1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Прогресс в других областях, особенно в области водородно-кислородных систем, сделает, по-видимому, возможным в следующем году испытание некоторых опытных образцов элементов в полете. Материалы топливного элемента Текущая програмлта исследований по топливному элементу армии США является преимущественно программой исследований прикладного характера, а не разработки новых систем топливных элементов. Это обусловлено, по крайней мере частично, тем фактом, что некоторые работы, которые ранее финансировались частными лицами и правительством, пришлось задержать или прекратить, когда стало очевидным, что многие химические проблемы и проблемы материалов еще не решены. Сообщения о состоянии работ оо тоалив ныл элементам 413 Глава 1Х 412 Например, согласно договору с армией, «Спир карбон компани» разрабатывает методы изготовления пористых угольных электродов с удельной поверхностью 50 — 200 ми/г и размерами пор порядка 2 — 4 мкм.
Цель этой работы заключалась в изучении влияния условий изготовления электродов на их физические свойства и разработке методов гидрофобизации. Предварительные данные показывают, что материалы, которые сильно графитированы, мало пригодны для использования в топливных элементах. Фирма «Энгельгард компани» исследовала каталитическую активность благородных металлов, осажденных на порошки угля, с целью использования их в качестве кислородных электродов в растворе серной кислоты. В этих условиях платина оказалась наиболее активной среди благородных металлов.
Ее активность не зависела от того, использовалась . ли она в чистом виде или наносилась в количестве 10 — 30о/о на порошок угля. Согласно третьему договору, касающемуся материалов для топливного элемента, также финансируемому войсками связи армии США, профессор Грегор (Бруклинский политехнический институт) проводит исследование выпускаемых промышленностью ионообменных мембран и разрабатывает новые типы. В этом году идея использования твердых мембран вместо жидкого электролита приблизилась к практическому осуществлению, поскольку сотрудники лабораторий фирмы «Дженерал электрик» представили батарею на 200 ет, создание которой финансировалось армией и флотом; она работает на водороде и воздухе с катионообменными мембранами в качестве электролита (см.
фиг. !54), Для разрешения проблем уменьшения веса и сохранения стабильности работы батареи, обусловленные частично высоким электрическим сопротивлением и низкой химической стабильностью формальдегидфенолсульфоновой смолы, используемой в топливных элементах, «Дженерал электрик» разрабатывает полимер с улучшенными свойствами. В связи с работой для инженерных войск «Дженерал электрик» разработала два новых вида электродов, активированных катализатором. При изготовлении одного типа электрода паста порошка катализатора наносится на металлическую сетку с последующим высушиванием и гидрофобизацией с помощью высокоуглеродистого парафина при комнатной температуре.
В другом типе для связывания катализатора на электроде используется тонко измельченный' тефлон; спекание проводится при 350'С. Хотя оба вида элек- тродов предназначались для экспериментальных целей, по- следний из указанных может найти также н практическое применение. Углеводороды как топливо а низкотемпературных элементах Несмотря на большой интерес к использованию углеводородов в низкотемпературных топливных элементах, из опубликованных по данному вопросу' сведений следует, что в прошлом году особых успехов в этом направлении не было достигнуто.
Однако было изучено электрохимическое поведение низших спиртов и продуктов их окисления. Это объясняется тем, что большинство организаций, заинтересованных в использовании углеводородов, начало исследования с изучения спиртов (ср. Равд. 9.21). Например, при выполнении работы, которая финансировалась «артиллерийско-техническим корпусом», фирма «Калифорния» изучила механизмы и скорости реакций окисления в кислом электролите, взяв за исходное вещество метанол.
Было установлено, что промежуточными продуктами являются формальдегид и муравьиная кислота и для промотирования реакций необходимы свободные с(-связи в катализаторах. Вполне возможно, что обнаружится подобное влияние свободных /-связей на реакцию. Фирма «Аллис — Чалмерс» работала над элементом, в котором в качестве топлива использовался метанол и в качестве окислителя — кислород. Такой элемент позволял снимать ток порядка 60 ма/см», удельная мощность составляла 14,1 квт/м'.
Эта компания работала также над элементом, топливом в котором служил метанол, а окислителем — перекись водорода. Плотность тока, снимаемая с этого элемента, составляла 45 ма/см' при напряжении 0,3 в, а его удельная мощность — !7,7 кет/мэ (ср. Равд. 9.56). Исследование, проведенное во Французском институте нефти, показало, что в топливном элементе с щелочным электролитом при окислении изопропилового спирта количественно образуется ацетон, тогда как основным продуктом окисления нормального пропилового спирта является пропионовая кислота.
Хотя сейчас использование топливного элемента как химического реактора является второстепенной по своему значению проблемой, можно себе представить, что в космических полетах человека на большие расстояния такое использование источника энергии, вероятно, будет целесообразным. Глава ГХ 414 Сообщения о состоянии работ яо тоиливным элементии 415 Биохимический топливный элемент В связи с проблемой космических полетов человека на большие расстояния следовало бы упомянуть о биохимическом топливном элементе, сообщение о разработке которого произвело самое сильное впечатление из всех сообгцений за год об исследованиях в области топливного элемента (ср. равд. 1.5).
Хотя эта идея еще только возникла и пока сравнительно немногие организации заняты ее разработкой, исследование уже ведется по трем направлениям: 1) попытки имитировать биологические процессы, 2) возможное использование биологических материалов как катализаторов и 3) использование простейших живых организмов для разрушения органического вещества и получения жидких топлив, пригодных для прнмененпя в топливных элементах. Если бы такое разрушение органического вещества с помощью живых организмов когда-либо стало практически осуществимым,это было бы использовано для удаления органических отходов во время космических полетов.
Высокотемпературные топливные элементы Как я уже упоминал, работа по использованию углеводородов в низкотемпературных топливных элементах еще только начинается, и основная задача в этой области заключается в выборе подходящего катализатора, Иначе обстоит дело с высокотемпературными системами: в Англии Чамберс недавно сообщил, что в фирме «Саиде плейс» топливные элементы работали в течение 1000 час при 650' С, плотности тока 75 ма/см' и напряжении 0,8 в. В этом случае метан или пропан предварительно обрабатывались в печи парового риформинга, но вполне возможно, чтобы та же реакция происходила в самом элементе, что и было сделано в Институте технологии газа.
По договору с Европейским исследовательским отделом армии Брурс и его сотрудники в Пентральном техническом институте в Голландии исследовали способы изготовления газонепроницаемых электролитов, пригодных для использования в высокотемпературных элементах. Они установнли, что горячее прессование и литье под давлением являются луч. шими методами для изготовления плотных агрегатов электролита окись магния — карбонат щелочного металла с пред.
варительно вставленными в него электродами. Хотя воздушный электрод дает возможность получить плотность тока порядка 100 ма/смт, топливный электрод не позво. ляет снимать более 20 — 50 ма/см', Самое длительное ис. пытание электрода продолжалось несколько меньше 2 месяцев. В исследовательской лаборатории «Вестингауз» при изучении водородно-кислородных элементов, электролитом в которых служили расплавленные карбонаты, была получена плотность тока 230 ма/смт при напряжении 0,6 в. При использовании природного газа, т.
е. в основном метана, плотность тока составляла 130 ма!ем' при том же напряжении и температуре 580'С. Продолжается работа над элементами, действующими при температуре около 1000'С, с твердым электролитом (окись кальция, стабилизированная цирконием). Водородно-кислородный топливный элемент при плотности тока 40 ма/см' работал стабильно, В одном элементе порошок угля был использован как «поглотитель» кислорода, хотя уголь, как топливо, по-видимому, невозможно использовать даже для этой системы. Водород Разработка в Англии первого варианта топливного элемента Бэкона была прекращена несколько лет назад в основном по экономическим соображениям; сложное и дорогое оборудование для создания высокого давления и высокая стоимость чистого сжатого водорода и кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
