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

может проникать к катоду и окисляться на катоде. Окислитель, проникая к аноду, может восстанавливать­

и соответственно напряжение. Отношение количества электричества, полученное на моль вещества, к теорети­ ческому количеству электричества, определяемому зако­

A3 = zF Ur\F.

Соответственно эффективный к. п. д. ТЭ равен: 11офф = 2.СНѵ|іт/(—АН).

Так как, согласно (17)

—АН = zFE/r\T, то г):,фф= ицтЦѵІЕ.

Отношение напряжения к э. д. с. ТЭ получило назва­

равен произведению термодинамического к. п. д., к. п.д. по напряжению и фарадеевского к. п. д.

Проанализируем составляющие эффективного к. п. д. Термодинамический к. п. д. определяется природой ре­ акции и температурой. Так как в пределах относитель­ но небольшого изменения температур термодинамиче­ ский к. п. д. обычно изменяется мало, то возможности изменения т]Яфф за счет изменения г|т обычно невелики. Основное влияние на изменение г)Пфф оказывают к. п. д.

вающие напряжение, улучшают к. и. д. по напряжению и соответственно эффективный к. и. д.

43

Фарадеевскнй к. п. д. зависит от вида применяемого

Имеются системы, у которых термодинамический к. п.д. с увеличением температуры уменьшается. Однако изме­ нение термодинамического к. и. д. с увеличением темпе­ ратуры значительно меньше, чем изменение к. п. д. по напряжению. Поэтому при повышении температуры эф­ фективный к. п. д. ТЭ обычно увеличивается.

Исключение составляют ТЭ, у которых при высокой температуре резко падает фарадеевскнй к. п. д. из-за увеличения скорости побочных химических реакций. У таких ТЭ имеется определенная величина температу­ ры, при которой эффективный к. и. д. ТЭ максимален. Выбор оптимальной рабочей температуры зависит не только от к. и. д., но и назначение ТЭ, требуемых зна­ чений напряжения и удельной мощности, способа уда­ ления продуктов реакции и срока службы ТЭ.

Характерной особенностью ТЭ, отличающей их от тепловых машин, является снижение эффективного к. п.д. с увеличением нагрузки (плотности тока) вследствие снижения U и соответственно гщ. Так как с увеличени­ ем плотности тока до некоторых пределов растет мощ­

рой необратимости работы ТЭ: к. п. д. по напряжению T]t7 и фарадеевского к. и. д. (цр). Повышение к. и. д. и

приближение работы ТЭ к условиям обратимой работы можно достигнуть за счет увеличения напряжения (сни­ жение плотности тока, применение каталитически активных электродов, снижение омических потерь пдр.), а также уменьшения потерь топлива и окислителя. Эффективный к. п. д. разработанных к настоящему вре­ мени ТЭ лежит в пределах 0,50—0,75.

44

д) Стабильность характеристик

исрок службы топливных элементов

Важным требованием, предъявляемым к ТЭ, являет­ ся его способность сохранять свои характеристики во времени, т. е. иметь высокую стабильность. Так как основными характеристиками ТЭ являются его вольт-ам­ перная кривая и плотность мощности, то стабильность определяется способностью сохранять вольт-амперную характеристику п плотность мощности. Количественно стабильность может быть охарактеризована временем изменения напряжения ТЭ от начального значения до определенного ппжпего предела. Величина стабильно­ сти непосредственно связана с темпом уменьшения на­ пряжения во времени.

Снижение напряжения во времени может быть обус­ ловлено протеканием различных химических и физиче­ ских процессов, приводящих к изменению каталитиче­ ской активности, величины поверхности электродов и ко­ эффициентов массоперепоса.

Причин, приводящих к ухудшению характеристик ТЭ, может быть много. Приведем для примера некото­

б) пассснвация электродов из-за образования адсорб­

из строя может быть обусловлен химическим, физико­ химическим или механическим разрушением электродов, прокладочных материалов п мембран.

Методы повышения срока службы зависят от типа ТЭ и условий его работы и должны рассматриваться применительно к каждой системе отдельно. Общими методами повышения стабильности могут быть: 1) очи­ стка реагентов от каталитических ядов и воздуха от углекислого газа; 2) применение конструкционных и прокладочных материалов, не имеющих легковымываемых примесей ядов; 3) применение коррозионно стой-

45

Т п б л и ц а 2

Элек-прохимические хир.ікперистики некоторых воестлновшпелеіі (топлива) и окислителен

47

Придолжснис табл. 2

Реакция взаимодействия воды с щелочными метал­ лами происходит с такими высокими скоростями, что приводит к взрыву, поэтому щелочные металлы в чистом виде могут применяться лишь в ТЭ с неводными или расплавленными электролитами. Другие восстановители применяются в ТЭ с водными растворами электролитов. Однако при вытеснении водорода происходит бесполез­ ная потеря топлива и соответственно снижается фарадеевскпп к. и. д.

Кроме того, па электроде устанавливается смешан­ ный потенциал, лежащий между потенциалами восста­ новителя и водорода, что приводит к снижению разно­ сти потенциалов электродов по сравнению с э. д. с. ТЭ.

Хотя электродный потенциал и характеризует вос­ становительную способность топлива, однако он не явля­ ется основной характеристикой, учитываемой при выбо­ ре того или иного вида топлива. Это обусловлено в ос­ новном малым различием потенциалов у многих восста­ новителей.

Более важной характеристикой реагентов является их электрохимическая активность.

Электрохимическая активность характеризует ско­ рость окисления топлива или соответственно поляриза­ цию при определенной скорости окисления (плотности тока). По электрохимической активности восстановите-

48