1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 74
Текст из файла (страница 74)
равд. 1.313). Во избежание промокания поверхности электрода в элементах в качестве электролита используется, масса, состоя- Глава 7И амру-' Глэ 26э щая из М90 с примесью карбонатов натрия, калия и зачастую также лития. Электролит, являясь в техническом отношении твердым телом, в электрохимическом действует как расплав. При этом электролит может быть выполнен в виде диска из М90, пропитанного вышеуказанной смесью солей, нли в виде твердой пасты, состоящей из гомогенной смеси мелкоднсперсного твердого М90 с расплавом солей.
В последнем случае масса электролита может иметь как форму диска, так и форму трубки. Возможна также и такая конструкция, когда электролит образует сплошную массу, в каналах которой поочередно размещаются электроды ') (на фиг, 144 представлен «канальный» элемент Брурса, на Ф иг. 144. Элемеит канального типа Брурса с полутиердым элентролитом, состоящим из ь!1ЧаСОл в блоке из МяО. В электролите имеются отверстия, в которые эставлеиы металлические трубки, являющиеся топливными и воздушными электродами.
фиг. ! 45 — «трубчатый» элемент) . Как уже было отмечено в равд. 1.312, делавшиеся ранее попытки применить в качестве электролита истинно твердые ионные проводники не привели к успеху, нбо не существует достаточно хорошо проводящих ионы твердых электролитов, не обладающих в то же время электронной проводимостью. Исключение представляет лишь Ап!, Далее оказалось, что в противоположность прежнему мнению Давтяна добавление окислов таких многовалентных металлов, как, например, Се и %, не является необ.
ходимым (см. равд. !.313). Контактирующие с электролитом поверхности электродов чаще всего состоят из порошков таких металлов, как Ап— ') Такая же «капальиая» каиструкция топливного элемента с твердым электролитам была предложена еще н 1957 г. советскими исследо. нателями В. С. Даниель-Беком, гы. 3.
Миицам и В. В. Сысоевой (аэтарскае свидетельство Рй 12!!59, опубликованное э «Бюллетеие изабретеиий», Мэ 14 за 1959 г.). — Прим. ред, Саабибенил а состоянии работ па тапдивным элементам 403 для воздушного (или 0,) электрода и Ге, % или смеси УпО с Ап — для топливного электрода (по Чемберсу). Металлическая сетка или перфорированная жесть, на которую прочно напрессовывается порошок, служит как для обеспечения хорошего прижима порошкового электрода к электролиту, так и в качестве токосъемника, хотя и не так хорошо, как электроды (ср. фиг. Зв). Фиг. !45. Пример элемента трубчатой коиструкции Брурсз и Кетелаара с полутэердым электролитом. 4 — неперфорироваггггаз часть иентральиой трубки, авляшшаяся токоотводом; 2 — перфорировзнная часть трубки; 3 — иентральный электрод, состояшнй из проволочной сетки и металлического порошка; 4 — слой электролита; б- внешний электрод из проволочной сетки и металлического порошка; б- токосъемннк; 7- внешний тоноотвод; б- элсктволит без покрытия.
Электролит. состояший вз пропитанной солячв мелкораздробленной МЛО, напрессовывается на Иентральный электрод. При высоких температурах (500 — 800'С) в таких элементах для получения довольно больших плотностей тока (! = 100 маггсмз при У = 0,7 в) может быть использовано даже такое малоактивное в электрохимическом отношении топливо, как СО; при этом заметно поляризуется лишь топливный электрод, а не воздушный, изготовленный на основе Ап (3), Использование водорода даже при высоких плотностях тока приводит лишь к очень незначительной поляризации.
Органические топлива, например метанол СНзОН, также легко реагируют (фиг. 147); даже такие загрязнения, как Н25 и соединения диана, окисляются электрохимически, не отравляя электроды. В рассматриваемых элементах для производства электроэнергии могут быть также использованы и углеводороды, однако, пожалуй, чаще всего это может быть Глава !Х Плолгкоста онодного токо, мотсмг г о д ' В ег 44 йв ев га тг Полный токг о де ток, мо объяснено образованием Нз благодаря имеющему место в присутствии паров воды термическому разложению исходного топлива (одновременно с Н, образуется и СО), Кетелаар и Брурс установили, что такой инертный газ, как СН4 Ф н г. 146.
Вольтамперные характеристики трубчатого элемента ТЗ с полутвердым электролитом, работавшего при 660" С в течение 0 недель. На ре — Нг-Св-анод подавалась смесь СО-СО, различных составов 4указанных на диагРаммей на Ал-кагал подавалась смесь из 71М воздУха и 21Ь Соь СкоРосгь палачи реагентов соогвегс*вуег токачг 11М СΠ— 0,55 и, 20М СΠ— 1,!2 а, ЗЗМ СΠ— 2,24 а, 15М 0,-2,24 а.
(даже в виде природного газа), а также и другие углеводороды, будучи смешанными с парами воды, с помощью подходящих катализаторов (чаще всего йВ) могут быть превращены внутри электродной камеры в СО и Н, и в результате полностью использованы электрохимическим путем (фиг.146), Электродные реакции для СО и Н, могут быть записаны соответственно в следующем виде: катод: О,+ 2СОг+ 4е = 2СОз, анод: 2СОз +2С0=4СО,+4е нли 2НЗ+ 2СОз = 2НЗО+ 2СОЗ+ 4е-.
Сообщения о состоянии работ по топливным элементам 406 Участие СОЗ в катодной реакции подтверждается образованием эквивалентных количеств НЗО и СОЗ при окислении водорода. Без примеси СОЗ к 02 (воздуху) катодной камеры в электролите возникает концентрационная поляризация (ср, равд. Плолгнллтл онодноготоко, мо, гмг ш гд дд Ф и г, 147. Вольтамперные характеристики трубчатого элемента Т9 с полу- твердым алектролитом, работавшего при 700'С в течекие 2 недель. На катод подавалась смесь из 07М возлУха к ЗЗМ Соа, на анод подавались б5М Н, и 55м Соп 1Зм СН,ОН и 87И СО, изи бом СН, и Ззм СО,. Анод состоит из осамдеакых хлопьев Н!, пагод-из Ак, Катод не полнризуегсв при конечной нонцеиграцнв Оь Равной 4Я. СноРосгь подачи Реагентов соответствУет токам; О, — 1 За, Нз- 10 7 а, СНаОН- 2,0а, СН,-4,эа.
1,312). Последняя может быть объяснена сольватацией ионов О, при их движении через электролит молекулами СОЗ (по аналогии с гидратацией ионов в водных растворах). В противоположность большинству низкотемпературных топливных элементов в высокотемпературных элементах продукты реакции СОЗ и НЗО выделяются не в электролит, а в топливный газ. Это обстоятельство способствует разбавлению топливного газа, что в свою очередь затрудняет одновременное получение высоких плотностей тока и к. п.
д. без наступления сильной поляризации. В связи с этим предложено (ср. равд. !.314) выводить из элемента еще относительно бога. тую топливом газовую смесь и пропускать ее через реактор, Глава !Х Сообщения о состоянии работ по гояливным элементам где СОз восстанавливался бы до СО, а обогащенный таким образом газ вновь возвращался в ячейку, образуя замкнутый цикл.
Аналогичная возможность существует также и в случае СНЬ который может быть использован с Н,О. Так как значение Аб реакции холодного горения СО (илн смеси СО с Нз) почти равно значению АН реакции горения угля (или метана), то по крайней мере принципиально становится возможным 100%-ное использование теплоты сгорания этих первичных топлив для получения электрической энергии. Учитывая, что реакция в реакторе носит эндотермический характер, причем количество потребного для ее протекания тепла почти равно по абсолютному значению необратимому зкзотермическому тепловому эффекту — (АН вЂ” Аб) электрохимического превращения,идезльным решением вопроса было бы осуществление теплообмена между элементом и реактором, Горин предложил (ср. равд.
1.3!4, фиг. Зб) соединить в одно целое реактор и топливный элемент, но при этом температура элемента должна быть выше температуры реактора. Напротив, для вышеупомянутого использования СН, внутри электродной камеры найдено почти идеальное решение. В том случае, когда химическая реакция при наличии достаточно большой поверхности катализатора протекает быстрее, чем электрохимическое превращение, по существу имеет место квазиобратимый СНытопливный элемент, хотя СН, участвует в электрохимическом превращении косвенным образом. Хотя высокотемпературные топливные элементы, использующие в качестве первичных такие топлива, как утоль, природный газ и даже нефть, являются более перспективными для получения электроэнергии по сравневию с обычными термическими методами благодаря приблизительно вдвое большему к, п,д.
(60 — 70% против 30 — 35%), на пути их практического применения существует еще много трудностей технологического характера; последние обусловлены слиш. ком высокой рабочей температурой. Ликвидация тепловых потерь в крупных элементах, пожалуй, не составляет особого труда, ибо топливный элемент постоянно — даже при обратимом поведении — выделяеттепло (АН вЂ” Аб =ТАБ); необходимая для обеспечения циркуляции газовой смеси мощность представляет вполне прием. лемую часть электрической мощности самого элемента. Напротив, гораздо труднее решить проблемы продолжительности жизни и «химического короткого замыкания», возникающие из-за растрескивания электролита; для избежания высокого внутреннего сопротивления элемента расстояние между электродами, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
