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

гидразина имеют магний, кадмий, нержавеющая сталь. Поэтому скорость окисления гидразина на катоде можно уменьшить путем нанесения на его поверхность со сто­ роны электролита защитного пористого слоя из указан­ ных материалов.

Во всех разрабатываемых до сих пор гидразпновых ТЭ применяются щелочные электролиты, в которых про­ дуктами реакции служат азот и вода. Применение кис­ лых электролитов в гидразпновых ТЭ нецелесообразно, так как к общим недостаткам этих электролитов, опи­ санным ранее, добавляется еще образование малорас­ творимых солен гидразина с ионами некоторых кислот, например:

N2H, + H2S0, = NJT5HS04 I .

При разработке гидразпновых ТЭ принимается во внимание необходимость снижения концентрации гидра­ зина около катода. Это достигается одним из следующих методов: а) разделением катода и анода пористой мем­ браной, малопроницаемой для гидразина; б) полным использованием гидразина на аноде.

При разделении катодного и анодного пространств гидразин вводится только в анодное отделение. Недо­ статками указанной схемы являются некоторое усложне­ ние ТЭ, увеличение омических потерь в диафрагме. Раз­ новидностью этого типа ТЭ является ТЭ с матричным электролитом, в частности с асбестовой мембраной, про­ питанной раствором КОН. Топливный элемент с матрич­ ным электролитом более компактен, чем ТЭ со свобод­ ным электролитом. При работе ТЭ с матричным электро­ литом могут образовываться газовые пузыри между электродами и мембраной, что увеличивает омические потери. Поэтому между мембраной и электродами не должно быть никаких зазоров.

Г. Кольмюллер (Л. 84] провел оптимизацию гидрази­ но-кислородного ТЭ, причем параметром оптимизации была стоимость генерируемой энергии. В ТЭ с асбесто­ вой мембраной толщиной 0,8—0,3 мм оптимальной ока­ залась концентрация гидразина 0,3—0,5 М при плотности тока 30—50 мА/'см2.

Снижение концентрации гидразина в межэлектрод­ ном пространстве может быть достигнуто подачей гидра­ зина е тыльной стороны анода. Диффундируя через элек­ трод, гидразин окисляется. Если скорость окисления рав­

132

на скорости диффузии, то гидразин не будет проходить в межэлектродное пространство. В этом случае отпадает необходимость в диафрагме, разделяющей анод от ка­ тода. Поляризация анода при тыльном подводе гидра­ зина несколько выше, чем при фронтальном подводе, из-за омических и концентрационных потерь в электро­ де, однако характеристики ТЭ могут быть выше из-за снижения потерь гидразина и падения потенциала на катоде.

25. Гидразино-кислородные (воздушные) ЭХГ

Как н любой ЭХГ, гидразино-кислородный (воздуш­ ный) ЭХГ имеет систему подвода реагентов: гидразина и кислорода или воздуха, вывода продуктов реакции и отвода тепла. При расчете систем ЭХГ учитываются исходное состояние гидразина, напряжение ТЭ н фарадеевокий к. п. д.-

Т о п л и ео может применяться либо в виде безводного

гидразина ХГГК либо гидразин-гидрата НгГК-НгО. Чис­ тый гидразин не имеет балластной воды, но он токсичен, пожароопасен и дорог, поэтому чаще используется гидра­ зин-гидрат. Расход реагента на единицу энергии можно рассчитать на основе (61), (63а), (636). Для безводного гидразина массовый расход [г/(Вт-ч)], равен:

т = 32/(4-26,8 ирѵ\р) =0,298/(НрГ|р).

Для гидразпн-гидрата массовый расход соответствен­ но равен:

/71 = 50/(4-26,8 и рцР) = 0,466/ (Hpt|f),

Результаты расчетов для двух значений Uv и ту? при­ ведены в табл .13.

Продуктами реакции в ТЭ являются вода и азот. Ско­ рость образования воды [г/(кВт-ч)] за счет основной электрохимической реакции равна:

^ н ,о .=0 .34/Н р .

133

Т а б л и ц а 13

Массовый и объемный расход гидразина на единицу энергии.

При использовании гидразіш-підрата в ТЭ вносится вода с исходным топливом

^Н,Онс* = 0,167/(1^ ).

Вода также образуется из-за побочной реакции на катоде

^ к = ° . 3^ ( а д ,

где Jx— скорость реакции взаимодействия гидразина с кислородом на катоде, выраженная через плотность тока; Jr— габаритная плотность тока.

Кроме воды и азота, в ТЭ могут 'генерироваться за счет побочных реакций небольшие количества аммиака и водорода согласно (104) и (105). Для обеспечения стационарной работы ТЭ все продукты основной и побоч­ ных реакций должны выводиться из ТЭ.

В ТЭ генерируется тепло за счет основной и побоч­ ных реакций. Скорость генерации тепла за счет основной электрохимической реакции согласно (786) равна:

q = N6 іб'іГ^Р

Кроме того, в 'батарее ТЭ генерируется тепло за счет побочных реакций на катоде qXK и аноде qxa

Чх = ^ - [ { - Д/Д)ца + ( - Д/Д)ок],

где uh и ѵ&— скорости химических реакций на катоде и аноде, моль/(см2-с); —А#,< и —ДЯа— энтальпии побоч­ ных реакций на катоде и аноде.

Энтальпии реакций (104) и (ПО) соответственно рав­

ны:

ДЯа = —34,4 кДж/моль, Д#к = —614,2 кДж/моль.

134

и имеет поминальное напряжение 28В. Батарея работа­ ет при 55—65°С. Отвод тепла обеспечивается циркули­ рующим электролитом н потоком воздуха.

Гидразин подается в циркулирующий электролит. Количество необходимого топлива определяется автома­ тически при помощи датчика 11, который измеряет кон­ центрацию топлива и дает соответствующий импульс на эжектор, подающий в нужном количестве 100% гидра­ зин-гидрата из запас­

136

б) Электрохимический генератор фирмы Электрик Пуа Сторидж

Гидразино-кислородные ТЭ со свободным электроли­ том были разработаны в Англии под руководством М. Барака и М. Джилибранда {Л. 88, 89]. Батарея ТЭ собиралась из анодных и катодных камер. Анодная ка­ мера состоит из двух пористых никелевых электродов с Pt катализаторами и герметизирована эпоксидной смо­ лой. К камере привариваются два штуцера, которые од­ новременно являются токоотводами. По одному штуце­

При такой схеме гидразин поступает с тыла анодов, по­ этому концентрация его в пространстве между анодом и катодом невелика. Избыток гидразина отводится через сливное отверстие вверху анодной камеры.

Кислородная камера сконструирована аналогичным образом, материалом электродов является уголь с Ag катализатором. Один из штуцеров был полый и ис­

137