1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u), страница 13

Классификация тонливлыл элементов 65 трохимически использоваться почти на 90% (к.п.д. по току). На фиг. 9г показано изменение потенциала холостого хода Ц, в зависимости от концентрации гидразина, причем верхняя Ф в г, 9в, Зависимость плотности тока ! элемента, работающего на гидразвне и кислороде с экокомичкымк Х1-ДСК-электролами, от молврной концентрации гидразина ХэН, в электролите (КОН) прв потенциале — 1,1ЗО в относительно насыщенного каломелького электрода (но Грюне.

бергу !74!). кривая относится к платинированному угольному электроду, а нижняя к %-ДСК-электроду, Как видно из кривых, значение Уэ лежит н области обратимого водородногопотенциала. Относительно сохранения активности электродов, работающих на гидразине, пока нельзя сделать окончательные выводы. Однако уже твердо установлено, что следы возникающего ННз не огравляют работающие %-ДСК-электроды. ,Э Э Юсти, Л.

Виксель Глава 7 Таблица А2 Улельный еылол Ии л нл 1 г еентестне Теоретнееснее плотность, г!с»г Мелеку- лнрный еес г,лрнл Формула Гидрид лития — алюминия Гидрид натрия — бора Гидрид кальция -7717С7 0,9 1,074 1,8 2,361 37,94 2,37 37,86 1,0 42,10 Ь!А01, ХаВНг СаНг -у убсу -72сусу а,маго ХйНь,сл Конструирование элемента на гидразине осложнено тем, что из-за указанного выше восстанавливающего действия гндразин вредно действует на Ог-катод. Вследствие этого катодное пространство должно быть отделено от аподного непроницаемой для 5)аНл диафрагмой, что увеличивает внутреннее сопротивление элемента. Однако в противном случае придется учитывать уменьшение мощности катода. Ф иг.

9г. Зависимость потенциала холостого хода относительно насыщенного каломельиого электрода от малярной концентрации с гидразина в электролите КОН (по Грюнебергу [741). Такими же интересными энергоносителями для Нт — Оавлементов являются гидрид лития — алюминия, гидрнд нат. рия — бора и гидрид кальция. Их свойства приведены в табл. 1.2. Все эти три источника водорода могут быть надежно и просто получены в удобной для использования форме, например в виде порошка или таблеток. Наибольшее внимание среди них как источник питания для Н,— Оэ-элемента привлекает в настоящее время )х(аВНл. Так, «Дженерал электрик> сконструировала генератор, который снабжает элементы с ионообменными мембранами водородом, получающимся при разложении ХаВНл водой (можно использовать даже загрязненную воду) (ср.

равд. 9.55 и фиг. !54). Введение. Класстгс/тикацил топливных элементов Гидрнды металлов как источники водорода 1.73. ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ГАЛОИГлАМИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫМИ В КАЧЕСТВЕ ОКИСЛИТЕЛЕИ Еще Шмидом !26) было установлено, что кислород по причинам, изложенным ниже (см. равд. 8.1), диссоциирует при комнатной температуре с большим трудом и поэтому склонен к неполному восстановлению и повышенной поляризации.

Учтя это, Шмид использовал в качестве окислителей не кислород, а галоиды, например хлор. Он приложил много стараний при конструировании таких элементов, работавших, естественно, с кислым электролитом. Современные исследователи пошли по стопам Шмида. Так, фирма «Гоффман электроникс» в Лос-Апжелосе сконструировала натрневый элемент, в котором в отличие от описанного в равд. 1.7! элемента Егера с амальгамой натрия в качестве окислителя используется бром.

Этот элемент интересен тем, что он может давать громадные импульсы тока порядка 600 а/слса в течение 0,1 мсек. В фирме «Дау кемикл компани» в Мидлэнде (шт. Мичиган) исследованы Мд — С1г- и Хп — С!з-элементы, причем в обоих электролитом служила морская вода. Фирма «Эйроджет — Дженерал> в Азузе (шт. Калифорния) сконструировала батарею, состоящую из 20 таких элементов, Лурье и Бергер [75] в фирме «Айоникс» в Кэмбридже (шт. Массачусетс) разработали различные типы водородных элементов с галоидами.

В предварительном докладе они описали установку, работающую на системе бром — раствор бромида с Р1-катодом, с одной стороны, н Н,-анодом из ката- лизированного платиной графита, с другой стороны, Напряжение холостого хода элемента составляет (/о = 1,05 в, а принятая при опыте плотность тока с = 80 лта/сма часто может 69 Глава ! введение. Классификалил топливных л,мпентов повышаться более чем до 100 лта/сма. Особенные преимущества таких элементов состоят в следующем; 1, Нормальная работа без каких-либо технических затруднений и добавочных приспособлений в полях тяготения различной величины и в условиях невесомости, так как в этих элементах нет прямого разделения между газами и жидкостью. 2.

К. п.д. по току составляет от 80 до 98%. Поэтому при регенерации с помощью солнечных батарей требуется небольшое число элементов. Тепловые потери в элементе малы. 3. Как при зарядке, так и разрядке поддерживается хорошее устойчивое напряжение. При зарядке требуется значительно более высокое напряжение для окисления раствора, если окислен весь НВг. При разрядке бром обеспечивает устойчивое напряжение, пока он не использован на 80%.

4. Регенерация брома может производиться как путем химического окисления, так и электрическими методами или комбинированным способом. 5. Изготовление элементов значительно облегчается при введении мембран, так как при этом не требуется точно контролировать величину пор и гидрофобизацию электродов. Мембраны облегчают также разделение реагентов прп работе в условиях невесомости. 6. В элементах этого типа отпадает необходимость высушивания мембран, так как катодное пространство содержит водный раствор. 7. Если элемент используется как первичный, то в случае регенерации брома перекисью водорода его удельная мощность составляет от 180 до 220 вт ч/кг, При работе в качестве вторичного элемента с мембраной удельная мощность равна 7 †!О вг и/кг. При рабочей нагрузке т = 20 ма/см' элемент может выдерживать значительные перегрузки, например порядка 100 ма/с»те.

8. Так как отсутствуют реакции между твердыми веществами, число возможных рабочих циклов элемента неограничено и безопасна даже полная его разрядка. Прн специальных продолжительных опытах было обнаружено повреждение обоих электродов вследствие длительного воздействия брома, т. е, высокая концентрация Вге фактически вредна для элемента.

Наиболее благоприятным по концентрации электролитом является 5н. НС1 и 0,8 и. Вгт. Лурье и Бергер исследовали также систему Н3 — Дт. Такой элемент имеет низкое напряжение ((/е = 0,53 в), но может термически регенерироваться при «мягких» условиях. Уже при температурах от 439 до 670'С продукт реакции до- статочно быстро разлагается; например, при 670 С за 3 мин он разлагается на 41%: Это облегчает конструирование приемлемого регенератора.

Предварительные спектроскопические исследования показали, наконец, что возможна также фотохимическая регенерация светом длиной волны от 2000 до 4000 А с квантовым выходом 2. Хотя данная система имеет еще недостаточную продолжительность жизни, оиа кажется особенно универсальной с точки зрения регенерации. дадена — о, - Улектред Г/акксеый лаестаск дкекптрс. карт ееасес Фиг. 9д. Схема элемента фирмы «Электрик сторидж баттври», рабо- тающего иа Еи и Ок. Наконец, следует еше упомянуть топливный элемент фирмы «Электрик сторидж бэттери» в Ярдли (шт.

Пенсильвания), работающий на зернистом цинке (топливо) и кислороде воздуха. Схема этого элемента приведена на фиг, 9д; он особенно рекламируется для привода небольших автомобилей. етж АммИАчНО-кисЛОРОдные ЭЛЕменты Без особых электрохимических рассуждений, чисто с хозяйствепной и технической точек зрения, аммиак кажется идеальным топливом, 5)Н» производится во всех странах во все возрастающем количестве (мировое производство составляет около 4 млн.

т в год) прп относительно стабильной стоимости около 0,40 нем. м./кгк Он не воспламеняется, а 71 70 Г,таво 7 Введение. Клвоонфикитзия гонливныл элементов благодаря резкому запаху нет опасности им отравиться. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении равна — 33,4', при 6,3 атм равна 10' и при 8,8 агм + 20'С. Поэтому один стальной баллон с !х)Нз содержит столько же Нз, сколько 9 — 10 таких же баллонов с водородом.

Известны установки, в которых из аммиака получается водород чистотой 99,995%, Однако вследствие того, что энтальпия связи аммиака равна 11 ккал/моль, затраты энергии на его расщепление слишком велики Поэтому для получения электроэнергии путем «холодного сжигания» следует пользоваться нерасщепленным аммиаком. Изменение свободной энтальпии при реакции 474Нз-1- ЗОз — «6Н,О + 25!з равно 152700 кал/моль, обратимая э.д. с.

Е, так же как и в Нз'=Оз-элементе, равна 1,23 в. Для получения достаточного к.п.д. по току и общего к.п.д. необходимо не только избежать прохождения на Оз-катоде реакции Берла и добиться идеального сжигания топлива !ср, гл. 8), но и создать такой каталитически активный 1чНз-анод, чтобы на нем могли расщепляться молекулы ХНз, имеющие почти такую же прочную связь, как и молекулы Оз. К настоящему времени, вероятно, лишь Винвин [76! в «Аллис-Чалмерс» провел эксперименты по практической реализации идеи о создании такого элемента.

Ему удалосьосупзествить реакцию преобразования аммиака в Мз и НзО при атмосферном давлении и температурах от ЗО до 80'С. Однако потребление )д[Нз в 3 раза выше, чем оно должно быть, исходя из стехиометрического соотношения. Вероятно, такой результат получен вследствие необходимости удаления возникающего 14з потоком газа.