ь мощности от тока проходит через максимум. Для линейной зависимости (2.4) максимальная мощность ТЭ равна

(2.6)

(2.7)

Для сравнения различных ТЭ пользуются параметром плотности мощности

Ns = N/Sr = UJT

тает с уменьшением потерь реагента из-за неполного окисления, побочных реакций и других причин. С увеличением тока эффективный КПД ТЭ, как правило, уменьшается. И лишь для случая, когда фарадеевский КПД возрастает с увеличением плотности тока, кривая зависимости пЭф от тока проходит через максимум.

Ресурсом называется время работы ТЭ в заданных пределах характеристик (обычно - напряжения при определенных плотностях тока). Ресурс определяется темпом изменения характеристик, обычно Д U/A t. Ухудшение характеристик ТЭ обусловлено снижением активности катализатора (§ 1.4), изменением структуры электродов, ухудшением проводимости электролита из-за изменения его состава и других причин.

Учитывая, что ресурс ТЭ уменьшается с увеличением плотности тока, целесообразно ввести понятие удельного ресурса ту, А ? ч/м2,

(2.8)

Эффективный КПД ТЭ определяется отношением работы, полученной в ТЭ, к количеству подведенной к нему энергии. Соответственно термический КПД ТЭ равен

r\^T=nFUl\FB/-AH,

где Д Н - энтальпия токообразующей реакции ТЭ; r\Fв - фараде-евский КПД восстановителя, равный отношению количества электричества (2.9)

Уравнение (2.9) справедливо для случая, если окислителем служит кислород воздуха. При использовании других окислителей необходимо учитывать nF окислителя. Уменьшение фа-радеевского КПД ниже единицы может быть обусловлено побочными химическими реакциями и потерями реагентов из-за неполного их окисления, продувки ТЭ и т.д.

(2.Ю)

Эксергетический КПД ТЭ равен

43ie=nFt/tiF/(eOK +ев).

Из (2.8) и (2.10) следует, что все факторы, повышающие нап ряжение, увеличивают КПД ТЭ. Эффективный КПД ТЭ возрас58

(2.П)

где т-ресурс, ч.

igt-ig To-b;igjr> igt =igT'0 + b';/r,

На ресурс оказывают влияние природа электрода и реакции, чистота реагентов и электролита, температура и плотность тока и другие факторы. Обработка собственных и опубликованных экспериментальных данных [11; 12; 27, с. 210-217; 66, с. 203; 67; 68; 86, с. 1221-1228] показывает, чтр_ для многих ТЭ зависимость между ресурсом электродов и ТЭ и плотностью тока JT и температурой Т можно выразить уравнениями:

(2.12а)

(2.126)

где т'о = т при Jr = 1 А/ма; b\ - константа, для многих электродов Равная 0,7-1,5, для некоторых элементов 1-2; Ьх - константа.

2.1.4. Реагенты для ТЭ. К восстановителям и окислителям ТЭ предъявляются многие требования: наличие электрохимиче-кой активности, возможности их подвода в ТЭ и вывода продуктов реакции из ТЭ, невысокой цены и др.

Количественной мерой окислительно-восстановительной способности вещества является его электродный потенциал. В соответствии с уравнением (1.41) ЭДС ТЭ растет с увеличением

59

восстановительной способности восстановителя (т.е. при сдвиге потенциалов в направлении отрицательных значений) и окислительной способности окислителя (т.е. при возрастании электродного потенциала). Как видно из табл. 2.1, потенциалы восстановителей для ТЭ относительно мало отличаются друг от друга. В то же время теоретические удельные расходы в ТЭ с кислородными электродами изменяются в широких пределах (примерно на порядок). Приведенные в табл. 2.1 восстановители и продукты их окисления находятся либо в газообразном, либо в жидком состоянии, поэтому легко могут быть подведены к ТЭ, а продукты реакции - выведены из ТЭ (ТЭ с кислородными электродами). Исключение составляют уголь и другие твердые виды природного топлива, подвод которых в ТЭ, и особенно распределение по многим ТЭ, представляют собой очень сложные технические задачи. Природные виды твердого топлива содержат большое количество примесей и по этой причине также не могут подаваться непосредственно в ТЭ. Кроме того, электрохимическое окисление углерода при обычной температуре практически не происходит. Все эти обстоятельства не позволяют использовать уголь и другие твердые виды природного топлива непосредственно в ТЭ. Их применение в ЭЭУ возможно лишь после предварительной переработки в реагенты, удобные для использования в ТЭ.

По электрохимической активности восстановители, приведенные в табл. 2.1, можно разделить на три группы

I II Ш

N2H4,H2 > СН3ОН > С3Н8, СН4, СО.

Гидразин и водород окисляются с технически приемлемой скоростью в низкотемпературных ТЭ, причем электроды ТЭ с щелочными растворами могут и не содержать платиновых металлов [7, 30]. Для окисления водорода в среднетемператур-ных ТЭ с фосфорнокислым электролитом применяются электроды, содержащие очень малые количества платины, примерно 2,5 г/м2 или 1,6-1,8 г/кВт.

Метанол также окисляется в низкотемпературных ТЭ, но на электродах, содержащих относительно большие количества платины, т.е. 10-50 г/м2 (40-100 г/кВт) в щелочных растворах и 50-100 г/м2