概念と仕組み
電気分解において、水素 1 分子を作るためには、還元に 2 電子が必要です。水における理論的な水素と酸素のモル比は 2:1 です。
同じ量の電荷を放電した場合でも、生成されるモルの数と、発生する電気エネルギーは異なります。電気エネルギーは、電荷だけでなく、動作電圧にも依存します。
関係式と成立条件
現在の効率は、n(H₂)=It/(2F)、n(O₂)=It/(4F)です。燃料電池から回収される電気エネルギーを、入力される電気エネルギーと比較することで、全交流効率を計算します。
実際のシステムにおいては、電圧降下、ガス処理、および蓄電・補助機器のエネルギーが含まれます。水素はエネルギーを生み出す源としては存在しませんが、蓄電および輸送の媒体として機能します。
仮想実験で読み取る変化
電気分解では水素と酸素が2:1で生じます。反応を戻しても電気エネルギーは全て回収できません。
ファラデー効率100%、電気分解1.8 V、燃料電池0.7 V、水素の高位発熱量285830 J/molのモデルです。圧縮、漏れ、反応速度は省略します。実際のガス、火気、高電圧で再現しないでください。
重要な関係式と記号
n(H₂) = It/(2F) · n(O₂) = It/(4F) · F = 96485.33212 C/mol
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| F | ファラデー定数 | C/mol |
| It | 通過した電荷量 | C |
| n | 生成した気体の物質量 | mol |
例で確かめる
同じ電荷量で電気分解して発電すると、電気エネルギーの往復比率は？
38.9 % · 電気分解では水素と酸素が2:1で生じます。反応を戻しても電気エネルギーは全て回収できません。
よくある誤解
- 繰り返し水素を生成し、利用するプロセスを繰り返す場合、初期のプロセスと比較して、より多くの電気エネルギーを得ることはできません。