Способ эксплуатации электрохимического генератора

 

Изобретение относится к электротехнике и касается способов эксплуатации электрохимических генераторов (ЭХГ). Цель изобретения - упрощение обслуживания и улучшение эксплуатационных характеристик. В процессе работы ЭХГ деградируют электроды и снижается рабочее напряжение. Для повышения стабильности напряжения увеличивают концентрацию электролита в ЭХГ при снижении напряжения до установленного предела в период увеличения объема электролита путем подачи в электролитный контур раствора гидроокиси. Подачу раствора прекращают при достижении верхнего уровня. При повышении концентрации электролита в контуре напряжение увеличивается. Корректировка проводится без остановки ЭХГ, что повышает его автономность. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и касается способа эксплуатации электрохимического генератора с металлокерамическими электродами с гидрофобизированным активным слоем и щелочным электролитом. Цель изобретения - упрощение обслуживания и улучшение эксплуатационных характеристик. На чертеже приведена схема генератора. Генератор содержит батарею топливных элементов (БТЭ) 1, контур щелочного электролита 2 с насосом 3, компенсационным баком 4, в который вмонтированы индикаторы уровня 5 (нижний) и 6 (верхний). Через электромагнитные клапаны 7 и 8, управляемые от индикаторов 5, 6 уровня и измерителя напряжения БТЭ 1, бак 4 соединен с расположенной над ним емкостью 9 с раствором гидроокиси калия 19 (показаны два клапана 7 и 8, хотя практически может быть использован один, управляемый как от индикаторов уровня, так и от измерителя напряжения БТЭ). К БТЭ 1 подаются реагенты О₂ и Н₂. Система подачи Н₂ включает циркуляционный контур 11 с вентилятором 12 и конденсатором 13. Электрохимический генератор вакуумируют и заполняют электролитом до полного затопления электродов. Исходную концентрацию электролита выбирают исходя из условий эксплуатации, главным образом в зависимости от заданного ресурса работы электрохимического генератора. Элементы выдерживают в электролите для удаления гидрофобных загрязнений, уменьшающих давление пробоя газа, после чего вытесняют электролит из газовых камер. При этом уровень электролита в контуре устанавливают на нижнем уровне и вводят генератор в эксплуатацию. В процессе работы концентрацию электролита поддерживают на заданном уровне известными способами по изменению объема электролита в контуре между верхним и нижним уровнями. Когда напряжение генератора снижается до допустимого предела в период увеличения объема электролита, из внешней емкости подается раствор электролита. Подача прекращается по достижении верхнего уровня электролита в контуре. П р и м е р ы. Генератор, включающий батарею из 15 топливных элементов, предназначен для работы под нагрузкой при плотности тока 70 мА/см² в течение 3000 ч, минимально допустимое напряжение 13,0 В. Объем электролита (раствор КОН) в контуре 15 л. Выбирают исходную концентрацию электролита С_исх=30%-380 г КОН/л. Конечная концентрация электролита С_{конечн.}=41%=577 г КОН/л. В контуре имеется компенсационный бак с индикаторами верхнего и нижнего уровней, объем между уровнями 0,8 л. Над баком имеется емкость, соединенная с баком через электромагнитный клапан, который открывается при напряжении генератора 13 В и достижении нижнего уровня в баке, а закрывается при увеличении объема контура до верхнего уровня. В емкость заливают раствор КОН концентрацией С_раств.=45%=654 г КОН/л. Объем заливаемого раствора рассчитывают по соотношению V_раств.= V_{элекролита} = 15 = 4,5 л. Через 1500 ч после начала работы под нагрузкой напряжение генератора снижается до 13,0 В, происходит долив гидроокиси в электролит, его концентрация повышается до 32%, напряжение - до 13,1 В. Через 300 ч - новое повышение до 34% . общее число повышений - шесть раз, напряжение в конце ресурса 13,05 В. В процессе эксплуатации отсутствуют остановки, связанные с необходимостью перезаправки электролита. Повышение концентрации электролита в процессе эксплуатации генератора необходимо для повышения стабильности напряжения и коэффициента использования реагентов, т. к. при этом компенсируется увеличение поляризации электродов в результате их коррозионного разрушения. Концентрация электролита влияет на работоспособность электрохимического генератора двумя путями: увеличением начальных характеристик и ускорением коррозии электродов, приводящей к ускорению спада характеристик при повышении концентрации щелочного электролита. Выбор оптимальной рабочей концентрации определяется компромиссным решением влияния этих двух факторов. В то же время существует возможность компенсации снижения характеристик во время работы электрохимического генератора путем периодического повышения концентрации электролита без перерыва его работы. При этом ускоряется коррозионное разрушение электродов, однако повышается стабильность напряжения генератора. Таким образом, способ позволяет упростить обслуживание и улучшить эксплуатационные характеристики генератора - повысить длительность непрерывной работы, степень автономности, стабильность рабочего напряжения.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА, включающий периодическое повышение концентрации щелочного электролита и регулирование установленной концентрации по изменению объема электролита в контуре между верхним и нижним уровнями, отличающийся тем, что, с целью упрощения обслуживания и улучшения эксплуатационных характеристик, концентрацию повышают при снижении напряжения генератора до установленного допустимого предела в период увеличения объема электролита путем подачи в электролитный контур раствора гидроокиси калия до достижения верхнего уровня электролита в контуре.

РИСУНКИ

Рисунок 1