1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Разложение гидразина может проходить как по химическому, так и по электрохимическому механизму. Побочные химические реакции на гидразиновом электроче порождают некоторые нежелательные последствия; 1) уменьшают напряжение ТЭ; 2) снижают фарадеевский КПД; 3) вызывают появление дополнительной теплоты и продуктов реакции типа аммиака с характерным запахом. Очевидно, что при разработке гидразиновых ЭХГ необходимо стремиться к созданию таких катодов, где реакция разложения гидразина протекала бы с минимальной скоростью, чему способствует понижение температуры и концентрации гидразина в топливной смеси. Различные катализаторы анолного окисления гидразина по мере убывания каталитической активности можно расположить в примерные ряды: 1) черни Со, %, Оз; 2) % (скелетный), Рд, Р1, Ап, Ап; графит, Сд, Мь» Наиболее активны смешанные катализаторы, например Рд со следами добавок Оз. При концентрации гидразина выше 0,5 М при рабочих плотностях тока (около 0,1 А/см') концентрапионная поляризация не имеет существенного значения.
341 7.3.2. Характеристики гн дразнно-кислородных (аоздусаных) ВХГ Сумма ную те у . р )еакцию в гидрязино-кислородном ТЭ можно описать тяк: )ч1 Не+От=етт+2НтО со стандартной ЭДС 1,56 В. Практически в зависимости от конструкции, харак- тера электродов и условий работы ЭДС реального Т ЩПМП ПР14ЧП44ЯЛ4Ц: : ' х,. —, . то объясняется следую- 1) ); . с, и стационарного ) разностью тсрмодинамического и епциалов п4дразппового электрода; 2) то жс кислородного электрода; 3) взаимодействием п4дразцня н кнслор, Поскольку кислород незначительно растворим в прпимодейсгвг4е с гпдраз:.
меняемых электролитах, его взаимо пом на аноде неве. елико и его можно не принимать в внимание. Этого не ть во кислородный (во . нельзя сказать о влиянии гидразина разиня ( здушный) катод. Взапмодспствие кислородном катоде обугловлпвае ння, снижающие характеристики ТЭ, а именно: 1) снижение напз . (яженпя ТЭ пз-зя сдвига потенциа- ла катода в отрицательную сторозу; ) потери гидразина н кислорода; 1 рязованпе дополнительной теплоты; а в неко 4) увеличение количеств выделяемых в, х воды и азота, в некоторых случаях появление аммиака. При выборе материала катода необходим, риал, где скорость катодного восстановления кислорода должна быть по возможности высокой, а ско. рость электроокнсления 1ндразина — по возможности низкой. В качестве примера можно назвать катод из активпровапного угля.
Из наиболее известных разработок в области гпдрззипо-кислородных ЭХ1' являются: ЭХГ фирмы «ГОннон карбайд» (СШЛ) мощностью 300--600 Вт с номинальным напряжением 26 В; ЭХ1 фирмы «Электрик Пуа сторидж» с характеристиками 50 кггхкВТ; ЭХГ фирмы «Лллис-Чалмерс» (СШЛ) мощностью 3 — 6 кВт; ЭХГ фирмы «Монсанто» мощностью до 40 кВт. Разрабатываются также ЭХГ на основе системы гидразин — перекись водорода. В этом случае возможны два варианта: с непосредственным восстановлением перекиси водорода и ее предварительным разложением на воду и кислород. Образец гидразино-воздушного ЭХГ мощностью 60 Бт показан па рнс. 7.1. уы.
НекОтОРые ВОЗможиые Окислители: пеРекись ВОДОРОДА, АЗОТНАЯ КИСЛОТА, ХЛОР, БРОМ Перекись водорода можно использовать как непосредственно, так и получая нз нее кислород (т. е. как удобный хранитель кислорода). Сеаилар яня ) Эаек вохи1аиохекииа 1 В ! кеекай каи. 1вахеин гдя и4 Э еккрохионе.квя Веакяия Вешеетво Г1ерекис1 волорола Азотная кислота Хкор Браке НеОе + 2Н++ 2с — -2Не0 ~ +1,77 0,63 01е+ 2'14'-4- 2с = 21н.'1 1,33 3,00 +1,00 Таблица 7.:1.
Электрохииические характеристики некоторых окислителей Ркс. 7.1. Гнлра анко-воздушный ЭХГ кошпостыо 60 Вт, Большое значение имеет изучение перекиси водорода как промежуточного продукта прп восстановлении кислорода (методика вращающегося дискового электрода с кольцом, предложенная н разработанная в СССР). Применение азотной кислоты в качестве окислителя ограничено ее повышенной агрессивностью и различными путями течения электрохимнческих реакций. Бром и хлор — также сильные окислители с выгодными термо- 343 динамическими и достигнутыми потенцйалВМЛ, иб Кх применение также ограничено из-за трудностей,с коиструкцнонпыыи материалами 'ГЭ н ЭХ!.
так некОтОРые специАльные типы эхГ1 ГАЛЛИЙ-КИСЛОРОД, ЦИНК-КИСЛОРОД, ЦИНК. ХЛОР, АЛЮМИНИЙ-КИСЛОРОД. ВОДОРОД-ХЛОР (БРОМ) И ДРУГИЕ Перечисле:1ные в названии параграфа виды топлив " фазе (в том числе и окислителей в газовой или жидкой фазе (в в виде, например, цинковой пасты) принципиалы1о возможно непрерывно подавать в реакционное пространство и на этой основе создавать новые системы ЭХГ. Однако по ряду причин (например, дороговизна галлия и других веществ) такие системы еще прорабатываются пока в лабораторных масштабах.
Велики в отдельных случаях и конструкционнь 1е затруднения (например, при подаче в систему' пасты из пинконого по ошка) и регенерация электролита. К этому классу ЭХГ источник Э относится и амальгамно-кислородный тока (например, с амальгамой Х)а). Здесь дело дошло только до соз ани ких ТЭ. д я лабораторных установок из несколь- ТаЬ ПРОБЛЕМА БИОХИМИЧЕСКИХ ТЭ И ИХ РАЗНОВИДНОСТИ В последние годы в ряде стран начали заниматься так называемыми оиохнмнческими ТЭ.
Би . ТЭ и е став представляют собой источники тока, в кото ых которых хи- 1 ргия органических и некоторых неорганических веществ превращается в электрическую с по- ментов). мощью биохимических катализаторов (б ", ф ( актерий, ферРазлича1от биохимические ТЭ п я,, действия. прямого и косвенного В ТЭ прямого ей' о, д ствия электроды находятся В н посредственном контакте с биохимич ятся в пепринимают участие в иохимическими агентами и биохимических реакция,.
П т участие в окислительно-восстанови тельных кциях. рактически эти ЭХГ о . чапа процессами взаимодействия межд бнкатализатором и электродом. ежду но- 344 При косвенном действии биокатализаторов в элсктрохимическом процессе на электроде участвуют низкомолекулярпые жидкие или газообразные продукты, образовавшиеся в результате разложения более высокомолекулярных органических соединений под влияпием микробов или ферментов в отдельном микробиологическом реакторе. Принцип работы биохимических ТЭ прямого и косвенного действия можно схематически показать на примере окисления глюкозы.
В ТЭ прямого дейстния протекает следующая реакция: С,Н„О, — С,Н„О, + 2Н" + 2е В ТЭ косвенного действия процесс осуществляется в две стадии: биохимическую и электрохимическую. В результате биохимическои реакции молекула глюкозы под влиянием специфических биокатализаторов подвергается дегидрогенизации, а образукйцийся водород электрохимически окисляется на электроде. В последнее десятилетие исследования в области биохимических источников тока получили интенсивное развитие. Особые усилия направлены на использование дешевых и легкодоступных видов топлива для произволства электрической энергии.
Фирма «Электрон молекул рссерч» (США) изготовила экспериментальные образцы биохимических батарей для питания радиоаппаратуры. Разрабатываются и испытываются биохимические ТЭ, в которых используется такое сырье, как опилки, отходы крахмального производства и др. Весьма перспективны биохимические генераторы, перерабатывающие промьпнленные сточные воды с целью их очистки и производства электроэнергии.
Разрабатываются такие портативные биохимические ТЭ, для которых топливом служат трава, листья и разные природные продукты. Исследованы системы, предназначенные для обеспечения жизнедеятельности человека во время дальних космических полетов. В течение последних 5 — 6 лет начали появляться сообщения о биохимических ТЭ для питания электрической энергией стимуляторов сердечной деятельности и аппаратов «искусственное сердце» (7.11. Известные биохимические ТЭ в зависимости от вн,1а биокатализаторов н характера биохимических процессов можно условно разделить на две основные группы: 343 1) элементы, генерирующие электрический ток с участием бактерии; 2) элементы, генерирующие электрический ток с помощью ферментов, и комбинированные системы. За рубежом уделяется большое внимание разработке биохимических ТЭ, в которых используется жизнедеятельность бактерий, живущих в морской воде, Описаны ТЭ, имеющие как растворимые, так и нерастворимые аноды.
Растворимый анод может быть изготовлен из Мц, А! или Ге. В состав катода могут входи~ь Ре, %, Яп, Р1, графит. Электролитом служит. морская вода (рН=-7,5 —:8,3), которая содержит в основном ионы хлоридов и сульфатов Ха, К, Са, и Мд. Используются также растворы в пресной воде хлоридов Ь!а, К, Мц, нитрата Ха и других солей (рН=7 —:8). Кислые растворы содержат сильно разбавленную серную кислоту.
Изучены различные бактерии, развивающиеся в морской воде, Одни организмы в процессе своего нормального развития выделяют водород, другие его расходуют. Некоторые виды бактерий выделяют или потребляют кислород, серные, углеродистые, азотные и другие соединения. В зависимости от вида используемых бактерий или водорослей механизм процессов в описанных биоэлементах имеет различный характер. Так, описан ТЭ с растворимым магниевым анодом и стальным катодом, покрытым колонией бактерий Г)езцИоч!Ьг!о дезнИоысапз. Электролитом служит морская вода с добавкой лактата )з!а для питания бактерия. В этом ТЭ протекают следующие процессы; на аноде Мд Мдг++2е-; на катоде 2Н,О+2е — г2(Н) +20Н вЂ”; 8Н+ЯΠ— Бг +4Н,О, В катодпом полуэлементе электрохимический процесс восстановления молекул воды в гидроксильпые ионы и биохимический процесс превращения сульфатных ионов под действием бактерий протекают одновременно.
Бактерии ОезпИоч!Ьг!о дезцИог!сапа, восстанавливая в католите ионы сульфата в ионы сульфида по биохимическому" механизму, играют роль агентов переноса электропоа па поверхность катода. 346 Если в католит элемента с растворимым магниевйм анодом вместо бактерий ОезцИоч!Ьг!о г)езиИог!сапа вводили организмы 11убгодепогпопаз, то на катоде восстанавливался кислород с образованием ионов гидроксила; '/гОг+1-1гО-~-2е= 20Н . На катод в этом случае высаживали колонии бактерий Нуг)годепогпопаз и водорослей С!г!оге11а ругепо!бова. Подкормкой для бактерий служили вещества, введеннь~е в электролит или содержащиеся в морской воде. Описан механизм работы биохимического ТЭ с не- расходуемыми электродами (металл и углерод). Оба электрода покрыты колониями бактерий для создания различных потенциалов. На анод наносят бактерии Рзецдогпопаз, расходующие кислород, на катод — синезеленые водоросли СЬ!оге!!а, выделяющие кислород.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
