Электрохимические преобразователи энергии

1. Общиесведения.

К ЭХПбудем относитьэлектрохимическиегенераторы(ЭХГ), т.е. батареитопливныхэлементов(ТЭ) со вспомогательнымиустройствамии химическиеаккумуляторныебатареи. Топливнымэлементомназываетсяпрямой преобразовательхимическойэнергии вэлектрическую,в котором реакцияэлектрохимическогоокисленияпроисходитбез расходавеществаэлектродови электролита.Исходнымиреагентамислужат горючееи окислитель,обладающиезапасом энергиихимическихсвязей, котораяпреобразуетсяв энергиюпостоянногоэлектрическоготока (при полученииконечногохимическогопродуктавзаимодействиякомпонентовтоплива и выделениинекоторогоколичестватепловой энергии).В обращенномили регенераторномрежиме работыТЭ подведеннаяк нему электроэнергияпреобразуетсяв химическуюэнергию реагентовтоплива.

Аккумуляторнымэлементом,входящимв состав химическойАБ, называетсянакопительэлектрическойэнергии приее превращениив химическуюэнергию, которыйосуществляеттакже и обратноепреобразованиехимическойэнергии вэлектроэнергиюпри изменениисостава веществаэлектродови участииэлектролитав токообразующейреакции.

Характернымпоказателемтехническогокачества ЭХПслужит удельнаяэнергия W_*на единицумассы преобразователя.Применяемыев ЭХГ различныеТЭ принципиальномогут работатьна горючеморганическогоили неорганическогосостава. Вкачествеокислителяиспользуютсяпреимущественнокислород O₂,а также перекисьводорода H₂O₂,азотная кислотаHNO₃,галогены Cl₂,F₂.При выборе рабочихтел ЭХГ учитывают:удельную энергию,конечные продуктыреакции, стоимость,агрегатноесостояниевеществ исвязаннуюс ним относительнуюмассу тары(контейнеров,баллонов) дляхранения реагентов,возможностьих непрерывногоподвода к электродам,скоростьэлектрохимическоговзаимодействия(при наличиикатализаторови при заданныхдиапазонахтемпературыи давления).Наиболе широкодля ЭХГ в качествегорючего применяетсяводород H₂и гидразинN₂O₂в связи с ихвысокой активностью,легкостьюподвода и отводаконечныхпродуктовреакции, достаточновысокой удельнойэнергией. ИзвестныразработкиЭХГ с использованиемметана CH₄,пропана C₃H₈,а также метанолаCH₃OH,аммиака NH₃,имеющих относительнонизкую стоимость.Представляютинтерес перспективныеразработкиполутопливныхэлементов (сподводом толькоокислителя)на основевстроенногов элементтвердотельногогорючего (металловZn, Al, Mg, Li и др.). Отдельныеразновидностикомпонентовтоплива относятсяк токсичнымвеществам,например, угарныйгаз CO, гидразин,аммиак, галогеныи т.п. Поэтомупредпочтительноиспользованиеводород-кислородныхЭХГ, в особенностидля автономныхбортовых объектов.Конечнымпродуктомреакции данныхЭХГ служатпары воды, этиЭХГ являютсяэкологическичистыми. Послесепарации иудаления электролитавода используетсяв системахжизнеобеспечения,в частностина КЛА, либонаправляетсядля полученияисходныхпродуктов реакции(H₂и O₂)в регенерационныхциклах.

ОбщимдостоинствомЭХГ на ТЭ являетсявысокий КПД.Применительнок автономнымобъектамсущественноезначение имеетбесшумностьработы ЭХГ,отсутствиемеханическиперемещающихсядеталей иизнашивающихсячастей. РесурсЭХГ определяетсяимеющимсязапасом топлива(в открытыхциклах) либодолговечностьювспомогательногооборудованияв циклах с регенерацией;ресурс ЭХГможет превосходить10⁴ч.

Энергетическийуровень ЭХГпри мощностиАЭУ P=10 - 100 кВтхарактеризуетсяудельной энергиейW_*=(1.5.. 2)*10³кДж/кг на единицумассы генератора,заправленноготопливом. (Дляряда разновидностейхимическихАБ значениеW_*на порядокменьше.) В перспективевозможно созданиеЭХГ мощностьюP=10³кВт при КПД h=0.9.

НедостаткиЭХГ состоятв сложностиобеспечениясбалансированныхэлектрохимическихреакций и вотносительномалой удельноймощности P_*наединицу массыгенератора.Без учета массызапаса топливапараметр P_*=0.15.. 0.2 кВт/кг несколькониже, чем вхимическойАБ. Ввиду спецификиэлектрохимическихреакций изЭХГ нельзядостаточнобыстро вывестиэлектрическуюэнергию. Дляобеспечениясбалансированнойреакции в ЭХГнеобходимос помощьюспециальныхподсистемобеспечитьразделениеи дозированнуюподачу компонентовтоплива, а такженепрерывноеудаление конечныхпродуктовтокообразующейреакции. ПоказателиЭХГ достаточночувствительнык чистотехимреагентов,примеси существенноснижают эффективностьТЭ, их ресурс.

2. Областьприменения.

ПрименениеЭХГ нашли восновном дляэнергообеспеченияАЭУ, в том числеподвижных истационарных.Имеется значительныйопыт, накопленный,в частности,за рубежом(США), по использованиюЭХГ в разработкахдля космическихпрограмм "Апполон","Джеммини","Скайлеб","Спейс Шаттл"и др. Проводятсямногочисленныеразработкии исследованияпо применениюЭХГ для наземныхтранспортныхустановок,напримерэлектромобилей,а также дляморских судов.

Традиционноприменяемымво многихотраслях техникивидом ЭХП являютсяхимическиеАБ. Наиболеешироко распространенысравнительнонедорогиесвинцово-кислотныеАБ. Они достаточнодолговечныпо числу допустимыхциклов "заряд- разряд", но имеютсравнительнонизкую удельнуюэнергию (W_***в 2 и 3 раза соответственно,но значительнодороже. Никель-кадмиевыеАБ существеннодолговечнее,чем свинцово-кислотные.Серебряно-цинковыеАБ отличаютсянебольшимчислом циклов"заряд - разряд",но обеспечиваютвысокий КПДh=0.75 при большойскорости разряда.

В последниегоды разработаныхимическиеАБ на основеаккумуляторныхэлементов сиспользованиемникеля, серы,натрия, литияи др. Никель-цинковыещелочные АБимеют W_*>200кДж/кг, но ихдолговечностьмала. Повышениедолговечностидостигаетсяв газодиффузионныхникель-водородныхАБ, в которыхW_*>250кДж/кг. Еще болеевысокий показатель(W_*>500кДж/кг) имеютсерно-натриевыеАБ, но их ресурссоставляет100 - 200 циклов "заряд- разряд". Дальнейшееповышение W_*теоретическидо значений10³кДж/кг возможнов литиевыхАБ, но их недостаток- малый ресурсвследствиевысокой корозионнойактивностиLi.

Запасэнергии вхимическойАБ принятохарактеризоватьзарядной емкостью(в Ач или Кл),необходимоезначениекоторой зависитот мощностии времени работыпотребителейэлектроэнергии.ХимическиеАБ получилиширокое распространениена транспорте,в системахэлектростартерногозапуска авиационныхи автомобильныхдвигателей,в судовыхустановках,на электромобилях,во внутризаводскомэлектротранспорте,на электропогрузчикахи т.д.

В условияхКЛА всегдареализуетсяпараллельнаяработа химическойАБ с ФЭП. ПоследниепроизводятподзарядкуАБ в "дневные"часы. Для автономныхустановок,в том числена КЛА, целесообразнотакже сочетаниеФЭП с системой"электролизер- ЭХГ". Частьэнергии ФЭПв "дневные"часы затрачиваетсяна разложениеводы, а в "ночные"часы полученныеH₂и O₂обеспечиваютработу ЭХГ.

3. Физико- химическиепроцессы в ЭХГ

Как ив реакции горения(активируемого,например, зажиганием),стадии токообразующейэлектрохимическойреакции такжепротекаютодновременно,но локализованыв различныхобластяхвнутреннегопространстваТЭ. Основныеданные некоторыхприменяемыхна практикеТЭ приведеныв табл. 1. В качестветипового приметрарассмотримработу водород- кислородногоТЭ. Стехиометрическоеуравнениесуммарнойреакции:

имееттакой же вид,как при горении.Поясним устройствои принцип действияТЭ, в которомэлектрохимическаяреакция происходитна стыках трехфаз состояниявеществ: газообразной(восстановителяH₂и окислителяO₂),жидкостной(щелочногоэлектролита- раствора KOH) итвердой (пористыхметаллокерамическихэлектродов).Схема ТЭ показанана рис. 1а. Электродыанод 1 и катод2 выполнены изкомпозитногоматериала

Таблица1: Теоретическиезначенияудельных показателейТЭ для разработанныхЭХГ.

Примечание:Сучетом влияниянеобратимыхэлектрохимическихпроцессов вреальных ТЭ удельныйрасход топливавозрастаетв 1.5 - 2 раза, а егоудельная энергияснижаетсяв 1.5 - 2 раза по сравнениюс соответствующимитеоретическимипоказателями,приведеннымив таблице.

(например,из графитовойкерамики сплатиновымкатализатором).Электроды 1 и2 отделены слоемэлектролита- раствора щелочиKOH, который непропускаетнейтральныемолекулы илиатомы газовводорода икислорода.Ионизированныегазы, например,ионы H⁺,могут дрейфоватьсквозь электролит.Корпус ТЭвыполняетсяиз титановогосплава 4, химическине взаимодействующегос KOH. Внешняя цепьТЭ замкнутасопротивлениемR_ннагрузки, котороеподключенок металлическимнаплавкам наэлектродах.

Газообразныекомпонентыхимическоготоплива - отдающийсвои электронывосстановительH₂и присоединяющийэлектроныокислительO₂- - непрерывноподводятсяпод избыточнымдавлением кпорам анодаи катода (рис.1а) из резервуаровс запасомреагентов.

1. Наповерхностяханода, смоченныхр-ром KOH, в электролитерастворяетсягазообразныйводород и абсорбируетсяна стенкахпор электрода.В растворегидроксид калиянаходится вдиссоциированномсостоянии:

Водородв присутствииионов OH^-он легко отдаетэлектроны(окисляется),образуя воду:

а) б)

Рис. 1. Схемыводородно-кислородныхтопливныхэлементов:

а - с жидкимэлектролитом(растворомКОН); б - с ионообменноймембраной

2. На поверхностикатода аналогичныеявления приводятк реакциивосстановлениякислорода,который в присутствииводы отбираету этого электродаобразовавшиесясвободныеэлектроны:

В итогеэтих первойи второй стадий"холодногогорения" нааноде образуетсяизбыток электронов,а в примыкающемрастворе - недостатокионов гидроксилаOH^-.На катоде жеимеется недостатокэлектронов,а в окружающемего электролите- избыток ионовH⁺.Вследствиеэтого протекаютследующие двестадии реакции.

3. По внешнемуучастку цепиот анода к катодучерез сопротивлениеR_нпроходят электроны4e^-,совершая полезнуюэлектрическуюработу (направлениетока I противоположноперемещениюэлектронов).

4. В электролитепроисходитдиффузия ионов4OH^-с катода наанод и посредствомионного токазамыкаетсяэлектрическаяцепь (согласноуравнениюнепрерывностиполного токаdiv J = 0).

Еслисложить реакциидля первой ивторой стадии,получитсярезультирующееуравнениереакции ,конечнымпродуктомкоторой являетсявода. Избыточноеколичествопаров воды 2H₂Oудаляют изТЭ, например,с помощью продувкис последующейсепарациейили выпариванием.Очищеннаяот паров электролита,вода можетнаправлятьсядля дальнейшейутилизации(рис. 1а).

Сбалансированный ход реакцийна указанныхстадиях уповерхностейэлектродовопределяетсяравновесиемдавлений газовойи жидкостнойфаз: p_r= p_{э +}p_к;

здесьp_r - внешнее давлениегазообразныхреагентов (водорода иликислорода ); p_э- гидростатическоедавлениеэлектролита; p_к=(cos)/d-

егокапиллярноедавление впорах электродов; - поверхностноенатяжение (H/м);  - угол смачиваемости;d - диаметр поры.

В изготовляемыхдвухслойнымиэлектродахЭХГ поры выполняютсяс различнымизначениями d.Слой, которыйобращен к газовойсреде(Н₂илиО₂)и содержитизмельченныйкатализатор( например, Pt), имееттолщину мми поры с мкм. В обращенномк KOH слое с ммпоры имеют dмкм. Давлениеp_зменьше на

чем давлениекоторое препятствуетвытеканиюэлектролита.Нейтральныемолекулы илиатомы газообразныхкомпонентовпри этом значенииp_rтакже не могутпроникнутьв электролит,преодолев капилярныесилы. На поверхностиэлектродовобеспечиваетсяравновесиефаз, поэтомучерез KOH возможнотолько ионов,образовавшихсяв результатереакций.

Нарядус KOH в ТЭ возможноиспользованиекислотногоэлектролита- раствора H₂SO₄.

Требующеесяиспарениеводы из элементовс жидкостнымэлектролитом,работающихпри давлении5Ч10⁵Па и более,определяетэксплуатациюТЭ на среднетемпературном( 373 - 523 К ) или высокотемпературном( боле 523 К ) уровне,что обусловливаетнеобходимостьналичия в составеЭХГ ряда техническисложных вспомогательныхустройств.Для преодолениятаких затрудненийприменительнок АЭУ разработаныводород - кислородныеТЭ с ионообменнымимембранами(ИОМ) в видеквазитвердыхвеществ (гелей),разделяющихразнополярныеэлектроды вТЭ. ИзготовляютИОМ из фтороуглеродистогоаналога тефлона.На полимернойсетке - матрицезакрепленыионы, они могутобмениватьсяна другие ионы,присутствующиев межэлектроннойсреде. На практикедля ТЭ применяютИОМ с сульфатнымикатионами,например,

Посвоим функциямИОМ подобнаэлектролиту,она способнапротивостоятьвоздеймтвиюнейтральныхмолекул и атомовH₂и O₂.Схема ТЭ с ИОМприведена нарис. 1б. Пористыекерамическиеэлектроды 1 и2 прижаты к мембране3. Контактирующиес ИОМ поверхностианода и катодапокрыты каталитическимислоями металла.Принцип работыТЭ с ИОМ состоитв следующем.

На анодеподводимыйгазообразныйводород ионизируетсяпо реакции:

.

Ионыводорода подвлиянием градиентаих концентрациии соответствующегоэлектрическогополя перемещаютсясквозь ИОМ ккатоду, накотором протекаетреакция:

Электроны4e^-через R_нпоступают ккатоду. Полученнаявода (H₂O)_nпод действиемградиента ееконцентрациивозвращаетсяк аноду. Двемолекулы воды(2H₂O),образующиесяв элементарномакте реакции,необходимоотводить иззоны реакции,например, дренажнымустройством.При работе ТЭгель в ИОМ набухаети находится,как указывалось,в квазитвердомсостоянии.

КромеИОМ в ТЭ применяютсятакже капилярныемембраны типаволокнистыхматериалов,пропитанныхщелочнымэлектролитом(например, асбест).Принцип действияТЭ с капилярнымимембранамитакой же, какТЭ с жидкостнымэлектролитом.

В отдельныхустановкахвозможноиспользованиеЭХГ с ТЭ, работающимина другихкомпонентахтоплива, кромеH₂- O₂.Итоговаяэлектрохимическаяреакция окислениявосстановителяRed и восстановителяOx имеет в общемслучае вид

В ТЭимеет местовстречноедвижениеразнополярныхионов внутриэлектролитаи переход электроновот анода к катодупо сопротивлениюR_н,замыкающемувнешнюю цепь.При этом осуществляетсяпрямое преобразованиеэнергии химическихсвязей Red и Ox вэлектрическуюэнергию. Конкретизациюобщей формызаписи токообразующихреакций рассмотримпримере окислениягидразинаN₂H₄.Реакция окислениягидразинаимеет местов ЭХГ малоймощности.

Анодноеокислениегидразина:

Катодноевосстановлениекислорода:

Суммарноестехиометрическоеуравнениереакции:

ГрафикзависимостиU от I

а) б)

Рис.2:Характеристикиводородно -кислородногоЭХГ:

а- общая формахарактеристикиии зависимостьполезной мощностиот тока;

б- аналоги внешнейхарактеристики- зависимостинапряжения от плотноститока для ТЭразличногоисполнения(1-с растворомэлектролита;2-с капилярноймембраной;3-с ИОМ при Т=355К; 4-с ИОМ при Т=313К).

ВнешняяхарактеристикаU=f(I).

Отклонениеот состоянияравновесияпри работе ТЭпрактическиприводит куменьшениюнапряженияи снижениюКПД по сравнениюс их термодинамическимизначениямивследствиеизмененияпотенциалакатода и анодапри прохождениитока в цепиТЭ. Совокупностьэтих явленийназываютполяризацией.При совершенииработы выхода(активации)из металлаэлектрода враствор электролитаэлектрон преодолеваетпотенциальныйбарьер, образованныйдвойным слоемразноименныхзарядов. Награнице "электрод- электролит"наблюдаетсяразличиеконцентрацийионизированныхреагентов.Электролити электродыимеют собственноевнутреннеесопротивление.Упрощенно,совместноевлияние перечисленныхэффектов можноучесть с помощьюпадения напряженияна нелинейномвнутреннемсопротивленииТЭ R_вн.При этом уравнениевнешней характеристикиприближеннозаписываетсяв виде

U = E_н- IR_вн.

где E_н- ЭДС при нагрузке,учитывающаяактивационнуюи концентрационнуюполяризацию;сопротивлениеэлектролитаR_элпрактическиравно R_вни учитывает"омическую"поляризацию.

Общаяформа внешнейхарактеристикиЭХГ показанана рис. 2а. Большаякрутизна | dU /dI | при малых иповышенныхзначенияхтока обусловленасоответственнополяризациейактивацииэлектродов(участок 1) иприграничнойполяризациейконцентрации(участок 3). Линейныйучасток 2 сотносительномалой крутизной| dU / dI | отражаетвлияние в основном"омической"поляризации.На рис. 2б. приведеныаналоги внешниххарактеристикU = U(J) для конкретных

Рис.3: СхемыЭХГ:

а- последовательно-параллельноесоединениетопливных элементов;

б- упрощеннаяэлектрическаясхема замещения.

ТЭ. Геометрическаяплотность токаJ (на единицукажущейсяповерхностиэлектрода) можетпри кратковременныхрежимах достигать0.1 - 0.2 А/см².

Электрическаясхема ЭХГ,построеннаяпо матричномупринципу, данана рис. 3а; (I_э,U_э- ток и напряжениеТЭ). Упрощеннаясхема замещенияТЭ представленнана рис. 3б. слипри T = const рассматриватьТЭ как линейныйэлемент спостояннымиэквивалентнымипараметрами

где R_н,L_н- сопротивлениеи индуктивностьнагрузки; L_э,т- индуктивностьэлектродовитокоотводов,то процессразряда ТЭописываетсяуравнением:

Здесьустановившийсяток нагрузки;

эквивалентнаяпостояннаявремени.

Электроэнергетическиеустановкина базе электрохимическихгенераторов.

ЭХГ вцелом кромебатареи ТЭи вспомогательногооборудованиявключает рядблоков, снабженныхвзаимнымипрямыми и обратнымисвязями дляобеспеченияфункционированияв заданномрежиме. МожноклассифицироватьЭХГ как техническуюсистему, состоящуюиз соответствующихподсистем.Укрупненнаясхема ЭХГ(рис. 4.) в качествеглавной подсистемысодержит батареютопливныхэлементовБТЭ, а такжеподсистемы:хранения горючего ПХГ и окислителяПХО; обработкигорючего ПОГи окислителяПОО; подачигорючего ППГи окислителяППО. Наряду сними имеютсяподсистемыотводов продуктовреакции ПОПР,теплоотводаПТО и подсистемаконтроля иавтоматикиПКА, котораясоединенадвустороннимисвязями сподсистемамиподачи и отвода.К подсистемепотребленияи регулированияэлектроэнергииППРЭ подключенаБТЭ.

Применительнок водород - кислородномуЭХГ в ПХГ, ПХОосуществляетсякриогенноехранение сжиженныхкомпонентовтоплива, в ПОГ,ПОО производитсянагрев H₂и O₂, которые вгазообразномсостоянииподводятся кППГ, ППО. Этиподсистемыпроизводятдозированнуюподачу реагентовпри заданныхпараметрах(давлении,температуре)в БТЭ, где происходитреакция электрохимическогоокисления.Удаление паровводы в ЭХГвыполняет ПОПР.Для ЭХГ, применяемыхна КЛА, важноезначение имеетПТО, содержащаяхолодильник- излучатель,к которомутепло доставляетсяс помощьюциркуляционныхустройств сжидкостнымтеплоносителем.

Для КЛАмногоразовогоиспользования"Спейс Шаттл"фирма "ДженералЭлектрик" (США)выполнила ЭХГс водород - кислороднымиТЭ, имеющимипозолоченныеэлектроды сплатиновымикатализаторами.Электродыразделены ИОМ,во избежаниевысушиваниякоторых организованотвод теплаот анода, чтосоздает движущийградиентконцентрациидля возвращенияH₂Oк аноду. Отводводы - продуктареакции - реализованс помощьюавтоматическидействующейсхемы с микропористымсепаратороми волокнистымифитилями,выступающимииз сборки ТЭ.На рис. 5. данаупрощеннаяфункциональнаясхема подобногоЭХГ, в составекоторого находитсябатарея топливныхэлементовБТЭ из 76 ТЭ сИОМ.

Рис.4. Функциональнаясхема ЭХГ с ТЭна ИОМ ( 1 - теплообменник;2 - сепараторводы; 3 - блокувлажненияреагентов ирегулированиядавления воды;4 - компенсатордавления электролита;5, 6 насосы; 7 - излучательтепла; 8 - трактпродувки кислорода;9 - тракт отводаН2Ов сборный бак)

Две секцииБТЭ, имеющиепо 38 ТЭ, соединеныпараллельнои генерируютэлектрическуюмощность 5 кВт.Батарея размещенав цилиндрическомконтейнередиаметром0,33 м и габаритнойдлиной 0,94 м. Удельнаямасса БТЭ беззаправки равна11 кг/кВт. Экспериментыпоказали, чтосборка ТЭспособна работатьболее 5000 ч бездеградацииИОМ при температуредо 455 К.

На КЛАмногоразовогоиспользования"Буран" установленычетыре ЭХГмощностьюпо 10 кВт ( суммарнаямощность 40 кВт) серии "Фотон"на водород -кислородномтопливе H₂- О₂.Напряжениеодного генератора,состоящегоиз 128 топливныхэлементов,составляет29,2 В ( схема генераторасодержитчетырепараллельныеветви, в каждойиз которыхвключенопоследовательнопо 32 элемента).Масса ЭХГсоставляет145 кг, масса егоблока автоматики- 15 кг ( удельнаямасса 14,5 кг/кВт,а с учетомблока автоматики- 16 кг/кВт ). РесурсЭХГ равен 2000 ч,его КПД 62%

Для длительнойэксплуатациив АЭУ перспективныустановки,в которых ЭХГработает совместнос регенераторомкомпонентовтоплива, разлагающим воду на водороди кислород.Электролизводы требуетподведенияизвне энергиидля разрывавалентнойхимическойсвязи

Н - О - Н.При мощностяхменее 1 кВтцелесообразноинтегральноеисполнениеЭХГ и электролизераводы (ЭВ). Приболее высокихэлектрическихмощностяхЭХГ и электролизерводы в раздельномисполненииимеют лучшиетехнико-экономическиепоказатели,чем у интегральногоустройства.В зависимостиот вида подводимойк регенераторуР энергиипринципиальновозможны различныеспособы разложенияводы. ВысокимКПД отличаетсяэлектролизпри пропусканиичерез Н₂Оэлектрическоготока: отношениетеплоты сгоранияполученноготоплива кэнергозатратамна выделениеН₂и О₂достигает70 - 80%. В особенностиэлектролизэффективендля АЭУ на КЛАпри использованииСолнца в качествеисточникапервичнойэнергии споследующимее преобразованиемв ФЭП.

Разложениеводы на Н₂и О₂можно реализоватьнепосредственнов ТЭ при пропусканиитока в обратномнаправлениипо отношениюк току генераторногорежима, используяпринцип обратимостиТЭ, которыйвыполняет рольэлектролизнойячейки. Притаком способерегенерациикомпонентовтоплива ресурсрегенеративногоТЭ ограниченобъемом резервуаровдля храненияН₂и О₂.ИзвестнырегенеративныеТЭ, в которыхполученныегазы Н₂и О₂хранятся впористых илигубчатыхустройствахвнутри ТЭ. Данныйтип ТЭ по принципудествия формальноаналогичегнхимическойАБ, причемэлектрическаяемкость регенеративногоТЭ определяетсяколичествомадсорбированныхгазов. Как иТЭ, возможновыполнениеэлектролизнойячейки с электролитом,ИОМ или капиллярноймембраной.Прикладываемоек электролизнойячейке приэлектролизенапряжениена 30 - 80% должнопревосходитьнапряжение,генерируемоеТЭ, посколькуполяризационныеэффекты вэлектролизнойячейке проявляютсясильнее, чемв ТЭ.

Регенеративнаяэлектроэнергетическаяустановка(РЭУ) космическойдолговременнойтехнологическойбазы включаетвосемь идентичныхмодулей данноготипа, средняяэнергетическаямощность каждогоиз которыхсоставляет12,5 кВт. Газовыебаллоны рассчитанына запас реагентовкг, рабочеедавление вбаллонахподдерживаетсяв диапазоне^Па. За один циклразрядногорежима расходуется3.03 кг реагентов(условная степеньразрядки 33%). Регуляторпостоянноготока, компенсирующийпадение напряженияна выходе ЭХГ,позволяет вдвоеповысить ресурсТЭ, которыйможет доходитьдо 10 лет.

Списоксокращений:

ЭХП- электрохимическийпреобразователь;

ЭХГ- электрохимическийгенератор;

ТЭ - топливныйэлемент;

КЛА- космическийлетательныйаппарат;

АБ - аккумуляторнаябатарея;

АЭУ- автономнаяэнергетическаяустановка;

ФЭП- фотоэлектрическиепреобразователи;

ИОМ- ионообменнаямембрана;

БТЭ - батареятопливныхэлементов;

ПХГ- подсистемахранения горючего;

ПХО- ==||== ==||== окислителя;

ПОГ- ==||==обработкиГ.;

ПОО- ==||== ==||==O.;

ППГ - ==||==подачи Г.;

ППО- ==||====||== О.;

ПОПР- ==||== отводапродуктовреакции;

ПТО- ==||==теплоотвода;

ПКА- ==||==контроля иавтоматики;

ППРЭ- ==||==потребленияи регулированияэлектроэнергии;

РЭУ- регенеративнаяэлектроэнергетическаяустановка.

Литература: АлиевскийБ.Л. Специальныеэлектрическиемашины.

М.:Энергоатомиздат,1993.

Списокосновныхсокращений:

АБ - аккумуляторнаябатарея;

АЭУ - автономнаяэнергетическаяустановка;

БТЭ - батареятопливныхэлементов;

ИОМ - ионообменнаямембрана;

ПКА - подсистемаконтроля иавтоматики;

КЛА - космическийлетательныйаппарат;

ПОГ - подсистемаобработкигорючего;

ПОО - подсистемаобработкиокислителя;

ПОПР - подсистемаотвода продуктовреакции;

ППГ - подсистемаподачи горючего;

КПД - коэффицентполезногодейсвия;

ППО - подсистемаподачи окислителя;

ППРЭ - подсистемапотребленияи регулированияэлектроэнергии;

ПХГ - подсистемахранения горючего;

ПХО - подсистемахраненияокислителя;

ПТО - подсистематеплоотвода;

РЭУ - регенеративнаяэлектроэнергетическаяустановка;

ТЭ - топливныйэлемент;

ФЭП - фотоэлектрическиепреобразователи;

ЭХП - электрохимическийпреобразователь;

ЭХГ -электрохимическийгенератор.