химический каталог




Электрохимическая энергетика

Автор Н.В.Коровин

ускорения электрохимических реакций и уменьшения влияния каталитических ядов (СО, соединений серы и др.) на электроды повышают температуру ТЭ до 800-1300 К. В этих ТЭ используют расплавленные или твердые электролиты. Наряду с окислением водорода, термодинамика которого рассмотрена в §2.2, в высокотемпературных ТЭ могут быть окислены оксид углерода СО и метан СН4, поэтому целесообразно рассмотреть термодинамику этих реакций.

(2.28) (2.29)

2.5.1. Термодинамика окисления СО и СН4. Токообразующая реакция в ТЭ с данными реагентами описывается уравнениями:

2СО + 02 = 2С02,

СН4 + 2 02 = С02 +2Н20.

(2.31)

Значение ЭДС элементов можно рассчитать по уравнениям:

?,=?»+ (2,3 РГ/4F) lg (Р02 Щ0 /Р20г), (2.30)

Es =?0 + (2,3 ЯГ/8 F) lg (Р2^ РСщ / РСо2 Рн2о)"

Результаты расчета стандартной ЭДС (и другие параметры) приведены в табл. 2.6.

Как видно, для реакции окисления метана характерна независимость ЭДС от температуры, а для реакции окисления оксида углерода свойственны уменьшение ЭДС и увеличение тепловыделения с увеличением температуры. Влияние давле*-ния СО и кислорода на ЭДС аналогично влиянию давления водорода и кислорода в водородно-кислородном ТЭ, в то же время влияние давления метана на ЭДС сравнительно невелико. О ?,/Э lg РСн4)298 = 7,3 мВ.

83

41

2.5.2. Топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом (ТЭРКЭ). Разработки ТЭ с расплавленным карбонатным электролитом ведутся в США (фирма ЮТК, Институт газовой технологии и др.), Японии (фирмы "Фудзи Электрик", "Тосиба", "Мацушита Электрик" и др.), СССР, Италии и других странах.

Электролиты ТЭ. Устойчивыми электролитами в ТЭ, работающих на углеродсодержащем топливе, являются карбонаты щелочных металлов. Для снижения температуры плавления применяются смеси карбонатов: LiC03 + Na2C03J Li2C03 + Е^СОз или L^CO + К2С03 + Ыа^СОз [7]. Электрическая проводимость расплавленных карбонатов достаточно высока и лежит в пределах 200-500 Ом"1 ? м"1 [9, 42]. Для уменьшения скорости испарения электролита вместо тройной смеси карбонатов в последние годы используют смесь Li2C03 - Na2C03 при массовой доле Na2C03 - 48% и более [97, с. 211].

Для уменьшения испарения электролита и его коррозионной активности обычно применяют либо матричный, либо пастообразный электролит. Материалами матрицы или загуетителЯ служат MgO, LiA102 (5-15 мг/г) или SrTi03 [7,98]. Например, предложен электролит с составом в массовых долях: 1ЛАЮ2 ' 40% и карбонатов Li2C03 - К2С03 (молярные доли 0,62/0,38) ' 84

60% [97, с. 161-164]. Эффективная электрическая проводимость 0873 К матричных и пастообразных электролитов меньше, чем у свободных расплавов. Например, для пасты с составом в массовых долях: MgO - 60%, LiNaC03 - 40% она составляет 50 Ом"1 х хм'1 [70]. Кроме того, возникает переходное омическое сопротивление на границе между электродами и матрицей. Применение керамических матриц также усложняет эксплуатацию ТЭ, так как при быстрых изменениях температур (термических ударах) матрицы могут растрескиваться.

На ранних стадиях матрицы изготавливались методом горячего и холодного прессования. Позднее был предложен метод горячей прокатки [170, с. 181-182], каландрирования или холодной прокатки пульпы с органическими волокнами [170, с. 187-190]. Метод холодной прокатки обеспечивает получение гибких матриц.

(2.32) (2.33)

Аноды, На анодах ТЭ протекают реакции:

Н2 + СО§" 2 е" = Н20 + С02> С0 + СО|"-2е- = 2СО2.

(2.34) (2.35)

Кроме'того, возможны побочные химические реакции, например:

2С0-С + С02,

2С0 + 2Н2-С02 + СН4.

(2.36)

Продукт реакции (2.34) (сажа) отравляет катализатор, забивает трубкии т.д., поэтому необходимы специальные меры для предотвращения этой реакции, в том числе добавление водяного пара в смесь анодных газов. Водяной пар вызывает протекание реакции сдвига

СО + Н20 = СО, + Н,

Так как скорость окисления водорода выше, чем скорость окисления СО, то анодный процесс интенсифицируется.

Не рекомендуется значительное повышение давления, так как при этом резко возрастает скорость реакций (2.34) и (2.35).

В качестве материала анодов ТЭ обычно используется пористый никель [7], для повышения ресурса его стабилизируют «Ромом (массовая доля 10%) [99, с. 211 ] и медью [97, с. 6-10].

85

авнением (2.126). Например, при 893 К ресурс ТЭ равен 4000 ч, ПРИ 873 К - 10 000 ч [86, с. 1222-1228]. Элементы фирмы "Фудзи" м70, с 187-190] имели к 1986 г. электроды с площадью поверхности 200 см2. В модуле мощностью 820 Вт плотность тока составляла 1,5 кА/м2 и напряжение отдельного элемента 0,756 В. Готовится технология промышленного производства ТЭ с площадью электродов в элементе более 0,2 м2.

Оценки, проведенные в 1980 г., показывают, что стоимость материалов ТЭ, долл/кВт, составляет LiA102 - 14,4, анод (толщина 0,76 мм, пористость 70%) Ni + Сг - 17,1, нержавеющая сталь примерно 16 [101, с. 703], т.е. с учетом стоимости катода стоимость материалов ТЭ составляла 65 долл/кВт. Имеется перспектива снижения стоимости материалов ТЭ до 30 долл/кВт.

Характеристики эл

страница 27
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Скачать книгу "Электрохимическая энергетика" (2.11Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
ремонт холодильников на дому авиамоторная
шумоизоляция проектирование
7 декабря концерт михаил круг
концерт дианы арбениной в москве 2017 20 октября

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(22.09.2017)