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

двигаются к аноду и участвуют в реакции электроокислеиия топ­ лива. В катодной реакции участвует двуокись углерода, поэтому часть образующейся на аноде двуокиси углерода необходимо на­ правлять на катод, а для этого надо отделить СОа от ІЬО. Иссле­ дования показали, что электрохимические характеристики ТЭ улуч­ шаются при 'введении в топливо паров воды. Введение паров воды приводит к тому, что в ТЭ происходит внутренняя конверсия угле­ водорода с образованием водорода

Сл.Ну + 2.хНоО £ ,ѵСОа + ^4'ѴV U- ) Н2.

Н а п р и м е р , д л я м е т а н а и п р о п а н а

СН4 + 2Н20 ^ С 0 2 + 4 І Ь; C 3I I s + 6II2O=^3CO2+10I Н.

Образующийся при конверсии водород затем окисляется па аноде

к о н в е р с и я п р о т е к а е т д о с т а т о ч н о б ы с т р о . Д о б а в л е н и е в о д ы к т о п ­

л и в у т а к ж е с п о с о б с т в у е т п р е д о т в р а щ е н и ю о т л о ж е н и я п а э л е к т р о ­

160

Наибольшее применение получили системы

(ZrCb) 0,85 (CaO) 0,15 и (ZrOll) 0,85—0,9(ѴіОд) 0,15—0,1.

Однако исследования показывают, что имеются тронные систе­ мы с более высокой электрической проводимостью, например:

омического сопротивления твердого электролита необходимо сни­ жать его толщину. Однако прп получении топких пленок окислов, имеющих высокие температуру плавления и твердость, возникают существенные затруднения. Тонкие пленки обычно получали in тол­ стых пластин с помощью алмазных кругов. В последнее время удалось получить твердые электролиты из смеси окисей циркония, иттрия и иттербия толщиной 0.3 мм методом прессования и спека­ ния [Л. 118].

из-за внутренней конверсии углеводородов.

Материалами электродов ТЭ с твердыми электролитами могут служить металлы и полупроводники, в качестве анода часто исполь­ зуется платина, а катода— серебро. В [Л. 119] было показано, что

шены при использовании комбинации двух металлов, например: 90% Со и 10% Ni, 85%Со и 15% Fe. Путем увеличения шерохова­ тости электролита удается повысить активность и стабильность ано­ дов. Авторам удалось также окислить с достаточно высокими ско­ ростями пропан. Так, на медном аноде, нанесенном методом плаз­ менного напыления, получена плотность тока 100 мА/см2 при

умеренной поляризации при окислении пропана из смеси ІСзІІН- "-F3,lIT20-t-7Ar. В качестве катодов авторы во всех опытах исполь­

зовали серебро.

Были разработаны и испытаны ТЭ с тонкими электролитами

электродами и два кольца, играющие роль уплотнителей и токоотводов. составляли ТЭ. В качестве колец использовалась керамика из алюмосиликатов, для обеспечения электропроводности керамика металлизировалась. В батарее с 10 водородно-шоздушными ТЭ бы­

162

ряду с основной реакцией возможны другие процессы, приводящие к образованию побочных продуктов в газовой смеси: окиси угле­ рода, формальдегида и др. Основной опасной примесью будет окись

Скорость конверсии метанола можно повысить увеличением температуры и использованием катализаторов. На катализаторе синтеза метанола ZnO/C^O-i (3:1) конверсия идет при темпера­ туре свыше 300 °С, при 400 °С превращение метанола достигает 92%, однако при этом содержание СО составляет около 10% [Л. 122]. Для уменьшения содержания СО целесообразно провести дополни­ тельную низкотемпературную конверсию при 200 °С. При использо­ вании катализатора СнО/ZnO можно снизить содержание СО до 0,4% при исходном отношении СН3ОН : Н2О= 1 : 2,5.

Хорошим катализатором реакции конверсии метанола является меднохромовый катализатор СиСгцО/, [Л. 123]. При степени превра­ щения .метанола 80% содержание СО в смеси составляет 0,3% при 200 °С, 0,6% при 225 °С и 0,85% при 250 °С. Достоинством катали­ затора является большая его стабильность.

Основную реакцию, проходящую при конверсии углеводородов, можно записать в виде

С XН у+ 2.VН 2О = ,ѵС О 2 + (у/2+ 2.Ѵ)Н 2.

Однако кроме основной реакции в реакторе протекают побоч­ ные процессы, приводящие к появлению других продуктов: СО, сажи, углеводородов. Продукты конверсии метанола и углеводо­ родов кроме ЬЬ будут содержать СО:, СО. часть 1І20 и др. Эти газы могут либо непосредственно подаваться в ТЭ. либо подвер­ гаться очистке. Непосредственное использование продуктов конвер­ сии возможно в ТЭ с кислым электролитом. Однако ТЭ с кислым электролитом требуют платиновых катализаторов, применение ко­ торых снижает основное достоинство метанола и углеводородов — относительно невысокую стоимость. Эта схема может быть пер­ спективна в случае, когда удастся создать активные недорогие и недефицитные катализаторы для ТЭ с кислыми электролитами. Поэтому большой интерес пока представляет схема с отделением водорода.

б) Выделение водорода из смеси газов

Наиболее чистый водород получают с помощью палладиевосеребряной мембраны. Как известно, водород сорбируется палла­ дием и диффундирует через палладий. При контакте смеси газов с палладиевой мембраной водород будет диффундировать па дру­

шой его крепкости при наводораживаиии. Сплав палладия с сереб­ ром (75 атом. % Pel — 25 атом. % Ag) практически не изменяет своей прочности при наводораживаиии и в то же время имеет достаточно высокий коэффициент диффузии водорода. Поэтому наиболее целесообразно применять для мембран сплав с 25 атом. % Ag. Однако палладиево-серебряная мембрана дорога, чувствительна к механическим воздействиям и перепадам температур.

164