1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u), страница 8

Батарея размером 150 Х 150 Х 425 щщ и весом 22,7 кг состоит из 35 ячеек, имеет э. д. с. (7а = 38 в и мощность от 0,5 до 1 квг при рабочем давлении р от 1 до 5 пг.и, О высоком техническом уровне этой модели будет подробно сказано в равд. 9 53. Вданной главе, являющейся введением, имеет смысл остановиться лишь на основных свойствах элементов «Юнион карбайд», взяв для примера наиболее простую старую лабораторную модель. Эта конструкция, показанная на фиг. 4в, состоит пз двух концентрически расположенных угольных трубок. Наружная трубка является катодом. Преимущества такого устройства заключаются не только в хорошем доступе воздуха к катоду, но и в снпже. нпи поляризашш катода вследствие увеличения пропорционально радиусу трубки его геометрической поверхности и уменьшения благодаря этому плотности тока 1.

Конструкция робных пояснениях; следует толь ения электродов в топ мере, в ка кой он опубликован в печати. Согласно патентам Кордеша и Марко [32], для катодов, дающих при работе на кислороде свыше 100 маусм', й на воздухе около 30 дга/гиу, исполь- ф н г. 4г. Фотогрзфпя Н,— О,-блтзреи низкого давления с плоскими электролами, сконструированной в «!Оннои карбвйд» Кордешоы !371.

ратнерн 18 н 1т х 42 с.и, вас 22,7 лг. Наиражение лала«юга хала нри 83ииея-' ках у,=хз а, наксовадьнаи важность от 0,8 ло 1 ие и. зуются подходящие пористые угольные трубки. Сначала они пропитыва1отся растворами следующих составов: (а) 10 г нитрата серебра, (б) 1,5 г нитрата кобальта, 5 г нитрата железа, 3,5 г нитрата алюминия, 1 г нитрата меди, 0,1 г 100 г воды. ванадата аммония, 100 г воды; Ллуу того чтобы угли, пропитанные раствором (а), стали каталптическн активными, пх необходимо прокалить при температуре 300'С.

Для углей, пропитанных раствором (б), требуется нагрев до 700" С, что повышает нерастворимость катализатора в электролите. Затем катоды гндрофобпзнруются, для чего пригодны воск или другие органические соединения с высоким молекулярным весом. Водородные электроды, изготовленные из химически чистого угля, вообще не активны Их необходимо пропитывать катализаторами, для чего особенно пригодны металлы тУП! группы периодической системы элементов. Различные методы пропитки электродов платиной были подробно изучены еще Шмидом [26]. Исходя из его работ, Кордеш, Хунгер н Мартинола [34] усовершенствовали Н -электроды этого типа, тщательно изучив различные процессы изготовления пористых углей и методы осаждения в них катализаторов. Для предотвращения намокания Нз-электроды компании «Юнион карбайд» тоже делаются гидрофобными.

П о Хунгеру [35], гидрофобизирующие вещества при повы1и вост шенных температурах имеют довольно ограниченную усто"- и. ость, что определяет продолжительность жизни элемента в целом, Глава Г Яренаграгу Батарея элементов такого типа работала в «Юнион карбайд» при комнатной температуре непрерывно более 2 лет при нагрузке 10 ма/смз При этом было получено 20 г Н,О и снято количество электричества 4000 а сек.

Это соответствует удельной продолжительности жизни угольных электродов, равной 220 атак/г, или 220 квт ° ч/кг. Ббльшая часть сооб(цений о топливном элементе была вызвана демонстрацией такой модели «Юнион карбайд» на всемирной выставке в Брюсселе в 1959 г., где элемент периодически питал электроэнергией электрические лампочки.

Подробные сообщения об элементах этого типа сделаны Эвансом [36] и Кордешоы [37]. !.42. На — ОжЭЛЕМЕНТЫ С ДВУХСКЕЛЕТНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ С КАТАЛИЗАТОРОМ (ДСК.ЭЛЕКТРОДЫ), РАБОТАЮ%У!Е ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУуКАЮЩЕИ СРЕДЫ Напряжение и ток мокнут вырабатываться в газовом электроде лишь в тсх местах, где встречаются три участвующие в процессе фазы — газ, электролит и электрод. Так, при погружении в электролит сплошного электрода в виде проволоки напряжение и ток создаются только на небольшом кольцевом участке в месте погружения.

Очевидно, наибольшее число таких вырабать(вающих ток «границ трех фаз» может быть создано в пористом электроде, если его поры не заполнены целиком электролитом, вытесняющим газ и «гасящим» вследствие этого напряжения. На основании этого предположения становится понятным, почему уже первые исследователи в области гальванических батарей чисто эвристически предохраняли свои воздушные элсктродь! от полного намокания, пропитывая их раствором парафина. Однако гидрофобизация электродов не является лучшим решением проблемы, так как слой парафина не только ограничивает продолжительность жизни электродов вследствие своей неустойчивости, но и повышает их внутреннее сопротивление.

Юсти и Винзель [38] сумели избежать необходимости гидрофобизировать электроды, изготавливая их с порами одинаковой величины. Для пояснения их метода рассмотрим изображенную на фиг. 5а идеальную цилиндрическую пору радиусом го. Применив к такой поре известную из начальной физики формулу высоты подъема в капилляре смачивающей жидкости в зависимости от коэффициента поверхностного натяжения а (днн/см) и угла смачивания в, получим выражение для капиллярного давления рн = 2осозз/го (дин/сл(з), Для Введение. Классификация топливных элементов ооразования устойчивого мениска, кольцевая граница которого является границей трех фаз, т.

е. геометрическим местом возникновения напряжения и тока, рабочее давление рг Чзвг. 5а. Схематический поперечный разрез газового диффузионного электрода. > Видны три тнпз пор; г= 2 (ар(г — рааиус поры, е — поаерхностяое натяжение, ьр-раз< пасть дазлсппй между газоеоб и электролнтной язмераин). Верхнпя нора слишком широка (г>хе(ар), поэтому газ иробулькизает а электролит иеиспользозаниым. средняя пора имеет рааиоаесный радиус(г хе(ар), так ято з ней образуетсп граница трех фаз: ыз-электролит — электрод, на которой вырабатывается ток.

Нижняя пора слигпком узка (г ( з (ар) и зследстане зысокого капялляриого лааления заполняется электролитом. водорода или кислорода должно точно соответствовать капиллярному давлению ри. Если е(це учесть гидростатическое давление электролита р„и р, то для устойчивости мениска должно соблюдаться следующее условие: рг пп Рг„пр + 2о/го. (При этом принято, (то при полном смачивании а = 0'.) Пренебрегая незначительным в большинстве случаев гидРостатическим давленим электролита, находим, что для воды (о = 73 дик/см) при р„ = 1 атм = 1,013 1О' дин/сл(х радиус го = 2 73 !О'/1,013 = 1,4 ° 10 " см = 1,4 мк. В соответствии со статическими законами, кроме таких равновесных пор, лающих по несколько миллиампер, пористый электрод имеет также поры большего и меньшего радиуса.

На фиг. 5а привелены три возможных случая. В то время как в средней поре, Равновесный радиус которой г, согласуется с выбранным рабочим давлением р„, может образоваться токообразуюший даава р' Введение, длраегификарирл ггриливныл элеленгав мениск, нижняя пора слишком мала (г < г,) и вследствие слишком высокого каппллярного давления в ней р, > 2о/га затопляется электролитом, а поэтому исключается из процесса образования электроэнерпш. Верхняя пора, наоборот, слишком велика (г > гв); электролит не может проникнуть в нес вследствие низкого капиллярного давления, и газ проходит через нее в электролит электрохпмически неиспользованным.

Пузырьки кислорода могут окислить противоположный водородный электрод и вместе с пузырьками водорода образовать взрывоопасный гремучий газ. Такич образом, если электро. ды прон!охают газ, то они теряют «заряд» и имеют очень малую мощность, даже если напряжение холостого хода элемента Уа достигает значения обратимой э, д, с.

Е. Как и в какой степени удалось Юстп и Вннзелю с сотрудниками получить гомопористые электроды, сообщается в равд. 4.113. Помимо определения необходимой геометрии негндрофобпзнруемого газового диффузионного электрода, для создания работоспособного низкотемпературного элементы нужно решить вторукэ, такую же важную задачу. Эта задача заключается в отыскании и целесообразном введении в состав ,.ы.,р,,„.„с р...,;„, - рэы Иа -„...„„„,, „, ° р ° - ° - ° » р р р' р *р нию загрязнениями катализатором гидрпрования является так называемый никель Ренея. Он изготовляется сплавленпем приблизительно равных долей !ч) и А! с последующим выщелачиванием из сплава неблагородного А! ну~ем кипячения в щелочи.

Вследствие нарушения кристаллической решетки остающийся после вьпцелачивания никель имеет такую низкую прочность, что рассыпается в пыль, и такую высокую активность, что, будучи вынутым пз щелочи, немедленно окис.чяется, раскаляясь докрасна. Попытка сообщить водородным электродам необходимую механическую прочность и электропроводность путем прессования и спекания их нз порошка катализатора Ренея не может привести к желаемым результатач, так как прочность и электропроводность являются свойствами упорядоченной кристаллической решетки, с восстановлением которой исчезает каталитическая активность. Все сказанное о катализаторе гидрнрования никеля Ренея справедливо также для катализатора окисления серебра Ренея. Эта проблема была решена Юсти, Шайбе и Винзелем [38] следующим путем. Порошок сплава Ренея с оптимальной величиной зерен тщательно смешивается в оптимальном соотношении с порошком карбонильпого никеля, зерна которого также имеют собственный оптимальный размер.

Из смеси прессуются, а затем спекаются электроды. После выщелачн- ванин электРоды становятся- каталитически активнымн и имеют описанную выше гомопористую структуру. Так как эти электроды содержа~ в механически прочном электро- и теплопроводящем макроскелете из гр! (или более дешевых ча- р °, *, -«р р рытымж """"у Р'"' '"у "'"'"Жрлдлря "' ' "' ' ч~ь фи. бб.