3. Установки с электрохимическим генератором
В отличие от гальванических элементов ТЭ не могут работать без вспомогательных устройств. Для повышения напряжения, силы тока и мощности ТЭ соединяют в батареи. Система, состоящая из батареи ТЭ, устройств для подвода топлива и окислителя (а также их хранения и обработки), отвода продуктов реакции, регулировки температуры и преобразования тока и напряжения называется электрохимическим генератором (ЭХГ), или электрохимической установкой. Схема ЭХГ показана на рисунке 4.2.
Отвод продуктов реакции генератор отвод тепла
Нагрузка
Подача топлива батарея ТЭ подача окислителя
Система контроля температуры
Рисунок 4.2. Схема установки с ЭХГ.
4. Применение топливных элементов
ТЭ придаётся большое значение в связи с тем, что их КПД близок к 100%, и они могут применяться во многих отраслях хозяйства, не загрязняя окружающую среду. С каждым годом их применение всё шире. Основные сферы применения ТЭ: космические корабли и станции, электромобили и транспорт, стационарные энергоустановки.
В настоящее время созданы кислородно-гидразиновые ЭХГ, имеющие мощность 50 кВт. Срок их службы – 2000 ч. Они производят электроэнергию в любое время суток, надёжны в эксплуатации, имеют малые размеры и способны выдерживать различные перегрузки. На космических кораблях и подводных лодках ЭХГ обеспечивают людей не только электроэнергией, но и водой.
Наиболее распространены ЭХГ с щелочным электролитом, они обладают удельной энергией 400-800 Вт·ч/кг и КПД 70%, мощностью около 10 кВт.
В последние годы всё больше уделяется внимание разработке ТЭ для различных мобильных приборов и устройств (ноутбуков, видеокамер и т.п.), а также ЭХГ для электромобилей, работающих на водороде или метаноле. Многочисленные публикации в научно-популярной прессе, сюжеты по ТВ подтверждают то, что дальнейшее совершенствование ТЭ является одним из самых перспективных направлений в развитии энергетики. ЭХГ ещё пока относительно дороги, однако сейчас ведутся интенсивные работы по их удешевлению с целью широкого использования экологически чистой энергии.
Лекция 5. Коррозия. Теоретические вопросы в области коррозии
План
Определение коррозии и значение коррозионной проблемы.
Прямые и косвенные потери от коррозии.
Причины возникновения коррозии.
Химическая коррозия.
Электрохимическая коррозия.
Влияние водородного показателя среды на скорость коррозии.
Оценка коррозионной стойкости металлов.
Определение коррозии и значение коррозионной проблемы
Коррозия – это разрушение металлов в результате химической или электрохимической реакции. Разрушение металла, происходящее по физическим причинам, не является коррозией, а известно как эрозия, износ или истирание. В некоторых случаях химическое воздействие сопровождается физическим разрушением и называется коррозионным износом или фреттинг-коррозией. Это определение не распространяется на неметаллические материалы (пластмасса, дерево, гранит, цемент и бетон).
Ржавлением называется коррозия железа и его сплавов, с образованием продуктов, состоящих в основном из гидратированных оксидов железа. При коррозии цветных металлов о ржавлении обычно не говорят.
Ввиду того, что коррозия включает в себя химические превращения, для понимания теории коррозии необходимо знать основы электрохимии, так как коррозионные процессы в большинстве своем являются электрохимическими.
Значение коррозионных исследований определяется тремя аспектами.
Первый аспект – экономический. Его цель – уменьшение материальных потерь (в результате коррозии трубопроводов, резервуаров, котлов, деталей машин, судов, мостов, железнодорожных рельсов, подвижного состава).
Второй аспект – повышение надежности оборудования, которое в результате коррозии может разрушаться с катастрофическими последствиями (трубопроводы высокого давления, контейнеры для токсичных материалов, лопасти и роторы турбин, деталей самолетов, АЭС, систем захоронения радиоактивных отходов и т.п.).
Третий аспект – сохранность металлического фонда.