Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Азот в молекуле гидразина может окисляться до различных продуктов. Из термодинамических соображе­ний наиболее вероятной является реакция окисления гидразина до азота

N2H+8=N2-f5H+-f4<r-,

£о=—0.23 В (в кислой среде);
N2H4+40H-=N2+4H20+4e-,
Е0= —1,16 В (в щелочной среде).

Как показывают эксперименты, в щелочной среде анодное окисление гидразина описывается последним уравнением. Эти же эксперименты показывают, что ста­ционарные потенциалы металлов в растворе гидразина положительнее, чем —1,16 В. Эти значения зависят от природы металла. Все изученные электроды в этом от­ношении делятся на три основных класса:

1) электроды, потенциалы которых отрицательнее во­дородного электрода (в этом же растворе), например Ni, Со, Fe, Os;

2) металлы, имеющие потенциал, близкий к потен­циалу водородного электрода, например Pt, Pd, Rh, Ir; 340

3) электроды, потенциал которых существенно поло — жительнее, чем у водородного электрода, например Аи, Ag, С.

Все это прежде всего указывает на различный харак­тер взаимодействия металла с гидразином. Значение стационарного потенциала металла в растворе гидразина в большей степени определяется состоянием его поверх­ности. На металле с развитой поверхностью (на чернях металлов) потенциал отрицательнее, чем на гладком образце. Окисление поверхности металла сдвигает по­тенциал в положительную сторону. Механизм установ­ления стационарных потенциалов связан с разложением гидразина на электродах.

Продуктами разложения гидразина могут быть азот, водород и аммиак. С увеличением щелочности среды растет процентное содержание водорода в продуктах реакции.

Активными катализаторами разложения гидразина являются скелетный никелевый катализатор типа нике­ля Ренея, кобальтовая и никелевая черни. Разложение гидразина может проходить как по химическому, так н по электрохимическому механизму.

Побочные химические реакции на гидразиновом элек­троде порождают некоторые нежелательные последст­вия:

1) уменьшают напряжение ТЭ;

2) снижают фарадеевский КПД;

3) вызывают появление дополнительной теплоты и продуктов реакции типа аммиака с характерным за­пахом.

Очевидно, что при разработке гидразиновых ЭХГ не­обходимо стремиться к созданию таких катодов, где реакция разложения гидразина протекала бы с мини­мальной скоростью, чему способствует понижение тем­пературы и концентрации гидразина в топливной смеси.

Различные катализаторы анодного окисления гидра­зина по мере убывания каталитической активности мож­но расположить в примерные ряды: 1) черни Со, Ni, Os; 2) Ni (скелетный), Pd, Pt, Ag, Au; графит, Cd, Mg, Наиболее активны смешанные катализаторы, например Pd со следами добавок Os.

При концентрации гидразина выше 0,5 М при рабо­чих плотностях тока (около 0,1 А/см2) концентрацион­ная поляризация не имеет существенного значения.

7.3.1. Характеристики гидразино-кислородных (воздушных) ЭХГ

Суммарную реакцию в гидразино-кислородном ТЭ можно описать так:

N2H4+02=N2+2H20

со стандартной ЭДС 1,56 В.

Практически в зависимости от конструкции, харак­тера электродов и условий работы ЭДС реального ТЭ лежит в пределах 0,8—1,20 В. Это объясняется следую­щими причинами:

1) разностью термодинамического и стационарного потенциалов гидразипового электрода;

2) то же кислородного электрода;

3) взаимодействием гидразина и кислорода на элек­тродах ТЭ.

Поскольку кислород незначительно растворим в при­меняемых электролитах, его взаимодействие с гидрази­ном на аноде невелико п его можно не принимать во внимание. Этого нельзя сказать о влиянии гидразина на кислородный (воздушный) катод. Взаимодействие гид­разина на кислородном катоде обусловливает различные явления, снижающие характеристики ТЭ, а именно:

1) снижение напряжения ТЭ из-за сдвига потенциа­ла катода в отрицательную сторону;

2) потери гидразина и кислорода;

3) образование дополнительной теплоты;

4) увеличение количеств выделяемых воды и азота, а в некоторых случаях появление аммиака.

При выборе материала катода необходимо применять такой материал, где скорость катодного восстановления кислорода должна быть по возможности высокой, а ско-

рость элёктроокисления гидразина — по возможности низкой. В качестве примера можно назвать катод из активированного угля.

Из наиболее известных разработок в области гидра­зино-кислородных ЭХГ являются: ЭХГ фирмы «Юнион карбайд» (США) мощностью 300—600 Вт с номиналь­ным напряжением 28 В; ЭХГ фирмы «Электрик Пуа сто — ридж» с характеристиками 50 кг/кВт; ЭХГ фирмы «Аллис-Чалмерс» (США) мощностью 3—6 кВт; ЭХГ фирмы «Монсанто» мощностью до 40 кВт.

Разрабатываются также ЭХГ на основе системы гид­разин— перекись водорода. В этом случае возможны два варианта: с непосредственным восстановлением пе­рекиси водорода и ее предварительным разложением на воду и кислород. Образец гидразино-воздушного ЭХГ мощностью 60 Вт показан на рис. 7.1.

Комментарии запрещены.