1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u), страница 9
Описание файла
DJVU-файл из архива "Топливные элементы. Э. Юсти, А. Винзель, 1964u", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "нетрадиционные источники энергии (ниэ)" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве НИУ «МЭИ» . Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ «МЭИ» , его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр DJVU-файла онлайн
Распознанный текст из DJVU-файла, 9 - страница
Н вЂ” О- г. бб. Н, — О,-элемент низкого давления с полыми цилиндрическими газовыми диффузионными электродами. Создан в 1955 г. Юс, йэ "б В инзелем [5) как первая демонстрационная модель «холодного горения». тора, они названы «двухскелетными электродами с катализатором» (ДСК-электроды). Для получения оптимальных хаоп Рактеристик электродов были проведены многочисленны пыты в ~ечение многих лет; эти опыты описаны в гл. 7. ные Дальнейшее уменьшение поляризации электродов более чем вдвое было достигнуто за счет отказа от высоких температур при выщелачивании и достижения необходимой скорости растворения неактивного А! путем наложения па электрод положительного по~енциала. По добным путем о шако преодолев несравненно больп|ие тРУдностн, связанные с диаграммой состояния серебряных сплавов (см.
фяг. 1!б, !!7 и !19), Фризе, Юсти и В ти и ннзель Р отали также ДСК-электроды для кислорода на основе д к.»» 47 46 Глана ! серебра Ренея с опорным скелетом нз никеля. По предельной плотности тока и малой величине поляризацп~ эти электроды превзошли все известные в то время Оа-электроды. Правда, они поляризуются пр>имерно на 100 мв, т. е. значительно сильнее, чем На-электролы.
Причина этого заключается в гораздо более сильной связи атомов кислорода в молекуле Ок по сравнению с атомами водорода в молекуле Н, вследствие чего ло сих пор не удавалось аналитически расщепить молекулу кислорода на атомы при температуре окружаюгдей среды. Особо четко это было доказано эксперимептамп Егер» [30] с кислородом, меченным атомами О" (см. >л, у'П[). Брауншвейгская группа исследователей создала также особые электроды для холодного сжигания СО при температуре окружающей среды: ДСК-электроды Эльтце с мелью Ренея и электроды Якоба с молибденом Ренея и вольфрамом Редея (ср.
Равд. 7.1). На фиг. 5б показана простая демонстрационная молеяь Нэ — Оэ-элемента с ДСК-электродами. На этой модели в !955 г. было впервые продемонстрировано «холодное горение» при низких температурах и давлениях, 1.43. Н» — О»-ЭЛЕй>ЕНТЫ С ИОНООБМЕННЫМИ МЕМБРАНАМИ Интересный вариант водородно-кислородного элемента был предложен в 195>9 г. Граббом [39] и разработан Нпдрахом [40] в фирме «Дженерал электрик». В данном разделе, как и выше, приводятся лишь принципы устройства такого элемента.
Подробное описание разработанной Остером и Чепмеиом [41] 200-ваттной батареи приведено в разл. 9.55 и на фнг. 154. Эта работа выполнялась также в «Дженерал электрик» при подпер>кке войск связи армии США и Военно-морского бюро СШЛ. Как видно из схематического разреза элемента на фиг. ба, электролит в нем заменен иоиообменной мембраной толщиной 0,6 мм. К обеим сторонам мембраны плотно прижаты металли >еское электроды. Тыльные стороны электродов обращены к газовым камерам, через которые подаются 11» пли О.
В нижней части газовых камер находятся отводы с обьшно закрытымп вентилямш Через эти отводы спускается образ)чошаяся при холодном горении вода, которая не впитывается квазитвердым электролитом. При этом для элемента «Дженерал электрик» характерно, что вола собирается на кислород""" ст"Роне, так как мембрана проводит почти исключительно "Ротонь' Н' которые проходят через нес к катоду.
Практипр"н"лнмость мембраны соответствует проводимости 0,1 н. Н«50,. Вследствие этого элемент нечувствителен как к примесям СО«в воздухе (при работе на кислороде воздуха) так и к содержанию в топливе углеводородов, карбонизирующих щелочной в электролит. 1 В качестве мембран в элементе используются обычные имеющиеся в продаже катионообменные мембраны, е 4 например амберплекс С-10 фирмы «Рем энд Хаас» (Филадельфия). Эта мембрана очень похожа на мембрану пермутнт С-!О фирмы «Пермутит» (Лондон) Этот электролит можно рассматривать как трехмерную цепь полимера, к которой добавлена серная кислота в виде сульфогрупп и свободные пространства в которой заполнены «связанной» водой. Водородные ионы серной кислоты свободно проходят через эту воду.
Такие пленки химически довольно устойчивы, обладают большой гибкостью и достаточной механической прочностью. Их электрохимические свойства описаны Вингером и др. [42]. В качестве электродов в большинстве случаев использовалась фольга из У платинированной платины. Для облегчения диффузии газа через фольгу толщина ее составляла лишь 2 мк Несмотря на это, напряжение холосто- ро 'о 'о юго эаего хода элемента составляло лишь нанта низкого дана«ни" 0,90 — 0,96 в, а плотность тока нри на с ионоооменнон манера ной а качесгас аде«тра пряжении, равном половине обратимой "'" '«:"'":: «д>-"- э. д. с. Е12 = 0,61 в, — лишь 0,5 иа>'смэ раа эле тр к» (но НнБолее высокие плотности тока были драку н др [40, 4З!).
ПОЛУЧЕНЫ ПРИ ЗаМЕНЕ ФОЛЬГИ СЕтКОй 1 к,«„„ИК Э-4 """ Дла этой цели использовалась сетка ка "'""" ок 4 >"'",'„",а»»- ИЗ НИКЕЛЕВОЙ ПРОВОЛОКИ ДИаМЕтРОМ»» ' аг»ка; 1 — »» к Э""' 76 дж, ИМЕ>Ощая 60 Отнсретнй На 1 СМ. 1»анка»»акры«к Сетка покрывалась платиновой чернью, для чего она погружалась в подкисленный раствоР х.то Рвотой платины с неоольшой добавкой уксуснокислого свин ца с[эсть электродов, имеющих первоначальную тодщину О 15 .чм, прокатывалагь лля получения более тонких электр~ дов.
Оказалось, что при увеличении вследствие прока™и 48 Глава у 4 э )оста, А вююею ширины проволочек улучшается эффективный контакт между электродом н электролитом. Соответственно этому возрастает плотность тока и снижается поляризация При длительной нагрузке на лучших электродах была достигнута плот- Ф и г. бб. Фотография демонстрационной модели Н,— О,-элемента низкого давления с нонообменной мембраной комианин «Дженерал электрик», На и Оа постУггают в элемент иэ фУтбольнма камеР (слена).
За счет обРаэгюшейсн н эле. менте электроэнергии нражаетса маленький электромотор )сарана). ность тока 1 = 3 ма/сл)й при У = 0,75 и; при этом поляризовался в основном Ов-электрод. Подробное изучение всех свойств батарей этого типа проведено Кэрнсом, Дугласом и Нидрахом 143] К недостаткам элементов этого типа, кроме высокой стоимости платины, следует отнести почти на два порядка меньшую по сравнению с другими элементами плотность тока. Правда, это частично компенсируется малой толщиной элемента (порядка 1 мм). Нежелательной является необходимость контролировать достаточную влажность понообменных Введение 1)лоогггбгикиция тонливнмг элементов 49 мембран, Для насьпцения их влагой приходится прерывать работу элементов прн длительной эксплуатации, Далее, продолжительность жизни всей батареи ограничена продолжительностью жизни мембраны, так как она через некоторое время начинает разрушаться с образованием отверстий и других дефектов.
Наконец, неудовлетворительной является сравнительно высокая поляризация электродов. В элементах с жидким электролитом она может быть уменьшена путем перехода к более высоким рабочим температурам (ср. фиг. 4!). Известныс же в настоящее время мембраны при температурах выше 40'С работают в течение непродолжительного времени, поэтому название «низкотемпературный элемент» мало говорит о достоинстве этого типа элементов. Для продолжительной работы при небольшом избыточном давлении элементам фирмы «Дженерал электрик» необходим предельно чистый водород. На фиг. бб.приведена простая демонстрационная модель такого элемента, а иа фиг, 154 — упомянутая выше технически разработанная 200-ваттная батарея.
)лй БИОХИМИЧЕСКИЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Известны микроорганизмы. которые ежедневно могут химически перерабатывать такие количества веществ, которые превышают их собственный вес более чем в 1000 раз. Эти микроорганизмы, по своей активности значительно превосходящие неорганические катализаторы, практически используются для переработки отходов, например мусора, фекалия, древесной массы и компоста, и получения из иих полезных веществ, таких, как окись углерода и метан, Поэтому кажется вполне возможным использовать такие отходы в сочетании с подходящими микроорганизмами или ферментами для непосредственного получения электрической энергии электрохимическим методом.
Такие элементы были впервые созданы Сислером в Геолопгческом управлении С1ИА, Как показано на фиг, 7 [44), элемент состоит из двух частей — анодной (слева) и катодной (справа), связанных между собой диффузионным мостиком Г, проводящим ионы. Сосуд с помещенным в него инертным анодом Б через штуцер наполняется смесью морской воды с органическими веществами, служащими топливом, и соответствую)ними бактериями или ферментами, являю)цимнся катализатором.
Сосуд с инертным катодом Д наполняется морскои водой и кпслоро;)ом. Мостик Г, который разделяет химически и связывает электрически электроды Глава Г О+ .О ууатеег7 еееегии пГЕ т,— т С~ т Б и дТ, заполнен хлористым калием и агар-агаром. Сосуд с анодом закрыт слоем минерального масла А. Вслед за этим сообщением (44) появилось другое — о разработке таких элементов в лабораториях фирмы «Магна продакст», входящей в объединение «Томсон Рэаго Вулдридж». Прн этом была достигнута ббльшая мощность элементов, что позволило снабжать электроэнергией морские сигнальные Ф и г. 7. Схема бггохнагоческого топлинного элемента, по Сиглеру [44[.
А — слой минералыюга масла; Б — анап  — раствор, солержащий топлено, электролит и катализаторы Мэантерин или фериентып à — ьгостюгк с КСУ и агзр- Д агзрои; дт — катод, В- растиар, содержащий окислитель и электролит. установки. Важным фактором при работе таких элементов является солнечная радиация, способствуюгцая регенерации топлива путем фотосинтеза.