묽은 황산을 이용한 Sonoelectrolytic 수소 생산
묽은 황산의 전기 분해는 수소 가스와 산소 가스를 생성합니다. 초음파는 전극 표면의 확산층 두께를 줄이고 전기 분해 중 질량 전달을 향상시킵니다. 초음파는 전해 전지의 수소 가스 생산 속도를 크게 증가시킬 수 있습니다.
탄소 양극과 티타늄 음극을 사용한 두 가지 실험 설정이 아래에 설명되어 있습니다. 전기 분해에 대한 초음파의 긍정적 인 효과를 입증하기 위해, 티타늄 음극은 초음파 전극입니다. 이것은 묽은 황산에서 수소와 산소의 전해 생산에 초음파 진동과 캐비테이션을 추가합니다. 초음파와 전기의 조합은 초음파 전기 화학, 초음파 전기 분해 및 초음파 전기 합성에 사용됩니다.
Hielscher 초음파 균질화기 UP100H (100 와트, 30kHz)에는 초음파 전기 화학 업그레이드가 장착되어 있습니다. 이를 통해 sonotrode를 전해 공정에서 음극 또는 양극으로 사용할 수 있습니다. 산업용 초음파 전해 설정을 위해 여기를 클릭하십시오!
UP100H 초음파 프로세서의 Sonoelectric Cathode
Sonoelectrolysis 설정 1 – H형 미분할 셀
이 설정은 묽은 황산(H2SO4, 1.0M)을 사용합니다. H형의 분할되지 않은 셀은 전해질로 채워져 있습니다. 이 셀은 호프만 전압계로 알려져 있습니다. 그것에는 3개의 결합된 강직한 유리제 실린더가 있습니다. 내부 실린더는 전해질을 채울 수 있도록 상단이 열려 있습니다. 외부 튜브 상단의 밸브를 열면 채우는 동안 가스가 빠져나갈 수 있습니다. 전해조에서 전극은 고무 링으로 밀봉되고 산성된 물 용액에 거꾸로 담근다. 양극 전극은 탄소(8mm)로 만들어집니다. 음극은 티타늄 초음파 음파 전극 (10mm, 특수 높은 표면적 sonotrode, Hielscher UP100H, 100 와트, 30kHz)입니다. 티타늄 sonoelectrode와 탄소 전극은 불활성입니다. 전기 분해는 전기가 묽은 황산 용액을 통과 할 때만 발생합니다. 따라서 탄소 양극과 티타늄 음극은 정전압 전원 공급 장치(직류)에 연결됩니다.
묽은 황산의 전기분해에서 생성된 수소 가스와 산소 가스는 각 전극 위의 눈금이 매겨진 외부 튜브에 수집됩니다. 가스 부피는 외부 튜브의 전해질을 대체하고 추가 가스의 부피를 측정할 수 있습니다. 가스 부피의 이론적 비율은 2:1입니다. 전기 분해 중에는 수소 가스와 산소 가스로 전해질에서 물만 제거됩니다. 따라서 묽은 황산의 농도는 전기 분해 중에 약간 상승합니다.
아래 비디오는 펄스 초음파 처리 (100 % 진폭, 사이클 모드, 0.2 초 켜기, 0.8 초 끄기)를 사용하여 묽은 황산의 초음파 분해를 보여줍니다. 두 테스트 모두 2.1V(DC, 정전압)에서 실행되었습니다.
Sonoelectrolysis 설정 2 – 단순 배치
유리 용기는 묽은 황산(H2SO4, 1.0M)의 전해질로 채워져 있습니다. 이 간단한 전해조에서 전극은 산성화된 물의 용액에 담깁니다. 양극 전극은 탄소(8mm)로 만들어집니다. 음극은 티타늄 초음파 음파 전극 (10mm, MS10, Hielscher UP100H, 100 와트, 30kHz)입니다. 전기 분해는 전기가 묽은 황산 용액을 통과 할 때만 발생합니다. 따라서 탄소 양극과 티타늄 음극은 정전압 전원 공급 장치(직류)에 연결됩니다. 티타늄 전극과 탄소 전극은 불활성입니다. 묽은 황산의 전기 분해에서 생성된 수소 가스와 산소 가스는 이 설정에서 수집되지 않습니다. 아래 비디오는 이 매우 간단한 설정이 작동하는 것을 보여줍니다.
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전기분해 중에는 어떤 일이 발생합니까?
수소 이온은 음극에 끌어당겨집니다. 거기에서 수소 이온 또는 물 분자는 전자 이득에 의해 수소 가스 분자로 환원됩니다. 그 결과 수소 가스 분자는 수소 가스로 배출됩니다. 많은 반응성 금속염 또는 산 용액의 전기 분해는 음극 전극에서 수소를 생성합니다.
음극 황산염 이온 또는 수산화물 이온의 흔적은 양극에 끌립니다. 황산염 이온 자체가 너무 안정적이어서 아무 일도 일어나지 않습니다. 수산화물 이온 또는 물 분자는 양극에서 배출되고 산화되어 산소를 형성합니다. 이 양극 반응은 전자 손실에 의한 산화 전극 반응입니다.
묽은 황산을 사용하는 이유는 무엇입니까?
물에는 미세한 농도의 수소 이온과 수산화물 이온만 포함되어 있습니다. 이것은 전기 전도성을 제한합니다. 묽은 황산에서 나오는 고농도의 수소 이온과 황산염 이온은 전해질의 전기 전도성을 향상시킵니다. 또는 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화나트륨(NAOH)과 같은 알칼리성 전해질 용액과 물을 사용할 수 있습니다. 많은 염 또는 황산 용액의 전기 분해는 음극에서 수소를 생성하고 양극에서 산소를 생성합니다. 염산 또는 염화물 염의 전기 분해는 양극에서 염소를 생성합니다.
전해조 란 무엇입니까?
전해조는 전기분해로 알려진 과정에서 물을 수소와 산소로 분리하는 장치입니다. 전해조는 전기를 사용하여 수소 가스와 산소 가스를 생성합니다. 수소 가스는 압축 또는 액화 가스로 저장할 수 있습니다. 수소는 자동차, 기차, 버스 또는 트럭의 수소 연료 전지에 사용되는 에너지 운반체입니다.
기본 전해조에는 음극(음전하)과 양극(양전하) 및 펌프, 통풍구, 저장 탱크, 전원 공급 장치, 분리막 및 기타 구성 요소와 같은 주변 구성 요소가 포함됩니다. 물 전기 분해는 전해조 내에서 발생하는 전기 화학 반응입니다. 양극과 음극은 직류에 의해 구동되며 물(H20)은 수소(H2)와 산소(O2)로 나뉩니다.
문헌? 참고문헌
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