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Elektrolyse von Wasser

1800-05-02
  • William Nicholson
  • Anthony Carlisle
Elektrolysegerät zur Demonstration der Zersetzung von Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffgase.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Elektrolyse of water is the decomposition of water (H₂O) into its constituent elements, oxygen (O₂) and hydrogen (H₂), by passing an electric current through it. At the cathode, two water molecules are reduced to form hydrogen gas and hydroxide ions. At the anode, two water molecules are oxidized to form oxygen gas, protons, and electrons.

Die Zersetzung von reinem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff ist ein thermodynamisch ungünstiger Prozess, der externe Energie in Form von Elektrizität benötigt. Reines Wasser leitet Elektrizität schlecht, daher wird üblicherweise ein Elektrolyt, beispielsweise eine geringe Menge eines löslichen Salzes oder eine Säure wie Schwefelsäure, zugesetzt, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Die vollständige Reaktionsgleichung lautet: 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g).

Der Prozess findet in einer Elektrolysezelle statt. An der negativ geladenen Kathode erfolgt eine Reduktionsreaktion: 2 H₂O(l) + 2 e⁻ → H₂(g) + 2 OH⁻(aq). An der positiv geladenen Anode findet eine Oxidationsreaktion statt: 2 H₂O(l) → O₂(g) + 4 H⁺(aq) + 4 e⁻. Das an der Kathode produzierte Wasserstoffvolumen ist genau doppelt so groß wie das an der Anode produzierte Sauerstoffvolumen – eine direkte Folge der Stöchiometrie des Wassers. Dieses Volumenverhältnis von 2:1 ist ein klassisches Beispiel aus dem Chemieunterricht und wird häufig mit einem Hofmann-Voltameter demonstriert.

Die für die Elektrolyse erforderliche Mindestspannung, das sogenannte Zersetzungspotential, beträgt unter Standardbedingungen 1,23 V. In der Praxis wird jedoch eine höhere Spannung benötigt, die sogenannte Zersetzungspotential. Überspannung, is needed to overcome various activation barriers. The efficiency of water electrolysis is a key factor in the viability of a hydrogen-based economy, with significant research focused on developing more effective and cheaper Katalysatoren for the anode and cathode to reduce the overpotential and energy consumption.

UNESCO Nomenclature: 2406
- Elektrochemie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung des Wasserstoffs durch Henry Cavendish
  • Entdeckung des Sauerstoffs durch Carl Wilhelm Scheele und Joseph Priestley
  • Erfindung des Elektrolytpfahl von Alessandro Volta

Anwendungen

  • Wasserstoffproduktion für Brennstoffzellen und Fahrzeuge
  • Produktion von hochreinem Sauerstoff für medizinische und industrielle Zwecke
  • Lebenserhaltungssysteme in U-Booten und Raumfahrzeugen
  • Schweiß- und Schneidbrenner (Knallgas)
  • Produktion von Deuterium (schweres Wasser)

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • integrierte Photovoltaik-Elektrolyseur-Systeme zur direkten Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff
  • home-scale units for producing Wasserstoffbrennstoff for personal vehicles from tap water and renewable energy
  • Elektrolytische Systeme zur gleichzeitigen Wasserreinigung und Wasserstofferzeugung in abgelegenen Gebieten
  • Hochdruck-Elektrolyseure, die komprimierten Wasserstoff direkt produzieren und so die Speicherkosten senken
  • reversible Brennstoffzellen, die sowohl als Elektrolyseur als auch als Stromgenerator fungieren
  • Nutzung der Abwärme aus industriellen Prozessen zur Verbesserung der Elektrolyseeffizienz (Hochtemperaturelektrolyse)
  • Meerwasserelektrolyse ohne Entsalzungsvorbehandlung
  • Katalysator development using earth-abundant materials to replace platinum and iridium
Related to: water Elektrolyse, hydrogen production, oxygen production, decomposition, cathode, anode, hofmann voltameter, green hydrogen.

Historischer Kontext

Elektrolyse von Wasser

1800
1800-05-02
1880
1900
1910
1921
1930
1930
1800
1834-01-01
1880
1902
1920
1928
1930

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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