Вопросы и задания к разделу «Кислотные аккумуляторы»

1. Запишите процессы, протекающие на электродах при зарядке свинцового сернокислого аккумулятора, пользуясь табл. 1 Приложения. Как изменяется концентрация электролита при зарядке и почему?

2. Почему зарядку аккумулятора прекращают, когда электролит начинает «кипеть»? записать электродные процессы.

3. Рассчитать ЭДС свинцового аккумулятора, если в качестве электролита используется 36%-ая серная кислота.

Топливные элементы

Топливные элементы являются одними из самых перспективных элементов. Благодаря специфичности их устройства и использования жидких и газообразных элементов в них резко снижена металлоемкость по сравнению с другими видами ХИТ. Как только будут решены вопросы создания дешевых, активных и стабильных катализаторов, в производстве топливных элементов не возникнет принципиальных затруднений с сырьём.

Топливный элемент (ТЭ) – это химический источник тока, в котором энергия образуется за счёт химической реакции между окислителем и восстановителем, непрерывно поступающим к электродам извне. Продукты реакции выводятся из ТЭ. Обычно окислителем является кислород, а в качестве восстановителей могут быть использованы природные виды топлива или продукты их переработки (например, природный или водяной газ).

Устройство топливных элементов

В отличие от других ХИТ топливные элементы нуждаются для своей работы в различных вспомогательных системах, обеспечивающих подвод реагентов, отвод продуктов, поддержание теплового режима и т.п.

Совокупность батареи топливных элементов и вспомогательных систем называется электрохимическим генератором (ЭХГ). Схема энергоустановки представлена ниже.

Топливные элементы могут иметь как баночную конструкцию, так и конструкцию с биполярными электродами. С целью обеспечения высокой активности, а также эффективного подвода реагентов в зону реакции и отвода продуктов в ТЭ используются тонкие пористые диффузионные электроды.

По рабочей температуре ТЭ можно разделить на низкотемпературные (ниже 150 ⁰С), среднетемпературные (150-200 ⁰С), высокотемпературные (550-1000 ⁰С). В низкотемпературных ТЭ в качестве электролита применяют водные растворы щелочей и кислот, а также ионно-обменные мембраны. В среднетемпературных элементах электролитом служат высококонцентрированные водные растворы солей или расплавленные кристаллогидраты. В высокотемпературных элементах применяют расплавы солей (в частности, карбонатов) или твёрдые электролиты.

Растворы и расплавы могут быть использованы как в свободном (жидком) виде, так и виде матричных или загущенных электролитов.

Рис. 3. Схема энергоустановки с ЭХГ.

СХПР – система хранения и подготовки реагентов; ПР – система подводки реагентов;

БТЭ – батарея ТЭ, РТ – вспомогательная система регулирования тока; ОТ – сис-

тема отвода теплоты; КР – система контроля и регулирования; ОП – система от-

вода продуктов.

В отличие от выпускаемых серийно ХИТ, топливные элементы не имеют общепринятой единой конструкции. Принципиально в конструкции ТЭ должна быть ёмкость, заполненная электролитом, два электрода, на которые подаются топливо и окислитель, а также система для удаления продуктов реакции.

Рис. 4. Схема топливного элемента.

1, 2 – отрицательный и положительный электроды, 3 – токоотвод,

4 – электролит, 5 – приемник электроэнергии.

В качестве окислителей в промышленных установках используется в основном кислород воздуха. Восстановителями могут быть следующие вещества (расположены в порядке убывающей электрохимической активности): гидразин, водород, спирты, оксид углерода (II), углеводороды, углерод. Для установок большой энергетики, предназначенных для преобразования энергии природных видов топлива, единственным приемлемым видом топлива является технический водород, получаемый либо консервацией природного газа или нефти, либо газификацией угля.