Освещен новый класс электрохимических систем, состоящих из водородного и твердого (металлоксидного, металлического) электродов. Рассмотрены теоретические основы работы подобных систем, методы их исследования, а также разнообразные области применения. Большое внимание уделено описанию таких химических источников тока, как никель-водородный, серебряно-водородный, свинцово-водородный аккумуляторы. Изложены принципы работы различных электрохимических устройств (интеграторов электрических сигналов, генераторов водорода, электропневматических приводов к роботам).
Для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области прикладной электрохимии и электрохимической энергетики. Полезна также студентам старших курсов вузов. •.......
Табл. 31. Ил. 126. Библиогр.: 184 назв.
ВВЕДЕНИЕ
Современная техника, оперируя громадными энергетическими потоками, остро нуждается в автономных системах хранения энергии, т. е. в таких устройствах, которые могут накапливать, сохранять и при необходимости генерировать энергию [1]. Вторичные химические источники тока, называемые также электрохимическими аккумуляторами, обладают уникальными свойствами: они не только накапливают энергию в виде ее химической формы, но и преобразовывают последнюю непосредственно в электрическую. Это делает аккумуляторы зачастую незаменимыми в стационарной и автономной энергетике.
Однако более широкому применению подобных устройств препятствует то обстоятельство, что важнейшие выходные параметры электрохимических аккумуляторов — удельные энергия и мощность, срок службы, эксплуатационные расходы — часто не соответствуют современным потребностям. Например, для реализации такой важной технической задачи, как создание электромобиля, по своим характеристикам конкурентноспособного с автомобилем, требуется аккумулятор с удельной энергией не менее 200 Вт-ч-кг-1, сроком службы 2000 зарядно-разряд-ных циклов и стоимостью не более 3 коп-Д-'-ч-1. Отметим, что наиболее близкий по двум последним показателям никель-железный аккумулятор имеет удельную энергию только 30— 35 Вт-ч-кг-1.
В последнее десятилетие усилия исследователей и разработчиков были направлены на ликвидацию разрыва между требуемыми и существующими параметрами аккумуляторов. Появились аккумуляторы на новых электрохимических системах (например, натрий — сера, литий — сульфид железа и пр.) с удельной энергией 90—100 Вт-ч-кг-1 и ресурсом в 500— 600 циклов, но требующие в связи с высокой рабочей температурой особых условий эксплуатации.
В контексте работ по водород-кислородному топливному элементу были предприняты попытки создать обратимый Н2|О2-эле-мент, т. е. водород-кислородный аккумулятор. При заряде аккумулятор работает в режиме электролиза воды, а при разряде газообразные водород и кислород образуют в аккумуляторе воду, генерируя электрический ток во внешнюю цепь.
Однако практическое использование регенеративного Н2|О2-элемента сопряжено с серьезными техническими проблемами. В таком аккумуляторе кроме необходимости раздельного хранения топлива (водорода) и окислителя (кислорода) существенные трудности возникли и в поиске недефицитных и устойчиво
1*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение $
Глава I. ТЕРМОДИНАМИКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ С ВОДОРОДНЫМ И ТВЕРДОФАЗНЫМ ЭЛЕКТРОДАМИ 7
1.1. Общие соотношения —
I. 2. Расчет термического кпд 9
1.3. Зависимость НРЦ ячейки от активности компонентов и давления водорода 12
1.4. Некоторые термодинамические характеристики систем с водородным
и твердофазным электродами 16
I. 5. Нарушение равновесия в системах с водородным и металл-оксидным
электродами 26-
Глава II. ВОДОРОДНЫЙ ЭЛЕКТРОД МЕТАЛЛ-ВОДОРОДНОГО АККУМУЛЯТОРА 3»
II. 1. Механизм водородной реакции на электроде (микрокинетика) — II. 2. Электрокатализаторы разряда-ионизации водорода 34
П. 2.1. Нанесенные катализаторы 35
II. 2.2. Платинусодержащие катализаторы 3&
II. 2.3. Микроструктура нанесенных платиновых катализаторов 39
II. 2.4. Электрокатализаторы, не содержащие платину 41
II. 3. Макрокинетические особенности работы водородного электрода
металл-водородных аккумуляторов 4J
II. 3.1. Модели пористых электродов —
II. 3.2. Основные уравнения макрокинетики 44
II. 3.3. Нестационарные процессы на водородном электроде 47
II. 4. Типы и технологические приемы изготовления водородных электродов 50
II. 4.1. Гидрофильные водородные электроды —
II. 4.2. Гидрофобизированные водородные электроды 5&
II.5. Влияние примесей 66-
II. 5.1. Фазовое осаждение и адсорбция —
II. 5.2. Кинетика водородной реакции при адсорбции посторонних ионов 72
Глава III. МЕТАЛЛ-ОКСИДНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОРОДОМ . 75
III. 1. Некоторые электрохимические свойства оксидов металлов — III. 2. Реакции в щелочной среде 81 III. 3. Реакции в кислой среде 85 III. 4. Электрохимическая устойчивость металл-оксидных электродов в контакте с молекулярным водородом 8S
III. 5. Некоторые характеристики свинец-диоксидного электрода в водороде с ограниченным количеством сернокислотного электролита 92
III. 6. Металл-оксидный электрод в контакте с ионообменной мембраной 94- ;
Глава IV. ДИССИПАЦИЯ ЭНЕРГИИ В МЕТАЛЛ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРАХ 99
IV. 1. Специфика теплорассеяния — IV. 2. Вывод формулы теплогенерации 101
104 106 109
IV. 3. Определение теплогенерации методом барометрии
IV. 4. Определение тепловыделения посредством изотермического калори-
метра
IV.5. Расчет распределения поля температур в конструкциях с прямоугольными и круглыми электродами
Глава V. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАРЯДНОГО ПРОЦЕССА В МЕТАЛЛ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРАХ но
V. 1. Процессы при заряде аккумуляторного электрода — V. 2. Изменение концентрации электролита в процессе заряда электрода 123 V. 3. Оптимальный режим заряда. Постановка задачи 124 V. 4. Уравнение бародинамической кривой 129 V. 5. Сравнение теории и эксперимента 136 V. 6. Рекомбинация активных масс и парциальные реакции саморазряда 138 V. 7. Системы с низким саморазрядом 140 V. 8. Системы с повышенным саморазрядом 141
V. 9. Рекомбинация активных масс в системах при токе заряда 144
Глава VI. НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫЙ АККУМУЛЯТОР 150
VI. 1. Принципы конструирования — VI. 2. Выбор рабочего давления 154 VI. 3. Оптимизация электрохимической группы 157 VI. 4. Технология изготовления никель-оксидного электрода 162 VI. 5. Выбор состава и концентрации электролита 165 VI. 6. Никель-водородный аккумулятор с адсорбентом водорода 168 VI. 7. Математическая и физическая модели тепловых и разрядных характеристик аккумулятора 172
VI. 8. Области применения никель-водородных аккумуляторов 180
Глава VII. СЕРЕБРЯНО-ВОДОРОДНЫЙ АККУМУЛЯТОР
Цена: 200руб.
