ислорода до воды или гидроксид-иона. По этому меха, низму, например, реагирует кислород на платиновых металла^, термообработанных порфиринах металлов.

Как видно из табл. 2.3 и 2.4, плотности тока обмена восста-новления кислорода значительно ниже плотностей тока обмена ионизации водорода и предельных диффузионных плотностей тока кислорода. Поэтому выбор активного катализатора кислородного электрода для ТЭ исключительно важен. Катализаторами Кислородных электродов в щелочных растворах служат платина и палладий, их сплавы и серебро, а также активированный уголь. Каталитическую активность угля можно повысить введением оксидо'в некоторых металлов, например шпинелей NiCo204, СоА1204, МпСо204 [10, с. 161; 35,'с. 131, 144, 145]. При температурах 200°С и выше активен дотированный оксид никеля [7]. Катализаторами кислородного электрода в кислотных электролитах служат платина и ее сплавы и активированный уголь. Предложены также органические катализаторы - фтало-цианины и порфирины кобальта и железа, нанесенные на углеродистую основу [10, с. 161; И; 47; 66, с.60]. С помощью термообработки удалось значительно повысить их стабильность [11, 47]. Воздушные электроды, содержащие термически обработанные органические комплексы, устойчиво работали при плотности тока 300 А/м2 свыше 3000 ч (9 • 10s А • ч/м2) - [78, с. 157]., j

Носителями, токоотводами и механическим скелетом элект-р0д0в обычно служат углеродистые материалы, а в щелочных электролитах - также никель.

2.3. ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ЩЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

На первом этапе разработки кислородно-водородных ТЭ основное внимание уделялось ТЭ с щелочным электролитом. Над созданием ТЭ с щелочным электролитом работало несколько десятков лабораторий в различных странах мира. Такой интерес к ТЭ с щелочным электролитом был обусловлен несколькими причинами:

некоторыми достоинствами этих ТЭ: высокой электрической проводимостью электролита, возможностью применения неплатиновых катализаторов, широким выбором конструкционных материалов и др.;

основными областями применения, которыми на первом этапе развития ТЭ была в основном космическая и военная техника, позволяющая использовать чистые кислород и водород.

Разрабатываемые ТЭ с щелочным электролитом можно подразделить на низкотемпературные (Т «5 100°С) и среднетемпературные (Т= 150 + 260°С), а также со свободным и матричным электролитом.

2.3.1. Среднетемпературные ТЭ. Английский ученый Бэкон [70] предложил ТЭ, работающий при температуре 200-300°С и давлении 2,0-4,5 МПа, со свободным раствором электролита с массовой долей КОН 37-50%. В ТЭ использовались двухслойные металлокерамические пористые электроды толщиной 1,8 мм и площадью поверхности 0,037 м2. Материалом анода был карбонильный никель, катода - окисленный никель с добавками оксида лития. Элементы характеризуются пологой вольт-амперной кривой (кривая 1 на рис. 2.3). Ресурс элемента составлял несколько сотен часов. Фирма "Пратт Энд Уитни" (США) [84] применила в ТЭ электроды Бэкона, но в качестве электролита использовала раствор с массовой долей КОН 75-85%. Благодаря этому удалось снизить давление до 0,2 МПа. Элементы Работали при температурах 200-260°С. Вольт-амперные характеристики были близки к характеристикам Бэкона, но ресурс элемента увеличился до 2500 ч(2,5МА- ч/м2). Ухудшение его *аРактеристик, в основном, вызывалось коррозией кислородных

71

электродов. Благодаря высокой температуре, отвод воды упрощается, она удаляется циркулирующим через анодную камеру водородом. Характеристики элемента приведены в табл. 25 (поз. 1).

2.3.2. Низкотемпературные элементы со свободным электролитом. Ученые Э. Юсти и А. Винзель (ФРГ) предложили использовать в ТЭ пористые никелевые электроды со скелетным никелевым катализатором на аноде и серебряным - на катоде [21]. Электроды содержали 1,2 кг/м2, карбонильного никеля, 5,6 кг/м2 никеля Ренея на аноде и 3,1 кг/м2 серебра на катоде (электролитом служил раствор 6 М КОН). Напряжение элемента -0,85 В при плотности тока 500 А/м2 и 35°С, а также при 2000 А/м2 и 85°С. Максимальная плотность мощности 1,5 кВт/м3Фирма "Сименс" (ФРГ) усовершенствовала никелевые катализаторы путем их окисления на воздухе или в Н202 и восстановления в водороде при 300°С, а также введения добавок молибдена или титана [66, с. 203]. В качестве запорного в них служит слой асбеста. Содержание катализатора было снижено до 0,5 хг/м2 как на аноде, так и на катоде. Толщина электроде-6 0,75-1,0 мм, элемента - 3,5 мм. Вольт-амперные кривые элемен72

J

та значительно лучше кривой элемента Юсти (кривая 6 на рис. 2.3). Элементы аналогичной конструкции, но с несколько более высоким содержанием катализаторов проработали в ЭХГ мощностью 25 Вт более четырех лет (33 600 ч) при температуре наружного воздуха (рабочая температура в элементе не опускалась ниже 25°С). Характеристики ТЭ приведины в таОл. 2.5 (поз. 2). На базе этих ТЭ фирма создала коммерческую установку мощностью 7 кВт [86, т. 3, с. 1201-1220]. Элементы со скелетными никелевыми катализаторами на аноде и серебрян