Составители:
Рубрика:
21
неограниченное время. Такие химические источники называют
топливными элементами (ТЭ). Разрядное напряжение ТЭ отличается
исключительной стабильностью, а электродные системы – малой
поляризуемостью.
Электрохимические системы, применяемые в ТЭ, обладают
высоким термодинамическим КПД, причем для некоторых из них
теоретический КПД составляет больше 100%. Например,
температурные коэффициенты dEdT реакций взаимодействия
гидразина с пероксидом водорода и метана с азотной кислотой
составляют 0.34 и 1.64 мВК, что соответствует для них значениям
КПД, равным 105 и 183%. Фактически достигаемый КПД значительно
ниже, и для лучших образцов ТЭ он может находиться в пределах от
50 до 75%.
Наибольшее развитие получили кислородно-водородные
топливные элементы как наиболее энергоемкие и компактные.
Суммарная реакция, протекающая в кислородно-водородном ТЭ,
сводится к образованию воды :
+ 2 e¯
Н
2
+ 1/2 О
2
= Н
2
О
- 2 e¯
Разработано несколько разновидностей кислородно-водородных
топливных элементов: со свободным и матричным электролитом, с
капиллярной диафрагмой, с ионообменной мембраной;
низкотемпературные и среднетемпературные.
На основе среднетемпературного ТЭ с никелевыми
двухслойными электродами был разработан электрохимический
генератор мощьностью 1.4 кВт для космического корабля «Апполон»
(США). Электролитом топливного элемента, входящего в генератор,
служил 85% раствор КОН при рабочей температуре 200 … 260°С.
Напряжение на ТЭ составляло от 1.1 до 0.9 В в интервале плотностей
тока от 0.25 до 1.0 кА/м
2
. Кислород и водород хранили в сжиженном
состоянии в криостатах. Во время работы ТЭ при выработке 1 кВт⋅ч
электроэнергии образовывалось около 400 г воды, которая
использовалась в системе жизнеобеспечения космонавтов.
Недостатком среднетемпературных ТЭ является невысокий
ресурс работы, который не превышает 2500 часов. Ведутся
интенсивные работы по созданию ТЭ с кислым электролитом с
прогнозируемым ресурсом до 40000 часов.
