Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Однако дефицитность серебра вынуждает также рекомендовать в качестве инертных катодов железо (сталь), железную чернь, никель, никелевую чернь и др. [50]. В присутствии перекиси увеличивается эффективность анода, уменьшается чувствительность его к изменению скорости протока, концент-
206
207
рации и температуре электролита. Так, при увеличении скорости протока вдвое — от 8 до 16 см/с — удельная мощность элемента системы литий—перекись водорода увеличивается лишь на 7%, а элемента системы литий—вода — на 100%, Малая чувствительность к изменению концентрации гидроокиси в присутствии перекиси дает возможность использовать для подавления коррозионной реакции лития с водой повышение концентрации гидроокиси без уменьшения мощности. Меньшее влияние температуры электролита в элементах с использованием перекиси водорода позволяет 'обеспечить постоянный уровень удельной энергии и мощности в более широком диапазоне изменения температур,
Требуемая концентрация перекиси, как и концентрация гидроокиси лития, зависит от генерируемой плотности тока (мощности) и с увеличением последней должна возрастать. По данным табл. 9.6 следует, что для поддержания плотно-стей тока 100, 150, 300 мА/см2 требуется соответственно 0 05, 0,1 и 0,25 M перекиси в электролите. Излишек перекиси недопустим: часть ее может вступать в нежелательную реакцию с литием с выделением тепла и уменьшением Kuen лития. Максимально допустимое количество перекиси для заданных условий устанавливается опытным путем.
Поскольку в процессе разряда ХИТ расходуется перекись водорода и растет содержание гидроокиси лития, для поддержания мощности на требуемом уровне необходимо добавлять перекись и.уменьшать концентрацию гидроокиси разбавлением водой и сбросом избытка электролита.
Разработан и испытан макет ХИТ системы литий —перекись водорода с энергией 600 кВт-ч [51]. Он состоял из пяти последовательно включаемых 14-элементных модулей на 34 В по 5,5 кВт каждый. Подобраны и рекомендованы следующие режимы: скорость протока электролита 20—30 см/с, контактное анодно-катодное давление 7—14 МПа, концентрация перекиси водорода 0,4—1,0 М. При напряжении на элемент 2,43 В и плотности тока разряда 140 мА/см2 продолжительность последовательной работы пяти модулей составила 77,6 ч при коэффициенте использования лития в системе 76,3%, а перекиси водорода — 65,5%. Удельная энергия в модуле (на литий) 5786 Вт-ч/кг.
Для проведения испытаний этого макета были разработаны и созданы отдельные устройства лабораторного исполнения, позволившие осуществить испытания в автоматическом режиме. Эти устройства включили:
208
электролитную емкость хранения, ~
емкость хранения перекиси водорода,
СИСТеМЫ: ' "'"51V.:;*
циркуляции,
р е г у л и р о в а н и я п о д а ч и,
поддержания концентрации и температуры электролита,
извлечения и удаления газа, контроля и авгоматпки.
Силовой модуль автоматически активируется по внешней команде, также автоматически осуществляется деактивирова-ние первого модуля, когда литий в нем израсходуется. Затем включается второй модуль, и в этом порядке все модули срабатывают. Из мощности модуля 5,5 кВт на нагрузку идет 5 кВт, а 0,5 кВт обеспечирает работу вспомогательного оборудования.
Применялись электроды биполярной'конструкции с поверхностью 1238 см2. Толщина анода 2 см. Инертная катодная сетка покрывалась катализатором палладием. Для борьбы с токами утечки к краям сетки, выходящим в электролитный канал, крепились фиберглассовые полоски: Кромки лития и незащищенная стальная пластина изолировались.
Перекись водорода при работе подается на вход в электролитный поток автоматически. Концентрация гидроксида поддерживается осаждением фосфорной кислотой, которая хранится в отдельной емкости. Степень нейтрализации контролируется датчиком pH в системе «гидроксидфосфорная кислота». Фосфат лития переходит в емкость хранения и там остается, а образующаяся вода идет на поддержание концентрации гидроксида. Водород сепарируется в электролитной емкости, смешивается с воздухом и частично с кислородом, образованным от разложения перекиси, и окисляется до воды в специальном реакторе с силикатными шариками, покрытыми палладием.
Продемонстрирована работоспособность системы литий—-перекись водорода для обеспечения больших емкостей в наземных условиях.
Целесообразность использования системы литий—перекись водорода в морских условиях по сравнению с системой липні—вода пока представляется неясной, так как требует наличия запаса перекиси и систем ее подачи. Здесь необходима тщательная оценка энергетического выигрыша нй ХИТ в целом с учетом эксплуатационных усложнений.
209
9.3. Источники тока литий—воздух
Использование кислорода из воздуха в качестве окислителя, восстанавливающегося на газодиффузионном электроде, для наземного применения имеет такие же преимущества по катоду, как и использование воды в ХИТ литий—вода мор= ского назначения- Преимущества системы — в более высоких энергетических возможностях, так как потенциал кислородной реакции
O2 + 2 H2O +¦ 4 е = 4 ОН~ E0-+0,4 В. У лития E0=—3,05 В, тогда суммарное значение пары E0 = 3,45 В, а теоретически энергия составляет более 13000 Вт-ч на 1 кг лития. Практически потенциал разомкнутой цепи равен 2,9—3,0 В [511
