3.1.1. Основные типы ТЭ

Как уже отмечалось, в настоящее время не сущест­вует единой общепринятой классификации ТЭ. Напри­мер, они могут быть разделены на группы в зависимо­сти от одного из основных эксплуатационных парамет­ров — температуры.

Наибольшее распространение получили низкотемпе­ратурные (рабочая температура менее 150 °С) ТЭ с жидким электролитом. В качестве электролита ис­пользуются концентрированные растворы кислот (сер­ная, фосфорная) и щелочей (обычно едкое кали). Топ­ливом в низкотемпературных ТЭ обычно служит водо­род, окислителем — кислород или воздух [3.1, 3.2].

Помимо газообразных реагентов в низкотемператур­ных ТЭ применяются жидкое топливо (гидразин, спирт) и окислитель (перекись водорода). Жидкий электролит 6—93 81
либо находится в свободного состоянии, либо пропиты­вает поры м ел коп ор истого электролитоносителя, обычно изготовленного из асбеста. В этом случае электролит удерживается в неэлектропроводящей пористой матри­це капиллярными силами. Основные требования к мат­рице: высокая пористость и малый размер пор, хоро­шая смачиваемость электролитом, достаточная механи­ческая прочность, способность выдерживать соответст­вующие колебания температур, высокое удельное элект­рическое сопротивление, химическая инертность по от­ношению к электролиту.

Функции переноса ионов (ОН~, Н+) при работе низ­котемпературного ТЭ могут быть осуществлены также при помощи твердого электролита — ионообменных мембран [3.3].

Применение электролитоносителей и ионообменных мембран позволяет существенно упростить конструкцию ТЭ и повысить их удельные массо-габаритные характе­ристики. Однако в подобных системах возникают серь­езные трудности, связанные с обеспечением материаль­ного баланса при длительной работе.

В низкотемпературных ТЭ для активации электродов используются катализаторы, в основном дорогие и дефи­цитные материалы. При увеличении рабочих температур возможно значительное снижение необходимого количе­ства катализатора, а также применение для активации менее дефицитных. материалов.

Для развития современных представлений о работе ТЭ большое значение имели исследования Бэкона (Ba­con) в области среднетемпературных (150—-250 °С) во­дородно-кислородных щелочных систем [3.4]. Однако в настоящее время работы в этом направлении практи­чески прекращены из-за сложных коррозионных и кон­структивных проблем и сравнительно низких удельных характеристик среднетемпературных ЭХГ. В то же вре­мя продолжаются интенсивные исследования среднетем­пературных ТЭ с кислым электролитом (серная, фос­форная кислоты), поскольку в них отсутствует пробле­ма карбонизации электролита и могут быть использо­ваны конвертированные водород. и кислород воздуха.

Принципиальным преимуществом высокотемператур­ных (рабочая температура более 300 °С) ТЭ является возможность окисления в них с приемлемыми скоростя­ми дешевого топлива (углеводородов, спиртов, аммиа - 82
ка и т. п.) и кислорода воздуха. В качестве электроли­та в таких ТЭ используются расплавы карбонатов, а также смесь окислов 'циркония, кальция и иттрия в твердом состоянии. Основные трудности при реализа­ции высокотемпературных систем связаны с подбором материалов для изготовления электродов, конструктив­ных узлов, а также созданием электролита со стабиль­ными характеристиками.

При разработке электродов для различных типов ТЭ необходимо учитывать особенности их эксплуатации. Как уже отмечалось (см. гл. 2), электродные процессы при работе ТЭ включают: 1) диффузию реагирующих частиц к месту реакции; 2) адсорбцию реагирующих частиц; 3) электронный переход; 4) промежуточные хи­мические реакции; 5) отвод продуктов реакции. Поми­мо обеспечения эффективного протекания всех упомя­нутых стадий электрод должен быть стабильным при длительной работе и хранении, обладать механически­ми свойствами, позволяющими использовать его в соот­ветствующей конструкции.