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

Мотивов и передвижных электростанций представляется весьма перспективной. Большой интерес также представ­ ляет разработка ЭХГ для электрокар и автономных подъемников. Уже разработано и испытано несколько подъемников с ЭХГ: гидразино-воздушным на 40 кВт [Л. 94] и гидразино-кислородным на 6 кВт [Л. 7].

40. Источники тока для связи, радио и телевидения, сигнальных и метеорологических устройств

Широкое применение ЭХГ могут найти в качестве источников тока в установках связи, на радиостанциях, ретрансляционных телевизионных станциях, сигнальных устройствах (маяках, буях и др.), метеорологических станциях, изолированных автоматических станциях изме­ рения и т. п., так как по сравнению с гальваническими элементами и аккумуляторами они имеют более высокие удельные энергии. Стоимость электроэнергии, получае­ мой в ЭХГ, к тому же .ниже стоимости энергии, получае­ мой в гальванических элементах (см. табл. 18). Какправило, такие источники должны иметь небольшую мощ­ ность (ниже 1 кВт), быть компактными, портативными. Поэтому ЭХГ должен иметь очень простые вспомога­ тельные системы с малыми массой и объемом.

Удобными для переносных установок являются ЭХГ с использованием жидкого топлива и воздуха. Большой интерес в связи с этим имеют гидразино-воздушные ЭХГ. Расчеты показывают, что стоимость энергии, полу­

стью энергии в серебряно-цинковых аккумуляторах. На­

ЭХГ можно получить энергию, превышающую на поря­ док энергию в гальванических элементах и аккумулято­ рах. Это достоинство проявляется лишь при времени работы ЭХГ более 5— 10 ч. Одной из первых (по заказу армии) разработала портативные ЭХГ фирма Дженерал Электрик (США). В ЭХГ использовались батареи водо­ родно-воздушных элементов с ионообменными мембра­ нами. Источником водорода служил гидрит лития или

186

боргидрид натрия. Были разработаны ЭХГ мощностью 30, 60 и 200 Вт с удельными характеристиками 70— 100 кг/кВт [Л. 19].

Фирма Монсанто разработала для армии США гид­ разино-воздушный ЭХГ мощностью 60 Вт с напряжени­ ем 28 В [Л. 92, 93]. Масса ЭХГ 6, 6 кг, объем 9,5 л. За 12 ч работы расходуется 0,4 кг гидразина. О разработке гидразино-воздушных ЭХГ малой мощности (35—50 Вт) сообщила также американская фирма Аллис Чалмерс. Батарея с номинальной мощностью 35 Вт и максималь­ ной мощностью 80 Вт имеет массу 8,5 кг и объем 13 л.

Мощность на собственные нужды составляет 73 Вт, втом числе 25 Вт — мощность насоса, 17 Вт — мощность вен­ тиляторов и 30 Вт — контрольная аппаратура. Потери мощности на токи утечки составляют 33 Вт.

Для устройств, имеющих кратковременные пиковые нагрузки, целесообразно использование комбинирован­ ных систем ЭХГ — батарея аккумуляторов. Пики будут сниматься аккумуляторами, которые затем будут заря­ жаться от ЭХГ при малых нагрузках. Такие системы бы­ ли испытаны К- Кордешом с сотрудниками.

С целью упрощения источника тока К. Кордеш пред­ ложил гидразино-воздушные ТЭ заливного типа. В та­ ких ТЭ после расхода гидразина раствор электролита выливается, вместо него заливается новая порция рас­ твора электролита и гидразина. Батарея в этом слу­ чае имеет очень простое устройство, так как отпадает необходимость в системах подачи гидразина и отво­ да воды.

Более дешевым жидким топливом является метанол. Однако для окисления метанола необходимы катализа­ торы на основе платиновых металлов. Кроме того, при использовании метанола в ТЭ со щелочными электро­ литами расходуется щелочь вследствие ее карбонизации. Тем не менее, батареи метанольных ТЭ небольшой мощ­ ности уже находят применение как источники тока в ра­ диоаппаратуре, телевизионных подстанциях и сигналь­

187

ных устройствах. Батареи метанольно-воздушных эле­ ментов фирмы Браун Бовери (Швейцария), разработан­ ные совместно е В. Фильштихом [Л. 7, 104], несколько лет работали на морских и речных бакенах и буях. Батареи мощностью 30 Вт, напряжением 6 В работали 15 мес. на р. Мозеле без обслуживания. При этом полу­ чена удельная энергия 250—300 Вт-ч/кг. Суммарный запас энергии 180 кВт-ч.

Батарея ТЭ, в которой топливом служит смесь мета­ нола и муравьиной кислоты, используется в качестве источника энергии на телевизионной подстанции в горах Швейцарии [Л. 104, 130]. Мощность батареи 20—40 Вт, энергоемкость 170 кВт-ч, батарея проработала 6 мес. без обслуживания.

Метанольные ЭХГ найдут широкое применение, если будут предложены недорогие неплатиновые катализато­ ры, обеспечивающие полное окисление метанола (6 элек­ тронов на молекулу), в этом случае снизится стоимость ЭХГ и повысится удельная энергия на единицу массы реагента.

В качестве топлива для ЭХГ также может быть использована муравьиная кислота. Так, В. Фнлыитих с сотрудниками [Л. 104] предложил батареи формиатновоздушных ТЭ емкостью 260 Вт-ч для длительно рабо­ тающих транзисторов (30 дней и более). Удельная энер­ гия при однократном использовании составляет 111 ВтХ Хч/кг и 140 Вт-ч/л, при 10-кратной заливке реагентов соответственно 151 Вт-ч/кг и 220 Вт-ч/л.

Кроме батареи с жидкими реагентами, предложены также ЭХГ малой мощности с газообразными реагента­ ми. Так, водородно-кислородный ЭХГ работает на теле­ визионной станции Дольштейн с 1967 г. [Л. 130]. Водо­ родно-кислородный ЭХГ фирмы Варта мощностью 100 Вт и напряжением 12 В работал на телевизионной ретрансляционной станции в Таунас 3 мес. без обслужи­ вания. Разрабатывается компактный ЭХГ для этой цели с удельными характеристиками 25 кг/кВт и 20 л/кВт

[Л. 135].

Французская фирма Томсон-Хыостон разработала водородно-кислородные ЭХГ на основе ТЭ с ионообмен­ ной мембраной для питания радиоаппаратуры телевизи­ онных подстанций, бакенов и метеостанций; ЭХГ мощ­ ностью 50— 140 Вт имеет массу 7 кг [Л. 134]. Водород и кислород хранятся в баллонах из стекловолокна. Кроме

188

того, фирма разработала водородно-воздушные ЭХГ

ных ТЭ для навигационных бакенов и буев. Буи мощно­ стью около 10 Вт потребляют энергии около 12 кВт-ч в год. Для бакенов необходима мощность около 60 Вт при работе 14 ч в сутки. Как показали испытания и рас­ четы, водородно-кислородный ЭХГ для буев может рабо­ тать 3 года без обслуживания; масса всей системы со­ ставляет 400 кг, в том числе 345 кг масса реагентов. Масса батареи свинцовых аккумуляторов составляет на 3 года .работы соответственно 1 100 кг, т. е. в 3 раза больше. Батарея для бакенов может работать полгода без обслуживания.

Как видим, предложено много вариантов ЭХГ малой мощности, пригодных для использования в различных

что удельная энергия, получаемая в ЭХГ, выше, а стои­ мость ее ниже, чем в гальванических элементах, то ЭХГ малой мощности в недалеком будущем могут найти при­ менение и для гражданских целей.

Представляется, например, весьма перспективным

41. Другие области применения ЭХГ

Кроме рассмотренных ранее областей применения ТЭ и ЭХГ изучаются и обсуждаются также другие возмож­ ности их использования.

а) Электрохимические генераторы для энергоснабжения зданий

Как показывают расчеты, передача природного газа на большие расстояния экономически выгоднее передачи электроэнергии. Поэтому представляет большой интерес

189

создание ЭХГ, работающих на природном газе и обеспе­ чивающих электроэнергией и теплом жилые дома, торго­ вые здания, больницы и т. п.

В США и Франции ведутся большие исследования по созданию ЭХГ, работающих на природном газе и воз­ духе. 27 газовых компаний США участвуют в трехлетней программе по созданию ЭХГ на природном газе ([Л. 130]. Общая стоимость программы 20 млн. долл. Разработку ЭХГ проводит фирма Пратт и Уитни совместно с Инсти­ тутом газовой технологии. Планируется создание и испы­ тание 100 ЭХГ мощностью по 12 кВт. Исследования ведутся по двум направлениям: создание высокотемпе­ ратурных ТЭ и разработка ЭХГ с предварительной кон­ версией газа. Испытывается ЭХГ мощностью 3,7 кВт на основе водородно-воздушных ТЭ с матричным щелочным электролитом.

Водород из продуктов конверсии природного газа от­

1 000 МВт [Л. 40]. Расчеты, проведенные специалистами фирмы, показали, что начальные затраты на ЭХГ мощностью 100 МВт будут ниже начальных затрат на тепловую электростанцию, а расход топлива на единицу энергии снизится в 1,5 раза.

Предстоит еще очень серьезная научно-исследова­ тельская и опытно-конструкторская работа, прежде чем можно будет говорить о перспективе ЭХГ на природном газе.

б) Аккумулирование электроэнергии

Как известно, нагрузка электрических станций и электрических систем распределяется в течение суток неравномерно. Поэтому необходимо аккумулировать энергию в часы недогрузок и отдавать ее потребителю в часы пик. В качестве таких аккумуляторов энергии могли бы применяться водородно-кислородные ТЭ. Для аккумулирования энергии может быть использована си­ стема электролизер — ТЭ, газгольдеры для водорода и кислорода [Л. 155]. В часы недогрузки установка рабо-

190