Топливные элементы

Сухие элементы

Они имеют самые разнообразные размеры - от умещающихся в корпусе авторучки до массой в 1 кг. Их собирают в батареи с различным напряжением и силой тока (КБС -3,5 - 3,7В, БАС -80 – 160В)

В марганцово-цинковом элементе (МЦЭ) катодным деполяризатором является оксид марганца(1V). В смесь оксида Мn(1V) с графитом и сажей запрессован угольный стержень. Электролитом служит раствор, содержащий хлорид аммония-15%, хлорид цинка-4,5%, хлорид ртути-0,3%, вода-60,5%, мука-15,1%.

Хлорид аммония связывает ионы цинка в аммиачный комплекс, что способствует снижению концентрационной поляризации анода. Анод изготовляют из цинка определенной чистоты. Примеси в цинке не должны превышать следующие нормы: Fe, -0,015%, Рв-0,024%, Сd -0,014%, Сu-0,002%, должны полностью отсутствовать мышьяк и сурьма. Цинковый электрод толщиной 0,26-1 мм имеет форму стаканчика или форму пластинки галетного типа.

Ртутно-оксидные элементы имеют очень большую удельную емкость по энергии, обладают малым саморазрядом. ЭДС их во времени меняется незначительно. Иx можно хранить несколько лет.

Наливные элементы

Наливные элементы заливают электролитом перед их использованием. Их часто применяют как резервные источники тока, так как их можно длительное время хранить без электролита. После заливки электролитом их необходимо сразу же использовать, так как саморазряд у них велик и срок их использования после заливки составляет от нескольких часов до 2 - 3 суток. Наливные элементы имеют большую мощность, большую емкость по току и энергии. Так, свинцово-цинковый элемент в виде батареи на 30В можно разряжать током 100-200А. Очень большой мощностью обладают серебряно-цинковые элементы. Магниевые элементы обладают высоким саморазрядом, но большой ЭДС и удельной энергией. Они выгодны как аварийные источники тока.

В последнее время снова возрос интерес к топливным элементам, идея создания которых возникла еще в конце прошлого века. Их основное преимущество перед остальными ХИТ заключается в следующем: здесь электрохимически активные вещества не закладываются в ограниченном количестве в электроды, как в других элементах, а подводятся извне по мере расходования. Запас активных материалов (топливо и окислители) может быть поэтому как угодно велик, теоретически топливный элемент способен разряжаться неограниченно долгое время. Пока ресурс 2000-5000 часов.

Другое преимущество топливного элемента - возможность использовать в качестве активных веществ газы и жидкости, энергетически более выгодные, чем твердые вещества. Чаще других используют водород, метиловый спирт, гидразин, а также кислород и перекись водорода.

Работы в области водородно-кислородного элемента оказались наиболее результативными. Несмотря на многие технические трудности, этот элемент раньше других удалось довести до промышленного образца. В водородно-кислородно топливном элементе:

С/графит/,Н₂ ½NaOH ½ 0₂,С/ графит/;

водород барботирует через один, а кислород - через другой пористый угольный электрод, оба электрода погружены в водный растворе едкого натра. В элементе протекают следующие реакции:

2Н₂ + 4 ОН^- = 4 Н₂0 + 4е;

О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^-;

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Такие элементы дают 60-70% максимально полезной работы. Если же сжечь Н₂ и О₂ для получения теплоты газовой турбины, то получается совсем незначительное количество работы вследствие низкого кпд теплового двигателя.

Тот факт, что единственным продуктом электродных реакций является

вода, представляет дополнительный интерес при использовании элементов в таких автономно действующих аппаратах, как батискаф, подводная лодка, космический корабль.

Космические корабли «Аполлон» были оснащены топливными элементами. За время 13 космических полетов, в том числе 7 лунных, электрохимические генераторы выработали 4,37 тыс. кВт-час электроэнергии и 1400 кг воды. Батареи продемонстрировали высокую степень надежности и позволили выполнить программу “Аполлон” (не считая взрыва на Аполлоне 13).

Дата добавления: 2014-01-05