[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2013191578A1 - Economic electrochemical cell - Google Patents

Economic electrochemical cell Download PDF

Info

Publication number
WO2013191578A1
WO2013191578A1 PCT/RU2012/000628 RU2012000628W WO2013191578A1 WO 2013191578 A1 WO2013191578 A1 WO 2013191578A1 RU 2012000628 W RU2012000628 W RU 2012000628W WO 2013191578 A1 WO2013191578 A1 WO 2013191578A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
potential
ions
electrochemical cell
electrodes
cell
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000628
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Игорь Витальевич БУЗМАКОВ
Original Assignee
Buzmakov Igor Vitalyevich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buzmakov Igor Vitalyevich filed Critical Buzmakov Igor Vitalyevich
Publication of WO2013191578A1 publication Critical patent/WO2013191578A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to the electrical industry and can be used for the electrolysis of electrolytes and / or for generating electricity.
  • An electrochemical cell is a device for producing electric current due to electrochemical reactions. Electric current may flow as a result of the circuit of an electrochemical cell formed by electrodes and an electrolyte, or under the influence of an applied external potential difference, in the latter case, electrochemical reactions result from the flow of electrical current through the electrochemical cell.
  • Electric current may flow as a result of the circuit of an electrochemical cell formed by electrodes and an electrolyte, or under the influence of an applied external potential difference, in the latter case, electrochemical reactions result from the flow of electrical current through the electrochemical cell.
  • I. I. Gerasimov "The course of physical chemistry.” Tutorial: For universities. In 2 t. ETC. - 2nd ed., Rev., the publishing house “Chemistry” Moscow 1973. - 624 s, p. 488 - 489, 573 /
  • Electrochemical cells are known, the main characteristic of which is an electromotive force equal to the difference in electrode potentials, depending in general on the nature of the substances used, their activities, temperature and pressure. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics", translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Ya.M., Chemistry Publishing House Moscow 1967. - 856 p., Pp. 32 - 44 /
  • the amount of transmitted energy depends on the electromotive force. energy load, and when working as a cell - the amount of energy expended by an external source.
  • electrochemical cells such physical phenomena as the Donnan potential and the internal contact potential difference of conductors of the first kind are not used as sources of additional electromotive force.
  • the invention is an electrochemical cell (hereinafter referred to as Element), using Donnan potential and / or internal contact potential difference (hereinafter CRP) as sources of additional electromotive force (hereinafter emf) to increase the efficiency of electrolysis processes, when voltage is applied from an external of the power supply to the Element electrodes, and in the load connected to the Element electrodes, the net electricity generated by electrochemical reactions on the surfaces of the electrodes, in the absence of eshnego power.
  • Element electrochemical cell
  • CRP internal contact potential difference
  • emf additional electromotive force
  • the technical result of the invention is to increase the efficiency of the processes of electrolysis and the production of electricity, i.e. increase of the coefficient of performance (hereinafter the efficiency) of the Element
  • the Element uses the Donnan potential and / or internal PKK of parts of electrodes for obtaining additional emf. in a chain and, as a result, increase in efficiency.
  • the Donnan potential of electrolytes and the internal ⁇ of conductors of the first kind are rather small, therefore a significant increase in the efficiency of the Element can be expected, for example, when its performance decreases by reducing the voltage supplied to the element from an external power source, during its operation as electrolyzer, and reduce the difference of standard electrode potentials (ie, the voltage on the electrodes), when it works as a current source.
  • the internal contact potential difference is equal to the Fermi energy difference of the contacting conductors, referred to the electron charge value.
  • the internal ⁇ is a potential difference caused by the diffusion of electrons from a conductor with their greater concentration (and, accordingly, with a higher Fermi energy) into a conductor with a lower concentration (and, accordingly, with a lower Fermi energy).
  • the electromotive force is the integral of the field strength of external forces in the area containing the current source (in other words, it is the work of external forces in moving a single charge).
  • the external forces in the galvanic cells act on the boundaries between the electrolytes and the electrodes. They also act on the boundary between two dissimilar metals and determine the contact potential difference between them. / Sivukhin D.V. General course of physics. Tutorial: For universities. In 5 t. T. III. Electricity. - 4th ed., Stereo. - M .: FIZMATLIT; MIPT Publishing House, 2004. - 656 p. - ISBN 5 9221-0227-3; 5-89155-086-5., Pp. 189 - 193 /
  • Hole conductivity is due to the presence of quantum states not occupied by electrons in the valence band. Such quantum states are called holes. In an electric field, the holes move in the same way as a positively charged particle with a certain mass would move under classical consideration. Due to the low concentration to the electrons in the conduction band and to the holes in the valence band, the classical Boltzmann statistics is applicable. / Sivukhin D.V. "General course of physics.” Tutorial: For universities. In 5 t. " D.111.” Electricity ". - 4th ed., Stereo. - M .:” FIZMATLIT “; MIPT Publishing House, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; 5 -89155-086-5., P. 431 - 434 /
  • Polyelectrolytes are polymers capable of dissociating in solution into ions, with a large number of periodically repeating charges arising in one macromolecule.
  • Cross-linked polyelectrolytes ion exchangers, ion exchange resins
  • A.A. Tager Physical Chemistry of Polymers, Chemistry Publishing House, Moscow 1968.
  • the Donnan potential is an equilibrium potential difference arising at the phase boundary between two electrolytes in the case that this boundary is not permeable for all ions.
  • the impermeability of the boundary for some ions may be due, for example, to the presence of a membrane with very narrow pores, which are impassable for particles exceeding a certain size.
  • Selective permeability of the interphase boundary occurs even if some ions are so firmly bound in one of the phases that they cannot leave it at all. This is how ionic, or ion-exchange groups, fixed by homeopolar bonds in a molecular lattice or matrix, behave in ion exchange resins.
  • the solution inside such a matrix forms together with it a single phase; the solution outside it is the second. /TO.
  • Fetter “Electrochemical Kinetics”, translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Y.M., Chemistry Publishing House Moscow 1967. - 856 p., Pp. 76 - 79 /
  • the electric double layer is a combination of two oppositely charged layers that appear at the interface between two layers located at some distance from each other. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics”, translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Y.M., publishing house "KHIMIYA” Moscow 1967. - 856 s, p. 96 /
  • Intercalated carbon is crystalline carbon, in the interlayer space of the crystal lattice of which molecules of another substance, intercalate, are implanted. Such structures are also called intercalated graphite or graphite embedding compound (hereinafter referred to as CSG).
  • CSG intercalated graphite or graphite embedding compound
  • CSAs are divided into two broad classes: donor and acceptor. The redistribution of the electron density between the intercalate molecules and carbon atoms in the acceptor-type GHGs leads to the appearance of an additional number of delocalized holes in the graphite layers.
  • donor compounds the implanted substances donate their valence electrons, and conductivity is carried out by excess electrons in the carbon layers.
  • Acceptor compounds are formed during the introduction of substances such as halogens, metal halides, acids.
  • Donor compounds are formed when alkali or alkaline earth metals are embedded in a graphite matrix. / Link to the Internet information resource http://www.nanometer.ru/2008/12/21/grafit_54995.html, Nanometer nanotechnological community, publications / Brief Description of the Drawings
  • the external part of the electrode is a graphite rod, which is in electrical contact with the internal part and is intended, inter alia, to connect an external circuit;
  • the inner part of the electrode is a compacted briquette of porous activated carbon intercalated with a donor impurity to increase the concentration of conduction electrons of the coal;
  • the external part of the electrode is a graphite rod, which is in electrical contact with the internal part and is intended, inter alia, for connecting an external circuit;
  • the inner part of the electrode is a compacted briquette of porous activated carbon intercalated with an acceptor impurity in order to reduce the concentration of conduction electrons and create hole conductivity of coal;
  • An aqueous solution contains some amount of inorganic salt to prevent, as a result of dissociation, excessive unfolding of macromolecules of polyelectrolytes and to maintain the preferential conformation of macromolecules in the form of a coil.
  • membrane 6 is permeable for ions to which this salt dissociates into water.
  • an internal CRP arises due to the diffusion of electrons from part 3, made of intercalated graphite donor impurity, into part 1, made of ordinary graphite.
  • a double electric layer appears between the contacting surfaces, with the surface of part 3 being positively charged, and part 1 being negative.
  • the internal CRP associated with the difference in the contacting substances of the concentrations of conduction electrons.
  • an internal ⁇ arises, due to the diffusion of electrons from part 2, made of ordinary graphite, into part 4, made of intercalated acceptor impurity of graphite. Between the contacting surfaces there is a double electric layer, and the surface of part 2 is positively charged, and part 4 - negative.
  • the internal CRP which is related to the difference in the concentrations of conduction electrons from the contacting substances.
  • the dimensions of ions and molecules mean the sizes of their solvation shells, on which the dynamic and geometric characteristics of particles in a solution substantially depend.
  • the internal parts 3 and 4 of the composite electrodes are made of activated carbon, i.e. a material having, among other qualities, a very large surface area.
  • a large surface area of the electrodes is needed, in particular, in order to achieve a practically significant increase in the efficiency of the Element associated with the use of the Donnan potential arising at the interface between the surfaces of the electrodes and the solution.
  • the increase will occur due to the fact that, firstly, when moving through an external circuit from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode, 3 fields of double electric layers at the junction of the parts of composite electrodes 4, 2 and 1, 3 for electrons are accelerating; and secondly: when moving through the solution from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode 3 fields of double electric layers at the interfaces between the surfaces of electrodes and electrolytes, as well as electrolytes of the cathode and anode spaces between them, are also accelerating for hydrogen ions H + .
  • this also means that the external hydrogen pressure used for the Element operation can be reduced, leaving the quantitative current output in the load at the same level if additional emf is used in the Element operation. E add .
  • the increase will occur due to the fact that firstly: when moving through the external circuit from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode, 3 fields of double electric layers at the junction of the parts of composite electrodes 4, 2 and 1, 3 for electrons are accelerating; and secondly: when moving through the solution from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode 3 fields of double electric layers at the interfaces between the surfaces of electrodes and electrolytes, as well as electrolytes of the cathode and anode spaces between them, for hydrogen ions H + and hydroxide ions OH "are also accelerated.
  • the Element having design features aimed at using the potential of Donnan and the internal PKK of type I conductors for more emf in the circuit, it allows to increase the efficiency of electrolysis processes and to obtain useful electric power in the load, which, all other things being equal, entails an increase in the efficiency of the Element.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

The invention relates to the electrical engineering industry and can be used for the electrolysis of electrolytes and/or for producing electrical energy. The invention comprises an electrochemical cell, which is capable of using the Donnan potential and/or the internal Volta potential of the constituent parts of said electrochemical cell for increasing operational efficiency in electrolyser and current source modes. The Donnan potential of the electrolytes and the internal Volta potential of the conductors of the first order are sufficiently low, and therefore a substantial increase in the efficiency of the cell can be expected, for example, with a reduction in the productivity of said cell by means of a reduction in the voltage supplied to the cell from an external power supply source in the electrolyser mode and by decreasing the standard electrode potential difference of the electrodes in the current source mode.

Description

ЭКОНОМИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ  ECONOMIC ELECTROCHEMICAL ELEMENT
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ  DESCRIPTION OF THE INVENTION
Область техники  Technical field
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может использоваться для электролиза электролитов и/или для получения электроэнергии.  The invention relates to the electrical industry and can be used for the electrolysis of electrolytes and / or for generating electricity.
Электрохимический элемент это устройство для получения электрического тока за счет электрохимических реакций. Электрический ток может протекать в результате замыкания электрохимического элемента, образуемого электродами и электролитом, или под влиянием приложенной внешней разности потенциалов, в последнем случае электрохимические реакции являются следствием протекания электрического тока через электрохимический элемент. /Я. И. Герасимов «Курс физической химии». Учебное пособие: Для вузов. В 2 т. Т.П. - 2-е изд., испр., издательство «ХИМИЯ» Москва 1973. - 624 с, стр. 488 - 489, 573/  An electrochemical cell is a device for producing electric current due to electrochemical reactions. Electric current may flow as a result of the circuit of an electrochemical cell formed by electrodes and an electrolyte, or under the influence of an applied external potential difference, in the latter case, electrochemical reactions result from the flow of electrical current through the electrochemical cell. /I. I. Gerasimov "The course of physical chemistry." Tutorial: For universities. In 2 t. ETC. - 2nd ed., Rev., the publishing house "Chemistry" Moscow 1973. - 624 s, p. 488 - 489, 573 /
Уровень техники  The level of technology
Известны электрохимические элементы, основной характеристикой которых является электродвижущая сила, равная разности электродных потенциалов, зависящих в общем случае от природы применяемых веществ, их активностей, температуры и давления. /К. Феттер «Электрохимическая кинетика», перевод с немецкого языка с дополнениями автора для русского издания под редакцией чл.-кор. АН СССР проф. Колотыркина Я.М., издательство «ХИМИЯ» Москва 1967. - 856 с, стр. 32 - 44/  Electrochemical cells are known, the main characteristic of which is an electromotive force equal to the difference in electrode potentials, depending in general on the nature of the substances used, their activities, temperature and pressure. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics", translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Ya.M., Chemistry Publishing House Moscow 1967. - 856 p., Pp. 32 - 44 /
При работе электрохимического элемента в качестве источника тока, от электродвижущей силы зависит количество передаваемой в нагрузку энергии, а при работе в качестве электролизера - количество энергии затрачиваемой внешним источником. Во всех известных электрохимических элементах, такие физические явления как потенциал Доннана и внутренняя контактная разность потенциалов проводников первого рода, в качестве источников дополнительной электродвижущей силы не используются. During the operation of an electrochemical cell as a current source, the amount of transmitted energy depends on the electromotive force. energy load, and when working as a cell - the amount of energy expended by an external source. In all known electrochemical cells, such physical phenomena as the Donnan potential and the internal contact potential difference of conductors of the first kind are not used as sources of additional electromotive force.
Раскрытие изобретения  DISCLOSURE OF INVENTION
Изобретение представляет собой электрохимический элемент (далее Элемент), использующий потенциал Доннана и/или внутреннюю контактную разность потенциалов (далее КРП) в качестве источников дополнительной электродвижущей силы (далее э.д.с.) для повышения экономичности процессов электролиза, при подаче напряжения от внешнего источника питания на электроды Элемента, и получения в нагрузке, подключенной к электродам Элемента, полезной электроэнергии, поддерживаемой электрохимическими реакциями на поверхности электродов, при отсутствии внешнего питания.  The invention is an electrochemical cell (hereinafter referred to as Element), using Donnan potential and / or internal contact potential difference (hereinafter CRP) as sources of additional electromotive force (hereinafter emf) to increase the efficiency of electrolysis processes, when voltage is applied from an external of the power supply to the Element electrodes, and in the load connected to the Element electrodes, the net electricity generated by electrochemical reactions on the surfaces of the electrodes, in the absence of eshnego power.
Техническим результатом изобретения является повышение экономичности процессов электролиза и получения электроэнергии, т.е. повышение коэффициента полезного действия (далее КПД) Элемента.  The technical result of the invention is to increase the efficiency of the processes of electrolysis and the production of electricity, i.e. increase of the coefficient of performance (hereinafter the efficiency) of the Element
Этот результат достигается тем, что Элемент использует потенциал Доннана и/или внутреннюю КРП частей электродов для получения дополнительной э.д.с. в цепи и, как следствие, повышения КПД. Потенциал Доннана электролитов и внутренняя КРП проводников первого рода, достаточно малы, поэтому существенного увеличения КПД Элемента можно ожидать, например, при снижении его производительности путем уменьшения подаваемого на элемент напряжения от внешнего источника питания, при его работе в качестве электролизера, и уменьшения разности стандартных электродных потенциалов (т.е. напряжения на электродах), при его работе в качестве источника тока. Уменьшение этих напряжений допустимо проводить до минимального уровня, при котором возможно протекание электрохимических реакций на электродах, т.к. для любого электрохимического элемента всегда выполняется правило, что постоянный ток через него может течь только в случае, если его внешняя цепь замкнута, а на поверхности его электродов протекают электрохимические реакции. This result is achieved by the fact that the Element uses the Donnan potential and / or internal PKK of parts of electrodes for obtaining additional emf. in a chain and, as a result, increase in efficiency. The Donnan potential of electrolytes and the internal КРП of conductors of the first kind are rather small, therefore a significant increase in the efficiency of the Element can be expected, for example, when its performance decreases by reducing the voltage supplied to the element from an external power source, during its operation as electrolyzer, and reduce the difference of standard electrode potentials (ie, the voltage on the electrodes), when it works as a current source. It is permissible to reduce these voltages to the minimum level at which electrochemical reactions can take place at the electrodes, since for any electrochemical cell, the rule is always fulfilled that direct current can flow through it only if its external circuit is closed, and electrochemical reactions take place on the surface of its electrodes.
Ниже приведены определения некоторых, использованных в описании изобретения, терминов, которые являются наиболее значимыми для понимания сути изобретения.  Below are the definitions of some of the terms used in the description of the invention, which are the most significant for understanding the essence of the invention.
Внутренняя контактная разность потенциалов равна разности энергий Ферми контактирующих проводников, отнесенной к величине заряда электрона. Внутренняя КРП представляет собой разность потенциалов, вызванную диффузией электронов из проводника с большей их концентрацией (и, соответственно, с большей энергией Ферми) в проводник с меньшей концентрацией (и, соответственно, с меньшей энергией Ферми). /Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. T.III. Электричество. - 4-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. - 656 с. - ISBN 5-9221-0227-3; 5-89155- 086-5., стр. 451 - 452/  The internal contact potential difference is equal to the Fermi energy difference of the contacting conductors, referred to the electron charge value. The internal КРП is a potential difference caused by the diffusion of electrons from a conductor with their greater concentration (and, accordingly, with a higher Fermi energy) into a conductor with a lower concentration (and, accordingly, with a lower Fermi energy). / Sivukhin D.V. General course of physics. Tutorial: For universities. In 5 t. T.III. Electricity. - 4th ed., Stereo. - M .: FIZMATLIT; MIPT Publishing House, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; 5-89155-086-5., P. 451 - 452 /
Электродвижущая сила это интеграл напряженности поля сторонних сил по участку, содержащему источник тока (другими словами это работа сторонних сил по перемещению единичного заряда). Сторонние силы в гальванических элементах действуют на границах между электролитами и электродами. Они действуют также на границе соприкосновения двух разнородных металлов и обусловливают контактную разность потенциалов между ними. /Сивухин Д.В. Общий курс физики. Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. Т. III. Электричество. - 4-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2004. - 656 с. - ISBN 5- 9221-0227-3; 5-89155-086-5., стр. 189 - 193/ The electromotive force is the integral of the field strength of external forces in the area containing the current source (in other words, it is the work of external forces in moving a single charge). The external forces in the galvanic cells act on the boundaries between the electrolytes and the electrodes. They also act on the boundary between two dissimilar metals and determine the contact potential difference between them. / Sivukhin D.V. General course of physics. Tutorial: For universities. In 5 t. T. III. Electricity. - 4th ed., Stereo. - M .: FIZMATLIT; MIPT Publishing House, 2004. - 656 p. - ISBN 5 9221-0227-3; 5-89155-086-5., Pp. 189 - 193 /
Сумма скачков потенциалов на всех поверхностях раздела цепи равна разности потенциалов между проводниками, находящимися на концах цепи, и называется электродвижущей силой цепи проводников... Э.д.с. цепи, состоящей только из проводников первого рода, равна скачку потенциала между первым и последним проводниками при непосредственном их соприкосновении (закон Вольта). Если цепь правильно разомкнута, то э.д.с. этой цепи равна нулю. К правильно разомкнутой цепи проводников, в состав которой входит хотя бы один электролит, закон Вольта неприменим... Очевидно, что только цепи проводников, включающие хотя бы один проводник второго рода являются электрохимическими элементами (или электрохимическими цепями элементов). /Я. И. Герасимов «Курс физической химии». Учебное пособие: Для вузов. В 2 т. Т.П. - 2-е изд., испр., издательство «ХИМИЯ» Москва 1973. - 624 с, стр. 490 - 491/  The sum of the potential jumps on all the interfaces of the circuit is equal to the potential difference between the conductors located at the ends of the circuit, and is called the electromotive force of the conductor circuit ... Ed. a circuit consisting only of conductors of the first kind is equal to a potential jump between the first and last conductors with their direct contact (Volt's law). If the circuit is properly open, then the emf this circuit is zero. A correctly open conductor circuit, which includes at least one electrolyte, the Volta law is not applicable ... Obviously, only conductor circuits including at least one second-type conductor are electrochemical cells (or electrochemical circuits of cells). /I. I. Gerasimov "The course of physical chemistry." Tutorial: For universities. In 2 t. ETC. - 2nd ed., Rev., the publishing house "Chemistry" Moscow 1973. - 624 s, pp. 490 - 491 /
Дырочная проводимость обусловлена наличием в валентной зоне квантовых состояний не занятых электронами. Такие квантовые состояния называются дырками. В электрическом поле дырки движутся так, как двигались бы при классическом рассмотрении положительно заряженные частицы, обладающие определенной массой. Благодаря малости концентрации к электронам в зоне проводимости и к дыркам в валентной зоне применима классическая статистика Больцмана. /Сивухин Д.В. «Общий курс физики». Учебное пособие: Для вузов. В 5 т. "Г.111. «Электричество». - 4-е изд., стереот. - М.: «ФИЗМАТЛИТ»; Изд-во «МФТИ», 2004. - 656 с. - ISBN 5-9221-0227-3; 5-89155-086-5., стр. 431 - 434/ Hole conductivity is due to the presence of quantum states not occupied by electrons in the valence band. Such quantum states are called holes. In an electric field, the holes move in the same way as a positively charged particle with a certain mass would move under classical consideration. Due to the low concentration to the electrons in the conduction band and to the holes in the valence band, the classical Boltzmann statistics is applicable. / Sivukhin D.V. "General course of physics." Tutorial: For universities. In 5 t. " D.111." Electricity ". - 4th ed., Stereo. - M .:" FIZMATLIT "; MIPT Publishing House, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; 5 -89155-086-5., P. 431 - 434 /
Полиэлектролиты это полимеры, способные диссоциировать в растворе на ионы, при этом в одной макромолекуле возникает большое число периодически повторяющихся зарядов. Сшитые полиэлектролиты (иониты, ионообменные смолы) не растворяются, а только набухают, сохраняя при этом способность к диссоциации. /А.А. Тагер «Физико- химия полимеров», издательство «ХИМИЯ» Москва 1968. - 536 с, стр. 320 - 321/  Polyelectrolytes are polymers capable of dissociating in solution into ions, with a large number of periodically repeating charges arising in one macromolecule. Cross-linked polyelectrolytes (ion exchangers, ion exchange resins) do not dissolve, but only swell, while maintaining the ability to dissociate. / A.A. Tager, Physical Chemistry of Polymers, Chemistry Publishing House, Moscow 1968. - 536 p., Pp. 320 - 321 /
Потенциал Доннана это равновесная разность потенциалов, возникающая на фазовой границе между двумя электролитами в случае, если эта граница проницаема не для всех ионов. Непроницаемость границы для некоторых ионов может быть обусловлена, например, наличием мембраны с очень узкими порами, которые непроходимы для частиц превышающих определенный размер. Избирательная проницаемость межфазной границы возникает и в случае, если какие-то ионы настолько прочно связаны в одной из фаз, что покинуть ее вообще не могут. Именно так ведут себя в ионообменных смолах ионогенные, или ионообменные группы, зафиксированные гомеополярными связями в молекулярной решетке, или матрице. Раствор, находящийся внутри такой матрицы, образует вместе с ней одну фазу; раствор, находящийся вне ее, - вторую. /К. Феттер «Электрохимическая кинетика», перевод с немецкого языка с дополнениями автора для русского издания под редакцией чл.-кор. АН СССР проф. Колотыркина Я.М., издательство «ХИМИЯ» Москва 1967. - 856 с, стр. 76 - 79/ Двойной электрический слой это возникающая на границе раздела фаз совокупность двух противоположно заряженных слоев, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. /К. Феттер «Электрохимическая кинетика», перевод с немецкого языка с дополнениями автора для русского издания под редакцией чл.-кор. АН СССР проф. Колотыркина Я.М., издательство «ХИМИЯ» Москва 1967. - 856 с, стр. 96/ The Donnan potential is an equilibrium potential difference arising at the phase boundary between two electrolytes in the case that this boundary is not permeable for all ions. The impermeability of the boundary for some ions may be due, for example, to the presence of a membrane with very narrow pores, which are impassable for particles exceeding a certain size. Selective permeability of the interphase boundary occurs even if some ions are so firmly bound in one of the phases that they cannot leave it at all. This is how ionic, or ion-exchange groups, fixed by homeopolar bonds in a molecular lattice or matrix, behave in ion exchange resins. The solution inside such a matrix forms together with it a single phase; the solution outside it is the second. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics", translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Y.M., Chemistry Publishing House Moscow 1967. - 856 p., Pp. 76 - 79 / The electric double layer is a combination of two oppositely charged layers that appear at the interface between two layers located at some distance from each other. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics", translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Y.M., publishing house "KHIMIYA" Moscow 1967. - 856 s, p. 96 /
Интеркалированный уголь это кристаллический углерод, в межслоевое пространство кристаллической решетки которого внедрены молекулы другого вещества - интеркалята. Такие структуры также называются интеркалированный графит или соединение внедрения графита (далее СВГ). СВГ делятся на два широких класса : донорные и акцепторные. Перераспределение электронной плотности между молекулами интеркалята и атомами углерода в СВГ акцепторного типа приводит к появлению дополнительного количества делокализованных дырок в графитовых слоях. В донорных соединениях внедренные вещества отдают свои валентные электроны, и проводимость осуществляется избыточными электронами в углеродных слоях. Акцепторные соединения образуются при внедрении таких веществ, как галогены, галогениды металлов, кислоты . Донорные соединения образуются при внедрении щелочных или щелочноземельных металлов в графитовую матрицу. /Ссылка на информационный интернет-ресурс http://www.nanometer.ru/2008/12/21/grafit_54995.html, нанотехноло- гическое сообщество «Нанометр», публикации/ Краткое описание чертежей Intercalated carbon is crystalline carbon, in the interlayer space of the crystal lattice of which molecules of another substance, intercalate, are implanted. Such structures are also called intercalated graphite or graphite embedding compound (hereinafter referred to as CSG). CSAs are divided into two broad classes: donor and acceptor. The redistribution of the electron density between the intercalate molecules and carbon atoms in the acceptor-type GHGs leads to the appearance of an additional number of delocalized holes in the graphite layers. In donor compounds, the implanted substances donate their valence electrons, and conductivity is carried out by excess electrons in the carbon layers. Acceptor compounds are formed during the introduction of substances such as halogens, metal halides, acids. Donor compounds are formed when alkali or alkaline earth metals are embedded in a graphite matrix. / Link to the Internet information resource http://www.nanometer.ru/2008/12/21/grafit_54995.html, Nanometer nanotechnological community, publications / Brief Description of the Drawings
На чертеже показан один из возможных вариантов конструкции Элемента в разрезе, цифрами обозначены его следующие компоненты:  The drawing shows one of the possible options for the construction of the Element in section, the numbers denote its following components:
1 и 3 - две части катода, составного положительного электрода, на поверхности которого протекают электрохимические реакции восстановления катионов электролита;  1 and 3 - two parts of the cathode, a composite positive electrode, on the surface of which electrochemical reactions of reduction of electrolyte cations take place;
1 - внешняя часть электрода представляет собой графитовый стержень, который находится в электрическом контакте с внутренней частью и предназначен, в том числе, для подключения внешней цепи;  1 - the external part of the electrode is a graphite rod, which is in electrical contact with the internal part and is intended, inter alia, to connect an external circuit;
3 - внутренняя часть электрода представляет собой уплотненный брикет из пористого активированного угля, интеркалированного донорной примесью, с целью повышения концентрации электронов проводимости угля;  3 - the inner part of the electrode is a compacted briquette of porous activated carbon intercalated with a donor impurity to increase the concentration of conduction electrons of the coal;
2 и 4 - две части анода, составного отрицательного электрода, на поверхности которого протекают электрохимические реакции окисления анионов электролита;  2 and 4 - two parts of the anode, a composite negative electrode, on the surface of which electrochemical oxidation reactions of electrolyte anions take place;
2 - внешняя часть электрода представляет собой графитовый стержень, который находится в электрическом контакте с внутренней частью и предназначен, в том числе, для подключения внешней цепи;  2 - the external part of the electrode is a graphite rod, which is in electrical contact with the internal part and is intended, inter alia, for connecting an external circuit;
4 - внутренняя часть электрода представляет собой уплотненный брикет из пористого активированного угля, интеркалированного акцепторной примесью, с целью уменьшения концентрации электронов проводимости и создания дырочной проводимости угля;  4 - the inner part of the electrode is a compacted briquette of porous activated carbon intercalated with an acceptor impurity in order to reduce the concentration of conduction electrons and create hole conductivity of coal;
5 - водонепроницаемый сосуд;  5 - waterproof vessel;
6 - мембрана (диафрагма), непроницаемая для макромолекул полиэлектролитов, но полностью проницаемая для малых ионов и молекул, разделяющая сосуд 5 на две части. Одна часть это катодное пространство, т.е. пространство, в котором расположен катод, и вторая часть это анодное пространство, т.е. пространство, в котором расположен анод. При выборе проницаемости мембраны учитываются размеры сольватных оболочек ионов и молекул в водном растворе; 6 - membrane (diaphragm), impermeable to macromolecules of polyelectrolytes, but completely permeable to small ions and molecules, dividing vessel 5 into two parts. One part is the cathode. space, i.e. the space in which the cathode is located, and the second part is the anode space, i.e. the space in which the anode is located. When choosing the permeability of the membrane, the sizes of the solvate shells of ions and molecules in an aqueous solution are taken into account;
7 - водный раствор анионогенного полиэлектролита, в воде диссоциирующего на отрицательно заряженные макроионы и положительно заряженные малые противоионы К+; 7 - an aqueous solution of anionic polyelectrolyte in water dissociating into negatively charged macroions and positively charged small K + counterions;
8 - водный раствор катионогенного полиэлектролита, в воде диссоциирующего на положительно заряженные макроионы и отрицательно заряженные малые противоионы А". 8 - an aqueous solution of cationic polyelectrolyte in water dissociating into positively charged macroions and negatively charged small counterions A " .
Водный раствор содержит некоторое количество неорганической соли для предотвращения в результате диссоциации чрезмерного разворачивания макромолекул полиэлектролитов и сохранения преимущественной конформации макромолекул в виде клубка. Для ионов, на которые в воде диссоциирует эта соль, мембрана 6 проницаема.  An aqueous solution contains some amount of inorganic salt to prevent, as a result of dissociation, excessive unfolding of macromolecules of polyelectrolytes and to maintain the preferential conformation of macromolecules in the form of a coil. For ions to which this salt dissociates into water, membrane 6 is permeable.
Осуществление изобретения  The implementation of the invention
Рассмотрим механизм возникновения в Элементе, приведенном на чертеже, э.д.с, связанной с эффектом Доннана и внутренней КРП проводников первого рода.  Consider the mechanism of occurrence in the Element, shown in the drawing, the emf associated with the Donnan effect and the internal PKK of type I conductors.
На катоде, в результате диссоциации полиэлектролита 7 и диффузии в раствор, за пределы клубка макромолекулы полиэлектролита, малых противоионов К+, вблизи поверхности внутренней части 3 составного электрода возникает повышенная концентрация положительных ионов. Положительный заряд, возникающий вблизи поверхности составного электрода 3, не скомпенсирован отрицательно заряженными макроионами, т.е. макромолекулами, потерявшими часть своих малых противоионов в результате диссоциации и диффузии, т.к. в силу своих размеров, макроионы находятся дальше от поверхности электрода. Это известное явление, заключающееся в возникновении разности потенциалов между макроионом полиэлектролита и окружающим его раствором, носит название эффекта Доннана, а соответствующая разность потенциалов - потенциала Доннана. Таким образом, граничный слой раствора, непосредственно соприкасающийся с поверхностью электрода, имеет положительный заряд. В результате электростатической индукции, на поверхности электрода, граничащей с раствором, возникает отрицательный заряд из электронов проводимости. Т.е. на границе раздела между поверхностью электрода и раствором возникает двойной электрический слой. At the cathode, as a result of the dissociation of polyelectrolyte 7 and diffusion into the solution, beyond the coil of the macromolecule of polyelectrolyte, small K + counterions, near the surface of the inner part 3 of the composite electrode, an increased concentration of positive ions occurs. The positive charge arising near the surface of the composite electrode 3 is not compensated by negatively charged macroions, i.e. macromolecules that have lost some of their small counter-ions as a result of dissociation and diffusion, because due to their size, macroions are farther from the electrode surface. This well-known phenomenon, consisting in the occurrence of a potential difference between the macro-ion of a polyelectrolyte and the solution surrounding it, is called the Donnan effect, and the corresponding potential difference is called the Donnan potential. Thus, the boundary layer of the solution, which is in direct contact with the electrode surface, has a positive charge. As a result of electrostatic induction, a negative charge arises from the conduction electrons on the surface of the electrode adjacent to the solution. Those. at the interface between the surface of the electrode and the solution, a double electric layer appears.
Аналогично на аноде, в результате диссоциации полиэлектролита 8 и диффузии в раствор, за пределы клубка макромолекулы полиэлектролита, малых противоионов А~, вблизи поверхности внутренней части 4 составного электрода возникает повышенная концентрация отрицательных ионов. Отрицательный заряд, возникающий вблизи поверхности составного электрода 4, не скомпенсирован положительно заряженными макроионами, т.е. макромолекулами, потерявшими часть своих малых противоионов в результате диссоциации и диффузии, т.к. в силу своих размеров, макроионы находятся дальше от поверхности электрода. Таким образом, граничный слой раствора, непосредственно соприкасающийся с поверхностью электрода, имеет отрицательный заряд. В результате электростатической индукции, на поверхности электрода, граничащей с раствором, возникает положительный заряд. Т.е. на границе раздела между поверхностью электрода и раствором возникает двойной электрический слой. Similarly, at the anode, as a result of the dissociation of polyelectrolyte 8 and diffusion into the solution, beyond the coil of the macromolecule of polyelectrolyte, small counter-ions A ~, an increased concentration of negative ions occurs near the surface of the inner part 4 of the composite electrode. The negative charge arising near the surface of the composite electrode 4 is not compensated by positively charged macroions, i.e. macromolecules that have lost some of their small counter-ions as a result of dissociation and diffusion, because due to their size, macroions are farther from the electrode surface. Thus, the boundary layer of the solution, which is in direct contact with the surface of the electrode, has a negative charge. As a result of electrostatic induction, a positive charge appears on the surface of the electrode adjacent to the solution. Those. at the interface between the surface of the electrode and the solution there is a double electric layer.
На мембране 6, в результате диффузии малых противоионов К+ в анодное пространство, а малых противоионов А" в катодное пространство, тоже появляется двойной электрический слой в соответствии с эффектом Доннана. Причем положительный заряд приобретает слой раствора граничащий с мембраной б со стороны анодного пространства, а отрицательный заряд приобретает слой раствора граничащий с мембраной 6 со стороны катодного пространства. Т.е. на мембране 6 возникает поле, ускоряющее положительные ионы из анодного пространства - в катодное, а отрицательные из катодного - в анодное. On membrane 6, as a result of diffusion of small counter-ions K + into the anode space, and small counter-ions A in the cathode space, a double electric layer also appears in accordance with the Donnan effect. Moreover, a positive charge is acquired by a layer of solution bordering the membrane b from the anode space, and a negative charge acquires a layer of solution bordering the membrane 6 from the side of the cathode space, i.e. a field appears on the membrane 6 that accelerates positive ions from the anode space to the cathode, and negates flax from the cathode - to the anode.
На стыке внутренней 3 и внешней 1 частей составного электрода возникает внутренняя КРП, обусловленная диффузией электронов из части 3, выполненной из интеркалированного донорной примесью графита, в часть 1, выполненную из обычного графита. Между контактирующими поверхностями возникает двойной электрический слой, причем поверхность части 3 оказывается положительно заряженной, а части 1 - отрицательно. Здесь мы рассматриваем только внутреннюю КРП, связанную с различием у контактирующих веществ концентраций электронов проводимости.  At the junction of the inner 3 and outer 1 parts of the composite electrode, an internal CRP arises due to the diffusion of electrons from part 3, made of intercalated graphite donor impurity, into part 1, made of ordinary graphite. A double electric layer appears between the contacting surfaces, with the surface of part 3 being positively charged, and part 1 being negative. Here we consider only the internal CRP associated with the difference in the contacting substances of the concentrations of conduction electrons.
Аналогично, на стыке внутренней 4 и внешней 2 частей составного электрода возникает внутренняя КРП, обусловленная диффузией электронов из части 2, выполненной из обычного графита, в часть 4, выполненную из интеркалированного акцепторной примесью графита. Между контактирующими поверхностями возникает двойной электрический слой, причем поверхность части 2 оказывается положительно заряженной, а части 4 - отрицательно. Здесь мы также рассматриваем только внутреннюю КРП, связанную с различием у контактирующих веществ концентраций электронов проводимости. Similarly, at the junction of the inner 4 and outer 2 parts of the composite electrode, an internal КРП arises, due to the diffusion of electrons from part 2, made of ordinary graphite, into part 4, made of intercalated acceptor impurity of graphite. Between the contacting surfaces there is a double electric layer, and the surface of part 2 is positively charged, and part 4 - negative. Here we also consider only the internal CRP, which is related to the difference in the concentrations of conduction electrons from the contacting substances.
Суммируя все описанные выше скачки потенциала, сосредоточенные в двойных электрических слоях на границах раздела фаз, от внешней части 1 до внешней части 2 составных электродов, получим некоторую хотя и малую, но отличную от нуля величину. Назовем ее дополнительной э.д.с. и обозначим Едоп. Summing up all the potential jumps described above, concentrated in double electric layers at the interfaces between the phases, from the outer part 1 to the outer part 2 of the composite electrodes, we obtain a certain, though small, but non-zero value. Let's call it additional emf. and we denote by E ext .
Везде в тексте, в том числе и в формуле изобретения, под размерами ионов и молекул (вообще любых частиц в растворе) подразумеваются размеры их сольватных оболочек, от которых существенно зависят динамические и геометрические характеристики частиц в растворе.  Everywhere in the text, including the claims, the dimensions of ions and molecules (generally any particles in a solution) mean the sizes of their solvation shells, on which the dynamic and geometric characteristics of particles in a solution substantially depend.
В рассматриваемом примере реализации Элемента внутренние части 3 и 4 составных электродов выполнены из активированного угля, т.е. материала, обладающего среди прочих качеств очень большой площадью поверхности. Большая площадь поверхности электродов нужна, в том числе, для того, чтобы достичь практически значимого повышения КПД Элемента, связанного с использованием потенциала Доннана, возникающего на границе раздела между поверхностями электродов и раствором.  In the considered example of the implementation of the Element, the internal parts 3 and 4 of the composite electrodes are made of activated carbon, i.e. a material having, among other qualities, a very large surface area. A large surface area of the electrodes is needed, in particular, in order to achieve a practically significant increase in the efficiency of the Element associated with the use of the Donnan potential arising at the interface between the surfaces of the electrodes and the solution.
Несомненно, свой вклад в возникновение и параметры двойного электрического слоя на границах между поверхностями электродов и раствором, кроме эффекта Доннана, вносят и другие факторы.  Undoubtedly, other factors contribute to the appearance and parameters of the electrical double layer at the boundaries between the surfaces of the electrodes and the solution, in addition to the Donnan effect.
Одним из таких факторов является специфическая адсорбция ионов раствора на поверхностях электродов, которая может приводить к уменьшению или увеличению скачка потенциала двойного электрического слоя. /К. Феттер «Электрохимическая кинетика», перевод с немецкого языка с дополнениями автора для русского издания под редакцией чл.-кор. АН СССР проф. Колотыркина Я.М., издательство «ХИМИЯ » Москва 1967. - 856 с, стр. 102/ One of these factors is the specific adsorption of solution ions on the surfaces of the electrodes, which can lead to a decrease or increase in the double potential jump electrical layer. /TO. Fetter "Electrochemical Kinetics", translated from German with the author's additions for the Russian edition edited by Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkina Ya.M., publishing house "KHIMIYA" Moscow 1967. - 856 p, p. 102 /
В формуле изобретения мы не отразили возможность использования специфической адсорбции для увеличения скачков потенциалов двойных электрических слоев между поверхностями электродов и раствором и, как следствие, возможность увеличения Едоп, хотя такого увеличения можно добиться соответствующим подбором материалов электродов и электролитов. In the claims, we did not reflect the possibility of using specific adsorption to increase the jumps of the potentials of double electric layers between the surfaces of the electrodes and the solution and, as a consequence, the possibility of increasing E add , although such an increase can be achieved by appropriate selection of materials of electrodes and electrolytes.
Рассмотрим далее примеры работы Элемента в двух режимах: в режиме источника тока и в режиме электролизера.  Let us further consider examples of the operation of the Element in two modes: in the mode of the current source and in the mode of the electrolyzer.
В качестве примера работы Элемента в режиме источника тока рассмотрим концентрационный электрохимический элемент описанный ниже. Пусть малые противоионы К+ представляют собой ионы водорода Н+, а малые противоионы А" представляют собой гидроксид-ионы ОН", т.е. катодное пространство заполнено поликислотой, а анодное пространство заполнено полиоснованием. В катодное пространство, т.е. на катод, подается водород под давлением Рк, а в анодное пространство, т.е. на анод, водород подается под давлением Ра. Тогда получаем концентрационный электрохимический элемент без переноса, т.к. перемешивание поликислоты и полиоснования происходить не может по причине малости пор мембраны 6 для макромолекул полиэлектролитов 7 и 8, с комбинацией двух водородных электродов, работающих при различных давлениях этого газа, Рк в катодном пространстве и Ра в анодном пространстве, причем Рк меньше Ра. На аноде 2, 4 ионизация водорода будет происходить в большей степени, чем на катоде 1, 3. Соответственно на катоде 1, 3 будет преобладать разрядка ионов Н+. Этот процесс сводится к переносу молекул водорода от большего давления - к меньшему. Ток в нагрузке такого Элемента, обусловленный различием активностей водорода на электродах и, в соответствии с уравнением Нернста, различием электродных потенциалов, будет увеличен за счет дополнительной э.д.с. Едоп, механизм возникновения которой описан выше. Увеличение произойдет ввиду того, что, во-первых: при движении через внешнюю цепь от внутренней части анода 4 к внутренней части катода 3 поля двойных электрических слоев на стыке частей составных электродов 4, 2 и 1, 3 для электронов являются ускоряющими; а во-вторых: при движении через раствор от внутренней части анода 4 к внутренней части катода 3 поля двойных электрических слоев на границах раздела поверхностей электродов и электролитов, а также электролитов катодного и анодного пространств между собой, для ионов водорода Н+ также являются ускоряющими. Для источника тока из приведенного примера это также означает, что внешний используемый для работы Элемента перепад давлений водорода можно уменьшить, оставив количественный выход тока в нагрузке на том же уровне, если в работе Элемента задействована дополнительная э.д.с. Едоп. As an example of the operation of an Element in current source mode, consider the concentration electrochemical element described below. Let small counterions K + represents a hydrogen ion H + and small counterions A "represent hydroxide ions OH", i.e. the cathode space is filled with polyacid, and the anode space is filled with polybase. In the cathode space, i.e. at the cathode, hydrogen is supplied under a pressure P, and the anode compartment, i.e., to the anode, hydrogen is supplied under pressure P a . Then we obtain a concentration electrochemical cell without transfer, since mixing polyacid and poliosnovaniya can not occur by reason of the smallness of the membrane pores 6 polyelectrolyte macromolecules 7 and 8, with a combination of two hydrogen electrodes, working at different pressures of gas P to the cathode space and P a in the anode compartment, wherein R k is less than P a At the anode 2, 4, the ionization of hydrogen will occur to a greater extent, than cathode 1, 3. Accordingly, at the cathode 1, 3 the discharge of H + ions will prevail. This process is reduced to the transfer of hydrogen molecules from a higher pressure to a lower one. The current in the load of such an Element, due to the difference in the activities of hydrogen on the electrodes and, in accordance with the Nernst equation, the difference in electrode potentials, will be increased due to the additional emf. E dop , the mechanism of occurrence of which is described above. The increase will occur due to the fact that, firstly, when moving through an external circuit from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode, 3 fields of double electric layers at the junction of the parts of composite electrodes 4, 2 and 1, 3 for electrons are accelerating; and secondly: when moving through the solution from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode 3 fields of double electric layers at the interfaces between the surfaces of electrodes and electrolytes, as well as electrolytes of the cathode and anode spaces between them, are also accelerating for hydrogen ions H + . For the current source from the above example, this also means that the external hydrogen pressure used for the Element operation can be reduced, leaving the quantitative current output in the load at the same level if additional emf is used in the Element operation. E add .
В качестве примера работы Элемента в режиме электролизера рассмотрим электролиз воды. Пусть, как и в примере работы Элемента в режиме источника тока, малые противоионы К+ представляют собой ионы водорода Н+, а малые противоионы А" представляют собой гидроксид-ионы ОН" т.е. катодное пространство заполнено поликислотой, а анодное пространство заполнено полиоснованием. Макроионы в используемых полиэлектролитах должны быть более устойчивы к электролизу, чем молекулы воды, для большинства используемых на практике полиэлектролитов это условие выполняется. При замыкании электродов Элемента внешней цепью, содержащей источник напряжения ивнеш, плюсом к аноду, а минусом к катоду, через Элемент потечет ток. При этом на катоде будет идти электрохимическая реакция восстановления ионов водорода, а на аноде - реакция окисления гидроксид-ионов до кислорода. Ток через Элемент, обусловленный внешним напряжением ивнеш, будет увеличен за счет дополнительной э.д.с. Едоп, механизм возникновения которой описан выше. Увеличение произойдет ввиду того, что во-первых: при движении через внешнюю цепь от внутренней части анода 4 к внутренней части катода 3 поля двойных электрических слоев на стыке частей составных электродов 4, 2 и 1, 3 для электронов являются ускоряющими; а во- вторых: при движении через раствор от внутренней части анода 4 к внутренней части катода 3 поля двойных электрических слоев на границах раздела поверхностей электродов и электролитов, а также электролитов катодного и анодного пространств между собой, для ионов водорода Н+ и гидроксид-ионов ОН" также являются ускоряющими. Для процесса электролиза это также означает, что внешнее подводимое к Элементу напряжение можно уменьшить, оставив количественный выход продуктов электролиза, зависящий в соответствии с законом Фарадея от тока через Элемент, на том же уровне, если в работе Элемента задействована дополнительная э.д.с. As an example of the operation of an Element in the electrolyzer mode, we consider water electrolysis. Suppose that, as in the example of the elements in the current source mode, small counterions K + are H + hydrogen ions and small counterions A "represent hydroxide ions OH" i.e. the cathode space is filled with polyacid, and the anode space is filled with polybase. Macroions in used polyelectrolytes should be more resistant to electrolysis than water molecules, for most polyelectrolytes used in practice, this condition is satisfied. When the Element electrodes are closed, an external circuit containing a voltage source and external , plus to the anode, and minus to the cathode, current flows through the Element. In this case, an electrochemical reduction reaction of hydrogen ions will take place at the cathode, and an oxidation reaction of hydroxide ions to oxygen will take place at the anode. The current through the Element due to external voltage and external will be increased due to the additional emf. E dop , the mechanism of occurrence of which is described above. The increase will occur due to the fact that firstly: when moving through the external circuit from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode, 3 fields of double electric layers at the junction of the parts of composite electrodes 4, 2 and 1, 3 for electrons are accelerating; and secondly: when moving through the solution from the inside of the anode 4 to the inside of the cathode 3 fields of double electric layers at the interfaces between the surfaces of electrodes and electrolytes, as well as electrolytes of the cathode and anode spaces between them, for hydrogen ions H + and hydroxide ions OH "are also accelerated. in the electrolysis process, it also means that the external supplied to the cell voltage can be reduced, leaving a quantitative yield of the electrolysis products depends in accordance with the law of Faraday current Jun h element at the same level, if the Element is involved additional emf
Та ким образом, в приведенных выше примерах Элемент, имея конструктивные особенности, направленные на использование потенциала Доннана и внутренней КРП проводников первого рода для получения дополнительной э.д.с. в цепи, позволяет повысить экономичность процессов электролиза и получения полезной электроэнергии в нагрузке, что при прочих равных условиях влечет за собой увеличение КПД Элемента. Thus, in the examples given above, the Element, having design features aimed at using the potential of Donnan and the internal PKK of type I conductors for more emf in the circuit, it allows to increase the efficiency of electrolysis processes and to obtain useful electric power in the load, which, all other things being equal, entails an increase in the efficiency of the Element.

Claims

ЭКОНОМИЧНЫЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Формула изобретения ECONOMIC ELECTROCHEMICAL ELEMENT The claims
1. Электрохимический элемент, отличающийся тем, что имеет электрод, частично выполненный из материала с дырочной проводимостью, и использует внутреннюю контактную разность потенциалов, возникающую на границе раздела проводников с разным типом проводимости, для получения дополнительной электродвижущей силы в цепи.  1. Electrochemical cell, characterized in that it has an electrode partially made of a material with hole conductivity, and uses an internal contact potential difference arising at the interface between conductors with different types of conductivity to obtain an additional electromotive force in the circuit.
2. Электрохимический элемент, отличающийся тем, что содержит полупроницаемую мембрану и электролиты, диссоциирующие на положительно и отрицательно заряженные ионы, отличающиеся по размеру настолько, что мембрана проницаема для малых ионов, но не проницаема для больших, и использует потенциалы Доннана, возникающие на границах раздела фаз, для получения дополнительной электродвижущей силы в цепи.  2. Electrochemical cell, characterized in that it contains a semipermeable membrane and electrolytes that dissociate into positively and negatively charged ions, differing in size so that the membrane is permeable to small ions, but not permeable to large ions, and uses Donnan potentials arising at the interface phases, for more electromotive force in the circuit.
PCT/RU2012/000628 2012-06-18 2012-08-01 Economic electrochemical cell WO2013191578A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012125242 2012-06-18
RU2012125242/07A RU2012125242A (en) 2012-06-18 2012-06-18 ECONOMIC ELECTROCHEMICAL ELEMENT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013191578A1 true WO2013191578A1 (en) 2013-12-27

Family

ID=49769073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000628 WO2013191578A1 (en) 2012-06-18 2012-08-01 Economic electrochemical cell

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2012125242A (en)
WO (1) WO2013191578A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4836992A (en) * 1986-04-25 1989-06-06 Vereinigte Elektrizitatswerke Westfalen Ag Process for desulfurizing waste gases
RU2170468C1 (en) * 2000-04-10 2001-07-10 Мирзоев Рустам Аминович Electrochemical energy storage of high specific power and its plate
US20050227135A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 Elena Chalkova Composite membrane for fuel cell and fuel cells incorporating said membranes
RU93804U1 (en) * 2009-12-14 2010-05-10 Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологических проблем HYDROGEN ELECTROCHEMICAL CELL
RU2405864C1 (en) * 2009-06-08 2010-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Method for manufacturing electrode for electrochemical processes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4836992A (en) * 1986-04-25 1989-06-06 Vereinigte Elektrizitatswerke Westfalen Ag Process for desulfurizing waste gases
RU2170468C1 (en) * 2000-04-10 2001-07-10 Мирзоев Рустам Аминович Electrochemical energy storage of high specific power and its plate
US20050227135A1 (en) * 2004-04-12 2005-10-13 Elena Chalkova Composite membrane for fuel cell and fuel cells incorporating said membranes
RU2405864C1 (en) * 2009-06-08 2010-12-10 Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Method for manufacturing electrode for electrochemical processes
RU93804U1 (en) * 2009-12-14 2010-05-10 Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологических проблем HYDROGEN ELECTROCHEMICAL CELL

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012125242A (en) 2013-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dotan et al. Decoupled hydrogen and oxygen evolution by a two-step electrochemical–chemical cycle for efficient overall water splitting
Ding et al. Electrochemical neutralization energy: from concept to devices
Surendralal et al. First-principles approach to model electrochemical reactions: understanding the fundamental mechanisms behind Mg corrosion
Zhu et al. Epitaxially grown Ru clusters–nickel nitride heterostructure advances water electrolysis kinetics in alkaline and seawater media
Liu et al. High-performance urea electrolysis towards less energy-intensive electrochemical hydrogen production using a bifunctional catalyst electrode
Chen et al. Separating hydrogen and oxygen evolution in alkaline water electrolysis using nickel hydroxide
Dennison et al. Effects of flow cell design on charge percolation and storage in the carbon slurry electrodes of electrochemical flow capacitors
Zhu et al. Decoupled aqueous batteries using pH-decoupling electrolytes
Singh et al. An electrochemical engineering assessment of the operational conditions and constraints for solar-driven water-splitting systems at near-neutral pH
He et al. Materials design and system innovation for direct and indirect seawater electrolysis
US20180371630A1 (en) High pressure electrochemical cell
Kim et al. Compartmentalized desalination and salination by high energy density desalination seawater battery
CN108138341B (en) Hydrogen formation apparatus
Asadi et al. Highly Efficient Solar‐Driven Carbon Dioxide Reduction on Molybdenum Disulfide Catalyst Using Choline Chloride‐Based Electrolyte
Liu et al. Electricity generation using continuously recirculated flow electrodes in reverse electrodialysis
Kim et al. Enhanced desalination via cell voltage extension of membrane capacitive deionization using an aqueous/organic bi-electrolyte
JP2015029921A (en) Method for electrolytic concentration of heavy water
Yamanaka et al. A fuel‐cell reactor for the direct synthesis of hydrogen peroxide alkaline solutions from H2 and O2
Atlas et al. Thermodynamic energy efficiency of electrochemical systems performing simultaneous water desalination and electricity generation
WO2016204233A1 (en) Water treatment system using alkaline water electrolysis device and alkaline fuel cell
Lee et al. Porous carbon-coated graphite electrodes for energy production from salinity gradient using reverse electrodialysis
Choi et al. Microenvironments of Cu catalysts in zero-gap membrane electrode assembly for efficient CO 2 electrolysis to C 2+ products
JP2013254685A (en) Redox flow cell and fuel cell system using the same
AU2017273604B2 (en) Device and method for the electrochemical utilisation of carbon dioxide
Tehrani et al. Application of electrodeposited cobalt hexacyanoferrate film to extract energy from water salinity gradients

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12879514

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12879514

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1