ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные типы водородно-кислородных ТЭ из "Электрохимические генераторы" Все водородно-кислородные ТЭ можно разделить на две основные группы со свободным электролитом и с матричным электролитом. [c.83] Наибольшей электрической проводимостью обладают растворы кислот и щелочей. Скорость ионизации водорода и кислорода в растворах кислот и щелочей значительно выше, чем в нейтральных растворах. Наиболее оптимальными электролитами для ТЭ, использующих чистый водород и кислород, являются водные растворы КОН благодаря- высокой электрической проводимости, каталитической активности и малой агрессивности по отношению ко многим материалам. При использовании водорода с примесями СОг, а также воздуха необходима либо очистка от СОг, либо использование кислых электролитов. Пока используется первый путь. [c.83] Топливные элементы со свободными электролитами обладают важными достоинствами простотой устройства, легкостью отвода тепла и вывода продуктов реакции (например, реагирующими газами или раствором электролита). Недостатками их являются сложность изготовления электродов, большие омические потери в запорных слоях, большая масса я- др. [c.84] Ионообменные мембраны представляют собой тонкие пленки, содержащие иониты. Иониты — это высокомолекулярные соединения, нерастворимые в воде и имеющие в своем составе так называемые функциональные группы. Последние в воде диссоциируют на ионы или адсорбируют из раствора ионы, в результате чего высокомолекулярные соединения превращается в сложный многовалентный ион, вокруг которого создается атмосфера из подвижных и противоположно заряженных ионов (ионная атмосфера), удерживаемых около поверхности ионита, в основном, за счет сил электростатического притяжения. Ионы, находящиеся около поверхности ионита, могут переходить в растворы, замещаясь в ионной атмосфере другими ионами. Этот процесс, называемый ионным обменом, широко используется в технике. [c.85] Ионообменная мембрана, содержащая лишь обмениваемые ионы, обладает недостаточной проводимостью. Электрическая проводимость мембраны значительно повышается, если мембрана сорбирует раствор электролита до равновесного состояния. В этом случае ионообменная мембрана служит не только электролитом, но и матрицей для несвязанного электролита. Проводимость такой мембраны обусловлена как собственной проводимостью, так и проводимостью раствора электролита, удерживаемого в порах мембраны. Основными недостатками ионообменных мембран являются небольшой срок службы, особенно в условиях снижения влагосодержа-ния, малая термостойкость и высокое электрическое сопротивление (р = 3- -25 Ом-см). [c.86] Более стабильным и дешевым электролитоносителем является асбест. Асбест представляет собой природное волокнистое вещество, состоящее из водных силикатов магния, железа или кальция и натрия. Имеются две основные группы асбестов хризотиловый и амфиболо-вый. Хризотил-асбест состоит из волокон диаметром 10 —мкм и длиной от долей миллиметров до 50 мм. Особенностью хризотил-асбеста является его устойчивость в щелочи до температуры +150°С. Амфибол-асбест, напротив, отличается высокой кислотостойкостью. [c.86] Из асбеста изготовляются бумага (толщиной 0,3 мм и ниже) или диафрагмы (0,3—1,0 мм), которые могут поглощать большое количество раствора электролита и прочно удерживать его. Поры в асбестовой мембране имеют малый радиус (около 10 мкм), поэтому капиллярное давление в них достигает очень высоких значений. Асбестовая мембрана, заполненная раствором электролита, газонепроницаема и отделяет газообразный окислитель от газообразного восстановителя. Важным преимуществом асбеста перед ионообменными мембранами является его более высокая электрическая проводимость. Так, по данным нашей лаборатории, удельная электрическая проводимость асбестовой бумаги (толщина 0,3 мм) в растворе 3—4 м КОН составляет 0,07— 0,08 Ом- -см-1 при 18°С и 0,15 Ом-1-см- при 80°С. [c.86] Схема ТЭ с матричным электролитом приведена на рис. 8,6. При использовании матричных электролитов отпадает необходимость в электродах с запорным слоем, так как матрица играет роль запорного слоя, поскольку имеет поры малых размеров по сравнению с размерами пор в электроде. [c.87] Топливные элементы с матричными электролитами весьма компактны, портативны, имеют малую массу на единицу мощности. Недостатками их являются сложность вывода продуктов реакции из ТЭ и отвода тепла, а для ионообменных мембран — также малая стабильность и термостойкость. [c.87] По рабочей температуре водородно-кислородные ТЭ можно подразделить на низко- и среднетемпературные. Низкотемпературные ТЭ работают при 100 °С и ниже. Среднетемпературные ТЭ работают при 200—250 °С и соответственно должны иметь либо высокое давление водорода и кислорода, либо высококонцентрированные электролиты. [c.87] Вернуться к основной статье