Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
предельная
критическая
Электропро-j j водность 1 LiOH-IO2 См/м
о л щи н а і ленки на
IU TH И, mm
2,96 950 465 49 0,35 0,72
3,20 730 400 55 0,36 0,73
3,44 560 340 61 0,369 0,74
4,00 315 230 73 0,375 0,75
4,70 115 94 81 0,383 0,76
4,84 70 66 94 0,39 0,77
Примечание. Условия — скорость протока 16 см/с, температура 25° С, анодно-катодное давление 620 г/см2, площадь анода 11,4 см2.
Эти результаты также иллюстрируют отмеченную зависимость коэффициента использования от концентрации для условий оптимальности режима по напряжению.
В табл. 9.1 приведены полезные данные по электропроводности растворов гидроксидов, толщине пленки на литии, уточняющие ранее указанные величины.
190
Возможность осуществления анодно-катодного контакта в системе «литий — вода» без опасности возникновения внутренних коротких замыканий и необходимость поддавливания с определенными усилиями для обеспечения контакта создают резерв некоторого улучшения характеристик и их регулирования: при осуществлении анодно-катодного надавливания уменьшаются внутренние омические потери в пленке, рабочее напряжение повышается. Рекомендуемый диапазон анодно-катодных давлений — до 3,5 кг/см2 [3], хотя допустимы и более высокие значения. Но при этом приходится ужесточать конструкционно-технологические и эксплуатационные требования к устройству источников тока, чтобы избежать коротких замыканий, вероятность которых при этом, естественно, вырастает.
Скорость протока электролита также влияет на выходные характеристики элемента, увеличивая величину предельной и соответственно критической плотности тока за счет снятия диффузионных ограничений, способствуя преждевременной пассивации пленки.
В табл. 9,2 [19] проиллюстрировано влияние изменения
скорости протока при различных концентрациях электролита
Таблица 9,2
Характеристики пленки на литии
Концентрация, M
2,94 9,2 400 258 0,58
13,5 450 312 0,64
24,0 540 355 0,63
37,5 630 406 0,64
56,8 720 454 0,59
90,6 850 479 0,67
3,91 9,2 190 129 0,89
13,5 220 147 0,79
24,0 270 176 0,74
37,5 310 208 0,64
90,6 410 269 0,55
4,25 9,2 140 71 1,24
36,9 220 121 0,96
55,3 250 147 1,10
99,2 300 161 1,83
Плотность токов, сопротивле-мА/см» ние пленки
------- - i ма дитии)
предельная критическая Ом/см2
191
в условиях протока в щелевом канале при температуре 210C на анодные характеристики лития.
Увеличение скорости проюка, как видно, сказывается положительным образом. Но следует иметь в виду, что прокачка осуществляется-за счет внутреннего энергопотребления и не может быть увеличена выше определенной величины. Этот оптимум рекомендован [9, 22] величиной порядка 30 л/ мин на 1 кВт генерируемой мощности. Существуют, конечно, возможности и при этом увеличить линейную скорость потока, например, за счет уточнения электролитного канала, находящегося сзади прижатой к аноду катодной сетки, или путем изменения соотношения геометрических размеров — высоты и ширины электродов. Но во всех случаях надо комплексно оценивать • влияние этих изменений на режим работы элемента, потери в гидравлическом тракте и, значит, величину внутреннего энергопотребления, а также конструктивно-технологические особенности источника.
9.1.4. Влияние инертных катодов и их свойства. Помимо влияния параметров электролита на энергетические характеристики элемента, определенную роль также играют кон-структивные особенности биполярного электрода, в частности, геометрические размеры катодного узла (пластины с ребрами), на которые крепится катод-металлическая сетка [17]. Для каждого режима эксплуатации соотношение геометрических размеров катодного узла должно быть оптимизировано. Однако при этом надо руководствоваться не только геометрическими выгодами, но и учитывать конструктивно-технологические требования и эксплуатационные особенности ХИТ.
Так, применение сеток с большим числом нитей на единицу длины увеличивает гидравлическое сопротивление, с другой стороны, обеспечивает более равномерное прижатие сетки к аноду [28]. Параметры сетки влияют не только на эффективность работы катода, но и на скорость анодного растворения лития. Последняя зависит от степени экранирования анодной поверхности выделяющимися пузырьками газа, которая определяется параметрами катодной сетки.
Кроме того, скорость газоудаления с сотки, также зависящая от размеров сетки, определяет гидродинамические условия внутри ячейки сетки, в частности, скорость обтекания поверхности анода, и через это влияет на скорость анодного растворения.
Небезынтересно упомянуть о применении [29] пористого металлического катода, на котором, благодаря развитости поверхности, достигается снижение истинной плотности тока и перенапряжения реакции выделения водорода. Катод представляет собой пенометалл тина губки с коэффициентом пористости 80—98% Поры круглые сквозные и имеют структуру объемной сетки. Пенометалл очень легкий= Получают его путем гальванического осаждения металлического слоя і никель, железо) толщиной 15 микрон на пористый полиуретан- Затем проводят выжигание полимера и восстановление в водородной печи. Размеры пор от 0,3 до 2 мм, но лучше использовать диапазон 0,2—1,0 мм, который получить нетрудно Указывается, что вес пористого катода составляет 0,2—0,5 от существующей сетки.
