, V=25 mV/s, С H2SO4=0,5М
Рисунок 3 – Циклическая катодно-анодная
поляризационная кривая железного
электрода в сернокислом раствореф
t=25 0С, V=25 mV/s, С Fe(II)=0,5М, С H2SO4=0,5М
Рисунок 4 – Циклическая анодно-катодная
поляризационная кривая
на графитовом электроде
t=25 0С, V=25 mV/s, С Fe(II)=0,5М, С H2SO4=0,5М
Рисунок 5 – Циклическая катодно-анодная
поляризационная кривая
на графитовом электроде
t=25 0С, V=25 mV/s, С Fe(III)=0,5М, С H2SO4=0,5М
Рисунок 6 – Циклическая катодно-анодная
поляризационная кривая
на графитовом электроде
t=25 0С, V=25 mV/s, С Fe(III)=0,5М, С H2SO4=0,5М
Рисунок 7 – Циклическая анодно-катодная
поляризационная кривая
на графитовом электроде
1 – 20 0C; 2 – 40 0C; 3 – 60 0C
V=25 mV/s, С Fe(II)=0,5М,С Fe(III)=0,5М, С H2SO4=0,5М
Рисунок 8 – Катодно-анодные (а) и анодно-катодные (б) поляризационные кривые
графитового электрода при разных температурах
Таблица 2 – Влияние различных параметров на потенциал графитового электрода
t, 0C
20
30
40
50
60
E, мВ
461,7
470,5
480,1
489,6
498,2
C H2SO4, М
0,1
0,5
1,0
2,0
3,0
E, мВ
475,3
470,6
456,4
444,2
435,7
С Fe(II), М
0,01
0,03
0,05
0,07
0,09
E, мВ
512,7
482,5
469,6
459,4
453,2
С Fe(III), М
0,01
0,03
0,05
0,07
0,09
E, мВ
441,3
467,8
480,5
483,8
488,6
Таблица 3 - Влияние температуры в левом термостатированном пространстве
электролизера на величину ЭДС и ТКЗ между железными электродами
t, °C
20
30
40
50
60
70
80
Е, мВ
0,0
0,1
2,0
2,0
2,0
3,0
3,0
I, мА
0,0
0,01
0,012
0,012
0,011
0,011
0,012
Примечание: H2SO4 -100 г/л, tх=20 °C
Таблица 4 - Влияние температуры в левом термостатированном пространстве
электролизера на величину ЭДС и ТКЗ между железными электродами
t, °C
20
30
40
50
60
70
80
Е, мВ
0,0
0,12
2,0
6,0
6,0
6,0
6,0
I, мА
0,0
0,005
0,010
0,011
0,037
0,035
0,040
Примечание: Fe (III) -1,0 г/л, Fe(II) -1,0 г/л, H2SO4 -100 г/л, t = 25 °C
Таблица 5 - Влияние продолжительности опыта на величину ЭДС и ТКЗ между
железными электродами в левом термостатированном пространстве электролизера
τ, мин
0
10
20
30
40
50
60
Е, мВ
12,0
12,1
12,2
13,0
13,4
13,8
14,4
I, мА
0,068
0,069
0,075
0,077
0,085
0,084
0,084
Примечание: Fe(III) -10 г/л, Fe(II) -10 г/л, H2SO4 -100 г/л, t = 60 °C, t = 25 °C
Рисунок 9 - Изменение величины ЭДС и ТКЗ между железными электродами от
температуры в солянокислом растворе (50 г/л) в присутствии 10 г/л Fe(III) и 10 г/л Fe(II)
Таблица 6 - Влияние температуры в левом термостатированном пространстве
электролизера на величину ЭДС и ТКЗ между графитовыми электродами в сернокислом
растворе железа
t, ºC
25
30
40
50
60
70
80
90
E, мВ
0
3,2
2,1
21,4
31,5
40,4
50,1
59,2
I, мА
0
0,025
0,050
0,090
0,128
0,164
0,206
0,240
Примечание: H2SO4 – 100 г/л, Fe(II) – 30 г/л, Fe(III) – 30 г/л, tx = 25 ºC
Таблица 7 - Влияние температуры в левом термостатированном пространстве
электролизера на величину ЭДС и ТКЗ между графитовыми электродами
t, ºC
20
30
40
50
60
70
80
90
E, мВ
0
8,8
15,1
28,2
34,3
36,4
42,4
45,0
I, мА
0
0,04
0,09
0,12
0,14
0,15
0,18
0,19
Примечание: состав электролита - 100 г/л NaCl, 10 г/л K3[Fe(CN)6] и 10 г/л
K4[Fe(CN)6]
Таблица 8 - Влияние температуры на величину ЭДС и ТКЗ между графитовыми
электродами в растворе
t, ºC
20
30
40
50
60
70
80
90
E, мВ
0
18,4
26,0
32,1
36,2
40,4
52,3
55,1
I, мА
0
0,09
0,11
0,11
0,14
0,15
0,18
0,19
Примечание: 200 г/л NaCl, 10 г/л K3[Fe(CN)6] и 10 г/л K4[Fe(CN)6]
Таблица 9 – Влияние продолжительности опыта на величину ЭДС и ТКЗ между
электродами при температуре раствора в термостатированном пространстве
электролизера, равной 60 ºС, (а холодного 20 ºС)
τ, мин
0
15
20
30
45
60
Е, мВ
34,1
34,0
33,1
33,0
34,0
33,0
I, мА
0,14
0,14
0,13
0,13
0,14
0,13
Примечание: 100 г/л NaCl, 10 г/л K3[Fe(CN)6] и 10 г/л K4[Fe(CN)6]
Рисунок 10 – Принципиальная схема электрохимической установки для
непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую: 1- корпус
электролизера (I-верхний блок II-нижний блок), 2-трубки, разделяющие верхний и нижний
блоки, 3-электролит, 4-графитовые электроды, 5-короба для нагрева раствора верхнего
блока электролизера от тепла солнечной энергии или от тепла электрического
нагревателя, 6- ключ для измерения величины тока короткого замыкания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Патент РК № 24466. Преобразователь тепловой энергии в электрическую //
Баешов А.Б., Баешова С.А., Баешова А.К. – Опубл. 15.08.2011, бюл. № 8.
2. Инновационный патент РК № 24923. Преобразование тепловой энергии в
электрическую // Баешов А.Б., Абижанова Д.А., Даулетбаева А.С., Баешова
А.К.
Конурбаев
А.Е.
–
Опубл.
15.11.2011,
бюл.
№
11.
БЛАГОДАРЮ
ЗА
ВНИМАНИЕ