Химические источники тока с литиевым электродом - Кедринский И.А.
Скачать (прямая ссылка):
Все это больше похоже на заправку автомобиля топливом как по характеру процедур, так и по затратам времени. Карбонат лития будет поступать на электрометаллургические предприятия, где из него могут получать новые аноды. То есть литий выступает в качестве переносчика энергии от стационар-ных энергогенерирующих систем до автономных потребителей.
Вопросы эксплуатации таких ХИТ на электромобиле еще окончательно не решены,,Так, избежать коррозии лития во время кратковременных остановок предлагается либо путем слива электролита, либо использованием явления неустойчивой пассивации [2], которая наблюдается при высокой концентрации гидроксида (4—5 M), низкой плотности тока и низкой скорости протока электролита (20 см/с) [17].
Для долговременного хранения батареи ее заполняют сухим аргоном или инертной по отношению к литию жидкостью, например, диэтиловым карбитолом. Не исключается применение такого ХИТ вместе с буферным аккумулятором для компенсации перегрузок и с подзарядкой аккумулятора в режиме пЬдачи малых нагрузок на привод.
Считается, что в целом на ХИТ можно достичь удельной
212
энергии до 400 Вт-ч/кг при удельной мощности до 200 Вт/кг.
Расчет конструкции ХИТ литий—воздух мощностью 15 кВт (максимальная 30 кВт) на напряжение 36 В (2,2 В на элемент) с дистанциями пробега 200, 1000 и 2000 миль приведен в табл. 9.7.
T а б л и ц а 9.7
Расчетные параметры и характеристики ХИТ «литий—воздух» для электромобиля [17]
1
1 3 4
50 250 500
67 333 667
200 1000 2000
200 100 200 100* 200 100
10 10 49 49 97,5 97,5
54 54 54 54 54 54
39 39 84 84 137 137
7,7 7,7 38 38 75 75
34* 17 34 17 34 17
31 15,5 31 15,5 31 15,5
106 81 158 112 4 148 152
6 6 6 6 6 6
16 16 16 16 16 16
7 6 18 18 32 32
3 3 3 3 3 3
174 150 285 239 392 346
67 33 67 33 67 33
384 221 236 139 172 95
171 200 105 125 76 87
Энергия, требуемая для движения, кВт-ч
Энергия, требуемая с батареи, кВт-ч Дистанция пробега, миль Интервалы добавления воды и двуокиси углерода, миль Расчетные массы, кг: Лития (76^X52,4X2,9 см) X 16 шт Катодов
Силового модуля с корпусом с силь-фонами Электролита Добавляемой воды Двуокиси углерода Электролитной системы (насос, емкости, клапаны, фильтр и др.) Системы подачи воздуха (насос, поглотитель углекислоты, фильтр, датчики и др.)
Системы поддержания температуры (радиатор, клапан, мотор и др.) Системы хранения инертной жидкости (емкость, клапаны, датчики и др.) Контрольной системы (электронный блок, провода) Полная масса, кг
Энергия от батареи, отданная до заправки, кВтч
Удельная энергия, кВт-ч/кг Удельная мощность, Вт/кг, при максимальной мощности 30 кВт
Примечание. При расчете принято: удельная энергия на литий —-7612 Вт.ч/кг, колебания мощности—15% от требуемой, КПД передачи ид привод—75%.
9.4. Источники тока с активными катодами
В патенте США [53] заявлена конструкция батареи с л і тиевым анодом и водным проточным щелочным электролитом,
213
в которой в качестве активного твердофазпого катода могут применяться такие материалы, как окись серебра, окись пике ля, окись марганца и другие. Использована мононолярпап или биполярная конструкция элементов, для ,niic'ianiiHtimipoRa ния анода от катода — стеклянные шарики, крепящиеся н;> аноде, например, запрессовкой, а для обеспечения нос пьянства величины зазора для протока электролита сетка, либо металлическая, изолированная с поверхности, либо полимер-ная (полиэтилен, полипропилен, тефлон), которая прплеіасі к поверхности анода и имеет отверстия по/; шарики. Такая сетка, как показано ранее, способствует турболп .ацпн поток;, электролита в приэлектродноп зоне, снятию диффузионных ограничений по отводу продуктов реакции и равномерному срабатыванию лития по всей поверхности. Чтобы компенсировать увеличение зазора при растворении лития, между сеткой и катодом помещен в сжатом состоянии вспененный эластичный материал, который при разрядке расширяется и обеспечивает постоянное прилегание сетки к аноду. Пористость материала такова, что даже в сжатом состоянии поры не закрываются и не увеличивают омических потерь в начале разряда, Этот материал должен быть инертен к электродам и электролиту и обладать высокой сохранностью в сжатом состоянии без потери эластичности. Применены модифицированные пористые резины, латексы, полиуретан. Возможно применение других типов пористых материалов, которые разбухают и расширяются при контакте с водой. К ним относятся полимеры целлюлозного типа, такие, как карбоксиметилцеллюлоза, ме-тилцеллюлоза и другие. Толщина пористого слоя определяется особенностями материала и величиной требуемого расширения, которое зависит от толщины срабатываемого анода.
Размеры сетки определяются гидродинамическими требованиями и омическими потерями. Чем толще сетка, тем больше потери, а более широкий зазор проточной щели требует увеличения объема прокачиваемого электролита для сохранения постоянной линейной скорости. Это вызывает необходимость увеличения мощности циркуляционного насоса. Минимальные размеры сетки ограничены необходимостью доставки электролита к аноду и отвода продуктов реакции. Толщина сетки рекомендуется в пределах 0,38—1,0 мм и подбирается экспериментально во взаимосвязи ? конструктивными и эксплуатационными факторами. Диаметр стеклошариков обусловлен частично толщиной анода, в который они впрессовываются.
