1598005406-c7dd8660448dd542c8c2f5c17a2e095d (811207), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Р о и 6 ! а э Р. 1., 1. 1 е Ь Ь а 1 э !с у Н, А., О ел. Е). Ест., Л~1у 1958 2. Са1гпэ Е. Л, Роек(пэ Р. Ы, Г«!ебгас1» 1.. %., А)СЕ, 1. 55 (!96!). 3. Е ! е Ь Ь а 1 э й у Н. Л, Р о и 6 1 е э Р. Е, ЛБМЕ, р эрег ) 3 59 $ А 22, ' 959. 4. М ! е с( г а с 1» 1.. ТЧ, Ргос, !Зри Лпп. Ро»»ег Боигсеэ Роп!'., !3, 120 (1959). 5. 1. ! еь!» а ! ей у Н, Л, 7 Е1ес1гос(гани Бос, 106, 1068 (1959), 6, Ол г и Ь Ь )Ч.
Т., М ( е б г а с Ь 1.. ЪЧ., 1. Е1ес1госйеаь Бог., 107, 131 (1960). 7. В о п е Л Б., О ! 1 п» а п 8., Х 1 е б г а с !» 1.. 1Ч., К е а б М Р., Ргос. 15рп Лпп. Ротчег Боигсгэ Соп1., 15, 1961. 8. 1 ! е5 1» э !э Ь у Н. А, Р о г1 31 э э Р, 1.„)пж апд Епдпйг. С(геи».. 52, 293 ( Б060), 9. 1.!еьйл(э!су Н. А., Ы!сдгасй 1.. Ч»»., 1 Етааьпп )п»Г., 269, 257 (1960). 10. Р о и Кт! э э Р 1, 1.(е Ь Ь э (э и у Н. Л., Р(уэгсл тааивл 13, 26 (!9601, Н. !.(с Ь Ь в 1 я Ь у Н Л., О г и Ь Ь АЧ.
Т., АЕБ1, р. 1183 (1«Х)1) 12. 1.1е Ь Ь а (э Ь у Н. Л., (п('гпаг. Бег. апб Тес)>лог, 1, 54 (1962) 956. СООБШЕНИЕ О СОСТОЯ!!ИИ РАБОТ ПО ТОПЛИВНЫМ ЭЛЕА(ЕНТЛА(, ПРОВОДИМЫХ ФИРМОИ «ЛЛЛПС-ЧЛЛМЕРС» Митчел Потребности века космоса и нужды обороны в энергетических источниках основного и вспомогательного назначения оказали влияние иа направление исследований по топливным элементам, их разработку и технологическую часть в ваучпо- Сообщения а састалниа рибат по тоилиангллг »лег!ентал! 432 исследоввтельских лабораториях фирмы «Аллис-Чалыерс» (г.
Мильвоки, шт. Висконсин). Первонвчально технологи фирмы заинтересовались топливными элементами как эпергетиче. скпм источником главным образом применительно к тракторам, тяжелым грузовикам и землеройным мвшипам и специализировались на нпзкотемпературых элементах невысокого Ф и г. 155. Оборуловаиие для исследования явлений, про~исходящих иа отдельных электролах, используемое в иаучио-исследовагельских лабораториях фирмы «Лллис — Чалмерс».
давления для транспортных средств. Однако всеобщее увлечение космонавтикой не могло со временем не скззаться на расширении программы исследований и по линии этой фирмы. В нвстоящее время значительное усилие направлено нв технологическую разработку низкотемпературного газового элемента низкого давления, использующего водород или аммиак в качестве топлива и кислород илп воздух в качестве окислителя, а также на разработк) элементов на жидком топливе, которые работают при температурах, огрвниченных температурами кипения топлива, окислителей или электролитов, Испытания из длительность работы проводятся с элементами, используя>щими в качестве топлива спирты, гидразин, растворы аммиака и растворенные сложные гидриды и в качестве 438 Глава 1Х окислителя перекись водорода, четырехокпсь азота, кислород или воздух.
Топливные элементы с жидкими реагентами работают и в щелочном и в кислом электролитах, Также неук.тонно возрастает интерес к изучению технологии высокотемпера- Ф и г. 156. Аппаратура, используемая для испытаний электродов с помощью стабилизированного постоянного тока в научно-исследовательских лабораториях фирмы «Аллис — Чалмсрс». турных топливных элементов высокого давления с метаном и газообразным аммиаком в качестве топлив.
Превращение химической энергии в электрическую было главной целью; однако наблюдаются определенные успехи в использовании топливного элемента для химического синтеза в отдельных случаях. Достижения в технологии топлив и структурных материалов опираются на теоретическое исследование кинетики электродных процессов, катализа массопереноса и т. дп поляри- Сообщения о состоянии работ ло говяивнын вдвиенгам 439 зацнонные эффекты и кинетики электродных процессов изучаются на отдельном электроде с помощью такого оборудования, как показано иа фпг. 155.
На фиг. 158 представлена аппаратура для испытаний электрода с помощью стабилизированного постоянного тока. Ф и г. 157. Фотография большой водородно-кислородной тонлнвнои батареи, состоящей из 48 элементов, работающей при комнатной те»перзгуре и атмосферном давлении. Батарея проработала непрерывно свыше 4500 нас. Погон ее выключили н исследонали результатгк продолжительной работы (лаборатории фирмы «Аллис — Чалиерс», 1960 г,). Установленная надежность в работе низкотемпературного элемента низкого давления с газообразным аммиаком или водородом в качестве топлива и с кислородом или воздухом в качестве окислителя стимулировала разработку систем, создаваемых для этого конкретного типа элемента.
Для мпощгх систем были проведены испытания на длительность работы. На фпг. 157 показана водородно-кислородная топливная батарея, которая проработала непрерывно свыше 4500 час. Потом ее выключили и исследовали результаты продолжительной работы. На фиг. 158 дана вольтамперная характеристика для модели из четырех элементов, испытывавшейся на ста- Г.тяаа тХ 440 700 700 ! Я 60 о х х хы О О О.а о, х х у х х х х О о с о Ю х бильность действия, после 1 часа работы и потом снова после 700 час.
работы. Во время этих нспытаннй нагрузка поддерживалась постоянной порядка !18 .нагсне. Сепчас фирма «ЛллнсБЧалагерс» выпускает в продажу водородно-кислородные установки мощностью от ! до 100 квт для специальных 0 0 уг 1ас 777 ЗББ «Ба гла БрБ 70Б 1, иахрвтг 0 70 00 Б0 Б0 100 1«0 100 100 б а Ф и г. !58. Исныган11е срстеыы нолоролно-кнслороляого алечеита на стабильность работы а научно-исслелояагельскнх лабораториях фирмы «Аллис — сралыерстт.
Рхолель вэ четырек воаорокно-кнслорокныт элсыентов1 теысхратгра 05 Гч лавленн. О,зо а ви; охическое совротквленне 0,0014 ом; нлоныль электрола 710,5 смч* — 1 час восле вачааа раооты; — — — 70 час восле начала рааоты назначений. На фнг. 169 представлена установка из 20 элементов вместе с системой контроля, конденсаторами и системой циркуляции. Этот элемент проектировали так, чтобы при непрерывной работе он давал мощность 1 квт.
Очевидно, в случае необходимости эта установка хнтжет быть еде.чана компактнее. На фнг. 160 показана система, которая прошла испытания в весьма жестких условиях. Эта скстсма на 100 вт была построена в 1962 г. для испытаний на космических кораблях. Она сохраняла рагботоспособность в течение по крайней мере о о:т ты ' аыо х х ст ы х хо х ы х а= л$, О хоы х ;х о'х о х ы~ и ох.л ыо л х хЕсф ет х х х х ххо Я эх о с О О х х ыо х х О х зх х О о е о х . о ох в' х о. о оо х о о сь ы о Ох х в о, 3 э с сд . О О' Х то о х х ей Сооби!ения о состоянии рабат но тонливнмм элементам 443 Глава тХ 442 80 сея, в состоянии невесомости и подвергалась сильной ви- брации, ускорению и толчкам.
Исходя из требований надеж- ности работы, эту систему проектируют точно по заданной удельной мощности на единицу веса и объема. Топливный элемент с газообразными топливом и окислителем Укажем некоторые особенности, характерные для элемента с газообразными топливом и окислителем фирмы «АллисЧалмерс». Отдельный элемент состоит из пористых никелевых топливного и кислородного электродов с нанесенными на иих соответствующими катализаторами толщиной 0,7! мм каждый. Щелочной электролит находится в листе асоеста или подобной пористой основы толщиной 0,76 мм, который обладает высокой всасывающей способностью по сравнению с пористыми электродами. Электроды и прослойка, содержащая электролит, зажимаются между оправами для электродов с низким электрическим сопротивлением.
Поверхность оправ ' с каждой стороны элемента подвергается механической обработке так, чтобы обеспечить равномерное распределение топлива и окислителя по поверхности электродов. Эти оправы выполняют четыре функции: обеспечивают распределение газа в элементе, служат теплопроводящими средами, являются проводниками электронов от одного элемента к соседнему при последовательном соединении нескольких элементов и служат каркасом установки. Пористая прослойка с высокой всасывающей способностью обеспечивает контакт электролита с электродами, предотвра!цаст смешивание газов и облегчает удаление воды, образовавшейся в ходе реакции.
Контролируя упругость пара топ. лиза относительно упругости пара электролита в прослойке, можно поддерживать влажность элемента равновесной, что искл|очает разбавление электролита, неожиданное высыхание или затопление. Лля обеспечения безопасности и надежности работы пористую прослойку проектируют так, чтобы она выдерживала перепад давления между ее поверхностями 7 агм Используя такую систему, распределение пор по радиусам в электродах можно варьировать в довольно широких пределах и можно обойтись без гидрофобизации электродов. Рабочие параметры элемента с газообразными реагируюн4ими веществами фирмы «Аллис-Чалмерс», использующего в качестве топлива водород, след)чощие: напряжение 0,78 в с элемента при плотности тока 140 ма7см' и удельной мощности 48 ет)кг или свыше 50 кваме. Насосы илн циркуляционные системы для электролита не используются; нагрузки допустимы до 1О д, так как они не вызывают никаких изменений в системе топливного элемента.
Аммиак является идеальным топливом для описанного выше элемента. Он недорогой и легко транспортируется. Побочные продукты (азот и вода) позволяют использовать щелочные электролиты. При температуре 77' С были получены плотности тока 170 лксм' при напряжении 0,3 о. После непрерывной работы при испытаниях на стабилыюсть действия активность падает до 50 ма/см' при напряжении 0,3 в, давая таку1о удельнчю мощность !отношение мощности к объему), которая считается неудовлетворительной для промышленного применения.
Периодически в элемент можно вводить химические добавки, которые будут восстанавливать или активировать систему; это усложняет проблему и уменыпает надежность работы всей системы в настоящее время. Поток газообразного аммиака уносит влагу и азот; одяако была разработана рециркуляционная система, которая позволит аммиак из выпускаемых газов возвращать обратно в топливный элемент после удаления побочных продуктов. Очевидно, из этого следует, что и аммиак и спирт могут быть преобразованы вне элемента, и в качестве топлива в элементе можно использовать полученный водород, Топливный элемент с жидким топливом и газообразным окислителем В прототипах батарей топливного элемента мощностью до !000 вт исследуются в качестве топлива метанол и другие спирты при использовании в качестве окислителя воздуха или кислорода в кислых и щелочных электролитах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
