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

пользовался одновременно для подачи кислорода и в ка­ честве токоотвода, другом штуцер—сплошной и служил только токоотводом.

Электрохимический генератор имеет, кроме батареи ТЭ, систему циркуляции раствора электролита и гидрази­ на и систему подачи кислорода. В ТЭ с тыльным под­ водом гидразина фарадеевскнй к. п. д. выше, чем при подводе гидразина вдоль фронта анода. Исследования ЭХГ однако показали, что фарадеевскнй к. п. д. может снижаться из-за потерь гидразина в системе циркуля­ ции, если в последнюю попадают частицы, катализирую­ щие разложение гидразина. Реальный фарадеевскнй к. п. д. равен 0,74—0,85. Гидразино-кислородный ЭХГ имел массу 50 кг/кВт и объем 0,025 м3/кВт.

27. Гидразино-кислородные (воздушные) ЭХГ на основе ТЭ с матричным электролитом

а) Электрохимический генератор фирмы Аллис Чалмерс

Фирма Аллис Чалмерс разработала гидразино-кисло­ родные элементы, в которых электролитом служила асбестовая мембрана, пропитанная раствором КОН [Л. 90, 91]. Топливный элемент состоит из двух пористых никелевых электродов, плотно прижимаемых к асбесто­ вой мембране. Катод активировался серебром, анод— палладием (2 мг/см2) или борпдом никеля. Раствор топ­ лива и электролита (25% КОН) прокачивается вдоль анода и с помощью пазов в держателе электрода рас­ пределяется по поверхности. Кислород подается вдоль тыла катода.

Как видно из рис. 3Ü, характеристики ТЭ улучшаются

138

чи 5,5 М, плотности тока 100 мА/см2 и температуре 55°С находится в пределах 75—80%.

Фирма создала ЭХГ мощностью от сотен ватт до не­ скольких киловатт. Схема ЭХГ в принципе близка к схе­ ме, приведенной на рис. 29; ЭХГ имеет контур рецир­ куляции топливо-электролитного раствора, включающий теплообменник, бак с электролитом и насос. Гидразин дозируется в бак с электролитом. Кислород подается в батарею из баллонов через редуктор. Вода удаляется из емкости с электролитом вместе с азотом.

Фирма испытывала ЭХГ как источник тока на коляс­ ке для игры в гольф (3 кВт) и на погрузчике (6 кВт).

б) Электрохимический генератор фирмы Монсанто

Американская фирма Монсанто [Л. 92—94] разрабо­ тала гидразино-воздушные ЭХГ. Как и в ТЭ фирмы Аллис Чалмерс, электролитом служила асбестовая мем­ брана, пропитанная раствором КОН. Анодами также служили пористые никелевые электроды с палладиевым катализатором. В качестве катодов применялись гидрофобизированные угольные электроды с платиновым ка­

139

Рис. 32. Схема гидразимо-воздушного ЭХГ фирмы Монсанто [Л. 93].

/ — батарея ТЭ; 2 — подача воздуха; 3 — датчик по току; 4 — регулятор напря­ жения; 5 — бак с гидразином; 6 — электрохимический насос; 7 — емкость для гидразино-электролитного раствора; 8 — нагреватель запуска; 9 — насос элек­ тролита; 10 — теплообменник; И — сепаратор газа; 12 — вывод азота; 13— га­ зо-жидкостная смесь; /4 — подвод охлаждающего воздуха.

Напряжение отдельных ТЭ в такой батарее при плотности тока 65 мА/см2 и температуре 75°С со­ ставляло 0,78 В. За 1 000 ч работы напряжение отдель­ ного ТЭ при плотности тока 100 мА/см2 уменьшилось на 15%. Фирма разработала переносной ЭХГ мощно­

поступает в батарею ТЭ 1 из резервуара 7, откуда по­ сле обогащения азотом и водой через сепаратор снова возвращается в емкость 7. Концентрация гидразина в емкости 7 поддерживается постоянной путем дозиро­ вания из бака 5 при помощи электрохимического насоса 6. Ток в электрохимическом насосе пропорционален на­ грузке ТЭ. Он состоит из двух серебряных электродов, опущенных в концентрированный гидразин-гидрат. Об­ разующиеся водород и азот выдавливают топливо через подающую трубку в контур циркуляции электролита. Воздух нагнетается вентилятором 2 в батарею в коли­ честве, в 4 раза превышающем потребность по стехио­ метрии реакции. Установлено, что избыточное давление в несколько миллиметров водяного столба достаточно, чтобы продавливать воздух через батарею и поддержи­ вать равномерное распределение его по отдельным ТЭ.

Этот ЭХГ работает полностью автономно. Срок служ­ бы более 1 000 ч.

Недостатком ЭХГ, особенно предназначенного для военных целей, является сильное выделение аммиака.

140

Рис. 33. Разрядные кривые батареи никсль-кадмиевых аккумулято­ ров (/—6) и вольт-амперные кривые батареи гидразино-воздушных ТЭ с концентрацией 9 М КОН (7—10).

Рис. 34. Зарядные кривые батареи Ni—Cd аккумуляторов (/—5) и вольт-амперные кривые батареи гидразино-воздушных ТЭ с концен­ трацией 9МК.ОН при 60 °С (6—10).

142

ров от батареи ТЭ. На рис. 34 приведены кривые заряда батареи аккумуляторов от батареи ТЭ. Гибридная систе­ ма сочетает достоинства ТЭ — высокую удельную энер­ гию и аккумулятора — высокую удельную мощность.

29.Гидразино-перекисьводородные ТЭ и ЭХГ

Вслучаях, когда ЭХГ применяются в условиях от­ сутствия или недостатка воздуха, целесообразно в каче­ стве окислителя использовать жидкий кислород пли перекись водорода. Перекись водорода имеет определен­ ные достоинства: малую массу тары для хранения, лег­ кость транспортировки и возможность применения более простых электродов по сравнению с газовыми электро­ дами. Поэтому ведутся исследовательские и опытно-кон­ структорские работы по созданию гидразнно-перекись- водородных ЭХГ.

а) Реакции в гидразиио-перекисьводородных ТЭ

Токообразующей реакцией в гидразпно-перекисьводо- родном ТЭ является

N2H 4 + 2H20 2= N2 + 4H20;

э. д. с. ТЭ, рассчитанная термодинамически, равна:

£ = £ ° + - ^ 1 си ,и /н ,о ,

п4/7

Стандартная э. д. с. при 25°С равна 2,2 В.

Однако разность потенциалов электродов без тока (1,0— 1,3 В) значительно меньше этой величины из-за побочных процессов на аноде и катоде. На аноде может

Кроме того, возможно проникновение перекиси водорода к аноду и изменение потенциала анода вследствие вос­ становления перекиси водорода.

Проникновение гидразина к катоду и перекиси водо­ рода к аноду приводит к снижению фарадеевского

143