1598005413-fed7095c5cc635c55b82ef4e37ea2648 (811209), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Ресурс удалось значительно повысить (число циклов до 5000-1200, значение суммарного заряда — до 2000 А ч/смз) путем тщательной очистки исходных материалов применением однородных по размеру исходных частиц электро лита (2-4 мкм) и совершенствованием технологии. Тверд~~ электролиты имеют форму либо тонкостенных (толщиной 1-4 мм) пробирок длиной до 0,6 м, либо тонких дисков. Технология изготовления включает ряд стадий: пРокаливание пРи темпеРатУРе 1200-1400'С смеси а-А)202 с карбонатом натрия с добавкой небольшого количества 142О (0,7% в массовых долях) или М80; формование электролита путем изостатического прессования, экструзии или электрофоретического осаждения из раствора порошка в органическом растворителе, спекание при температуре 1500-1700'С в герметичном сосуде (для предотвращения улетучивания 1та20), изготовленном обычно из М80. Положительные электроды.
При разряде сера вос. станавливается до полисульфидов натрия Ха28я Ха288, при заряде происходит электроокисление полисульфидов до серы или полисульфидов с высоким содержанием серы. Процесс на электроде очень сложен, наряду с электрохимическими протекают химические стадии, например 289 39 + 58. 2 Элементарная сера не проводит электрический ток. Поэтому она помещается в пористую графитову)о матрицу. К концу разряда образуется двухфазная система — жидкая сера и жидкие полисульфиды.
При этом сера может изолировать электролит от токоотвода, что приводит к повышению внутреннего сопротивления ЭА. Для предотвращения этого явления обеспечивают тесный контакт пористого графита с электролитом. Кроме того, на поверхность электролита наносят слой, состоящий из смеси войлокообразных глинозема и графита, хорошо смачиваемой полисульфидами натрия, что ускоряет перемещение полисульфидов к электролиту. В ЭА с таким электродом обес. печивается почти полное окисление полисульфидов до серы за относительно короткое время (до 95% за 5 ч). Однако при высо.
ких плотностях тока (выше 1 кА/мз) полностью окислить поли. сульфиды до серы не удается, Так как расплавленная сера очень агрессивна, то токоотво. дами положительного электрода могут быть лишь провод ики 228 Рис. 4.9. Серно-натРиевый ЭА с пентРальным серным электродом (а) и ЭА с центральным натриевым электродом (бд 2 1 — крышка; 2 — корпус; 3 — отрицательный электрод; 4 — электролит; 5 — положительный электрод; 6 — токоотвод; 7- резервуар с натрием Б Б 1 7 б Б устойчивые по отношению к сере, например молибден, хром и алюминий. Обычно используется алюминий, покрытый слоем сплава с высоким содержанием хрома и тонким слоем графита. Отрицательные электроды.
На электроде протекает обратимый процесс: Заряд Ха Ха + е . Разряд Реакция идет с высокой скоростью. К нежелательным явлениям при работе электрода относится неполное смачивание электролита натрием, возникающее при повышении температуры выше некоторого предельного значения, зависящего от структуры и состава электрода. Ухудшение смачивания происходит, например, при наличии в электролите некоторых примесей (кальция и др.). для улучшения смачивэния натрием электролит покрывают тонким слоем свинца, осаждаемого из ацета. та свинца. Аккумуляторы.
БольшинствоЭА имеет трубчатую конструкцию. Применение дисковых и других плоских электролитов связано с большими трудностями герметизации ЭА. Используются две разновидности трубчатых ЭА (рис. 4.9). В одной из них внутри трубчатого электролита находится серный электрод(рис. 4.9, а), в другой — натриевый электрод (рис. 4.9, б).
Применение центрального серного электрода упрощает антикоррозионные меры. Такие ЭА разрабатываются в Англии. Трубки электролита длиной 0,3, толщиной стенки 1,8 10 ' и внешним диаметром З,З 10 * м заполняются графитохым 229 волокном, пропитанным серой. Около электролита графи~ находится в смеси с глиноземом. Токоотводом служит алюми. ний, защищенный слоями нихрома и графита.
Электролит с центральным серным электродом помеща|от в трубку (корпус) ЭА, В кольцевом зазоре между корпусом ЭА и электролитоы находятся графитовые шарики, промежутки между которымя заполнены натрием. Графитовый заполнитель нужен для уменьшения количества свободного натрия, который может взаимодействовать с серой в случае образования трещин или разрушения электролита. Большинство разработчиков исполь зуют конструкцию ЭА с центральным натриевым электродом.
В этом случае сера находится в кольце между электролитом и корпусом ЭА. Для повышения безопасности работы ЭА камеру натриевого электрода заполняют пористыми веществами из керамики, стекла или металла. Для повышения коррозионной стойкости применяются мно. гослойные корпуса. Например, японская фирма "Юаза Бэтери" предложила корпус, состоящий из слоев Ре - Сг - А! — сплава, диффузионного слоя А! - Сг в стали, хромированной малоуглеродистой стали и графитового покрытия.
Разработанные ЭА имеют следующие характеристики. Напряжение при разряде изменяется от 1,35 до 1,76 В (Хр = 1 кА/мз), при заряде — от 2 до 2,4 В. Удельная энергия (3-8-часовой разряд) 120-235 Вт кг и 190-420 кВт ч/м', КПД ЭА в среднем 75-85%, наработка 1000-5000 циклов, срок службы — до 26000 ч. Батареи ЭА. Аккумуляторы в батарее соединяют либо последовательно, либо параллельно в блоки, последние в свою очередь параллельно или последовательно - в батарею. Для обеспечения надежности работы ЭА предусмотрено отключение параллельно работающих и шунтирование последовательно соединенных ЭА.
Батарея ЭА имеет термоизоляцию и системУ поддержания температуры ЭА в заданных пределах. Соответственно удельная энергия батареи меньше энергии отдельных ЭА и составляет 70-150 Вт ч/кг и 300-100 кВт ° ч/мз при = 0,2-:0,5, КПД 75-80%. Разработаны и испытаны батареи ЭА с энергозапасом до 50 кВт ° ч (Великобритания), 12 кВт ° ч (США), 80 кВт ° ч (10 кВт) (Япония).
Готовятся к испытанию установки с энергозапасоы 500 кВт ° ч (100 кВт) (Великобритания и США) и до 3 МВт ч (1 МВт) (Япония) и разрабатывается установка с энергозапасоы 100 МВт ° ч (США и Великобритания). 230 »Кл айд Сайлент Пауа" (Великобритания) !1531 объявила о готовности приступить к массовому производству ЭА. Удельные капитальные затраты оценива|отся в пределах 10-40 долл/(кВт ° ч) (при 5-8-часовом разряде), причем удельные затраты на реагенты не превышают 10% стоимости батареи ЭА.
Энергоустановка на основе ЭА оценивается в 150 фунтов стерлингов на 1 кВт, при этом на дол|о аккумуляторов приходится 1/3 затрат. Другие разновидности аккумуляторов. Дляснижения рабочей температуры рекомендуется вместо чистой серы применять смеси серы с хлоридами серы и алюминия, а также растворители: диметилформамид, диметилацетамид, этиленгликоль и др. 1154!.
Аккумулятор с раствором католита имеет рабочую температуру 150'С. Это упрощает его эксплуатацию, уменьшает коррозионную активность окислителя. Однако пока ! плотность мощности и КПД этого ЭА значительно ниже, чем у ЭА с расплавом серы. Предлагается также замена серы другими окислителями 1421, например, Ре +, РЬС!з, Сг02, Вгз. Фирма "Доу Кемикал Ко" (США) разработала ЭА, в котором электролитом служат ионопроводящие (по Ь)а+) тонкостенные (10 мкм) стеклянные капилляры диаметром 80 мкм, внутри которых находится натрий с токоотводом, а снаружи — сера.
Аккумулятор имеет высокий КПД вЂ” 80-90%, невысокую стоимость 30-40 долл/(кВт ° ч). Однако ресурс пока составляет 300 циклов. Создана батарея из 1000 ЭА. 4.4.2. Высокотемпературные ЭА с литиевым электродом. В качестве отрицательного электрода высокотемпературного аккумулятора может быть литий, а электролита — расплавленные и твердые ионные проводники.
При разработке высокотемпературного аккумулятора с литиевым анодом основное внимание было уделено ЭА с расплавленными электролитами, работающими при температурах 400-480'С (42; 135, с. 271-274, 320- 326!. Электролиты. Так как в процессе работы ЭА образуются и ! переносятся от электрода к электроду ионы лития, то ионный проводник должен их иметь в своем составе. Для уменьшения температуры плавления к соли лития добавляется соль калия, обычно используются эвтектические смеси Ь|С! - КС1 (температура плавления 352'С), Ь!С! — КС! — Ь|23 или Ь!С1 — Ь!Е - Ь1Вг. Бо- 231 лее устойчивым является электролит на основе смеси галоге. нидов лития.
Недавно была предложена смесь с температурой плавления 310'С (45, с. 1048-105Ц. Состав смеси (в молярных долях): Ь!С1 — 25, ЫВг — 37, КВг — 38%, Зти смеси находятся либо взагущенном состоянии в сочетании с порошками МЯО или Ь!А!Ох,либо в порах матрицы из М80, ВХ или Ег03. Отрицательные электроды. Жидкий литий раство ряется в расплаве хлоридов и вытесняет калий из расплава. для повышения устойчивости электрода используют сплавы лития с алюминием или кремнием, находящиеся при рабочей темпера. туре в твердом состоянии. Применение сплавов вместо лития увеличивает ресурс ЗА, но уменьшает разрядное напряжение аккумулятора примерно на 0,3 В. Положительные электроды. На первом этапе разработки высокотемпературных ЗА в качестве окислителей использовали хлор, серу, селен и теллур.
Однако из-за трудностей достижения требуемого ресурса было предложено использо- вать сульфиды железаГеБ и ГеБЗ, дальнейшие работы были в основном сосредоточены на разработке ЭА с сульфидными электродами. Реакции, протекающие на сульфидных электро. дах, можно представить уравнениями: Разряд ГеЯ + 2е Ге + Яз, (4.46) Заряд Разряд ГеБ3 + 4е Ге + 28'-. Заряд (4.47) Потенциал реакции (4.47) положительнее потенциала реакции (4.46) примерно на 400 мВ, теоретическая удельная емкость Гебз примерно в 1,5 раза выше емкости ГеБ. Однако ГеЯ3 дороже ГеЯ и менее устойчив, поэтому наряду с электродами из ГеБЗ и ГеЯ применяют электроды, содержащие смеси этих окислите.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
