Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » концентрационный гальванический элемент

Концепция концентрационного гальванического элемента, работающего на соленой и пресной воде

Вассель Сергей Сергеевич — Sat, 24 May 2014 17:46:12 +0000

Есть два широко известных способа получения энергии, использующих смешивание пресной и соленой воды.
Первый из них – механический способ. При этом способе генерации энергии сосуды с соленой и пресной водой разделены полупроницаемой мембраной. Благодаря осмотическому давлению уровень жидкости в сосуде с соленой водой поднимается, и этот перепад уровней жидкости можно использовать для генерации механической или электрической энергии. Недостатком этого способа является высокие потери энергии, поскольку электрическая мощность генерирует в два этапа.
Второй метод использует ионоселективные мембраны. Сосуды с пресной и соленой водой разделены с одной стороны катионселективными мембранами, с другой стороны- анион селективными. Ионы диффундируют от соленой воды к пресной, в результате чего на мембранах появляется разность потенциалов. В этом случае электрическая мощность генерирует в один этап. Недостатком приведенного способа является высокое электрическое сопротивление ионоселективных мембран.
Мы разрабатываем третий способ преобразования энтропии перемешивания пресной и соленой вод в электрическую энергию. В этом нам поможет хорошо знакомый концентрационный гальванический элемент.
Разумеется, раствор хлорида натрия не лучший рабочий раствор для концентрационного гальванического элемента. Мы можем использовать хлорсеребряные электроды (их потенциал зависит от концентрации ионов хлора), но они слишком дороги для широкомасштабного использования.

Рис.1. Схема ячейки гальванического элемента

На рисунке: С₂> С₁.

Осмотическое давление соленой воды, наоборот, выше, чем осмотическое давление рабочего раствора высокой концентрации. Таким образом, вода проходит через полупроницаемую мембрану из концентрационного гальванического элемента и поддерживает высокую концентрацию электролита вблизи второго электрода.

Таким образом, раствор хлорида натрия не участвует в реакции, но поглощает воду из рабочего раствора высокой концентрации.

Элементы, приведенные на рисунке 1, могут быть соединены в каскад:

Рис.2. Каскад (последовательное соединение) гальванических элементов.

Также интересные результаты могут быть получены с использованием раствора серной кислоты в качестве рабочего раствора и электродов состава Pb/PbSO₄.
В отличие от традиционных концентрации гальванических элементов, где разность потенциалов зависит логарифмически зависит от отношения концентраций растворов, в растворе серной кислоты мы имеем практическое линейную зависимость потенциала электрода от концентрации серной кислоты [1]. Этот эффект наблюдается из-за того, что гальванический элемент использует не только энтропии фактор, но и энергию экзотермической реакции растворения серной кислоты в воде.

Способ генерации электрической энергии за счет смешивания пресной и соленой воды

Вассель Сергей Сергеевич — Mon, 31 Oct 2016 06:29:15 +0000

Экологические чистые источники энергии – это источники, которые не наносят вред окружающей среде. К ним относятся источники с использованием солнечной энергии, энергии ветра, воды, земли гейзеров. Один из новых источников экологически чистой энергии- это энергия осмоса. Осмотическое давление между морской и пресной водой эквивалентно давлению столба воды в400 метров, в отличие от энергии солнца и ветра энергия осмоса от погоды не зависит, а в отличие от ГЭС не требует строительства плотин.

На данный момент генерация осмотической энергии осуществляется механическим способом: сосуды с соленой и пресной водой разделены полупроницаемой мембраной. Благодаря осмотическому давлению уровень жидкости в сосуде с соленой водой поднимается, и этот перепад уровней жидкости можно использовать для генерации механической или электрической энергии. Недостаток метода: высокие потери энергии, поскольку электрическая мощность генерирует в два этапа.

В мире существует, первая и единственная осмотическая электростанция построена компанией Statkraft в норвежском городке Тофте. Эта электростанция пока вырабатывает очень мало энергии: примерно 2—4 киловатта.

Удельная мощность мембран, используемых на электростанции, составляет 1 Вт/м². Показатель, который позволит сделать станции рентабельными — 5 Вт/м². Для увеличения удельной мощности необходимо повысить скорость диффузии воды, а для увеличения скорости диффузии надо использовать более тонкие мембраны. На данной станции это сделать трудно, т. к. велика разность давлений по разные стороны мембраны.

Мы разрабатываем новый способ преобразования энтропии перемешивания пресной и соленой вод в электрическую энергию, позволяющий использовать более тонкие мембраны. В этом нам поможет хорошо знакомый концентрационный гальванический элемент.

В последнее время растет интерес к концентрационным гальваническим элементам как источникам энергии [1]-[5].

Схема нашего элемента:

Рис.1. Схема концентрационного гальванического элемента, работающего на пресной и соленой воде.

Осмотическое давление в рабочем растворе с низкой концентрацией выше, чем осмотическое давление в пресной воде, так что вода проходит через полупроницаемую мембрану в концентрации гальванического элемента и поддерживает низкую концентрацию электролита вблизи первого электрода.
Осмотическое давление соленой воды, наоборот, выше, чем осмотическое давление рабочего раствора высокой концентрации. Таким образом, вода проходит через полупроницаемую мембрану из концентрационного гальванического элемента и поддерживает высокую концентрацию электролита вблизи второго электрода. Таким образом, раствор хлорида натрия не участвует в реакции, но поглощает воду из рабочего раствора высокой концентрации.