Электрохимический выпрямитель тока

(51) 02 7/28 (2009.01) 25 11/32 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Предлагаемое устройство отличается от электрических выпрямителей простотой реализации,а от прототипа - более эффективной степенью выпрямления тока, меньшей разрушаемостью рабочего выпрямляющего электрода, а также возможностью использовать различные виды электролитов. Поставленная техническая задача достигается за счет использования в качестве рабочего выпрямляющего электрода - тантала, а в качестве вспомогательного электрода - графита. В качестве электролитов используются растворы насыщенного бикарбоната натрия, гидроксида натрия и серной кислоты. На рабочем танталовом электроде создается плотность тока в интервале 250-1500 А/м 2.(72) Баешов Абдуали Баешович Иванов Николай Сергеевич Журинов Мурат Журинович(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(57) Изобретение относится к области электрохимии и представляет собой устройство для электрохимического выпрямления переменного тока в постоянный. 22949 Изобретение относится к области электротехники и в частности к электрохимии и представляет собой устройство для электрохимического выпрямления переменного тока в постоянный. Современнее электрохимическое производство,будь то электролиз растворов или расплавов,основано на использовании постоянного тока. Все электростанции мира электрический ток производят в виде промышленного переменного тока частотой 40-50 Гц. В промышленности для получения постоянного тока используют выпрямители тока / Мазель К.Б. Выпрямители и стабилизаторы напряжения. - М-Л. Госэнергоиздат, 1951.с. 62 /,представляющие собой механическое,электровакуумное, полупроводниковое или другое сложное устройство,предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток. Основным недостатком выпрямителей, независимо от способа выпрямления переменного тока, является то, что они представляют собой сложные и дорогие электротехнические устройства. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является электрохимический выпрямитель переменного тока,состоящий из электролизера и двух электродов - из свинца и алюминия, погруженных в насыщенный раствор бикарбоната натрия / Стендер В.В. Прикладная электрохимия. Харьков, 1961. - с. 540 / Свинцовый электрод пропускает ток в любом направлении, а алюминиевый может работать только как отрицательный электрод. Именно полупроводниковые свойства оксида алюминия,легко образующегося на поверхности электрода при анодной поляризации или в начале анодного полупериода переменного тока во время электролиза, обуславливают выпрямляющий эффект устройства. Такой электрохимический выпрямитель легко собрать в любой исследовательской лаборатории. Недостатком известного электрохимического устройства является низкая степень выпрямления,постепенное разрушение алюминиевого электрода в водном растворе,а также невозможность использования в качестве электролитов щелочных и сильнокислых растворов в виду интенсивного растворения алюминиевого электрода. Задачей изобретения является выпрямление промышленного переменного тока частотой 50 Гц с получением постоянного тока,уменьшение разрушения рабочего электрода, т.е. повышение срока службы, а также осуществление возможности использования кислых и щелочных электролитов. Техническим результатом является увеличение степени выпрямления переменного тока, повышение срока службы электрода, а также расширение ассортимента используемых электролитов. Поставленная техническая задача достигается за счет использования в качестве рабочего выпрямляющего электрода - тантала, а в качестве вспомогательного электрода - графита. Для 2 определения степени выпрямления переменного тока,предложенного выпрямителя в электрохимическую цепь последовательно включили электролизер 2, заполненный раствором, содержащем 0,6 М сульфата меди и 1,5 М серной кислоты. Критерием оценки выпрямления тока служил катодный выход по току восстановления ионов двухвалентной меди. Электродами в электролизере 2 служили медь и графит. В качестве электролитов в электролизере 1 используются растворы насыщенного бикарбоната натрия, 1 М гидроксида натрия и раствор 0,5 М серной кислоты. На рабочем выпрямляющем электроде создается плотность тока в диапазоне 250-1500 А/м 2. Следует указать, что если медный и графитовый электроды погрузить в электролизер, заполненный сернокислым раствором,и поляризовать их переменным током,восстановления меди не происходит, а при последовательном соединении данного электролизера с электрохимическим выпрямителем наблюдается восстановление меди в катодном полупериоде переменного тока. Степень разрушения алюминиевого и танталового электродов оценивали по убыли веса электродов. Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение. Пример 1. Электролизер 1 объемом 25 мл заполняют раствором насыщенного бикарбоната натрия, в качестве электродов используют пластинки из тантала и графита с рабочими поверхностями 3,210-4 м 2. Электролизер 2 объемом 25 мл, соединенный в электрохимическую цепь последовательно, заполняют раствором содержащим 0,6 М сульфата меди и 1,5 М серной кислоты. В качестве электродов используют пластинки из меди и графита с рабочими поверхностями 410-4 м 2. Далее в систему подают переменный ток, создавая плотность тока на танталовом электроде 250 А/м 2, а на медном 200 А/м 2. Продолжительность электролиза 15 минут. Масса меди после электролиза составила 0,0165 г, выход по току восстановления меди 69,2 убыль веса танталового электрода - 0,0004 г. Убыль веса алюминиевого электрода в аналогичных условиях - 0,0006 г, масса меди после электролиза составила 0,0119 г, выход по току восстановления меди -50,2. Пример 2. Условия аналогичны примеру один, за исключением первого электролизера, который заполняют 1 М раствором гидроксида натрия и создают плотность тока на танталовом электроде 1000 А/м-2. Масса меди после электролиза составила 0,0149 г, выход по току восстановления меди 62,7 убыль веса танталового электрода - 0,0012 г. Убыль веса алюминиевого электрода в аналогичных условиях - 0,0022 г, медь в данном случае не восстанавливается в виду невозможности формирования оксидной пленки на поверхности алюминиевого электрода и, следовательно, не происходит выпрямления тока. Пример 3. Условия аналогичны примеру один, за исключением первого электролизера, который 22949 заполняют 0,5 М раствором серной кислоты и создают плотность тока на танталовом электроде 1500 А/м 2. Масса меди после электролиза составила 0,0164 г, выход по току восстановления меди 68,6 убыль веса танталового электрода - 0,0001 г. Убыль веса алюминиевого электрода в аналогичных условиях - 0,0002 г, масса меди после электролиза составила 0,0108 г, выход по току восстановления меди - 45,6. Таким образом, замена алюминиевого электрода на танталовый позволяет, согласно выходу по току восстановления меди, более, чем на 20 повысить эффективность выпрямления переменного тока, увеличить срок службы выпрямляющего электрода,а также позволяет использовать в качестве электролитов водные растворы щелочи и кислоты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электрохимический выпрямитель тока,состоящий из водного раствора и нерастворимого электрода, отличающийся тем, что в качестве рабочего электрода используют тантал, а в качестве электролитов - водный раствор гидроксида натрия и серной кислоты, плотность тока на танталовом электроде задается в пределах 250-1500 А/м 2.