Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Допустимо и применение в качестве инертного катода некоторых выпускаемых промышленностью объемных вязаных металлических сеток, когда появляется возможность отказаться от ребер на катодной пластине и за счет этого сэкономить вес и упростить технологию изготовления пластины. При наличии объемной сетки электролит может беспрепятственно проходить через ее сечение, обеспечивая равномерность растекания по поверхности анода. Увеличение истинно работающей поверхности сетчатого катода можно также обеспечить формированием на проволоку сетки (или нанесением) слоя с высокоразвитой поверхностью типа каталитических структур Ренея. Эти способы известны [30, 31] и нашли применение для этих катодов под названием железная или никелевая «чернь» [6, 17, 22]. Последующее снижение перенапряжения катодной реакции достигается введением в поверхностный скелетный катализатор добавок кобальта [24, 25] либо поверхностным модифицированием. Последнее проводится обработкой выщелоченного и отмытого от щелочи катализатора растворами солей таких металлов, как кадмий, свинец, висмут, ртуть. При обработке в растворах нитрата кадмия перенапряжение реакции выделения водорода близко к значениям, наблюдаемым на платинированной платине [32]. Обработка в растворе этой соли также обеспечивает снижение пирофорности поверхностного катализатора [33].
9.1.5. Принципы и системы обеспечения работы ХИТ. Для
разработанной конструкции ХИТ выходные характеристики зависят от концентрации, температуры, скорости электролита
193
192
и величины анодно-катодного давления. Влияние этих факторов неравнозначно. Наиболее эффективно влияет на выходные характеристики концентрация электролита. Поэтому для поддержания оптимального режима работы источника тока на нужном уровне выходных характеристик чаще всего используют регулирование концентрации, а все остальные параметры поддерживают постоянными. Для создания стабильного режима работы требуется поддерживать концентрации и температуры циркулирующего электролита, а также удалять из циркуляционного контура газ-водород. Все это обеспечивается специальной электролитной системой обслуживания.
Контроль за поддержанием и регулированием режима разряда, работой всех устройств осуществляется с помощью системы автоматики и контроля.
В целом ХИТ системы литий—вода представляет собой трехконтурный агрегат, который включает в себя энергетическую систему, то есть непосредственный генерирующий силовой модуль, гидравлическую систему с перечисленными устройствами и систему автоматики и регулирования. Такой ХИТ по сложности систем обеспечения гидравлики, тепломассообмена и авторегулирования имеет много общего с электрохимическим генератором, и можно считать близкой к истине предлагаемую [20] классификацию его как электрохимический генератор с полутопливными элементами (ПТЭ).
Силовая система состоит из одного или более батарейных модулей (блоков), которые набираются из необходимого числа биполярных электродов в зависимости от требований по напряжению. Конструкция электродов и блоков предусматривает максимально возможное снижение токов утечки.
Электролитная система обеспечивает насосную циркуляцию раствора гидроксида, поддержание требуемой температуры электролита, сепарирование и сброс водорода, разбавление электролита до требуемого уровня концентрации и сброс избытка его с продуктами реакции, хранение, или, в случае нужды, приготовление начального запаса электролита^ а также активацию ХИТ и дезактивацию при плановой или аварийной остановке. При необходимости может осуществляться фильтрация твердой фазы из потока, например, карбонатов, нерастворимых гидроксидов и других соединений, образующихся при использовании для разбавления забортной морской воды. На рис. 9.10 представлен [22] один из вариантов электролитной системы.
Рис. 9.10. Электролитная система ХИТ литий — вода: 1—силовой блок; 2 — теплообменник; — 3 пусковая емкость и газожидкостный сепаратор; 4— надавливающий насос; 5—-электролитный насос; 6 — насос охлаждения; 7 — клапан начального сброса газа (аргона); 8 — спускной клапан водопровода; 9 — наполняющий клапан; 10 — пусковой байпасный «клапан; 11 — спускной кран; 12 — пусковой клапан; 13 — погружной забортный клапан; 14 — пусковой клапан; 15 — выход LiOH/H2; 16 — разбавляющий клапан; 17 — надавливающий сифон
Скорость поступления разбавляющей воды для поддержания требуемой мощности источника может быть определена по формуле [6] m(л/мин) = (2,4P) : (M-W3), где P — мощность, Вт;
W3 — эмпирическая полезная энергия для конкретных рабочих условий, Вт-ч; M -~ молярность электролита (в диапазоне 2—4 M). Увеличением скорости подачи разбавляющей воды повышают генерируемую мощность за счет роста величины плотности тока (ік) при постоянном контролируемом напряжении. Для уменьшения мощности подачу воды прекращают
194
195
до увеличения концентрации электролита за счет растворения лития. Этот процесс течет медленнее, а требуемое время может быть определено из формулы
Мк—Мн = 0,043 ^ • ~- ,
где Mn и Мк — конечная и начальная молярности,
