ыми (0,1 кг/м2) на катоде, работающие при температуре 80°С при плотности мощности 800 Вт/м2 (ресурс 8000 ч), разработаны в Швеции [150, с. 26].

Под руководством К.Кордеша в фирме "Юнион Карбайд" были созданы эффективные многослойные электроды [29] (рис. 2.4). Основу электрода составлял обращенный к раствору электролита гидрофильный (запорный) слой никеля, армиро-ваннный Ni-сеткой. Затем следовал слой, состоящий из угля и тефлона, соотношение которых, а соответственно и гидрофобные свойства, изменялись по толщине этого слоя. Со стороны газа электрод имел гидрофобный слой активированного угля с добавлением Pt (10 г/м2) на водородном электроде и шпинелей (например, СоО х АЦО.О на катоде. Толщина электродов 0,5-0,7 мм, площадь 0,0225-0,105 м2(в том числе площадь рабочей поверхности 0,018-0,084 м2). Характеристики элемента приведены на рис. 2.3 (кривая 4) и в табл. 2.5 (поз. 3). При температуре 65°С, напряжении 0,8-0,85 В элемент обеспечивал плотность тока 1000 А/м2 при использовании воздуха. Отвод тепла и воды из элемента осуществлялся за счет циркуляции водорода, кислорода и раствора электролита. Ресурс работы элемента свыше 8000 ч при работе на кислороде и свыше 5000 ч при работе на воздухе.

В 80-х годах под руководством Кордеша в Университете Грац (Австрия) и Институте водородных систем (Канада) проводилось совершенствование ТЭ с угольными электродами [86, т. 3, с 1201-1220, 1223-1242; 175]. Вместо униполярных в ТЭ применяются биполярные электроды (рис. 2.5). Это позволяет сократить расход никеля на токоотводы или полностью отказаться от Него, применив в качестве основы токоотвода графитовую ткань или смесь графита и полипропилена. Электроды состоят из Нескольких слоев: высокопористого гидрофобного (уголь - 65, тефлон -35 масс, долей в %), подложки из графита или никеля

73

Пози- Реагент ция

Таблица 2.5. Характер,,

Анод

Электролит и Т,*С Риз,

его массовая МПа

доля, %

сти*"

К»т°Д

топливных элементов

кА/м»

«у.. кВт/м»

Ресурс

т, ч Jr т,

МА • ч/м»

Литература

о2-н2 о2-н2

о2-н2 о2-н2

оу-Н2 о*2»-н*»

200-260 0,1-0,5 № двухслойный

60

0,1 Ni + Ni Ренея

(0,5 кг/м») с асбестовым слоем

65

90

0,2

Ni пористый и Pt-Pd-катали-затор

Ni-сеткаи Щ Pt-Pd-катали- \ \

затор ;j

0,02-0,06 Гидрофильный Nj Гидрофобизиро! ванный уголь и Pt(10r/M»)

КОН (в асбесте), 25-35

H2S04, 36

КОН (в поли- 80-100 0,2 мерной матрице), 35

Уголь и Pt (2,5 г/м»)

Пористый Ni

Ni стабилизированный ZrOo

70 -90 0,02 Уголь и WC

Н3Р04(вмат- 180-200 03

рице), 98

0*4-H2,CO*» Li2C03, Na2CO3,650 1

расплав

0*|—Hj, СО*' (ZrO^GGX 1000 0,5

^Wo.L

Ni пористый и . А6-катализатор

Ni-сетка и Pt-Au-катализатор

Уголь и Pt

Уголь и Pt (0,5 г/м»)

Литированный оксид Ni

Оксиды Со и Рт

270

0,25-2 1,0-0,8 -0,80-2 0,89-0,75 2S0

0,85 0,8"

23 0,9 500

1,35*» 0,83*»

1-3 0,95-0,9 500

1 0,5

2,5-2,7 0,65-0,72 1,6 0,75-0,65 2 0,8

[7,84] [66, с. 203]

5000

8000 8 [11]

[7:11; 88,

C.3S]

[90, с. 390]

5000*» 2,5*» [29,42]

5000 5

10000 10

10000 10

50000 80

10000 16

5000 10

(газовая сторона) и активного слоя (тефлон - 10-15 масс, долей в %, остальное - уголь и катализаторы). Катализаторами служат: анода -Ph/Pd (0,5 г/м2), катода - либо оксиды (перовскиты или шПинели - кобальтовые или марганцевые), либо платина (5 г/м2). Толщина электродов 0,1-0,2 мм. Электролитом служит раствор 7-9 М КОН, температура 65°С. Схема ТЭ с биполярными электродами приведена на рис. 2.6.

2-З.З.Эле.менгы с матричным электролитом. В качестве электролита в ТЭ фирмы "Аллис Чалмерс" использовался асбест ?^лщинои о,25 мм [7; 11; 88, с. 35-39]. Это позволило применить

75

однослойные никелевые электроды толщиной 0,5-0,75 мм с пористостью 85%, активированные Pt-Pd-катализатором на аноде и Ag - на катоде. Электроды с двух сторон прижимались к асбесту, пропитанному раствором КОН с массовой долей 30-35%. Вода удалялась с помощью водотранспортных асбестовых и никелевых пористых пластин, расположенных за камерой водородного электрода (рис. 2.7). Вольт-амперная характеристика элемента весьма высокая (см. рис. 2.3, кривая 3). При плотности 2500 А/м2 напряжение элемента было равно 0,90 В. При использовании воздуха элемент работал при плотности тока 1350 А/м2 и напряжении 0,83 В. Ресурс элемента при плотности тока 1 кА/м2 ([/= 0,97 В) превышает 5000 ч. Характеристики элемента приведены в табл. 2.5 (поз. 4).

Для повышения ресурса ТЭ фирма "Юнайтед технолоджи Ко" (ЮТК, США.) заменила асбестовую мембрану на мембрану из специального полимера толщиной 0,5 мм [90, с. 390-395; 155]. Катализаторы из сплавов: платина-золото на катоде (100 г/м3) и платина-палладий на аноде (30 г/м2) наносились на никелевую сетку, имеющую толщину 0,25 мм. Площадь поверхности электродов 0,047 м2. К аноду прилегает пористая никелевая пластина, имеющая систему узких и широких пор. Узкие поры заполнены раствором электролита, через широкие поры водород поступает к