1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (Электрохимические генераторы. Н.С. Лидоренко, Г.Ф. Мучник, 1982u)

ББК 3!.251 Л55 УДК 62!.352,6 Излагаются основные проблемы теории н применения, возникаю! щие в процессе исследования и конструирования электрохимическя» геяераторав 1ЭХГ!. Рассматриваются термодинамика процессов, неко, торые вопросы кянетнки, дается опасание реальных схем и трактов! обеспечивающих злектротепломассообмен на элеатродах, оянсанне са. мнх злеитродов я других элементов структуры ЭХГ, рассматриваются ооэбенностп построения схем, специфика конструирования и испыта.

пни ЭХГ. Рассчитана на специалистов, работающих в области прямого пре образования энергии. ББК 3!.251 ВП2.10 2302030000-470 051401)-82 158-82 НИКОЛАЙ СТЕПАНОВИЧ ЛИДОРЕНКО ГРИГОРИЙ ФРОИМОВИЧ МУЧНИК ЗЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГЕИЕРАТОРЕВ УР~Г ти ьл Редактор И. В. Антик Тереплет художника В. Я. Ба ти щена Технический редактор А. С.

Д а а ы д о в а Корректор М. Г. Г у л и н а ИБ РВ 2!44 !абер 02.04.82 Подписано я пе мть 30.00.82 Т-13388 и., 1г(108 ум БУчага тнпогРафснэа № 1 ГэРнптУРа лнтеРатУРнаЯ Печать высокая Уел печ л. 23,32 Усл. нр.-огг. 23.84 Уч.-нзд. л, 2858 тарам 4000 зкэ. Заюз ОЗ Ценз 1 р 80 к.

Энергонздат, ПЗП4, Москва, М-П4, Шлюзовав наб„10 Московская типография № 10 Союзполвграфпрома прн Государствен. ном комитете СССР по делам издательств, полнграфнн и к!и!мно!г торговли. ПЗП4, Москва, М.пз, Шлюзовая нэб, 10 (ф Энергонздат, !982 Рецензент Л А. Квасников Лидоренко Н. С., й!зучннк Г.

Ф. Лйб ЭЛЕКтрОХИМПЧЕСКИЕ ГЕНЕратррзяг — Ву[Ь: ЭНЕРГО- издат, 1982. — 448 с., ил. ' 4 В пер. ! р. 60 к. пРедислОВие Исследование и разработка электрохимических генераторов — новая в инженерно-физическом, а также перспективная в экономическом и экологическом планах проблема. Освоение космического пространства, морей и океанов, создание эффективных электромобилей и других транспортных средств, разра[збтка автономных источников энергии для питания радио- и телевизионной аппаратуры с высокими удельными параметрами, а за последние годы строительство опытных стационарных установок большой мощности — вот неполный перечень областей внедрения и возможного использования этих устройств.

Следует помнить, что высадка человека на Лупе пе была бы возможной без использования электро- химических генераторов, Излогкенпое в книге введение в проблему является, по-видимому, первой попыткой систематического и относительно полного изложения научных и инженерных ее аспектов па базе использования как литературных данных, так и результатов собственных исследований авторов, их коллег и учеников, К оригинальным относятся главы, излагающие представления авторов об электромагнитной природе катализа, физической модели поверхности, методы квантово-электродинамического расчета структур сопряженных электронных спектров водорода и некоторых материалов, методы разделения металлов по их каталитпческой активности к водороду. К оригинальным результатам относятся также описания инженерных структур и методов расчета отдельных элементов н систем генераторов.

Сама проблема находится в начале развития. Она перспективна не только в аспектах экономии металла и топлива в нестационарных устройствах, обеспечивающих производство электроэнергии, и создания экологически 'истых источников электрической энергии, но она весьма 3 перспективна также для современной физики и смежных наук, на стыке которых в процессе исследования проявляются еще не разгаданные механизмы электрошюго обмена на границе раздела фаз, механизмы химической кинетики и модели специфичных областей нелинейной электродинамики. В ближайшей перспективе авторы предвидят существенное усиление интереса к изучению и применению электрохимнческих генераторов наряду с другими методами непосредственного преобразования видов энергии в электрическую. Кроме основных авторов в написании отдельных разделов кшгги участвовали: Н.

М. Каган, 3. Р, Каричев, Л. А. Сальников, В. А. Тейшев (гл. 3); И, Ю. Керцелли, Г. А. Кононова, И. Г. Мееровнч, 1О. М. Морозенков (гл. 4); В. М, Вербников, В. М. 1'олубь, А. Р. Гордон, Д. Н. Канищев, В. И, Малашенко, Ю. М Морозенков, 1Г. В. Самойлов~, В. Х. Станьков (гл. 5); Л. С. Табакман (гл. 6); Ф. Р. Юппец (гл. 7); В. М.

Болотин, А. С. Власов, Ю. А. Зайцев, О. Г. Касимов, Б. М. Чистов (гл. 8); О. Г. Касимов, А. С. Луковников (гл. 9); О. Г. Касимов, Л. И. Леоннчев, В. П. Постаногов, Г, М. Сухов (гл. 10). Авторы выражают глубокую признательность проф, Л. А. Квасннкову за просмотр рукописи и содействие ее изданию. О, С Лидоренко, Г. Ф, Мучник ВВЕДЕНИЕ Среди перспективных проблем энергетики важное место занимают проблемы непосредственного (безмашинного) преобразования химической энергии природных илп синтезированных видов топлива в электрическую энергию. Актуальность этой проблемы очевидна, если учесть, что в настоящее время около 90'ь всей полезной энергии (электрической и механическои) получается нз тепловой энергии природного топлива, средний коэффициент преобразования которой в энергоустановках не превышает 25'$.

Известно, что КПД непосредственного преобразования химическои энергии в электрическую в современных химических источниках тока в 2 — 3 раза больше указанного, однако энергия этих устройств ограничена конструктивным запасом активных материалов в них. Поэтому исследования, имеющие целью повышение средне~о коэффициента использования топлива при непрерывном процессе генерирования, экономически перспективны. Имеется также ряд специфических эксплуатационных областей и условий, при которых затруднена или отсутствует возможность реализации обычных машинных схем преобразования (например, автономная эксплуатация энергетических устройств в условиях невесомости, отсутствия кислородсодержагцей атмосферы, схемы автономного электродвижения, требования экологии н др.); в этих областях схемы прямого преобразования уже сегодня оказываются предпочтительнее классических, Наиболее разработанными устройствами, реализующими схему непосредственного преобразования химической энергии в электрическую, являются гальванические батарея и аккумуляторы.

Запас реагентов (окислителя н горючего) в них содержится в самой конструкции, что определяет ограниченный запас нх энергосодержания. ксплуатацнонные преимущества этих конструкций поэтому проявляются лишь при коротких отрезках времени энергообеспечения, где высокий КПД, являющийся до- з стоинством схемы непосредственного преобразования, оказывает решающее влияние на массу и размеры энергоустановки (ЭУ). Следовательно, лишь на коротких режимах разряда резервные батареи и аккумуляторы имеют наименьшие массо-габаритные характеристики (при равной мощности и энергии), что открыло им широкую дорогу в различных областях автономной энергетики.

Долговременные схемы энергообеспечения, реализуемые, например, в тепловых машинах, хотя обладают относительно невысоким КПД, но на продолжительных режимах работы сохраняют свои преимущества. Электрохимические генераторы 1ЭХГ), состоящие из батарей топливных элементов, систем автоматики и т.

д. и работающие прп постоянных температуре и давлении, имеют теоретический КПД, приближающийся к !00%, и имеют массо-габаритные преимущества в диапазоне 100— 10000 ч. На созданных в СССР водородно-кислородных ЭХГ практический КПД достигает 70 — 75%. От других устройств, реализующих схему непосредственного преобразования химической энергии в электрическую (гальванических элементов и аккумуляторов), ЭХГ существенно отличаются тем, что в них реагенты !окислитель и горючее) содержатся не в самой конструкции, как у первых, что ограничивает запас их энергосодержания, а отдельно в резервуарах и подаются в генератор в момент работы. Таким образом, схема обеспечения реагентами в ЭХГ сходна с машинными схемамп, однако в них сохраняется присущий схеме прямого преобразования энергии высокий КПД.

Изложенные обстоятельства способствовали тому, что исследования по ЭХГ за последние годы существенно расширились. В США и СССР разработаны варианты ЭХГ па водороде и кислороде с щелочным и кислым электролитами для программы космических исследований; в СССР создан ЭХГ на водороде и воздухе для транспортных систем и др.

Разрабатываются ЭХГ на других активных компонентах и для более широкого круга задач. Исследования по созданию ЭХГ также развиваются в странах СЭВ, Англии, Японии, ФРГ, Италии и Франции. Как это часто бывает прн решении сложных научных, технологических и конструктивных идей, разработка схем непосредственного преобразования химической энергии в электрическую стимулировала развитие ряда новых высокоэффективных технологических процес- 6 сов, используемых в различных областях техники, а также появление новых физических представлений (например, актуальности интерпретации проблем электромагнитной природы катализа, явлений на поверхности и т.

д.). Таким образом, современные проблемы прямого преобразования химической энергии в электрическую охватывают широкий круг задач и базируются на использовании достижений многих отраслей знания. К новым также относятся нерешенные проблемы теории построения и применения специфического математического аппарата для оптимизации электрогенерирующих устройств.

Крайне трудоемкими оказались экспериментальные исследования, сопутствующие созданию новых электрохимических систем, проблемы моделирования и разработки новых конструкций, исследования электрических свойств поверхности, анизотропных нелинейных сред и т, п, ческих зарядов), между продуктами реакции происходиР хаотический обмен электронами. Выделяющаяся энергия за счет соударений между молекулами расходуется на повышение кинетической энергии реагирующих молекул — конечных продуктов реакции (тепловой процесс), а также рассеивается излучением.