1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 72
Текст из файла (страница 72)
пат. 1207057. 34. 3 и в 11 Е., )Ч)п в е) А., Е Е!есугосйет. Яос., !08, 1073 (1961]. 35. 3 и в1! Е., сч1п в е! А., Весен! Ргокгеьз )п 1Ье ОБК Буиет о1 Гие( Сен Е!ес1годев, керог! 10 1962 Ванегу Бутровшт. Воигпетоий. 36. 011 ! гп з и и Н. М., д и з ! ! Е. )Ч., цг)п в е! А. сЧ., ОБКе!ес(годеь !ог !Ье Сайойс кедис((оп о! ОхУКеп, КеРог! АСЗ Ган Мее1ч 7, ЗеР(. 1961.
Сообщения ведущих исследовательских групп о состоянии работ по топливным элементам 9.1. СОСТОЯНИЕ РАБОТ В АНГЛИИ 931, ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Бэкон С момента опубликования в !960 г. кни~и <Топливные элементы» под редакцией Янга, в которой описан этот тип элемента, была проведена сравнительно небольшая практиче- С вга/сдгг 200 й00 007 800 1000 1200 1б00 Ж0 1007 2000 Ф н г. 139.
Полярнзапнонныв харангернстнкн водородно-кислородных топливных элементов Бэкона. Пдощадь электродов ЗЗ 3 смй рабочая темоерагура 1=200' С; рабочее даввенне р=ы а ам; кривая 1 — прежние вучыне результаты; кривая 11 — самый оосдедянй образен Гйб! с. окая работа из-за отсутствия промышленного интереса к таким элементам под давлением. Однако до того, как в начале (96! г. экспериментальная работа была прекращена, были начаты исследования с целью улучшения характеристик элемента в целом; это стало крайне необходимым в связи с тем, что другие исследователи в области топливных элементов показали, что, улучшив активацию электродов, можно на короткие сроки получить такие 392 Глава ГХ Сообщения о состоянии работ по топливным элементам 393 характеристики, которые сравнимы с характеристиками элемента под давлением, хотя рабочая температура гораздо ниже, например 60 — 85' С, и рабочее давление незначительно превышает атмосферное.
Рабочие условия были взяты такими же, как и во многих ранее выполненных экспериментах, а именно температура 200'С, давление 40 атм, и лучшие из полученных результатов приведены на фиг. 139. В основном характеристики элемента улучшичись за счет кислородного электрода. Кроме этого, был разработан следующий удовлетвори. тельный метод контроля температуры: термопара вставляется в середину батареи и по мере необходимости включает или выключает циркуляционный насос для подачи водорода, поддерживая таким образом температуру батареи фактически постоянной. Однако это приводит к удалению из системы значительно большего количества воды, чем образуется электро- химически в батарее '), поэтому только часть этой воды удаляется из системы, а остаток возвращается в электролит; фактическое количество, которое возвращается обратно, контролируется с помощью дифференциального манометра, измеряющего перепад давления между водородом и электролитом.
Таким образом, перепад давления на водородных ') При указанном выше методе отвода тепла, выделяющегося из-ээ потерь (см. также рззд. 9.64 и фнг. 162), для требуемой скорости нспзрення пгр (г-эке/смз ° сек) прн данной скорости образования воды в ре. зультэте реакции шэ(г-экэ/смт ° сек) получим следующее рэвенство: Оп =Ою — П; где Юо и Сгэ — эквивалентные теплота испарения и теплоте образования соответственно (ккал)г-экэ), У (э) — напряжение нэ ячейке. Плотность тока ! (а/смз) связана через число Фарадея Г = 96 500 а сек/г-экэ со скоростью образования п)э.
Г рюэ Из этих двух соотношений следует: Ов (тР шв Ов Для воды Яэ = 4,36 ккал/г-экэ и Яз 34,!6 ккал/г-экэ. Отсюда полу. чаем: гяв — = 7,04 — 4,760. жв В этом методе охлаждения при любом напряжении должно испэряться больше воды, чем образуется в результате реакции. Рээннцэ должна конденснровзться н возвращаться в электролит.— Прим. В гОсти н й. Винзеля. электродах поддерживается постоянным, а это означает, что общий объем электролита также остается постоянным.
Этот комбинированный метод контроля температуры и удаления воды оправдал себя на практике. С тех пор как экспериментальная работа была прекращена, встал вопрос о том, в каком направлении должны проводиться дальнейшее исследование и разработка топливных элементов. Во-первых, было ясно, что инженеры не согласятся с использованием топливных элементов этого типа для аккумулирования энергии, особенно на средствах передвижения, отчасти вследствие весьма высокой стоимости водорода и кислорода, получаемых электролизом воды, а отчасти вследствие большого веса и размера газовых баллонов; если только не будет изобретен какой-нибудь совсем новый метод хранения водорода, неизбежно придется обратиться к использованию экономически доступных жидких топлив. Поскольку непосредственное применение углеводородов и даже метанола в элементе этого типа сопряжено с трудностями, считают, что наилучшим решением является следующее: конвертировать жидкое топливо, такое, как метанол, в смесь во.
дорода и двуокиси углерода (плюс небольшой процент примесей), отмыть большую часть двуокиси углерода, положим, с помощью моноэтаноламина, а водород использовать электрохимически в элементе (см. фиг, 151). И наконец, если бы удалось изготовить электроды, которые из газовой смеси электрохимически окисляли бы водород и отбрасывали все остальное, это позволило бы избежать процесса очистки, Несколько лет назад были проведены опыты по использованию водорода, смешанного с окисью углерода, количество которой доходило до 10о)о, и результаты получились такие же, как при работе с чистым водородом, хотя следует признать, что длительных испытаний проведено не было.
Значит, почти несомненно, что при этих условиях пористые никелевые электроды не отравляются окисью углерода; но, чтобы определить, оказыва1от ли вредное воздействие на электрод какие- нибудь примеси, которые могут присутствовать в газовой смеси, следовало бы провести испытания на длительность работы в течение нескольких сотен часов; нужно было бы также определить скорость карбоиизации раствора гидро- окиси калия и разработать практический метод регенерации КОН. Примеси любых инертных газов, таких, например, как )ч)з или СН,, в водороде будут постепенно накапливаться в газовых пространствах, н их придется выпускать в атмосферу после прохождения через несколько дополнительных элемен- 394 Глава «Х Сообщения о во«таянии работ но тонливннм элементам 393 тов, причем эти дополнительные элементы, вероятно, будут работать при более низких плотностях тока, чем остальные элементы в батарее.
При этом неизбежно некоторое количество водорода будет выбрасываться в атмосферу, но можно было бы сжигать выпускаемые газы, а тепло использовать в конверсионной установке. Все это потребует строгой технической оценки, чтобы определить, стоит ли объединять газогенераторную установку с топливным элементом в единый агрегат. В настоящее время срок службы элементов этого типа ограничен потому, что применяемый прокладочный материал постепенно разрушается под действием кислорода; но надеются, что эту трудность можно преодолеть созданием биполярных электродов, изготовляемых из предварительно спеченных пористых никелевых пластин. Следующей важной проблемой является возможность использования воздуха вместо кислорода; для того чтобы топливные элементы действительно нашли всеобщее применение для производства электрической энергии из природных видов топлива, по-видимому, неизбежно вместо кислорода придется использовать воздух.
Можно ли этот тип элемента приспособить для работы на воздухе? Во-первых, по-видимому, было бы важно существенно уменьшить рабочее давление, чтобы сжатие воздуха производить в высокоэффективном и компактном осевом компрессоре; хотя, конечно, можно снизить упругость пара электролита, используя более концентрированные растворы, вероятно, все же имеет смысл для улучшения характеристик элементов, а поэтому и для уменьшения их веса, габаритов и стоимости сжать воздух до 3— 4 атм или даже !2 — 15 атм.
Недавно были проведены испытания при давлении до 13,6 атм, результаты, которых оказались обнадеживающими; но, прежде чем выбрать оптимальное рабочее давление, нужно бы провести обширные исследования при значительно более низких давлениях. Остается посмотреть, можно ли использованный в этом элементе тип электродов сделать достаточно активным, так чтобы он обладал приемлемыми характеристиками при этих значительно более низких давлениях.
При работе с растворами КОН концентрации выше чем примерно 50% содержание воды в электролите пришлось бы контролировать особенно тщательно, чтобы предотвратить какое бы то ни было затвердевание в элементах или соединительных трубках, и по той же самой причине пришлось бы увеличить количество воды, расходуемой на охлаждение элементов; по-видимому, ни один из этих факторов не представил каких-либо трудно стей, хотя опять-таки это можно было бы проверить только тщательными опытами. Если все выше приведенные доводы являются обоснованными, применение установок малой мощности, по-видимому, было бы затруднено главным образом сложностью создания эффективных небольших воздушных компрессоров; однако для более крупных установок эффективность сжатия воздуха не должна бы являться серьезной проблемой, и опыт, накопленный строителями газовых турбин и нагнетателей, работающих на выхлопных газах, здесь очень пригодился бы.
Хорошо известно, что в Соединенных Штатах наметились определенные области специального назначения, где топливные элементы как источники энергии будут обладать особыми преимуществами перед тепловыми двигателями. В некоторых случаях, например на космических кораблях и подводных лодках, задача использования воздуха вместо кислорода, связанная с дополнительными трудностями, может не возникнуть, поэтому надеются, что ценный опыт конструирования и испытания более мощных установок можно приобрести до того, как станет необходимым спроектировать топливные элементы, которые будут выпускаться промышленностью и в которых почти наверняка придется использовать воздух вместо кислорода.
Надеются, что это подготовит почву для создания топливных элементов прочной конструкции, которые будут нечувствительны к незначительным местным перегревам и другим воздействиям даже с электродами диаметром порядка метра или более и смогут работать на водороде, содержащем значительное количество примесей. Перед недавно образованной компанией «Энерджи конвершн» ставилась цель содействовать разработке топливных элементов для серийного выпуска; наде1отся, что водородный элемент под давлением будет одним из нескольких типов топливного элемента, которые заслуживают серьезного внимания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
