Електроліз (вогонь із води)

Розрахунок необхідних енерговитрат на електроліз води можна проводити багатьма способами. Обмежимося трьома принципово різними. По-перше, пам'ятаючи про існування закону збереження енергії, можна розрахувати енерговитрати на електроліз через дані про теплотворну здатність водню як палива. Використовуються результати, отримані методом калориметрії - скільки енергії виділяється при горінні водню, стільки ж її поглинають при його отриманні шляхом електролізу. По-друге, розрахунок енерговитрат можна вести за даними резонансної спектроскопії, оскільки при електролізі розриваються одні зв'язки (з руйнуванням молекул води) та замикаються інші (з утворенням молекул газів), а в даний час енергії кожного виду зв'язку відомі. По-третє, можна зробити розрахунок, використовуючи закони електролізу Фарадея та деякі фізичні константи. Кожен метод має свої плюси та мінуси, а також похибки.

Перший спосіб (за теплотворною здатністю водню)
Продуктами згоряння будь-якого вуглеводневого палива є вуглекислий газ та вода. У термодинаміці та теплотехніці розрізняють нижчу та вищу питому (тобто віднесену до одиниці кількості) теплотворну здатність палив. Нижча теплотворна здатність включає тепло, отримане при горіння палива і охолодження продуктів реакції до температури палива без урахування теплоти конденсації парів води. Вища теплотворна здатність включає крім нижчої ще й теплоту конденсації парів води в рідку фазу і охолодження її до температури палива. Температура палива приймається рівною 15°C.Критерій нижчої теплотворної здатності використовується в теплотехніці, оскільки продукти горіння палив зазвичай видаляються з теплообмінників із свідомо високою температурою і теплота конденсації парів води для споживачів недоступна. У нашому випадку необхідно скористатися критерієм вищої теплотворної здатності водню. Логіка очевидна - для електролізу ми беремо у складі електроліту рідку воду, отже після всього круговороту поглинання та виділення енергії ми до неї повинні і повернутися.
Вища теплотворна здатність водню становить 33850 ккал/кг = 33850 ккал/кг * 4,2 Дж/кал = 142,2 МДж/кг (джерело). Один кілограм водню за н.у. (Нормальні умови - тиск 101325 Па, температура 273,15К) при щільності 0,0899 г/л (джерело) має об'єм 11124 літра. Гримучий газ за обсягом на 2/3 складається з водню та на 1/3 з кисню. Оскільки горючим компонентом є лише водень, то при згорянні гримучого газу виділяється енергія = 2/3 * 142,2 МДж/кг: 11124 л/кг = 8522 Дж/л = 8522 Вт*сек/л = 8522 Вт* (година/360 ) / л = 2,37 Вт * год / л.

Другий спосіб (за енергіями зв'язків у молекулах).
Енергія зв'язку в молекулі водню становить 432 кДж/моль (джерело), ​​у молекулі кисню - 493 кДж/моль (джерело). У молекулі води є два рівноцінні зв'язки O-H. При послідовному їх розриві енергія першої з них складе 495 кДж/моль, другий - 435 кДж/моль. У розрахунках беруть середнє значення 465 кДж/моль (джерело).
При електролізі 2 моль води перетворюються на 2 моль водню та 1 моль кисню — сумарне рівняння реакції:

У двох молекулах води розриваються 4 зв'язку О-Н, в продуктах, що утворилися, замикаються два зв'язки Н-Н і одна О-О.Рівняння енергобалансу має виглядати так:
Енергія електролізу - Енергія розриву зв'язків + Енергія утворення зв'язків = 0
Енергія електролізу - 2 * 465 кДж / моль * 2 моль + (432 кДж / моль * 2 моль + 493 кДж / моль * 1 моль) = 0
Енергія електролізу = 503 кДж.
Ця енергія йде на утворення гримучого газу (2 моль водню та 1 моль кисню). Один моль будь-якого газу за нормальних умов займає об'єм 22,4 л (джерело). Таким чином, сумарний обсяг гримучого газу, отриманого з двох молей води, становитиме 2 моль * 22,4 л/моль + 1 моль * 22,4 л/моль = 67,2 л.
Енергія отримання гримучого газу = 503 кДж/67,2 л = 7,485 кДж/л = 7,485 * 1000 * Вт * сек / л = 7485 * Вт * (год/3600) / л = 2,08 Вт * год / л.

Третій спосіб (із законів електролізу).
За законом електролізу Фарадея для отримання одного грам-еквівалента будь-якої речовини в електрохімічному осередку необхідно перенести 96485 Кл заряду (джерело).
Електрохімічний процес – це сукупність двох (груп) реакцій – окислення і відновлення. Заряд при цьому переноситься від однієї хімічної сутності, що знаходиться на аноді, до іншої, яка перебуває на катоді. Таким чином, правильніше буде сказати, що при перенесенні 96485 Кл заряду виходить один грам-еквівалент речовини на аноді та один грам-еквівалент речовини на катоді. Що стосується електролізу води – це сукупність водню і кисню, тобто. гримучий газ.
Маса одного грам-еквівалента водню – 1 г (1/2 моль), що відповідає об'єму 11,2 літра (н.у.). Маса одного грам-еквівалента кисню – 8 г (1/4 моль), що відповідає об'єму 5,6 літра (н.у.).Отже, при проходженні 96 485 Кл заряду виділяється 11,2 л + 5,6 л = 16,8 літрів гримучого газу, а значить для його отримання питомі витрати електрики (заряду) складуть 96 485 Кл: 16,8 л = 5743 Кл.
Тепер необхідно згадати, що заряд в електрохімічному осередку переноситься сторонніми силами (ЕРС джерела електролізу) проти градієнта електрохімічного потенціалу. Говорячи простіше, для перенесення заряду в даному випадку потрібно прикласти деяку електричну напругу, мінімально необхідна величина якої дорівнює сумі рівноважних потенціалів реакцій протилежних електродах. У разі води мінімальна ЕРС становить 1,23 В (Якименко Л.М. Електроліз води, стор.38) і залежить від рН середовища використовуваного електроліту.
Енерговитрати на отримання гримучого газу:
1,23 В * 5743 Кл / л = 7064 В * А * сек / л = 7064 Вт * (година / 3600) / л = 1,96 Вт * год / л.

Метод розрахунку Енерговитрати, Вт * год / л
1. За теплотворною здатністю водню 2.37
2. За енергіями зв'язків у молекулах 2.08
3. Із законів електролізу 1.96

Як зразок енерговитрат ми віддаємо перевагу мінімальної теоретично необхідної для електролізу енергії 1,96 Вт*год/л. Оцінка ККД у цьому випадку – найгірша з усіх можливих, але у випадку з перевіркою ККД наших установок ми йдемо на це навмисно.
Принагідно з висвітленням питання енерговитрат при електролізі води необхідно згадати такі поняття як вихід реакції струму і енергетична ефективність процесу (ККД).

Вихід реакції струму.
Вихід електрохімічної реакції по струму є відношенням кількості електрики (у кулонах, ампер-годинах або будь-яких інших позасистемних одиницях), витраченого на отримання деякої кількості речовини, до теоретично необхідної для цього отримання кількості електрики.
Вихід струмом не може перевищувати 100%. Причиною зниження цього показника (без прямих витоків струму при короткому замиканні через електроліт) може бути проходження на електроді інших електрохімічних реакцій, що не дають цільового продукту. При електролізі води в електроліті завжди є кілька розчинених кисню і водню в молекулярної формі, тобто. у формі незаряджених молекул, які не утворюють окремої фази. Відсутність заряду і процеси дифузії призводять до того, що частина кисню, що виділився при електролізі, може відновлюватися на катоді, а частина отриманого водню - окислюватися на аноді. За відсутності в комірці розділової діафрагми та порівняно невеликій товщині шару електроліту витрати струму на ці конкуруючі реакції можуть становити від 3 до 5%. Таким чином, струмовий вихід бездіафрагмових електролізерів не може перевищувати 95-97%. Всі конструкції електролізерів для отримання гідроксигазу на борту авто саме бездіафрагмові та з тонким шаром електроліту в комірках. Крім того, переважна більшість з них — проточні, а отже, мають витік струму ще й з конструктивних причин — внаслідок шунтування електролітом. Внаслідок цього струмові виходи повинні бути ще нижчими, особливо на малих струмах (докладніше).

Міф I. Одноатомний водень.
Багато виробників систем для отримання гідроксигазу на борту авто запевняють потенційних покупців у тому, що в їх системах виходить саме хімічно активний одноатомний газ (ННО), що складається в основному з атомів водню та кисню, а не молекул. При цьому наводяться такі дані про відповідність швидкості вироблення газу та споживаного системою струму, які відповідають майже 200% струмовому виходу. Якщо повірити в одноатомність цього газу, яка неявно передбачає подвоювання обсягу в порівнянні зі звичайним двоатомним, то дані про продуктивність струму виглядають начебто переконливо. Спробуємо розібратися.
При підвищенні температури дедалі більша частка молекул розпадається на атоми. Порядок енергії зв'язку в молекулах такий, що навіть при температурі 2000°C ступінь дисоціації (розпаду) молекул на атоми становить для водню та кисню 0,081% та 0,03% відповідно, повна дисоціація спостерігається при температурі на короні Сонця – вище 6000°C (Джерело (водень), джерело (кисень)). Таким чином говорити про одноатомний гідроксигаз при температурі свідомо нижчою неосвічено до непристойності. З огляду на це, потрібно з необхідністю визнати, що й запропоновані системи і тестувалися виробниками, то наведені значення результатам цих тестів відповідають і явно завищені.

Міф ІІ. Надефективний електроліз.
Існують прецеденти, коли виробники публікують дані про продуктивність своїх систем, не посилаючись на одноатомність одержуваного газу, але аналіз цих даних також призводить до висновку про струмову надефективність.Як пояснення цього феномена, якщо про це і виникає розмова, пропонується невиконання законів електролізу Фарадея, зокрема в системах, розроблених для так званого резонансного електролізу в об'ємі електроліту або просто чистої води. Незважаючи на велику кількість в Інтернеті матеріалів, присвячених даним технологіям, у тому числі і патентів на винаходи, ніде не описано досить виразну і науково обґрунтовану теорію питання і не проведено результатів скільки-небудь серйозної експериментальної експертизи. Таким чином, наведені дані про продуктивність систем також видаються підозрілими.

Продуктивність системи гідроксигазу.
Яка повинна бути залежність між величиною струму, що подається в електролізер, і його продуктивністю по гримучому газу в ідеалі?
Згадаймо з попереднього викладу, що для отримання за нормальних умов одного літра газу в одному електрохімічному осередку через неї необхідно пропустити 5743 Кл електрики. Яка сила струму має бути подана на комірку, щоб ця кількість заряду пройшла через неї за одну хвилину?
5743 Кл = 5743 А * сек = 5743 А * (хв/60) = 95,72 А * хв.
Тобто. для продуктивності одного осередку газу в один літр за хвилину необхідна сила струму 95,72 А. Це досить велика величина. Зменшити її можна, набираючи комірки до секції з послідовним електричним підключенням. Тоді у скільки разів збільшено кількість осередків, у стільки ж разів можна зменшити струм для отримання того самого обсягу газу на хвилину.
При послідовному з'єднанні провідників сумарне падіння напруги ланцюга дорівнює сумі падінь на елементах.У реальних умовах падіння напруги на одному осередку становить дещо більше 2 вольт. Доцільно збирати системи в середньому з 6 (комерційні варіанти від 5 до 7) або 12 (10-14) осередків - при бортовій напрузі автомобілів 12 (14) або 24 (28) вольт.
Припустимо, ми маємо ідеальний по струмовому виходу електролізер, що має 6 послідовно з'єднаних осередків. Для отримання продуктивності цього електролізера газу в один літр за хвилину він повинен споживати струм 95,72/6 = 15,95 ампер. Якщо враховувати, що при електролізі в пропонованих системах одержуваний газ має як мінімум кімнатну температуру, то виходить дуже просто співвідношення:
6 осередків - споживання струму 15 ампер - вихід газу 1 літр на хвилину.
Якщо використовується ідеальний по струмовому виходу електролізер з 12 осередками, то продуктивність газу при тому ж струмі подвоюється:
12 осередків - споживання струму 15 ампер - вихід газу 2 літри за хвилину.

Енергетична ефективність процесу електролізу (ККД електролізера).
Як було зазначено вище, мінімальна напруга, при якій процес електролізу води може відбуватися в одному електролізному осередку, становить 1,23 вольта – це так званий рівноважний потенціал оборотної реакції. У реальних умовах для електрохімічного отримання достатніх кількостей продуктів необхідна значно більша різниця потенціалів, пов'язана з явищами поляризації електродів (перенапруга). Але ми не вникатимемо в тонкощі електрохімічної кінетики.
ККД електролізера чисельно дорівнює відношенню мінімально необхідної для отримання одиниці маси речовини електричної енергії до практично витрачається, вираженого у відсотках.
Додаток різниці потенціалів (напруги) до електродів дозволяє перенести деякий заряд, підтримуючи деяку силу струму через комірку протягом деякого проміжку часу. енергетична ефективність процесу. Таким чином, максимальний ККД може бути отриманий при напрузі на осередку, рівному рівноважному потенціалу (1,23В), при 100%-ному струмовому виході.
Грунтуючись на попередньому викладі, отримуємо формулу:

U - середня напруга на електролізері [В], I - струм через електролізер [А], t - час [сек], протягом якого виробляється об'єм газу V [л], 7060 Дж/л - мінімальна енергія для виробництва одного літра газу при нормальних умов.
Оскільки в реальних умовах одна і та ж маса газу матиме різний об'єм залежно від його температури та атмосферного тиску, необхідно робити відповідну поправку (джерело)
У наступному виразі враховано температуру газу та атмосферний тиск:

Коли нами проводилися експерименти з метою відпрацювання конструкції електролізної системи, було зроблено кілька дослідів для перевірки правильності розрахунків її ККД. та барботер з водою для промивання газу термоізолювалися пінопластом або спіненим поліетиленом, після чого через електролізер подавали постійний струм 25-35 ампер (стабілізація струму) протягом тривалого часу - 30-50 хвилин.Оскільки ККД електролізера свідомо був нижчим за 100%, частина потужності витрачалася на нагрівання. Були відомі час експерименту (електронний секундомір), вихідна і кінцева температура електроліту і всіх частин установки, включаючи технологічні рідини (прямий вимір), а також їх маса (прямий вимір) і теплоємності (довідкові дані по використаним матеріалам), крім того, в протягом експерименту через короткі інтервали часу регулярно вимірювалися робоча напруга (мультиметр) та стабілізований струм (Амперметр з шунтом 50А, 75 мВ). Продуктивність газу визначалася за допомогою газового годинника. Атмосферний тиск визначався побутовим барометром. Після чергового експерименту за даними про темп газовиділення, струм і усередненому за часом напрузі робився розрахунок ККД (метод законів електролізу). Паралельно проводився і розрахунок калориметричним способом – за темпом тепловиділення. Останній метод завжди давав підвищене значення ККД системи в порівнянні з першим, очевидно, внаслідок неврахованих тепловтрат. Однак розбіжність результатів розрахунків не перевищувала 10-12%.

Електролізер

Електроліз - хіміко-фізичне явище з розкладання речовин на компоненти за допомогою електроструму, яке широко застосовується у виробничих цілях. На основі цієї реакції виготовляються агрегати для одержання, наприклад, хлору або кольорових металів.

Електролізна установка, що складається з пластин

Постійне зростання цін на енергетичні ресурси зробило популярними електролізні установки побутового призначення. Що є такими конструкціями, і як їх виготовити вдома?

Загальна інформація про електролізера

Електролізна установка - пристрій для електролізу, що вимагає зовнішнє енергоджерело, що конструктивно складається з декількох електродів, які поміщені в заповнену електролітом ємність. Також таке встановлення може називатися пристроєм для розщеплення води.

У подібних агрегатах основним технічним параметром є продуктивність, яка означає обсяг водню, що виробляється за годину і вимірюється в м³/ч. Стаціонарні агрегати несуть цей параметр у найменуванні моделі, наприклад, мембранна установка СЕУ-40 виробляє за годину 40 куб. м водню.

Зовнішній вигляд стаціонарного промислового агрегату СЕУ-40

Інші характеристики таких пристроїв повністю залежать від цільового призначення та виду установок. Наприклад, при здійсненні електролізу води ККД агрегату залежить від нижченаведених параметрів:

1. Рівень найменшого електродного потенціалу (електронапруги). Для нормального функціонування агрегату ця характеристика повинна перебувати в діапазоні 1,8-2 на одну пластину. Якщо джерело електроживлення має напругу в 14, то ємність електролізера з електролітним розчином має сенс розділити листами на 7 осередків. Подібна установка називається сухим електролізером. Найменше значення не запустить електроліз, а більше – сильно збільшить витрату енергії;

Розміщення пластин у ванні електролізної установки

1. Чим меншою буде відстань між пластинковими компонентами, тим меншим буде опір, що при проходженні великого струму призведе до збільшення вироблення газової речовини;
2. Площа поверхні пластин безпосередньо впливає на продуктивність;
3. Тепловий баланс та ступінь концентрації електроліту;
4. Матеріал електродних елементів.Золото є дорогим, але ідеальним матеріалом для електролізерів. Через його дорожнечу часто застосовують нержавіючу сталь.

Важливо! У конструкціях іншого типу значення матимуть інші параметри.

Установки для електролізу води можуть також використовуватися для таких цілей, як знезараження, очищення та оцінка якості води.

Принцип роботи та види електролізера

Найпростіший пристрій мають електролізери, які розщеплюють воду на кисень та водень. Вони складаються з ємності з електролітом, в яку містяться електроди, підключені до енергоджерела.

Конструкція найпростішої електролізної установки

Принцип роботи електролізної установки полягає в тому, що електрострум, який проходить через електроліт, має напругу, достатню для розкладання води на молекули. Результат процесу - анод виділяє одну частину кисню, а катод виробляє дві частини водню.

Види електролізерів

Пристрої для розщеплення води бувають наступних видів:

1. Сухі;
2. Проточні;
3. Мембранні;
4. Діафрагмові;
5. Лужні.

Сухий тип

Такі електролізери мають найпростішу конструкцію (картинка вища). Їм притаманна особливість, яка полягає в тому, що маніпуляція з числом осередків дає можливість запитати агрегат від джерела з будь-якою напругою.

Проточний тип

Ці установки мають у своїй конструкції повністю залиту електролітом ванну з електродними елементами та баком.

Влаштування простого електролізера проточного типу, де А – ванна з електродами, D – бак, В, Е – трубки, С – вихідний клапан

Принцип роботи проточної електролізної установки нижченаведений (за картинкою вище):

• при протіканні електролізу електроліт разом із газом через трубу "В" видавлюється в бак "D";
• в ємності «D» протікає процес відділення газу від електроліту;
• газ виходить через клапан "С";
• електролітний розчин повертається через трубку "Е" у ванну "А".

Цікаво знати. Такий принцип роботи налаштований у деяких зварювальних апаратах – горіння газу, що виділяється, дозволяє зварювати елементи.

Мембранний тип

Електролізна установка мембранного типу має схожу конструкцію з іншими електролізерами, однак як електроліт виступає тверда речовина на полімерній основі, яка називається мембраною.

Конструкція мембранного електролізера

Мембрана в таких агрегатах має подвійне призначення – перенесення іонів та протонів, поділ електродів та продуктів електролізу.

Діафрагмовий тип

Коли одна речовина не може проникати і впливати на іншу, використовують пористу діафрагму, яка може виготовлятися зі скла, полімерних волокон, кераміки або азбестового матеріалу.

Влаштування діафрагмового електролізера, де 1 – вихід для кисню, 2 – колба, 3 – вихід для водню, 4 – анод, 5 – катод, 6 – діафрагма

Лужний тип

Протікати електроліз у дистильованій воді не може. У таких випадках необхідно використовувати каталізатори, якими виступають лужні розчини високої концентрації. Відповідно, основну частину електролізних пристроїв можна назвати лужними.

Важливо! Варто зазначити, що використання солі як каталізатор шкідливо, так як при протіканні реакції виділяється газоподібний хлор. Ідеальним каталізатором може бути гідроксид натрію, який не роз'їдає залізні електроди і не сприяє виділенню шкідливих речовин.

Самостійне виготовлення електролізера

Виготовити електролізер своїми руками може кожна людина. Для процесу складання найпростішої конструкції знадобляться такі матеріали:

• лист нержавіючої сталі (ідеальні варіанти – зарубіжна AISI 316L або вітчизняна 03Х16Н15М3);
• болти М6х150;
• шайби та гайки;
• прозора трубка – можна застосовувати водяний рівень, який використовується у будівельних цілях;
• кілька штуцерів типу "ялинка" із зовнішнім діаметром 8 мм;
• контейнер із пластику об'ємом 1,5 л;
• невеликий фільтруючий проточну воду фільтр, наприклад, фільтр для пральних машин;
• зворотний водяний клапан.

Процес складання

Збирати електролізер своїми руками слід за наступною інструкцією:

1. Насамперед необхідно здійснити розмітку і подальше розпилювання листа нержавіючої сталі на рівні квадрати. Розпилювання може здійснюватися кутовою шліфувальною машинкою (болгаркою). Один із куточків у таких квадратах має бути спиляний під кутом для правильного скріплення пластин;
2. Далі потрібно просвердлити отвір для болта на протилежній від кутового спила стороні пластини;
3. З'єднання пластин необхідно проводити по черзі: одна пластина на +, наступна на - і так далі;
4. Між різнорядними пластинами повинен знаходитися ізолятор, яким виступає трубка від водяного рівня. Її необхідно розрізати на кільця, які слід розрізати вздовж для отримання смужок завтовшки 1 мм. Такої відстані між пластинами достатньо для ефективного виділення газу при електролізі;
5. Скріплення пластин разом здійснюється за допомогою шайб наступним чином: на болт насаджується шайба, потім - пластина, далі - три шайби, після - пластина і так далі.Пластини, позитивно заряджені, розташовуються дзеркально негативно заряджених листів. Це дозволяє не допустити зачеплення електродів спиляними краями;

Зібрані разом пластини електролізної установки

1. Збираючи пластини, слід відразу виконувати їх ізоляцію та затягування гайок;
2. Також кожну пластину потрібно продзвонити у тому, щоб переконатися у відсутності короткого замикання;
3. Далі всю збірку потрібно помістити в бокс із пластику;
4. Після цього треба відзначити місця торкання болтів об стінки контейнера, де й просвердлити два отвори. Якщо болти не влазять у ємність, їх необхідно підрізати ножівкою;
5. Далі болти затягуються гайками та шайбами ​​для герметичності конструкції;

Пластини, поміщені у пластиковий контейнер

1. Після виконаних маніпуляцій потрібно зробити отвори в кришці контейнера і вставити в них штуцера. Герметичність у даному випадку можна забезпечити за допомогою промазування швів герметиками на основі силікону;
2. Захисний клапан і фільтр конструкції розташовуються на виході газу і служать засобом контролю надмірного його скупчення, яке може призвести до жалюгідних наслідків;
3. Електролізна установка зібрана.

Заключний етап – тестування, яке здійснюється таким чином:

• заповнення водою ємності рівня кріпильних болтів;
• підключення живлення до приладу;
• підключення до штуцера трубки, протилежний кінець якої опускається у воду.

Якщо буде подано на установку слабкий струм, то випуск газу через трубку буде майже непомітним, проте всередині електролізера його можна буде спостерігати. Підвищуючи електричний струм, додаючи лужний каталізатор у воду, можна суттєво збільшити вихід газової речовини.

Виготовлений електролізер може виступати складовою багатьох пристроїв, наприклад, водневого пальника.

Зовнішній вигляд водневого пальника, основою якого є власноруч виготовлений електролізер.

Знаючи типи, основні характеристики, пристрій та принцип роботи електролізних установок, можна здійснити правильне складання саморобної конструкції, що буде незамінним помічником у різних побутових ситуаціях: від зварювання та економії витрати палива автотранспорту до роботи систем опалення.

Електролізер

Одним із численних фізико-хімічних процесів, що знайшли широке застосування, як у промисловості, так і в побуті, є електроліз – виділення на поверхнях підключених до джерела струму електродів, поміщених у розчин або розплав, їх складових (чистого металу – алюмінію міді, газу та і т.д.). Основною установкою, всередині якої протікає цей процес, є електролізер.

Що таке електролізер

Електролізер - це спеціальна установка, що застосовується для виділення з розчину або розплаву його складових.

Основними характеристиками електролізера є:

• Робоча напруга одного електрода коливається в інтервалі від 1,8 до 2,0 В;
• Сила струму – для нормального перебігу процесу електролізу на електроди подають струм із значенням цієї характеристики від 5 до 10 А;
• Кількість електродів – мінімальна кількість електродів – 2, максимальна обмежується розмірами самої установки та її призначенням;
• Габарити електродів – як електроди використовують не вугільні стрижні, а металеві пластини, розмір яких визначається призначенням установки, вольт-амперною характеристикою струму, що подається на пластини;
• Відстань між різноіменно зарядженими поверхнями електродів – мінімальна відстань між пластинами-електродами має бути не менше ніж 1,5 мм;
• Матеріал електрода – у сучасних електролізерах як матеріал для анода та катода використовують листову нержавіючу сталь з добавкою нікелю.

Ще однією важливою характеристикою електролізної установки є використання каталізаторів.

Застосовуються такі установки для таких цілей:

• Одержання гримучого газу, що складається із суміші водню та кисню (газ Брауна);
• Виділення чистого алюмінію, магнію, цинку із розплавів їх солей;
• Очищення води від розчинених у ній солей та домішок;
• Нанесення на поверхню металевих деталей тонкого перешкоджає корозії шару нікелю, цинку;
• Знезараження харчових продуктів;
• Очищення стічних вод від розчинених у них солей важких металів та інших шкідливих речовин.

Важливо! Платина-електрод із звичайного заліза застосовується в електролізних установках рідше, ніж з нержавіючої сталі, так як воно швидше окислюється і приходить у непридатність.

Пристрій та принцип роботи

Найпростіша електролізна установка складається з декількох «осередків», кожна з яких включає:

• 2 пластинчасті електроди - катод (негативний) і анод (позитивний);
• Гумову прокладку, що розташовується по периметру двох суміжних різноїменних електродів.

Крайні осередки оснащуються спеціальними патрубками, через які відводяться гази, що виділяються.

Декілька з'єднаних між собою «осередків» електролізної установки

Електролізер може містити від 1 до 30-40 і більше таких осередків, однойменні пластини яких підключені послідовно.

Важливо! При використанні джерел живлення зі змінним струмом додатково застосовують випрямлячі, найпростішим з яких є діодний міст.

Працює така установка в такий спосіб:

• У простір між електродами заливають дистильовану воду з розчиненою в ній лугом або звичайною харчовою содою;
• Від джерела живлення на електроди всіх осередків установки подається напруга номіналом 1,8-2,0;
• Внаслідок протікання процесу електролізу до негативно зарядженого катода притягуються аніони (позитивно заряджені іони) розчиненої у воді речовини, внаслідок чого на ньому утворюється тонка плівка натрію;
• На позитивно зарядженому аноді відбувається руйнування молекул води, причому з кожної утворюється 2 атоми водню і 1 атом кисню;
• Грим, що виділяється, газ по відвідним патрубкам потрапляє в призначену для нього ємність.

Інтенсивність процесу електролізу залежить від величини напруги та сили струму – при малих значеннях даних характеристик процес протікати не буде. Якщо джерело живлення подаватиме струм із занадто великими значеннями вольт-амперної характеристики, розчин, що заливається в електролізер, буде сильно нагріватися і википати.

Види електролізерів

Залежно від конструкції та принципу роботи, розрізняють електролізні установки 5 видів.

Сухі

Такі електролізери складаються із пластинчастих електродів, розділених між собою герметичними гумовими прокладками. Часто «комірки» установки додатково поміщають у герметичний корпус.

Водень, що виробляються в результаті електролізу, і кисень відводяться по спеціальних патрубках, що знаходяться в торці корпусу або крайніх пластин установки.

Проточні

Електролізні установки такого виду мають такий пристрій:

• Електролізна ванна (корпус) з двома патрубками, по одному з яких до неї подається електроліт, по другому відводиться гримучий газ, що утворюється в результаті електролізу;
• Пластинчасті електроди, відокремлені прокладками;
• Бак з електролітом, розташований вище корпусу з електродами і з'єднаний шлангами з патрубками електролізної ванни установки, що має у верхній частині патрубок з газовим клапаном.

При роботі подібного пристрою газ, що виділяється через патрубок і шланг потрапляє в бак з електролітом і, створюючи в ньому певний тиск, через клапан на відвідному патрубку виходить за межі установки.

Мембранні

Електролізні осередки таких установок складаються з двох електродів, розділених між собою тонкої мембрани, що пропускає продукти електролізу та розділяє електроди між собою.

Мембранна електролізна установка

Діафрагмові

Електролізні установки цього виду складаються з «U» образної колби з двома вставленими в неї електродами та 2-3 непроникними діафрагмами.

Лужні

На відміну від інших моделей електролізерів, таких як електроліт застосовують розчин лугу - каустичну соду (гідроксид натрію), що є не тільки додатковим джерелом водню і кисню, але і каталізатором для електролізу.

Схема лужного електролізера

Такі установки, на відміну від аналогів інших видів, дозволяють застосовувати дешевші електроди зі звичайного заліза.

Електролізер для отримання водню

Для того, щоб зібрати найпростіший електролізер своїми руками, можна скористатися наведеним на малюнку кресленням.

Креслення найпростішого саморобного електролізера

Зверніть увагу! Електролізер - це досить небезпечна установка, що виділяється при роботі гримучий газ, накопичуючись у великій кількості, може спричинити серйозний вибух. Не слід розміщувати установку поблизу джерел відкритого вогню, нагрівальних приладів.

Електролізер для автомобіля своїми руками

Для поліпшення згоряння палива в двигуні автомобіля дуже часто збирають електролізер, що складається з корпусу від старого акумулятора з поміщеними всередину пластинами з нержавіючої сталі, двома патрубками, один з яких з'єднаний з бачком, заповненим електролітом, другий - з шлангом, що подає в двигун повітря (точніше з гофр патрубком, що йде від повітрозабірника до повітряного фільтра).

Запитують такий саморобний проточний електролізер від акумуляторної батареї авто за допомогою реле та запобіжника на 10А.

Електролізер своїми руками для опалення будинку

Застосування електролізних установок для опалення будинку в даний час не набуло широкого поширення через високу вартість гремучого газу, що отримується в процесі електролізу, в порівнянні з найбільш поширеним природним.

Огляд виробників електролізерів

Основними виробниками електролізерів є як вітчизняні підприємства («РУСАЛ», НВФ «РутТех», АТ «Уралхіммаш»), а також зарубіжні конкуренти – Teledyne Energy Systems, Inc (США), Hydrogenics Corp. (Бельгія).

Таким чином, електролізер є досить простим і відрізняється великим набором функцій установкою, що використовується для отримання гримучого газу, який у майбутньому планують застосовувати як паливо для двигунів внутрішнього згоряння, котлів опалення.