ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Низкотемпературные элементы со свободным электролитом и ЭХГ на их основе из "Электрохимические генераторы" Хотя в среднетемпературных ТЭ получены высокие значения плотности мощности, однако они имеют определенные недостатки относительно невысокий ресурс, затвердевание электролита при понижении температуры, длительный запуск ТЭ. Поэтому многие организации и фирмы пошли по пути разработки низкотемпературных ТЭ. [c.95] Поляризация двухслойных электродов выше, чем однослойных электродов, но степень использования газа выше. В двухслойных электродах Юсти при 40 °С и плотности тока 160 мА/см получено использование газа 90%. Кислородные гидрофильные электроды разработали Э. Юсти и К. Фризе [Л. 4]. В результате исследований были рекомендованы двухслойные электроды с запорным слоем из карбонильного никеля (размер зерна 5—10 мкм) и с активным слоем, изготовленным из смеси карбонильного никеля (1 ч.), порообразователя— КС1 (0,5 ч.) и катализатора (2 ч. по массе). Катализатором служит сплав, полученный из 35 ч. А1иб5ч. Ag. Электрод готовится методом горячего прессования при 470°С и давлении 10 Па и выщелачивается при 70 °С в 10 Н КОН. Содержание серебра составляет 0,31 г см , но может быть снижено применением третьего слоя (газОподводящего) из карбонильного никеля. Характеристики электрода улучшаются с повышением температуры. При 70 °С удается получить на кислородном электроде плотность тока 300 мА/см при перенапряжении 400 мВ. [c.96] Напряжение элементов в батарее при длительной нагрузке 50 мА/см и 60 °С находится в пределах 0,70— 0,85 В. Из ТЭ размерами 11,5X16,3 см собираются блоки, герметизируемые эпоксидной смолой. Мощность блока 50 и 100 Вт. Отработан и выпускается для продажи ЭХГ мощностью 50 Вт и напряжением 24 В. Установка работает автономно в интервале температур от —24 до -1-35 °С. Раствор электролита по мере разбавления непрерывно заменяется свежим концентрированным раствором из резервного бака. Реагенты проходят последовательно через все ТЭ, накопление инертных газов контролируется по напряжению последнего ТЭ, соответственно регулируется скорость продувки для удаления инертных газов. Масса установки 85 кг. [c.97] Фирма Сименс Л. 46, 47] на основе скелетных катализаторов Юсти (никель на аноде и серебро на катоде) разработала двухслойные электроды, у которых запорным слоем служит асбест. Катализатор наносится на асбест седиментационным осаждением, при этом зерна малых размеров располагаются около асбеста, а зерна крупных размеров — в слое около газовой стороны. Это существенно улучшает транспорт газа и расширяет зону реакции. Токоотводом в электроде служит сетка. В одном из вариантов в состав активного слоя вводилось связующее вещество — гидрофильный латекс. Электроды имели толщину 0,75 мм, содержали 50 мг/см катализатора. Для улучшения активности электроды окислялись на воздухе и затем восстанавливались в атмосфере водорода при 300 °С. Стабильность скелетных никелевых катализаторов увеличивалась путем введения в исходный катализатор 15% молибдена и 1% титана. Такие электроды могли работать при комнатной температуре и плотности тока 100 мА/см более 8 500 ч. При общей толщине ТЭ 3,5 мм получена плотность мощности 175 мВт/см2 при комнатной температуре и 500 мВт/см при 60 °С. Фирма разработала и испытала несколько ЭХГ. Водородно-кислородный ЭХГ мощностью 25 Вт в течение трех лет испытывался на одной из радиостанций ФРГ. [c.98] В цехах фирмы обеспечен массовый выпуск электродов. В смену могут быть изготовлены электроды для батареи мощностью 8 кВт. [c.99] Позднее были изготовлены тонкие и гибкие двухслойные электроды. Запорным слоем, механическим скелетом и токоотводом служила тонкая (порядка десятых долей миллиметра) лента, полученная прииека-нием никелевого порошка на никелевую сетку. Активным слоем катода служила смесь угля, серебра и органической связки. Активным слоем анода служил высокопористый никель, содержащий катализатор — борид никеля или окиси неплатиновых металлов. Водородные электроды могут работать 8 ООО ч при плотности тока 100 мА/см . [c.99] Топливные элементы, изготовленные из этих электродов, собирались в блоки с напряжением 6 В, мощностью 0,5 кВт (максимальной—1 кВт), массой 30 кг и объемом 15 л. Четыре последовательно соединенных блока составляли батарею. В 1969 г. масса блока была уменьшена до 20 кг. [c.99] Отвод воды и тепла из батареи. ТЭ осуществляетсй за счет циркуляции электролита и водорода. Фирма разрабатывает ЭХГ мощностью 5 кВт и напряжением 28 В. Планируется работа такого ЭХГ совместно с батареей аккумуляторов. [c.100] Лидоренко с сотрудниками [Л. 52—54] сообщили о разработке ТЭ на основе электродов толщиной 0,2—0,4 мм. Были созданы электроды двух типов. Электроды имели два слоя. Активный слой содержал 1— 15 мг/см катализатора Р1—Рс1 на водородном электроде и Р1 на кислородном электроде. Платиновую и палладиевую чернь получали осаждением формальдегидом или боргидридом калия. Второй слой в электродах первого типа представлял собой пленку толщиной 200— 400 мкм, изготовленную из специально обработанного фторопласта и имеющую пористость 25—38%. Токоотводом была никелевая или серебряная сетка. Второй слой в электродах другого типа готовился из карбонильного никелевого порошка со средними размерами зерен около 5 мкм и фторопласта для щелочного электролита или из карбида титана и фторопласта для кислого электролита. [c.100] Отвод воды осуществлен путем непрерывного прО дувания сухого реагента над поверхностью электродов. [c.101] При гидравлическом способе вода отводится под действием силы тяжести. Для обеспечения отвода воды необходимы электроды с двумя различающимися размерами пор. Через одни поры отводится вода, через другие поры — подводится газообразный реагент. На основе ТЭ с гидравлическим способом отвода воды разработан ЭХГ мощностью 0,5 кВт, предназначенный для работы в подводных условиях (рис. 13). [c.101] Элементы Кордеша разработаны в фирме Юнион Карбайд на основе угольных электродов (Л. 33, 55—58]. [c.101] Уголь является весьма перспективным материалом для электродов ТЭ из-за его высокой удельной поверхности (до 1 ООО м г),- малой плотности, доступности и невысокой цены. Каталитическая активность активированного угля в значительной степени зависит от его предварительной обработки. Исследования показали, что каталитическую активность угля можно повысить предварительной обработкой водяным паром, аммиаком или двуокисью углерода при высоких температурах. [c.101] Для повышения активности на водородный электрод со стороны угля может наноситься раствор соли платинового металла (1 мг металла на 1 см ) методом окраски (кистью или накаткой). После сушки и нагревания нри 100 °С соль металла разлагается. Такие электроды обладают высокой каталитической активностью и стабильностью. Так, электрод, содержащий платиновый металл в количестве 1—2 мт/см может при плотности тока 200 мА/см работать более 1 ООО ч. [c.102] В течение 1967—1969 гг. проводилось совершенствование технологии изготовления воздушных электродов, позволившее поднять рабочую плотность тока. Это достигнуто, в частности, применением гидрофильного никелевого слоя со стороны электролита. Угольный гид-дрофобный слой находится со стороны газа. Активный уголь находится в середине. В новом электроде азот накапливается меньше, чем в прежних электродах. [c.103] На основе комбинированных угольно-никелевых электродов толщиной 0,5—0,7 мм были созданы ТЭ с щелочным электролитом (6—14 Н КОН). Катализаторами анода служила смесь платиновых металлов ( 1 мг/см2), катализаторами катода — шпинели (например, СоО-А120з). Для ТЭ, работающих при высоких нагрузках, применялось дополнительное активирование кислородного электрода платиновыми металлами. [c.103] Фирмой созданы водородно-кислородные и водородно-воздушные батареи ТЭ и ЭХГ мощностью 100 Вт — 90 к Вт. Устройство ЭХГ зависит от их мощности и назначения. Из-за большого числа различных ЭХГ нет возможности рассмотрения каждого из них. Поэтому рассмотрим сначала общие принципы создания ЭХГ и затем в качестве иллюстрации устройство некоторых конкретных ЭХГ. [c.104] Большинство батарей ТЭ собирается из электродов, имеющих размеры либо 0,15X0,15 м с рабочей поверхностью 0,018 м либо 0,3x0,35 м с рабочей поверхностью 0,084 м . Блоки собираются из последовательно соединенных секций, каждая из которых состоит из двух параллельно соединенных ТЭ. Электроды имеют пластмассовые или резиновые рамки с отверстиями для подачи, распределения и вывода водорода, кислорода и раствора электролита. Как показали исследования, в блоке возникают токи утечки через коллектор электролита. Так, в батарее с 12 последовательно соединенными ТЭ с размером электродов 0,30x0,35 м токи утечки составляли 2—3%. Путем сужения каналов, расположенных между коллектором электролита и ТЭ, удалось снизить токи утечки вдвое. Для получения необходимого напряжения и тока блоки соединяются последовательно или параллельно, образуя батарею ТЭ. [c.104] Скорость подачи водорода и кислорода выбирается из расчета фарадеевского расхода, необходимости удаления воды как на водородной, так и кислородной стороне ТЭ и продувки для удаления инертных примесей. Скорость удаления воды из электродов с помощью газа определяется температурой, концентрацией щелочи, толщиной и устройством электрода и скоростью движения газа. Так как при работе ТЭ происходит разбавление электролита у анода и концентрирование у катода, то скорость отвода воды водородом выше, чем кислородом. Как показали опыты К. Кордеша, количество воды, отводимое па аноде, примерно в 2 раза выше, чем на катоде, причем это соотношение относительно мало изменяется с плотностью тока. [c.104] Вернуться к основной статье