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Leistung des PEM-Elektrolyseurs

Polarisations- und Zersetzungsspannung

Zur Durchführung einer Elektrolyse ist eine bestimmte Mindestspannung, die Zersetzungsspannung erforderlich, die durch die Potentiale der an Kathode und Anode vorliegenden Redoxpaare gegeben ist. Die Zersetzungsspannung ist also umso höher, je schwerer sich Kation und Anion entladen lassen.

Beispiel

Als Beispiel soll die Elektrolyse einer Salzsäure mit c = 1  molL-1 an Platinelektroden betrachtet werden. Man beobachtet, dies sei vorweggenommen, an der Kathode Wasserstoff- und an der Anode Chlorentwicklung. An der Kathode bildet sich das Redoxsystem H2/H+, an der Anode Cl/Cl2. Die beiden Systeme stellen die Halbzellen eines galvanischen Elements dar, dessen elektromotorische Kraft (EMK) der Elektrolysespannung entgegengesetzt ist. Die galvanische Zelle besteht also aus einer Wasserstoff- und einer Chlorelektrode, in der Wasserstoff und Chlor das Bestreben haben, wieder in Form ihrer Ionen in Lösung zu gehen.

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Abb.1
Elektrolyse vs. Galvanischer Prozess
Hinweis
Weitere Informationen zu Konventionen für Kathode und Anode

Durch die, bei der Elektrolyse entgegenwirkenden Elemente, werden die Elektroden polarisiert. Die entstehende Spannung zwischen den Elektroden nennt man Polarisationsspannung.

Ein am Beginn der Elektrolyse bei geringer Spannung fließender Elektrolysestrom kommt durch Ausbildung der Polarisationsspannung bald wieder zum Erliegen. Erst wenn bei Erhöhung der Spannung an den Elektroden der Partialdruck der abgeschiedenen Gase den äußeren Druck erreicht und die Gase in Form von Bläschen entweichen können (sie sind bei geringen Spannungen lediglich vom Elektrodenmaterial ad- bzw. absorbiert), beginnt ein dauernder Strom zu fließen; der Elektrolyt wird zersetzt. Die angelegte Spannung liegt über der Zersetzungsspannung.

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