Автореферат (Автономные электрохимические энергоустановки летательных аппаратов с алюминием в качестве энергоносителя), страница 5

Начальные вольтамперные и мощностные характеристики гидронногохимического источника тока, О2/Н2 электрохимического генератора икомбинированной установкиИз проведённых расчётов следует, что гидронный ХИТ на протяжении всего времениработы О2/Н2 ЭХГ увеличивает его суммарное напряжение и мощностную характеристику на1930% в начале работы и на 20% – в конце 24-часового ресурса при использовании в гидронномХИТ катодов из чистого никеля, а при использовании в гидронном ХИТ катодов скаталитическим покрытием MoS2 – на 50% в начале работы и на 40% в конце 24-часовогоресурса.

При этом гидронный ХИТ на протяжении всего времени работы обеспечивает О2/Н2ЭХГ водородом в полном объёме. Результаты расчётных оценок энергетических характеристикгидронного ХИТ приведены в таблице 3.Таблица 3. Энергомассовые характеристики генератора водорода на основе гидронного ХИТДля комбинации рабочих компонентовА995 – 4М КОН +А995 – 4М КОН + 0,08МХарактеристика0,08М тартрат-ион – тартрат-ион – Ni+MoS2NiНапряжение элемента гидронного ХИТпри IЭХГ=70А, В0,2080,335Мощность гидронного ХИТ прив начале работы8961439IЭХГ=70А , Втпосле 24 часов разряда6371180Средняя за 24 часа разряда удельнаяэнергия, кДж/кг (Вт·ч/кг)334 (93)571 (159)Таким образом, данные таблиц 1-3 и графиков на рисунке 17, позволяют сделать выводо том, что применение гидронного ХИТ как генератора водорода для О2/Н2 ЭХГ существенноснижает массовые характеристики системы хранения водорода и значительно повышаетсуммарные энергетические характеристики комбинированной ЭУ "Гидронный ХИТ + О2/Н2ЭХГ".В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы:1.

Для предотвращения засорения межэлектродного зазора в процессе работы воздушноалюминиевого (ВА) химического источника тока (ХИТ) твёрдым продуктом реакции,гидроксидом алюминия, и для увеличения продолжительности работы источникарекомендуется применение высококонцентрированного щелочного электролита 8М NaOH.Экспериментально исследованные электрохимические и коррозионные характеристикианодных алюминиевых сплавов Al-In и АП4Н в этом электролите показали, что посравнению с Al-In у сплава АП4Н коэффициент полезного использования от 25% до 40%выше, поэтому именно протекторный сплав АП4Н рекомендуется для использования ввысококонцентрированном щелочном электролите воздушно-алюминиевого химическогоисточника тока.2.

Для ВА ХИТ с высококонцентрированным электролитом рекомендуется применениекомпозиции: анод АП4Н, электролит 8М NaOH + 0,01М цитрат-ион. Использование вкачестве ингибирующей добавки цитрат-иона при плотностях тока выше 1000 А/м2повышает коэффициент полезного использования алюминия на 7-10% и сохраняетнеизменной вольтамперную характеристику газодиффузионного катода.3. Для гидронного ХИТ установлено, что легирующие добавки In и Zn в анодныхалюминиевых сплавах Al-In и АП4Н негативно влияют на вольтамперные характеристикиего катодов и ингибитор коррозии анода – станнат-ион (SnO32-), вводимый в щелочнойэлектролит, значительно (до 610 мВ) увеличивает поляризацию катода, поэтомуиспользование этих легирующих элементов и ингибитора в составе рабочих компонентовгидронного ХИТ не целесообразно.4.

Для гидронного ХИТ в качестве наиболее эффективной композиции рабочих компонентованод-электролит-катод рекомендуется применение композиции: анод А995, электролит 4МКOH + 0,08M тартрат-ион, катод из никеля марки Н-0. Показано, что для даннойкомпозиции рабочий диапазон плотностей тока составляет от 0 до 2000 А/м2, что в 4 разапревосходит диапазон ранее предлагавшейся композиции: анод Al-In, электролит 4М NaOH+ 0,06M Na2SnO3, катод из никеля.205. Для ВА и гидронного ХИТ проведён анализ энергетического баланса и расчёт КПД.Показано, что различие между эффективным и теоретическим КПД ВА ХИТ определяетсяразличным способом учёта энергии алюминия, израсходованного на коррозию, скоростькоторой зависит от состава электролита и плотности тока разряда.

Для режимамаксимального КПД в электролите 8M NaOH + 0,01М цитрат-ион с анодом АП4Нэффективный КПД достигает 38%, что превышает величину теоретического КПД на 7-10%.В менее концентрированном электролите 4M NaOH + 0,06М станнат-ион с анодом Al-Inэффективный КПД достигает 48%. Для гидронного ХИТ эффективный и теоретическийКПД совпадают. Для композиции анод А995, электролит 4M КOH + 0,08М тартрат-ион,катод из никеля марки H-0 на режиме максимального КПД его величина достигает 18%.6.

С целью повышения энергетических характеристик гидронного ХИТ как генератораводорода, разработан способ плазменного нанесения на его катоды нового каталитическогопокрытия на основе дисульфида молибдена (МоS2).7. Для катодов гидронного ХИТ с полученным покрытием МоS2 исследованы состав,структура, свойства и электрохимические характеристики. Результаты исследованияпоказали, что поляризация катода Ni+МоS2 в электролите 4M NaOH снизилась на 70-115 мВпо сравнению с электродом из никеля без покрытия, и на 140 мВ в электролите 4М КОН.Для гидронного ХИТ с композицией анод А995, электролит 4M КOH + 0,08М тартрат-ион,катод Ni+MoS2 рабочий диапазон плотностей тока составляет от 0 до 2500 А/м2, а КПДдостигает 22%. Для гидронного ХИТ рекомендуется применение никелевых катодов скаталитическим покрытием МоS2.8.

Для генератора водорода на базе гидронного ХИТ разработаны основные функциональныесхемы. В результате проведённых расчётов показано, что для генератора водорода,собранного по функциональной схеме с корректировкой состава электролита длякосмической ЭУ на базе О2/Н2 электрохимического генератора мощностью 3 кВт, удельныемассовые характеристики генератора водорода сопоставимы с таковыми для системыхранения водорода в газовых баллонах из композитных материалов, в 2 раза превосходятсистему хранения в стальных газовых баллонах и в 1,5 раза характеристики некоторыхсистем связанного хранения водорода в составе гидридов, например в FeTiH2.9.

Показано, что масса комбинированной энергоустановки космического назначения состоящейиз гидронного химического источника тока и О2/Н2 электрохимического генератора на 70%меньше, чем масса такой же энергоустановки на основе О2/Н2 электрохимическогогенератора с газобаллонной системой хранения компонентов. При этом максимальнаямощность комбинированной энергоустановки в течение всего времени работы превышаетмощность энергоустановки на основе О2/Н2 электрохимического генератора на 20-30% приприменении в гидронном ХИТ катодов из никеля и на 40-50% – при применении катодов скаталитическим покрытием MoS2.СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:1.

Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Влияние составаалюминиевого анода гидронного источника тока на эффективность его работы в режимегенератора водорода // Вестник Московского авиационного института, 2011. Т. 18. № 3. С.65-72.2. Кравченко Л.Л., Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А.

Влияниесвойств катода гидронного источника тока с алюминиевым анодом на эффективность егоработы в режиме генератора водорода // Вестник Московского авиационного института,2011. Т. 18. № 3. С. 74-81.3. Окорокова Н.С. Пушкин К.В. Управляемый генератор водорода на базе гидронногохимического источника тока // Труды МАИ, 2012. № 51. http://www.mai.ru/science/trudy/4. Кравченко Л.Л.

Окорокова Н.С. Пушкин К.В., Севрук С.Д. Фармаковская А.А. Оценкаэффективности управляемого генератора водорода для кислородно-водородных топливныхэлементов // Вестник Московского авиационного института, 2012. Т. 19. № 4. С. 73-80.5. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Моделирование физикохимических процессов, протекающих при работе химических источников тока с21алюминиевым анодом // Вестник Московского авиационного института, 2012.

Т. 19. № 5. С.65-71.6. Окорокова Н.С., Платонов А.А., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А.Модификация продуктов реакции анодного окисления алюминия в процессе работывоздушно-алюминиевого химического источника тока с солевым электролитом дляповышения его эксплуатационных характеристик // Технология металлов, 2013. № 1. С. 1522.7. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Баланс энергии и КПДвоздушно-алюминиевых химических источников тока для авиационной и космическойтехники // Вестник Московского авиационного института, 2013. Т. 20. № 3.

С. 104-109.8. Жук А.З., Илюхина А.В., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковскакя А.А. Исследованиевлияния добавок органических ингибиторов щелочной коррозии алюминия нахарактеристики воздушно-алюминиевого электрохимического генератора // Труды МАИ,2013. № 69. www.mai.ru/science/trudy/9. Пушкин К.В., Севрук С.Д., Суворова Е.В., Фармаковская А.А., Фетисов Г.П. Разработкабезотходной технологии эксплуатации автономных энергоустановок с алюминием вкачестве энергоносителя // Технология металлов, 2013.

№ 11. С.10-15.10. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Суворова Е.В., Фармаковская А.А. Способорганизации рабочего процесса при длительной эксплуатации энергоустановок салюминиевым горючим для аэрокосмической отрасли // Труды МАИ, 2013. № 70.www.mai.ru/science/trudy/11. Пушкин К. В., Севрук С.

Д., Суворова Е. В., Фармаковская А. А. Разработка способарегенерации отработанного щелочного электролита воздушно-алюминиевого химическогоисточника тока // Технология металлов, 2014. № 11. С. 32-40.12. Окорокова Н.С., Пушкин К.В., Севрук С.Д., Фармаковская А.А. Разработка схем базовыхмодулей типоразмерных рядов энергоустановок на основе воздушно-алюминиевыххимических источников тока // Труды МАИ, 2014.