Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для уменьшения токов утечки размеры катодной пластины, к обратной стороне которой крепился литий, были больше и составили 220 см2 (15,2X14,6 см). Это достигалось за счет выступания пластины на 2 см в сторону электролитных коллекторов. Выступающая часть пластины изолировалась.
199
Iх а блица 95
Электрические и массогабаритные характеристики • ХИТ для гидроакустического буя
Показатель
!
Величина
Мощность, кВт:
максимальная
минимальная Энергия, кВт Длительность разряда, ч Рабочие температуры, 0 С Напряжение рабочее, В:
максимальное
минимальное Напряжение на элемент, В Плотность тока, мА/см2:
максимальная
минимальная Габариты блока электродов, см Объем, л Масса общая, кг Масса лития на аноде, г Толщина лития, мм Площадь анода, см2
0,45 0,01 4,0 20
0—30
60 45 1,25
280 40
20X21X30 30
1,5 157 18 164
С этой же целью и для уменьшения краевой коррозии лития торцы электродов изолировались. Напряжение разомкнутой цепи блока электродов составило 18 В. Учитывая, что индивидуальное напряжение на отдельный элемент было 1,85 В, считалось, что защита от токов утечки достаточно эффективна. Насос прокачивал электролит со скоростью 16 л/мин при 0,3 кг/см2 и охлаждающую воду со скоростью 16 л/мин при 0,075 кг/см2. Обнаружено, что допустимо снижение скорости прокачки на 25%. Специально разработанный теплообменник $есом 2,2 кг обладал максимальной скоростью рассеивания тепла 1200 ккал/ч при градиенте температур 7° С, газожидкостный сепаратор 025ХЮ см представлял собой ряд гидрофильных металлических сеток или экран из металлического войлока, на который струя электролита подавалась под углом 30—60°.
9.1.7. Источник тока неморского применения. В тех случаях, когда условия эксплуатации источников тока не позволяют использовать окружающую воду в качестве катодного реаген-
200
та и разбавителя электролита, например, при использований их на суше, в атмоефере, космосе и т. д., считается целесообразным для поддержания требуемой концентрации гидроокиси лития, соответствующей эксплуатационному уровню генерируемой мощности, высаживать избытки образующейся гидроокиси в осадок. Далее этот осадок при необходимости удаляется из циркулирующего электролита фильтрацией. В [34] в качестве осаждающего вещества предлагается фтористый аммоний, который в концентрации 12 M хранится в специальном резервуаре при ХИТ. С введением его в электролит при падении напряжения ниже порогового уровня протекает реакция LiOH + NH4F -> LiF і + NH4OH. При повышенных -температурах может идти реакция NH4OH NH3 + H2O. Полная реакция имеет Ъид Li + NH4F -> NH3 t +LiF+ 0,5 H2O, то есть вода потребляться не будет. Аммиак выводится вместе с водородом. Осадок фтористого лития циркулирует вместе с-электролитом, не оказывая существенного влияния на работу элемента в течение 45 мин [34].
В качестве осаждающего вещества используются также двуокись углерода [17], фтористоводородная и фосфорная [35] кислоты.
Наибольшее внимание уделяется применению двуокиси углерода для осаждения излишков гидроокиси. Общая реакция при этом записывается так:
2 Li + H2O + CO2 -> Li2CO3 ->+ H2.
На 1 кг лития требуется 17 кг двуокиси углерода [17], которая хранится как в сжатом виде (в баллонах) [17], так и в виде «сухого льда» [29]. Оригинально предложение [28] получать двуокись углерода для осаждения сжиганием угле-родсодержащей органики. В качестве ее могут использоваться парафиноподобные углеводороды, спирты и им подобные, сжиженные, газы .,(пропан, бутан). Особенно выгодны углеро-донасыщенные соединения, например, бензол. Из полной реакции 12 Li+ C6H6+Ю,5 O2-^6Li2CO3+ 3H2O следует, что вода при работе не потребляется: необходимо иметь 1,45 кг бензола на 1 кг лития вместо 4,4 кг воды и двуокиси углерода на 1 кг лития. Кислород берется из воздуха (ХИТ неподводного применения). Хотя установка сжигания и емкость с бензолом увеличивают массу, все же в целом увеличивается удельная энергия ХИТ за счет общего снижения масс [37]. Предлагается также [36, 38] высаживать излишек гидроокиси двууглекислым натрием по реакции
2 Li + H2O + NaHCO3 1 Li2CO31 + NaOH + H2 f .
201
На 1 кг лития требуется 7,3 кг воды и двууглекислого натрия. По сравнению с осаждением двуокисью углерода преимущества здесь не энергетические, а эксплуатационные.
Интересен способ поддержания постоянства концентраций благодаря применению [39] ионообменных мембран. Анод и катод находятся как бы в чехле, который выполняет функции мембраны, Этот чехол может быть изготовлен из неорганической керамики, регенерированной целлюлозы, синтетических смол. Диаметр пор мембраны до 10 мк, но лучше, если поры меньше микрона. Электроды с мембраной находятся в корпусе,'заполненном электролитом. За счет перехода ионов лития через мембрану в объем электролита внутри чехла поддерживается нужная концентрация электролита в приэлектродном объеме и обеспечивается требуемая скорость электрода,
9.1.8. Применение ингибиторов. Для источников тока неморского назначения, когда в. электролит не добавляются порции свежей воды и электролит как бы не обновляется, а весь запас его находится вместе с источником, иногда рекомендуется использовать ингибиторы для снижения скорости паразитной коррозии и увеличения коэффициента использования лития. Хранение ингибиторов такое же, как и электролита. Для ¦ингибирования коррозионной реакции уменьшают активность воды, вводя в электролит некоторые органические вещества, которые снижают активность воды благодаря образованию водородных связей между водой ,и органическим растворителем. Согласно [40] в системах гидроокись лития —вода — ди-оксан снижение активности воды при реагировании с литием обусловлено образованием ассоциатов C1H8Cb-2 H2O и C4H8O2^ H2O, в которых вода связана посредством водородных связей. При введении 10% диоксана в раствор 3 M LiOH скорость коррозии лития уменьшилась в 4 раза по сравнению с'чистым 3 M раствором гидроксида лития. Образование ассоциатов вода — органика отмечено [41] также при изучении электрохимического поведения лития в водноэтиленгликолие-вых растворах гидроксида калия, где формула ассоциата отвечает составу C2H6O2-4 H2O.
