1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u), страница 82

Основная трудность при работе со спиртами в щелочных электролитах — это образование продуктов окисления, которые нейтрализуют электролиты. Накопление продуктов окисления сопровождается постепенным уменьшением мощности. Однако за последние несколько лет были достигнуты значительные успехи в преодолении этой трудности Например, силовая установка может работать около 8 час без смены электролита, после чего электролит можно обновить или восстановить его начальные свойства. Опыт показал, что после обновления электролита установка вновь достигает максимальной мощности. При напряжении 0,3 в легко получить плотности тока е 444 Глава !Х порядка 80 лтатс412. В настоящее время получают удельную мощность (отношение мощности к объему) до 30 квт(л1л при работе электродов в течение нескольких сотен часов.

Создание конструкции элемента систем жидкость — газ велось по двум направлениям. В первом типе конструкция похожа на конструкцию, описанную раньше для топливного Фяг, 161. Испытание элемента, использующего в качестве топлива спирт и в качестве окислителя кислород (лаборатории фприы,Лллпс — с(алмерс", 1962 г.), элемента, работающего на газообразных топливе и окислителе. Смеси жидкого топ.чива с электролитом подаются к топливному электроду, а пористая прослойка типа асбеста используется для разделения электродов. Кроме гого, пористая прослойка помогает предотвратит1 затопление кислородного электрода. На кислородном электроде используется кислород или воздух.

Благодаря высокой всасывающей способности порястглй прослойки и относительно небольшому давлению циркулирующих жидкостей и газа смешивания топлива и окислителя не происходит. На фиг. 181 показан отдельный элемент, использующий спирт в качестве топлива. Сооби(ения о состоянии работ яо топливныи алвкентюк 445 Во втором гиле элемента, работающего с жидким топливом н газообразным окислителем, создается совершенно другая конструкция.

Электрод похож на конверт, Одна сторона его изготавливается пз пористого никеля, а другая — из твердой фольги. Пористый никель содержит катализатор восстановления окнсчителя, а внешняя поверхность твердой фольги содержит катализатор окисления топлива. Конверты погружаются в смесь электролита с топливом и по газопроводу кислород или воздух вводится внутрь конверта. Кислородный Ф н г. 162. Батарея топливныл алемеепов, использующих в качестве топлива спирт и в качестве окислителя кислород, мощностью 0,5 квш (лаборатории фирмы «Лллнс — с(алмерс», 1962 г.).

! — эвол Оя 2-теплово -' КОН; 3 — порпстиа ккслоролпик эл ктрол; С вЂ” твсрлня топлив. ппя электрол электрод одного конверта и топливный электрод соседного конверта образуют элемент. Гидрофобизация внешней позер:сности пористого никелевого электрода и небольшое давление газа-окислителя предохраняют конверт от заполнения жидкостью. На фиг. !62 показана модель из 80 элементов, которая обладает мо1цностью 800 вт. Топливные элементы с жидким топливом и жидким окислителем Так называемый топливно-электрический элемент фирмы «Аллис-Чаечмерс» использует спирт или гидразин, раствор гидроокиси аммония и т.

д. в качестве топлива, а перекись водорода или другие жидкости в качестве окислителя в щелочном или кислом электролите. В этом элементе электроды представля1от собой твердый металл, одна сторона которого покрыта катализатором окисления топлива, а другая — катализатором восстановления окислителя. Электроды избирательны 446 Главе )Х по отношению к топливу и окнслителю и могут быть за. пассированы, чтобы замедлить разложение реагируюших вешеств.

Они установлены в элементе так, что анод обращен к катоду, и разделены электролитом в биполярной конструкции (фиг. 163). Вероятно, первым в мире топливным элементом массового производства бь>ла учебная демонстрационная Ф и г. 163. Схематический разрез образца топливиого элемента с бипос ляриыми электролами фирмы «Аллис — Чалмерс», использующего растворенный метанол в качестве топлива и перекись водорода в качестве окислителя (ср. с фиг. 164).

модель, изображенная на фиг. 164. Она состоит из пяти последовательно включенных элементов. Окислителем служит перекись водорода, а топливом в метанол, оба в растворе гид- ' роокиси калия, В 1962 г, уже было распространено около 10000 этих элементов. Все части просты в изготовлении. Работа над этой системой продолжается с целью уменьшения эксплуатационных расходов. В описанной системе очень дорогой является перекись водорода. Рабочие условия этой системы следуюшие; 50 лта/сит при напря>кении 0,3 в с удельной мощностью (отношение мошности к весу) 5,5 вт>кг и (отношение мощности к объему) 14 квт!л>з. На фиг. 165 изображена установка на 500 вт с резервуаром. . Ф и г.

164. 'Образец топливного элемента фирмы «Аллис — Чалмерс», использующего растаорепиый метанол в качестве .топлива и перекись водорола в качестве окислителя. Ф и г. 165. Устаиовка мощиостью 500 вгл, работающая па спирте и пере- киси воюрола (лаборатории фирмы «Аллое — Чалмсрс», 1962 г.). 448 Глапп П Рмэтчи, Дпдди и Ферргл') Введение Разработка электродов 29 э ~оспь э в ~яз»п 967. соошцен?п! о состоя! ?Ип РАВот по НИЗКОТЕА!ИЕРАТУР?!ЫМ ТОПЛИВНЫМ ЭЛЕМЕНРАМ С МЕТАЛЛ?)т)?СКПАВ1 ЭЛЕКТРОЛАМ11 Н 1!?ЕЛОт)НЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ, ПРОВОЛИМЫХ ФПРМОП «ЭЛЕКТРИК СТОР?!21?К ВЭГТЭРИ» В нпзкотел1пературных водородно-кислородных топливных элементах с и!елочным электролитом, описанных в литературе, используются либо угольные электроды, активированные ка- ф и г, 166.

Микропористые метал.п1ческне электроды для иизкотемвера. туриых водородио-кислородных топливных элемептов. ?!х можио изгото. вить различной формы. Показаио диа типа. тализатором !1), либо электроды пз сплавов Ренея 121 Эчектроды, разработанные фирмой «Электрик сторидж бэттэрп» за последние 6 лет полностью метал.шческие, но не пирофорные (фиг.

166). Характерные особенности этих э:!ектродов следуютцие: ') Выдержка из статьи, которая была представлено па Трет~ем мемдуиародиом симпозиуме по гальвзвическим элементам, оргапмзовяипом метяведоиствеппым Комитетом по гальвлиическям э ымеитам (Ьоопь~аус, Англия, 2 — 4 ок|ября !962 г). Сообенемия и состолпип рабат по ~пп вымыл элечсмтпм 449 1. Высокая электрическая проводимость. Кроме высокой электрической проводимости самих электродов, электрические провода могут быть несколькими способамп присоединены непосредственно к электроду для того, чтобы обеспечить надеи<- ные контакты с низким переходным сопротивлением.

2. Механическая прочность. (Миниз1альный секущий модуль упругости на сжатие 2,5 1О', на растяжение 2,3 10'. Минимальный предел прочности на растяжение 141 кг)сит, предел прочности на сжатие 466 к )с.и-'.) Прочные металлические связи между отдельными частицами предотвращают кращение и расслаиванпе. 3. Электроды не могут быть затоплены даже при продолжительной работе с большими плотностями тока.

На характеристику электродов не оказывают влияния затопления электролитом или большие перегрузки. 4. Продолжающиеся испытания на стабильность работы указывают на устойчивость характеристики после более 24000 час непрерывной работы при нагрузке 2,5л1а)сл!т, свыше 5000 час при 70 гиа!с.и' и свыше 3000 час при 200 л!атсл1т.

5. Невысокая стоимость электродов. Электроды состоят пз пористой никелевой матрицы, содержа!пей небольшие количества серебряно-никелевого катализатора для кислородных электродов и палладиево-серебряных катализаторов для водородных электродов. 6. Электроды не пирофорны. Их можно, не опасаясь, оставлять на воздухе. 7. Методика изготовления позволяет создавать такис формы и конструкции металлических электродов, какие до с!тх !юр получать пе удавалось. 8. Низкие рабочие давления газов ослабляют остроту проблемы прокладочных материалов и позволяют использовать аппаратуру малого веса при конструировании таких топливных элементов.

Испытание катализатора на электродах с постоянной микропористой структурой. Небольшие пробные электроды для топливного элемента, изготовленные из композиций металлических порошков, были испытаны электрохимпчески, как показано на фиг. !67. Исследуемый электрод, имеющий форму диска, был укреплен с помощью прокладок на дне цилиндрической пластмассовой ячейки. Капилляр Луггина, ведун!ий к окисно-ртутному электроду сравнения, вводился в боковую стенку ячейки как раз над поверю!остью электрода.

Вспомо- Г,ювп д! 450 Кнаюуакгн - аюеклурада Таблица 9.1 Лодородный электрод Потенинал лскгрода относительнс вплороднсго электрода «равнения, л Время, аг 1О 250 500 1000 3500 0,135 0,140 02210 О? !О 0,210 Кислородный электрод Потенннал электрода отнсснтелыю нслпрпднпгс электрола срвапеви», в Время, и< 1О 250 1600 0,835 0,815 0,810 гательный электрод в виде платиновой сетки устанавливался н верхней части ячейки.

1".обранная ячейка скреплялась туго зажимным устройством. Ф и г. !67. Ячейка для влектрохимнческих испытаний, позволяющих оценгпь разные способы изготоиления пробных электродов. Пуссныс электроды имеют форму диска ливметрон Зя,з ял; материал яяеокп — п.тексиглас, еалнма — аюсминия, прикладки — неапреи. г — ~кран; 3 — прумнннын валим; и — алсмнниевая п,юислпка диаметрон о,зг ия; а — пла. тиювая плоская фольга п пювслскм Š— п,юкладка;  — эт ктэод днаметрон зад ми; 7 в се!.сбрянвн идвстипт й ьснтактная проволока С помощью этой ячейки, обеспечивающей равномерное распределение плоуности тока, были получены поляризационныс кривые устойчивого состояния. Омические составляющие поляризации определялись методом прерывания или прямо!гольных импульсов [3, 41.

Свыше тысячи композиций электродов было испытано таким образом. Были исследованы состав, распределение частиц по размерам, форма частиц и величина их поверхности, определяемая методом низкотсмпературной адсорбции азота для различных комбинаций порошков металлов и сплавов и методики активации электродов катализатором. Лучи!не мего-ы изготовления оылп изучены более детально для того, чтоэы определить оптимальные условия уплотнения и спекания, Саобиугнггя о состоянии рабог ио гоплиннын влелынгом 151 систематически изменяя давление прессования, температуру, продолжительность и атмосферу спекания. Для кислородного электрода микропористые смеси, содержащие серебро и никель, оказались очень эффективными; гетерогенный сплав с содержанием от 50 до 90о!о Ап и от !О до 50о!о !т!1, покрывающий по крайней мере поверхноспу пор электрода, дал особенно хоропуие результаты !51.

Типичные поляризационные характеристики отдельных водородных и кислородных пробных электродов диаметром 30 гу!м приведены на фиг. !68 и 169. Эти результагы относятся к неисправленным устойчивым показаниям напряжения, т. е. после многих часов или дней протекания постоянного тока. (В течение первых нескольких минут после включения тока наблюдается более высокий потенциал электрода, которьш через несколько часов уменьшается до постоянного значения.) Стаоильность электрода определялась в опытах па длительность работы, продолжавшихся несколько тыся ! часов.