Генераторы с кислым электролитом
Поскольку очистка от карбонатов в случае реализации водородно-воздушных щелочных ЭХГ приводит к их значительному усложнению, определенный интерес представляет разработка ЭХГ с кислым электролитом, которые не нуждаются в очистке воздуха от С02. В качестве электролитов в основном используются серная и фосфорная кислоты, имеющие низкое удельное электрическое сопротивление. Существенное преимущество кислого электролита — нечувствительность к загрязнениям в рабочих газах. Элементы с серной кислотой могут работать при температуре примерно до 80°С. При более высокой температуре возможно восстановление сульфат-
ионов электролита до сульфидов, что приводит к нежелательным побочным реакциям. В ТЭ с фосфорнокислым электролитом допускаются температуры до 150°С. Основной недостаток кислых электролитов — исключительная агрессивность, особенно при повышенных температурах. В связи с этим при изготовлении электродов для ЭХГ с кислым электролитом используются коррозионностойкие материалы — тантал, графит, политетрафторэтилен, а в качестве катализаторов — в основном металлы платиновой группы.
Активный слой воздушных электродов ЭХГ с фосфорнокислым электролитом, работающих при 130°С, состоит из платины (соответственно 12 или 30 г/м2), политетрафторэтилена и добавки графита в количестве V2 объема платины [3.17]. Активный слой формируется отдельно, а потом прессуется совместно с подложкой. Поверхность платинового катализатора 28 м2/г, политетрафторэтилена после спекания 12 м2/г. Количество политетрафторэтилена (25%) выбрано с учетом явления промокания и обеспечения необходимой проводимости электродов. На рис. 3.27 приведены поляризационные кривые для электрода, содержащего 10 г/м2 платины и графит. Начальные характеристики и стабильность ТЭ с воздушными электродами, содержащими разное количество платины—12 и 30 г/м2, различаются мало. В то же время уменьшение количества катализатора с 30 до 10 г/м2 позволяет снизить стоимость воздушных электродов на 1 кВт мощности примерно в 2 раза.
При изготовлении воздушных угольных электродов подложка предварительно обрабатывалась политетрафторэтиленом для увеличения механической прочности и создания необходимой гидрофобностн. На эту подложку последовательно наносятся два слоя смеси угля с политетрафторэтиленом, причем первый слой содержит 55% гидрофобизатора, второй — несколько меньше. Общая толщина угольной основы 130 мкм. Электроды активированы платиной (15 г/м2) с модифицирующей и
стабилизирующей добавкой — шпинелью СоО-А1203. Размер кристаллитов платины в электроде 0,3—0,6 нм. Поляризационные характеристики ТЭ с такими электродами (водородный электрод изготовлен идентично) представлены на рис. 3.28. При /=0Д А/см2 напряжение водородно-кислородного ТЭ 0,63 В, водородно-воздушного — 0,58 В. Водородно-воздушные ТЭ устойчиво проработали 2000 ч при /=0,08 А/см2, напряжение вовремя испытаний было не менее 0,6 В.
Воздушные электроды, не содержащие платинового катализатора, имеют существенно меньшие активность и стабильность.
Следует отметить, что на современном этапе разработок электрические и удельные характеристики ЭХГ с кислым электролитом, а также их срок службы существенно ниже соответствующих параметров щелочных ЭХГ. Однако ЭХГ с кислым электролитом весьма перспективны, поскольку могут перерабатывать конвертированный водород и кислород воздуха без предварительной очистки.