1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Теория электролитов. Современные теории (термо- динамика, теории структурных свойств электролита, про- цесса переноса н т. д.) ограничены процессами в раз- бавленных растворах н более 30 лет не подвергались существенным изменениям, До снх пор нет удовлетво- рительного математического описания процессов пове- дения электронов в жидкой среде, В связи с большой значимостью исследований кон- центрированных электролитов (илн так называемых «сильных») для многих областей химци и биологии раз- работка соответствующей теории сулит большие перс- пективы, Особое значение имеют также новые экспернмепталь ные методы исследования растворов: дифракцня рент- геновских лучей и нейтронов, адсорбцнонпая н «рама- новская» спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, электроннын парамагнитпын резонанс, диэлектрические н магнитные методы.
Необходимо иметь в виду разработку н усовершен- ствование методов измерения других важных для теории н практики параметров, а именно: удельнон электрнче- кой проводимости, вязкости, коэффипнента диффузии и различных молярных свойств (включая удельный объ- ем, коэффициент сжимаемостн, относительные энталь- пию н энтропию).
В настоящее время уже имеется боль- шое количество данных по этому вопросу, однако все- И сторонний критический обзор до сих пор отсутствует, Эти данные имеют важное практическое значение для оптимизации ЭХГ 5. Описание пористых сред. Проблема заключается в описании пористых сред на основании соответствую-. щих параметров, которые можно получить путем физических измерений (таких как пористость, проницаемость, кривизна, «мертвый объем», объем и форма пор, их распределение, удельная площадь поверхности, проводимость, емкость и т. п.). Создание хотя бы упрощенных, но доступных для использования электронных моделей пористых сред — проблема будущего.
Подпроблемы, требующие разработки оригинальных творческих и экспериментальных методов, следующие: диффузия и миграция через днсперсные и полупроницаемые фазы; диффузия и проводимость в пористых средах, имеющих «источники» и «стоки» заряда и массы; проводимость твердых матриц, состоящих из нескольких твердых фаз при произвольном и упорядоченном распределениях; механизм переноса газов к поверхности раздела электролит — твердое вещество и от нее к пористой среде; учет влияния поверхностного заряда на ионный перенос за счет диффузии и миграции; ламинарная и турбулентная свободная конвекция, в том числе в сочетании с направленной конвекцней в произвольно ориентированных электродных конфигурациях; изменение н корреляция (при отсутствии соответствующей теории) коэффициента ионной диффузионной способности, подвижности, вязкости и плотности концентрированных электродов; растворимость и диффузия газов в концентрированных электролитах.
6. Тепломассообмен. К числу проблем относятся: измерение и оценка теплопроводпости концентрированных электролитов и составных электродных материалов (включая пористые электроды); изучение теплопереноса через поверхность раздела твердого тела и электролита при наличии плоского источника тепла на этой поверхности раздела; определение профиля распределения температур вблизи раздела фаз; теплоперенос через поверхность раздела электролита н электрода в присутствии газовой фазы (аналогичный пузырчатому и пленочному кипению н парообразованию); теплоперенос, связанный с процессами диффузии (пар, образующийся в результате реакции, попадает в рабочие компоненты — газ, по- 15 'с 'с 'с ступающий в ТЭ); теория диффузии и г!роводимосчн в неизотермическом электролите; вляпие теплопередачи на режим работы ТЭ в целом. 7.
Технологические проблемы. Создание ЭХà — сложная и комплексная задача, опирающаяся ца современную технологию сварки, прессования, прокатки и т. д. Комплексное решение этих проблем -- задача большс4 сложности, так как паря,!у с требованиями применения материалов, стойких в агрессивных средах, легких и прочных, неизбежно возникает необходимость гарантии высокой надежности. Наиболее ответственна технология электродов, сведения о которой в литературе чрезвычайно скудны. Первостепенной, особенно для кислых сред, является проблема коррозии. 8.
Отвод продуктов реакции и их утилизация. В ТЭ проблема отвода продуктов реакции заключается в обеспечении многокомпонентной управляемости процесса генерирования, определяющейся уровнем характеристик ТЭ и требованием поддержания детального равновесия между исходными н конечнымн реагентамн. Прямая связь этих процессов с выходными электрическими характеристиками позволяет использовать нх особенности для регулирования системы в целом. Практически осуществляемые методы отвода продуктов реакции делятся на два больших класса — статические и динамические, каждый из которых обладает собственными преимушествами н недостатками. Из проблем утилизации продуктов реакции (регенеративиые циклы н т.
д.) укажем лишь на проблему использования воды, получающейся в водородно-кислоро;1- ных ТЭ. Трудность заключается в обеспечении надежного н равномерного во времени процесса выделения воды, особенно в условиях невесомости Осложнения возникают также нз-за низкого уровня температур ималых перепадов температур между парогазовой смесью и хладоагентом в динамических системах удаления воды и сложности поддержания температуры в статических системах. Начиная с 1839 г, когда В.
Гроувом был разработан первый образец водородно-кислородной «ячейки Гроува», исследования проводились на уровне физссческого зиспсрнмепта, имшощего демонстрационный характер Так, в 1842 г. Гроувом была собрана «газовая вольтаичсская батарея», а в 1889 г. 7!уссдозс и Лангероч впервые был использован термин «топливный элемент» для батареи с платиновыми электродами мощностью 1,5 Вт с КПД 50»)с 16 В !884 г.
Освальд предложил широкий план замены тепловых элехтросттнций ТЭ в когорых дочж. была,.ущесгвля„„„,ция уг я дча! о яес осрн и хсилня ! яда видных ученых того периода — Нернсга, Габера, Баура, Пре)ссс об " рейса до соъся удовлетворительной киистикн н мало.мальски достаточного гес са и р;дставнлось возможным (кстати, па промышленном уровне это не удастся сделать и сейчас, спустя более 90 лет). Нз послсдугощих работ можно отмегить исследования !11ленда по диффузным электродам (впервые предлолсил идею гидрофобного электрода) и особенно Ф. Бэкона (Кембриджский университет, Лнглия), внесшего существенный вклад в развитие новых и,еи. разложены и разработаны двухслойные электроды, развиты основы теории пористых электродов и, наконец, разработа- 205'С, 2,1 МПа '1 я дородно-воздушных ТЭ со щелочным электролитом ( "'...
) мощностью до 5 кВт. Конечно, эти работы также имели лабораторный уровень и демонстрационную цель. В 1947 г. выходит в свет книга гз. "'. га О. К. Давтяна <Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электричесс ю, б бщ я существующий на тот период уровень проблемы.
В 1954 г. Юстп получил патент на двускелетный катализатор и оыли созданы элементы на его основе (фирма «Варта», ФРГ). В !950 †!96о гг. в — 0 гг. в СССР проводятся интенсивные теоретические и на уровне лаборасорных экспериментальные исследования кинети. ки процессов на электродах (академики А. ?1, Фрумкив и Я. М. Колотыркин, проф.
Р. Х. Бурштейн, чл.-корр. ЛН СССР Н. С. Лидоренко, проф. Г Ф. Мучник, проф. В. Е. Дмитренко, проф. В. С. Багоцкий, проф. А Г. Пшенячгшков, канд. техн. наук О. Г, Каснороэнн, канд. мов, 1. В Самойлов, 3. Р. Каричев, проф. Н. В. К техн. наук .. Юппец, проф.
С П. Чижик и др.). Аналогичные работы проводились и в США, ФРГ, Англии, Японии. Начало широких инженерных разработок в СССР положеяо авторамн и их учениками в 50 — 60-х годах. К 1968 г. они были существенно расширены н завершились к 1970 г. созданием действующих образцов и разработкой полупроизводствспной технологии для ряда проектов. К этому периоду (50-с годы) относится и широкое развитие то соз ан проблемы в ряде стран (С!ПА, ФРГ, Лшлии, Франции .).
Н анции я др). ачзт зеб д ние макетов и опытных образцов, что стимулиров л р а ось побностыо развития космической программы. Фнр. ° «..Ч ;с», , например, демонстрирует трактор, тележку, одпоместньж подводный аппарат и т. д. В СШЛ ЭХГ примс"вили для космической программы — «Джемини» и позднее «Лполло». Создан опытный образец электромобиля («Кордеш», «10иион карбайд», С!!1А), на фирме «Сименс» (ФРГ) разрабатывается ЭХГ иа гндразиие, во Франции разрабоюси ведутся фирмой «Дженерал электриснтз», в 1!1веции — ЛСЭА.
В 1973 г СССР демонстрирует элскгрокар с ЭХГ, работасощим на водо"оде и воздухе. В 1967 г. г пп ру а фирм США приступила к выполнению программы ТЛРЖЕТ (ТАПОЕТ), имеющей целью использование ЭХГ для широкого круга задач, вплоть ло крупной (десятки мегаватт' энергетики. вне е и Современная реклама предсказывает большое чи б. ое число о пастей гетики. О ак едрения ЭХГ, особенно с учетом возможностей вод род о" й о ородной энерднако в последние годы (условно третий период развития) 2 — 93 17 проблеме создзиия ЭХГ вступила в новую фазу. Масштабность н сложность проблемы привели к тому, что исслсдовэтслн сосредоточились лишь в нескольких наиболее крупных фирмах п ннститутвх мира (США, СССР, ФРГ), где продолжают интенсивно развивать н усовершенствовать новые модели.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
