химический каталог




Электрохимическая энергетика

Автор Н.В.Коровин

шенных температурах (до 150°С), приемлемая механическая прочность, высокая удельная электрическая проводимость (6,7 См • м"2 при 300 К), газонепроницаемость. Толщина мембран 0,12-0,3 мм [19].

Электроды. Катодное выделение водорода выражается| уравнением

2Н+ + 2е- - Н2. (3.23)1

Так как реакция среды кислая, то катализаторы и токоотводы! должны быть устойчивыми в кислоте. Как видно из табл. 3.3,Г высокой активностью по отношению к реакции (3.23) обладают платина и палладий. Поскольку платина более устойчива в кислоте, то ее применяют как катализатор катода. В первых ячейках содержание платины было (10-15) г • м-2 площади электрода. Планируется снизить расход платины по крайней мере яа порядок. Токоотводом и носителем катализатора на катоде обычно служит пористый графит.

На аноде протекает реакция

2Н20 + 4е" - 02 + 4Н+. (3.24)

= 4 • 10"1 А ? м°353К

J0,-353K

К наиболее активным катализаторам анодного выделения кислорода в ячейках с ТПЭ относится иридий (J0-298K "

= Ю-2 А • м-2, ft298K = 110мВ;Х

= 130 мВ [175, с. 376]. Более активным, но менее стабильным, чем Jr, является рутений. Достаточно устойчивы аноды из Pti однако они менее активны (Jn..298K = б' Ю_6+ Ю"5 А • м""2, Ь298к " = ПО мВ, J0;353K = 10"3 А • м-2, Ь353к = 130 мВ) [175, с. 376]. В 168 иачестве материала анодов обычно используются иридий, рутений, платина и их сплавы [19; 20; 59; 86; 175]. Предложены ^же тройные сплавы рутения и иридия с вентильными металлами (атомные доли) Ru0,5-Jr0,25rZr0,25, Ru0,5-Jr0,25-Ti0,25, Ru0,5-Jr0,5-W0,25 и другие.

Токоотводами и носителями катализаторов служат пористые титан, цирконий, ниобий, тантал. Катализатор наносят также непосредственно на мембрану [20].

Ячей к.и. На рис. 3.5 приведена схема электролизной ячейки с ТПЭ. К мембране примыкают катодные и анодные катализаторы, нанесенные на пористые носители, через которые в зону реакции поступает вода и отводятся газообразные продукты. Электроды прижимаются к мембране гофрированными пластинами, которые также выполняют роль газораспределительных устройств.

Фирма "Дженерал Электрик" (США) разработала ячейку с мембраной толщиной 0,25 мм с.платиновыми катализаторами (10-15 г ? м-2). Вольт-амперная характеристика ячейки приведена на рис. 3.2. Как видно, при температуре 150°С и плотности тока 10 к А • м-2 напряжение ячейки составляет 1,75 В, расход энергии (постоянного тока) 4,3 кВт • ч/м3. Вольт-амперная кривая хорошо описывается уравнением (3.22) при значении Дэф = = 4- Ю-5 Ом • м2. Зависимость плотности электрической и тепловой мощности от плотности трка приведена на рис. 3.6. Как видно, удельное тепловыделение из ячейки с ТПЭ значительно меньше тепловыделения из ячейки с щелочными электролитами. Ячейка может работать при высоких плотностях тока, однако при этом падает ее ресурс. Так, срок службы ячейки при 10 кА/м2 составил 5000 ч, при 20 кА/м2 - 700 ч, а при 30 кА/м2 -400 ч [82, с. 391-402]. Зависимость ресурса от плотности тока ячейки, как и ТЭ, подчиняется уравнению (2.12а). Ячейка может работать и при повышенном давлении (до 20 МПа).

В ячейке с анодами из Pt (10 г • м~2) и Jr (2 г • м-2) напряжение 1,75 В при плотности тока 10 кА ? м-2 достигнуто при 80°С ["5, с 384].

Электролизеры. Электролизные установки на основе ячейки с ТПЭ имеют более простую схему, чем электролизеры с Щелочным электролитом, из-за отсутствия циркуляции электроЧИТА и упрощения системыютвода тепла.

В табл. 3.6 приведены характеристики электролизера фирмы Дженерал Электрик". Удельные капитальные затраты на

169

Рис. 3.6. Зависимость плотности электрической мощности (кривая 1) и теплового потока (кривая 2) от плотности тока в ячейке с твердополимерным электролитом

ячейку оцениваются (по курсу 1982 г.) 130 долл/кВт, а на установку - 300 долл/кВт [95, с. 117-128]. Предполагается снижение капитальных затрат в перспективе до 250 долл/кВт. Фирма создала в 1978-80 гг. установки мощностью 200 и 500 кВт, в 1983-84 п.

5 МВт, планируется создание установок мощностью 58 МВт. Электролизеры фирмы уже находят практическое применение. Так, в 1982 г. на одной из ТЭС установлен электролизер мощностью 20 кВт [86, с. 215-225]. К 1984 г. электролизер проработал 700 ч при плотности тока 9,3 кА/м2, выдавая водород чистотой 99,97%.

Электролизеры с твердополимерным электролитом разрабатываются во многих странах: СССР, Франции, Японии, Швейцарии, ФРГ и др. Например, в Швейцарии [86, с. 333-340] создан электролизер производительностью 3 м3/ч (12,5 кВт), работающий при температуре 80°С, плотности тока 10 кА/м2 и напряжении 1,74 В. Ресурсные испытания проведены до 6000 ч и продол-жаются дальше.

3.3. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДЫ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОВНЕРСИЯ ТОПЛИВА

3.3.1. Электролиз водяного пара. Как было показано в гл. некоторые твердые электролиты, например стабилизированнЫ

170 диоксид циркония, имеют проводимость по ионам кислорода Q*-. В ячейке с таким электролитом можно проводить электролиз воды, точнее - водяного пара. Как и в случае ТЭТОЭ, твердым электролитом в эл

страница 53
< 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
Buderus Logano G221 20
Ремонт автостекол на Nissan
Стеллажи и библиотеки купить
курсы парикмахеров в москве эстель

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
(07.12.2016)