Файл: Коровин, Н. В. Электрохимические генераторы.pdf

Отвод воды и тепла из батареи ТЭ осуществляется за счет циркуляции электролита и водорода. Фирма раз­ рабатывает ЭХГ мощностью 5 кВт и напряжением 28 В. Планируется работа такого ЭХГ совместно с батареей аккумуляторов.

г) Топливные элементы и ЭХГ Лидоренко

Н. С. Лидоренко с сотрудниками [Л. 52—54] сообщи­ ли о разработке ТЭ на основе электродов толщиной 0,2—0,4 мм. Были созданы электроды двух типов. Элект­ роды имели два слоя. Активный слой содержал 1— 15 мг/см2 катализатора: Pt—Pd на водородном электро­

де II Pt на кислородном электроде. Платиновую и пал­ ладиевую чернь получали осаждением формальдегидом плп боргпдрпдом калия. Второй слой в электродах пер­

фторопласта п имеющую пористость 25—38%. Токоотводом была никелевая плп серебряная сетка. Второй слой в электродах другого типа готовился из карбонильного никелевого порошка со средними размерами зерен око­ ло 5 мкм и фторопласта для щелочного электролита или из карбида титана п фторопласта для кислого электро­ лита.

Для создания оптимальной схемы ЭХГ был проведем

что генерация тока осуществляется объемной зоной

100

разный реагент. На основе ТЭ с гидравлическим спосо­ бом отвода воды разработан ЭХГ мощностью 0,5 кВт, предназначенный для работы в подводных условиях

(рис. 13).

д) Топливные элементы и ЭХГ Кордеша

Элементы Кордеша разработаны в фирме Юнион Карбайд па основе угольных электродов [Л. 33, 55—58].

Уголь является весьма перспективным материалом для электродов ТЭ из-за его высокой удельной поверх­ ности (до 1000 м2/г), малой плотности, доступности и

невысокой цены. Каталитическая активность активиро­ ванного угля в значительной степени зависит от его предварительной обработки. Исследования показали, что каталитическую активность угля можно повысить предварительной обработкой водяным паром, амми­ аком плп двуокисью углерода при высоких темпе­ ратурах.

В 1963 г. были предложены тонкие комбинирован­ ные электроды с «фиксированной зоной реакции». Электроды имели три слоя. Слой, обращенный к газу, готовился спеканием смеси порошка никеля и тефлона

101

(или пористого никеля, обработанного эмульсией теф­ лона). Этот слон придавал электроду механическую прочность и электропроводность. Следующий слой изго­ товлялся из смеси угля и связки, которая также была гндрофобизатором. Этот слой, ікак и первый, не смачи­ вался электролитом. Третий слой готовился из каталити­ чески активного угля, содержащего небольшое количе­

изготовления таких электродов заключается в последо­ вательном нанесении слоев угля с различным содержа­ нием гидрофобизатора с промежуточной сушкой или термообработкой электродов и окончательным прессо­ ванием при повышенной температуре.

Для повышения активности па водородный электрод со стороны угля может наноситься раствор соли плати­ нового металла (1 мг металла на 1 см2) методом окрас­

ки (кистью пли накаткой). После сушки и нагревания при 100СС соль металла разлагается. Такие электроды обладают высокой каталитической активностью п ста­

Алюминиево-кобальтовая шпинель может быть нанесена

воды, сушкой и нагреванием в атмосфере ССД при 700— 800°С. Каталитическая активность возрастает при вве­ дении в состав угля шпинелей. Тонкий воздушный элект­ род со шпнпелыіым катализатором имеет предельную плотность тока около 500 мА/см2. Скорость реакции на воздушном электроде в 2,5—3,0 раза ниже окорости ре­ акции на кислородном электроде. Такое снижение ско­ рости реакции обусловлено уменьшением парциального давления кислорода около рабочей зоны из-за накопле­ ния азота.

Срок службы воздушного электрода снижается с увеличением плотности тока и температуры и при на­

102

составлял несколько тысяч часов. При наличии в воз­ духе ССЬ срок службы катода уменьшался. Исследова­ ния, проведенные Кордешом, показали, что наличие К2СО3 в электролите до 1 моль/л мало влияет на пове­

дение катода. При пропускании воздуха через катоды последние активно сорбируют СО2. При этом происходит

блокирование активной поверхности и ухудшение актив­ ности электрода. Сорбция СО2 в значительной степени

зависит от катализатора и гидрофобностп электродов. Так, электроды с Pt лучше сорбируют С 02 и быстрее

выходят пз строя, чем электроды со шпииельным ката­ лизатором. Чем выше степень гидрофобностп электро­ дов, тем меньшее влияние па них оказывает наличие С 02

в воздухе. Поэтому, изменяя состав и структуру элект­ родов, можно изменить и срок их службы при исполь­ зовании воздуха. К 1966 г. были разработаны электро­

вание технологии изготовления воздушных электродов, позволившее поднять рабочую плотность тока. Это до­ стигнуто, в частности, применением гидрофильного нике­

троде азот накапливается меньше, чем в прежних электродах.

На основе комбинированных угольно-никелевых

(например, СоО-АЬОз). Для ТЭ, работающих при высоких нагрузках, применялось дополнительное акти­ вирование кислородного электрода платиновыми ме­ таллами.

Вольт-амперные характеристики ТЭ в значительной степени улучшаются при повышении температуры и кон­ центрации щелочи. Однако срок службы ТЭ с увеличе­ нием температуры уменьшается в основном из-за ухуд­ шения стабильности 'катодов. Для длительной работы рекомендуется температура 65°С и концентрации КОН 9— 12 М, плотность тока 100 мА/см2 при использовании

103

может быть значительно повышена. Циркуляция кисло­ рода и водорода обеспечивает также отвод части тепла, образующегося в батарее ТЭ.

При использовании воздуха целесообразно предва­ рительное удаление СО2 поглощением натронной изве­

стью, раствором NaOH или КОН. Лабораторные иссле­ дования, однако, показали принципиальную возмож­ ность использования воздуха без удаления СО2 в ТЭ

с тонкими гидрофобными электродами. Накапливаю­ щийся в катодах К2СО2 может удаляться периодической

промывкой водой.

Для отвода тепла и воды наряду с циркуляцией га­ зов используется циркуляция электролита. На основе предварительного анализа была принята система парал­ лельной подачи электролита в ТЭ из общего коллек­ тора. Равномерное распределение электролита дости­ гается использованием капилляров, соединяющих кол­ лектор и ТЭ и имеющих высокое гидравлическое сопро­ тивление. Эти капилляры также снижают токи утечки. Считается, что распределение электролита будет равно­ мерным, если падение давления в коллекторе не пре­ вышает 1% падения давления в каждом капилляре.

Скорость циркуляции электролита зависит от плотно­ сти тока и скорости отвода тепла с реагентами и дру­ гими путями. Так, для батареи малой мощности можно тепло отводить лишь за счет циркуляции газа, в то время как в батареях большой мощности тепло в основном от­ водится с электролитом (табл. 10).

Фирма собирает батареи обычно из блоков мощ­ ностью 200 Вт. Масса блока 2 кг, объем 2 л (табл. 10а).

Удельная мощность батареи 19 кг/кВт при длитель­

105