1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u), страница 12

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С РАДИОХИМИЧЕСКОИ РЕГЕНЕРАИИЕИ В связи с развитием ракетной техники этп системы привлекают все больший интерес; так, нами [68) было предло. жено электрохимически сжигать гремучий газ, возникающий в обычных гомогенных реакторах.

Если уменьшить рекомбинацию гремучего газа в атомном реакторе путем добавления ингибиторов, то при его электрохимическом использовании можно получить такие мощности, которые будут сравнимы с мощностями атомного реактора, используемыми с помощью теплосиловой установки. Этот метод не был нами подробно разработан, так как мы не могли использовать в топливном элементе смесь Н,— О. без ее предварительного разделения.

Разделение же взрывоопасной радиоактивной газовой смеси казалось слишком опасным н дорогим. Между тем в настоящее время нам не только удалось решить задачу питания элемента газовой смесью, но и отпали в связи с развитием космической техники соображения экономического порядка. Для этой же цели Розенблюм и Энглиш [69) разработали недавно радиолиз воды под действием испукающего п-лучи Рорщ (период полураспада 138 дней). При этом сначала вода диссоциирует на Н, и Н,О,. Газообразный водород легко отделяется, а раствор НаОг подается в сепаратор, где перекись водорода каталитически разлагается для получения О,. Оба газа поступают в На — Ог-элемент для получения электроэнергии.

Образующаяся при работе элемента вода вновь поступает в реактор. Согласно Гендерсону [70), из-за низкого выхода Н. этот процесс, по крайней мере временно, не представляет практического интереса. В «Юнион карбайд» разработана другая замкнутая система, в которой топливом является водород, а окислнтелем Рег'. Ионы регенерируются под действием радиоактивного а-излучения на свободный от кислорода подкисленный раствор сульфата железа [71). 1.7. ЭЛЕМЕНТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭКЗОТИЧЕСКИХ ВИДОВ ТОПЛИВ В то время как в прежние десятилетия вопросы экономики тормозили и даже совсем останавливали развитие топливных элементов, в настоящее время в связи с большими средствами, предоставляемыми для космических и военных целей, такие ограничения больше не существуют. Но если даже эти облегчения способствуют также развитию граждан- ской техники, то этого нельзя сказать об экзотических типах элементов и реагентов, например о подробно разработанном (конструктивно и технологически) элементе с амальгамой натрия.

1.71. ЭЛЕМЕ11Т, РАБОТАЮЩИИ НА АМАЛЬГАМЕ НАТРИЯ И КИСЛОРОДЕ На фиг. 9а схематически приведена конструкция элелтента, работающего на амальгаме натрия и кислороде. Элемент лыаав гам Ф и г. йа. Топливный элемент Етера (72), работающий иа амальгаме натрия и кислороде. эертикальпыд сталыыа анод элеыента ~в середние! омываетск змальгаьюя натрии, кото. В', ея при подводе воды соединнетсе с кислородом расположенного напротив кзтода в йаОН. туть при помощи насоса гвниэу слепа) подается в амальгаматор, где путем добавление точных доз натрия получается амальгама.

был разработан Егером [72) совместно с лабораторией фирмы «Ксллог» для Бюро судостроения СШЛ. Обычные щелочные металлы, о которых уже упоминалось при описании 11Н-элемента с термической регенерацией (см. равд. 1.61), слишком реакционноспособпы для того, чтобы их можно было применять Ять в качестве топлива, особенно если их использовать как Глава « Введение, Классифинауия гааливных элементов электроды в водном растворе электролита, Егер преодолел это затруднение, перейдя к аноду из амальгамы натрия.

Ка- тодом такого работающего при температурах от 20 до 80' С элемента служит обычный диффузионный кислородный элек- трод, электролитом — концентрированный раствор )х)аОН. В элементе происходят следующие реакции: амальгамирование; 41х)а+ 4ХНд — «41ча (Нд)л, анод: 4(н) а (Нд)„— «4Х а э+ 4ХНд+4В, катод: О,+2Н,О+4с — «4ОН, Суммарная реакция: 4Ма+Оя+2Н,Π— 4!н)аОН. Образование амальгамы происходит в отделенном от элемента амальгаматоре путем непрерывного введения г1а в На. Затем амальгама стекает вниз по вертикалыюму стальному электроду, полностью смачивая его. Оя-катод может быть из готовлен любым способом. Он может представлять собой гидрофобизированный, пропитанный катализатором пористый угольный электрод или состоять из пэдрофильного пористого металла.

Как видно из уравнения реакции, при работе элемента потребляется вода, а образуется (йа011 Образование КаОН, имеющего коммерческую ценность (24), несколько уменьшает стоимость энергии этого элемента, работающего на очень дорогом топливе (0,25 долл./квг и) В то время как стандартный окислительный потенциал (ча при 25'С равен — 2,714 в, для амальгамы натрия он составляет лишь — 1,957 в.

Потенциал амальгамного анода равен яэ = — 1,957 + 0,0591 1а (а„„ /1 ам,), где ан,," — активность ионов 14а в водном растворе, а ан„— активность их в амальгаме. Коэффициент активности /к, натрия в амальгаме составляет, по Дитриху, Егеру н Говорке [73), !д(/и,) = 16,4(х„,), причем (/ ) = (ам„)/(хм,) и !1гп (/и ) «1 ПРИ хгы — «! ° Измерения анодной поляризации по методу электронного коммутатора показали„что активационной поляризацией ано. да из амальгамы натрия даже прн плотности тока!000«иа/слг' можно полностью пренебречь, а концентрационная поляризация составляет при этом лишь несколько мил«швольт.

Как видно из вольт-амперной характеристики на фиг. 9б, этот анод превосходит все известные в настоящее время электроды, работающие при таких же рабочих температурах и давлениях. Далее, этот элемент потребляет лишь '/э кислорода, необходимого Н вЂ” Оюэлементу. Ток самозаряда анода составляет менее 0,5 л1а/сми, даже если раствор )н(аОН заменить обычной морской водой. Однако при использовании пористых угольных катодов нужно внимательно следить за тем, чтобы ни одна частичка угля не м«7 ~~ «и' з («в $' ч («4 )«в «г «« «а ва во «гв «вв гва гав гвв вгв ««патнаств така, ма«смг Ф и г. 96. Вольтампериые характеристики элемента Егеря [721, работающего иа амальгаме иагрия и О« Рабочая температура ог 22 до 52' С. попала на амальгаму и не вызвала бы самозаряд.

Скорость подачи Ма в амальгаматор следует тщательно регулировать, чтобы концентрация !ча не превышала предела растворимости прн самой низкой рабочей температуре амальгаматора. В противном случае образуется труднорастворимая твердая Фаза, закупоривающая узкие отверстия, через которые поток амальгамы равномерно распределяется по стальной плите.

Далее, необходимо отводить значительное количество тепла, выделяющегося при амальгамировании, длл1 чего амальгама пРопускается через теплообменник. Элемент, работающий на амальгаме Ма и Оя, не пригоден для малых установок, так как упомянутые трудности и вспомогательные устройства требуют значительных затрат. Относительно высокая стоимость натрия исключает также применение элементов этого типа для коммерческого получения энергии в транспортных установках, например автомоби- Напротив, этот элемент очень хорош для использования Глава 1 !.72, ЭЛЕМЕНТ НА ГИЛРАЗИНЕ 407 000 Г00 с)г дг да 40 о )Чэм лл на военных кораблях и поэтому пользуется поддержкой со стороны ВМФ США. Прн этом потребление На не играет значительной роли, так как в больших установках, например 75-киловаттной батарее фирмы «Келлог» с амальгамным анодом по Егеру и катодом фирмы «Эксайд», требуется около 0,5 кг ))а на 1 квт ч получаемой энергии. Представляет интерес мирное применение такого элемента в химической про.

мышленности при разложении амальгамы натрия с целью получения ХаОН. Г1ри этом получаемая от элемента энергия могла бы частично покрыть расход энергии на электролиз. Г!есколько более дорогим, но тоже перспективным экзотическим топливом является гидразнн НэН, — устойчивая при нормальной температуре и давлении, сильно восстанавливающая жидкость. В присутствии подходящих катализаторов, таких, как Рй, Р( или М, гидразпп разлагается па Нз и гч.

по уравнению реакции )4эн, Н, + 9Н, причем лишь небольшая часть разлагается на аммиак и водород, Этот удобный в эксплуатации энергоноситель устраняет недостаток имеющего хорошие остальные показатели водородно-кислородного элемента — необходимость использования сложного и опасного метода накопления и хранения топлива под давлением. Известно, что такими элементами занимаются фирмы «Монсанто» и «Клорайд Бэттериз». Ниже сообщаются предварительные результаты, полученные в нашей группе Грюне- бергом и Шпенглером [74). Из двух возможностей использования образующегося водорода (непосредственно в местах возникновения или на отдельном газовом электроде) они остановились на первой.

При этом они исследовали способность к анодной нагрузке никеля Ренея, содержащегося в ДСК-электроде (см, разд. 1.42) и свободно засыпанного между двумя никелевыми микроситами («КС-электрод»), а также палладированного или платинированного угля в смеси раствора КОН с гидразином. Оказалось, что способность электродов к нагрузке зависит от их материала и концентрации гидразина в щелочи. На фнг. 9в приведена плотность тока с, которым при потенциале — 1,130 в (относительно насыщенного каломельного электрода) может анодно нагружаться экономичный 1ч)-ДСК-электрод при различных концентрациях гидразина. При этих опытах гидразин мог элек- Введение.