1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 78
Текст из файла (страница 78)
равд. !.313 и 9.3!). Для современных рсгенеративных систем Агрусс из «Дженерал моторс» как главные трудности называл поляризационные потери, внутреннее электрическое сопротивление и сложные устройства для хранения химических веществ. Для водорода это последнее препятствие, вероятно, можно преодолеть, накапливая его прямо в никелевом электроде, как предложил Юсти (ср, равд, 2.7).
В настоящее время топливный элемент находится на такой стадии развития, как двигатель внутреннего сгорания двумя поколениями ранее. Однако я уверен, что мы будем иметь эффективные, надежные в работе топливные элементы с большим сроком службы значительно быстрее, чем потребовалось времени на разработку двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, уже прошло 160 лет с тех пор, как Хамфри Дэви впервые высказал идею о возможности создания топливного элемента. 9.52.
ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В ФИРМЕ «ЭССО» Хнф Фирма «Эссо» (Линден, Нью-Джерси) ставила целью исследования в области топливного элемента разработку таких элементов, которые могли бы найти широкое применение. Чтобы решить эту задачу, программа исследования была на- 27« Глоеа !Х 420 Сообгяенил о состоянии работ но тонлиеньг.к элементолг 421 правлена на использование недорогих углеводородов в эле.
мептати действующих прн низких и средних температурах и давлениях. Практический подход к этой проблеме выдвигает дополнительные требования. Эти элементы должны окнслять углеводороды полностью и электрохнмически п давать высокие плотности тока при небольших поляризациях. Первое и второе из этих требований выполнены; исследование с целью повышения электрохимической активности топливных элементов продолжается.
Материальные и энергетические балансы для усовершенствованного элемента Бэкона показали, что электрохимическое окисление этапа идет до двуокиси углерода') (фиг. 148). Эти балансы были получены при температуре 205'С и давлении 28 атм в 27е)е-ном растворе КОН, В качестве окислителя использовался кислород. На пористом диффузионном угольном электроде, содержащем катализатор особой структуры, этан прп окислении давал 13,9 электрона на 1 молекулу; теоретически при окислении этапа получается 14 электронов на 1 молекулу. В процентах от прореагировавшего углерода окисление на 97г!о идет до СО.
и на 3 ого — до муравьиной кислоты. Никаких других продуктов обнаружено нс было. Болыная часть кислорода потребляется при электрохнмпческом окислении. Баланс по кислороду показал, что 93,3о)о его прореагировало с этапом электрохимически. Остальной кислород прореагировал с этапом химически и не дал электричества. При этих условиях с углеводородами были получены высокие плотности тока. В описанном опыте сначала плотности тока превышали 100 ма)слгт при напряжении 0,92 в.
Однако из-за промокания электрода плотность тока падала до 7 ма)саек прн напряжении 0,17 в после 0,5 — 1 нас и потом оставалась постоянной в течение 28 иас. Этн значения не являются максимальными из тех, которые могут быть получены В других опытах с улучшенными электродами плотности анодного тока 30 ма)смэ поддерживались при поляризации 0,20 в. Наряду с тем, что интенсивно изучалось окисление этапа, в топливных элементах также были окислены водород, метанол и ряд газообразных углеводородов. В то время как аа ранних стадиях исследования использовались щелочные электролиты, теперь применяются электролиты, не накапливаю- ') Н е э 1Ь С.
Е, 'йг о г э Ь а пт С. Ни Агп. Сьепт. Бос,, )Чэ1, Мее)!пн, Сшслко, 1шпонь Бер1. 3 — 8, 196). щие СОз. Элементы работают при различных условиях— температуре от 20 до 200'С и давлении от 1 до 28 агм. Эта работа в фирме «Эссо» показала, что углеводороды отвечают главному требованию, предъявляемому к ннм при Ф и г, 148. Фотогрлфня видоизмененного элементе типе элемента Бэкона, используемого лля опытов по электрохимнческому окислению СэН, фермой «Эссен использовании в топливном элементе, — полностью окисляются электрохнмпчески.
Создание практически работающих элементов зависит от сохранения н улучшения электрических характеристик, достигнутых на сегодняшний день. Это и будет целью дальнейшего исследования. Глава !Х Сообщения о состоянии работ ло толливным элемента,и 423 9.53. ВОЛОРОЛНО-КИСЛОРОЛНАЯ БАТАРЕЯ С УГОЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОЛАМИ ФИРМЫ «ЮНИОН КАРБАИЛ» Кордеис Разработка топливного элемента в фирме «Юнион кар- байд» уже была подробно описана. Характеристики водород- ного и кислородного угольных электродов достаточно извест- . ны из материала предыдуших глав, Менее подробно описан (и то лишь в журналах) достиг- нутый за последние 2 года огромный успех, который позво- лил перейти от многообещающих лабораторных элементов к технячески пригодным батареям.
Для того чтобы найти приемлемое производственно-техническое решение, потребо- валась не только конструкторская работа, но и глубокое изу- чение научных основ, позволившее видоизменить методы из- готовления, активации и повышения каталитической актив- ности электродов. В первых лабораторных элементах угольные электроды были изготовлены в форме трубок. Эта форма наиболее удоб- на для проведения экспериментов, так как Национальная угольная компания разработала крупносерийный метод прес- сования таких трубок, применяемых в качестве углей для дуговых ламп.
Для создания соответствующей пористости, естественно, пришлось изменить соотношение между основ- ным и связующим материалами. Решению вопроса помогло то обстоятельство, что трубчатый электрод обладает обра- зующейся при прессовании пленкой с определенной пори- стостью, Первые водородные угольные электроды позволяли сни- мать токи плотностью !Π— 20 ма/см', кислородные электроды давали более высокие плотности тока, если работали с чи- стым кислородом, и несколько меньшие при работе на кисло- роде воздуха.
Естественным следствием последнего соотно- шения явилось создание топливных элементов с концентри- чески расположенными электродами (ср. фиг. 4в). Однако в период 1958 — 1959 гг. настолько были улучшены катализаторы, что стали возможными плотности тока 50— 100 ма/см' при достаточно высоком к. п. д.
(-75% при на- пряжении 0,9 в); в !960 г. на тонких высокопористых элек- тродах были получены плотности тока порядка нескольких ампер иа 1 слет при напряжении элемента 0,7 в (без учета сопротивления). Хотя время жизни этих весьма эффектив- ных электродов составляло лишь несколько часов, проведен- ные опыты показала, что работа обычных электродов с тол- щипай стенки от 2 до 3 мм ограничивалась процессами переноса, а не катализа. Причина ограниченной продолжительности жизни этих высокоэффективных электродов заключается в уменьшении их внутренней поверхности, На кислородном электроде это происходит благодаря разрушению поверхности, образующейся на элементе перекисью водорода; на водородном электроде водяной пар (при таких высоких плотностях тока элементы нагревались до температуры свыше 100' С) заполняет мелкие поры и тем самым препятствует подводу газа, Эти предназначенные для специальных целей электроды не были гидрофобизироваиы.
Расположение в виде параллельных пучков хотя и улучшило распределение тока между отдельными трубчатыми электродамп, но все же не устранило свойственное длинным трубкам значительное омическае падение напряжения: вследствие это~о увеличение плотности тока было связано с резкиьг снижением к. п.д. Были начаты новые разработки по созданию плоских электродов. Прошло оольше года, прежде чем были получены электроды с равномерными пористостью и активностью, а также достаточно ровные и прочные, чтобы их могкио было запрессовывать в оправу из пластмассы.
В настоящее время могут быть изготовлены (в почти непрерывном технологическом процессе) плоские электроды размером 35 Х 40 см и толщиной 3 — 5 мм. Кроме того, стало возможным уменьшить до долей миллиграмма на 1 см' расход необходимых катализаторов из редких металлов. Тем самым был принципиально решен вопрос стоимости изготовления электродов. На фиг. 149а приведены вольтамперные характеристики современных изготовленных производственным способом в небольшом количестве (до разрешения на свободную продажу) пластинчатых электродов.
Чтобы дать представление о способности электродов выдерживать перегрузки, характеристики сняты вплоть до высоких плотностей тока. Однако для продолжительного н наиболее экономичного режима работы была выбрана плотность тока порядка 50 — !00 ма/см', При превышении этих плотностей тока топливо используется хуже.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
