Углеродные ТЭ. Электролит и вопросы коррозии.

угольный топливный элемент Жако и другие
 
+
+1
-
edit
 

marata

Вахтер форумный
★☆
ad2> По теме - на мой взгляд, сон разума. Если так уж хочется использовать уголь, то куда проще получать из него генераторный газ:
Предлагаемый ЭХГ имеет свои плюсы. Это простота и дешивизна. Если Вы решили использовать газы (жидкости), то необходимо использовать мембраны, что резко удорожает систему. Например, в общепринятом варианте электролита на основе оксида циркония существует проблема катода. Он либо полохо держится на электролите в результате газовыделения или плох с электрической точки зрения.
А прямое использование угля может найти применение в дешевых одноразовых устройствах.
 
+
-
edit
 
MIKLE>... про тол вообще перл. найдтие природный аналог тола-поговорим...


Пат стулом! Ржу нимагу! Афтар пиши есчё! :lol:

"природный аналог тола" - это ацкий отжиг! :lol: Отсыпь мне этой забористой травы!


А вот я читал, что есть водоросль (botriococcus braunii), запасающая в себе энергию фотосинтеза в виде длинноцепочных олефиновых углеводородов с35-41.
"Вся история науки на каждом шагу показывает, что отдельные личности были более правы в своих утверждениях, чем целые корпорации ученых или сотни и тысячи исследователей, придерживающихся господствующих взглядов". В. И. Вернадский  

ad2

втянувшийся

marata> Предлагаемый ЭХГ имеет свои плюсы. Это простота и дешивизна. Если Вы решили использовать газы (жидкости), то необходимо использовать мембраны, что резко удорожает систему. Например, в общепринятом варианте электролита на основе оксида циркония существует проблема катода. Он либо полохо держится на электролите в результате газовыделения или плох с электрической точки зрения.

Извиняюсь, не могли бы Вы пояснить последние два предложения? Поскольку я не работал вплотную с топливными элементами, то нюансов этого дела не знаю.
А почему нельзя обойтись углеродными мембранами и электролитом - щелочью для реакции водорода с кислородом воздуха?
Что касается одноразовых элементов, то чем углеродные лучше металло-воздушных? Не уверен, что они будут дешевле. В такой элемент кусок простого угля не засунешь, нужно брать коксовый (и то не факт, что его чистоты достаточно, ведь в нем остается куча неорганики), подготавливать его. В предлагаемом элементе электролитом используется расплав щелочи, сразу возникает вопрос - чем нагревать? Нагрева проходящим через электролит тока для этого не хватит. Значит, возникают два варианта - либо отбирать часть электрической мощности на нагрев, либо часть угля сжигать в минипечке для подогрева элемента. Этакий гибрид печки и батарейки...
Как-то это неэстетично...
 
+
+1
-
edit
 

marata

Вахтер форумный
★☆
ЭХГ, аккумуляторы и батарейки работают за счет направленного движения заряженных частиц, в частности ионов. Это направленное движение возникает за счет градиента концентрации ионов. Это сразу все ставит на свои места. Чем выше разность концентраций и меньше путь ионов, тем лучше. Чаще всего ЭХГ работают за счет движения протонов и/или кислородсодержащих ионов. Если используется жидкий электролит, то необходимо сквозь него барботировать газы (окислитель и восстановитель), что приведет к перемешиванию и отсутствию градиента концентрации. Поэтому приходится использовать полупроницаемые мембраны.
Если электролит твердый, то это решает проблемы с перемешиванием, но появляются новые. Во-первых, значимые величины проводимости по иону кислорода (а именно он участует в создании ЭДС) электролит нужно нагреть до достаточно высоких температур. Во-вторых, все реакции происходят на границе фаз. Здесь возникают взаимоисключающие условия: нам надо обеспечить максимально большой контакт электрода с электролитом, но оставить отверстия для доступа газов. Часто этот эффект проявляется в отслоении катода.
Ну и вернемся к теме разговора. В чем его преимущество? Во-первых, простота. Разделение окислителя и восстановитля за счет их разного фазового состояния. Во-вторых, дешивизна. Уголь дешевле металла. Кстати, в качестве топлива лучше использовать газовую сажу, чем древесный уголь.
О нагреве ЭХГ. Как уже можно было понять, ЭХГ на основе оксида циркония (восстановитель - генераторный газ) тоже надо нагревать. В чем плюс газовых ЭХГ, так это в том, что газами легко управлять. В частности, очень просто решается задача температурного режима за счет сжигания части топлива. С прямым использованием угля возникает ряд сложностей, нужен кочегар ;)
 
+
-
edit
 

valture

опытный

вроде уголь окисляется сильными концентрированными кислотами ... типа батарейка :уголь и нейтральный электрод
кидаются в кислоту ....
 

ad2

втянувшийся

marata> ЭХГ, аккумуляторы и батарейки работают за счет направленного движения заряженных частиц, в частности ионов. Это направленное движение возникает за счет градиента концентрации ионов. Это сразу все ставит на свои места.
Ну уж нет. Работают они за счет реакций окисления-восстановления, в то числе и концентрационные элементы, а перенос ионов может вовсе отсутствовать, например в электрохимических цепях без переноса. И направленным движением ионов называется миграция их под действием внешнего поля, а не диффузия. В принципе, чем меньше расстояние между электродами, тем больше будет напряженность электрического поля, и, соответственно, подвижность ионов, а значит, и сила тока.

marata> Если электролит твердый, то это решает проблемы с перемешиванием, но появляются новые. Во-первых, значимые величины проводимости по иону кислорода (а именно он участует в создании ЭДС) электролит нужно нагреть до достаточно высоких температур. Во-вторых, все реакции происходят на границе фаз. Здесь возникают взаимоисключающие условия: нам надо обеспечить максимально большой контакт электрода с электролитом, но оставить отверстия для доступа газов. Часто этот эффект проявляется в отслоении катода.
Вот насчет элементов с твердым электролитом я не понял. Что представляет из себя катод и какая на нем полуреакция происходит, почему отслаивается ZrO2 от электрода?

marata> Ну и вернемся к теме разговора. В чем его преимущество? Во-первых, простота. Разделение окислителя и восстановитля за счет их разного фазового состояния. Во-вторых, дешивизна. Уголь дешевле металла. Кстати, в качестве топлива лучше использовать газовую сажу, чем древесный уголь.
Вот как раз насчет простоты у меня большие сомнения. Каким должно быть устройство токосъёмника, ведь анодная полуреакция происходит на частицах сажи, по Вашей версии? Если Вы предполагаете использовать что-то типа суспензионного электрода (частицы сажи в перемешиваемом электролите, время от времени сталкивающиеся с анодом), то надо учитывать, что у него очень малый ток.
marata> О нагреве ЭХГ. Как уже можно было понять, ЭХГ на основе оксида циркония (восстановитель - генераторный газ) тоже надо нагревать. В чем плюс газовых ЭХГ, так это в том, что газами легко управлять. В частности, очень просто решается задача температурного режима за счет сжигания части топлива. С прямым использованием угля возникает ряд сложностей, нужен кочегар ;)
О чем и речь. Разве что одноразовый элемент на несколько часов с термитным (например) "пускателем" и хорошей теплоизоляцией. Т.е. поджигаем "стартовый" заряд, он расплавляет щелочь и поджигает особым образом, чтобы время горения было большим сконфигурированный брусок угля. Заодно тягу воздуха можно использовать для барботирования в электролит. Т.е. батарейка будет давать ток, тепло и пускать пузыри :) .
 
+
-
edit
 

marata

Вахтер форумный
★☆
ad2> Ну уж нет. Работают они за счет реакций окисления-восстановления, в то числе и концентрационные элементы, а перенос ионов может вовсе отсутствовать, например в электрохимических цепях без переноса. И направленным движением ионов называется миграция их под действием внешнего поля, а не диффузия. В принципе, чем меньше расстояние между электродами, тем больше будет напряженность электрического поля, и, соответственно, подвижность ионов, а значит, и сила тока.
Пусть будет не направленное движение (aka электроток), а миграция во внешнем поле градиента концентрации. Если нет движения ионов, нет электротока. Электрохимические цепи без переноса интересны только для научных исследований в условиях равновесия (физхимия, аналитическая химия и т.д.). Для того, чтобы генерировать ионы с одной стороны, а с другой их утилизировать (т.е. создавать разность активностей ионов) лучше всего подходят окислительно-восстановительные реакции. Но термодинамически гальванический элемент (в том числе ЭХГ) описывается через потенциалы полуреакций и ОВР является действующим началом.
marata>> Если электролит твердый, то это решает проблемы с перемешиванием, но появляются новые. Во-первых, значимые величины проводимости по иону кислорода (а именно он участует в создании ЭДС) электролит нужно нагреть до достаточно высоких температур. Во-вторых, все реакции происходят на границе фаз. Здесь возникают взаимоисключающие условия: нам надо обеспечить максимально большой контакт электрода с электролитом, но оставить отверстия для доступа газов. Часто этот эффект проявляется в отслоении катода.
ad2> Вот насчет элементов с твердым электролитом я не понял. Что представляет из себя катод и какая на нем полуреакция происходит, почему отслаивается ZrO2 от электрода?
Катоды есть металлические, обычно никель, есть сложнооксидные (я имел "счастье прикоснуться" к гранатам и перовскитоподобным на основе железа). Ну насколько я помню, на границе фаз накапливались дефекты кристаллической решетки. По аноду тоже были проблемы, вроде.
marata>> Ну и вернемся к теме разговора. В чем его преимущество? Во-первых, простота. Разделение окислителя и восстановитля за счет их разного фазового состояния. Во-вторых, дешивизна. Уголь дешевле металла. Кстати, в качестве топлива лучше использовать газовую сажу, чем древесный уголь.
ad2> Вот как раз насчет простоты у меня большие сомнения. Каким должно быть устройство токосъёмника, ведь анодная полуреакция происходит на частицах сажи, по Вашей версии? Если Вы предполагаете использовать что-то типа суспензионного электрода (частицы сажи в перемешиваемом электролите, время от времени сталкивающиеся с анодом), то надо учитывать, что у него очень малый ток.
А почему суспензия? Прессуем, спекаем и получаем компактную форму ;)
 

ad2

втянувшийся

Просто Вы сажу упомянули, я и подумал про дисперсную систему.
По поводу нейтрализации углекислого газа, выделяющегося на аноде. Что, если использовать вместо щелочи гашеную известь?
C+4OH-=>CO2+2H2O+4e;
CO2+Ca(OH)2=>CaCO3+H2O.
Карбонат кальция оседает на дно, остается только досыпать гидроксид кальция и удалять мел. В принципе, в этом случае можно сделать и многоразовый элемент.
 
+
-
edit
 

marata

Вахтер форумный
★☆
Не получится. Гидроксид кальция хорош только в водных растворах. В расплаве гидроксида натрия/калия карбонаты все равно будут расворятся.
 

ad2

втянувшийся

Я имел в виду расплав гидроксид кальция без добавления щелочей. Насчет растворения карбоната кальция в гидроксиде последнего, правда, ничего сказать не могу, под рукой нет нужной литературы.
А если использовать смесь гидроксидов кальция и магния, чтобы снизить температуру плавления за счет образования эвтектики? Полученный доломит (условно) затем нагреваем в той же печурке до разложения его на оксиды магния и кальция, затем обрабатываем водой и опять добавляем в электролит. Т.е. проводим рекуперацию электролита.
 
+
-
edit
 

valture

опытный

ad2> Я имел в виду расплав гидроксид кальция без добавления щелочей. Насчет растворения карбоната кальция в гидроксиде последнего, правда, ничего сказать не могу, под рукой нет нужной литературы.
ad2>

гидрооксид кальция - это тоже щелоч , и как щелоч
реагирует с углекислым газом с образованием
гидрокарбоната .....
как вариант можно использовать в качестве
электрода раскаленный порошок окиси железа ...
 
RU Fedot #03.10.2008 15:43  @Татарин#08.10.2006 03:52
+
-
edit
 

Fedot

новичок
Татарин> Есть такое интереснейшее дело: топливные элементы на углероде.
Татарин> Вот здесь (Топливные элементы с прямым окислением угля (DCFC)) добрый человек сделал обзор оных (достижения и некоторые свои эксперименты).
Татарин> Кратко
Татарин> плюсы:
Татарин> — потенциально низкотехнологичность и дешевизна - принципиальнейший момент для автономного энергоснабжения!
Татарин> — высокий КПД даже при низких технологиях (в реальных устройствах - порядка 50%);
Татарин> — высокая удельная мощность и энергоемкость (так, объем батареи, способной выдавать 1кВт в течении 24 часов оценивается в 25-50 литров);
Татарин> — использование первичного топлива;
Татарин> — компактность топлива, низкие расходы на его хранение.
Татарин> Главная и основная проблема - электролит и его взаимодействие с корпусом элемента.
Татарин> В качестве оного используется чистая щелочь - например, NaOH, причем рабочая температура 450-700С!
Татарин> Очень мало материалов, которые могут держать такое - серебро (вроде?) и очень чистое железо.
Татарин> Что можно применить в таком элементе в качестве корпуса?
Татарин> Может, можно использовать иной электролит?
Татарин> Что вообще думают по этому поводу уважаемые?

Да, дело очень интересное.

Радикальная постановка задачи: автономная генерация электричества на дровах. Чуть отступим от идеала: пусть не прямо на дровах, а на угле (возможно древесном). Электрохимия здесь самое то, не нужно возиться со сложной механикой.

Оказывается в конце 19 века изобретатель Жако занимался этой темой, и небезуспешно. Вообще, интересное то было время! Великая война 1914 года угробила многообещающую эпоху. Науку тогда ещё не контролировали так плотно разные лоббисты и шайки.

Теперь на институты надежды мало, грант на толковую автономную электрогенерацию не дадут, а если и дадут, то с целью дискредитации темы. Нынче пришло время науки подпольной, партизанской. Нужны исследования толковые, малозатратные, публикуемые в Интернете, воспроизводимые другими исследователями, а главное - ведущие к инженерным работающим схемам.

Я по мере возможностей подумал над электроокислением угля.

Лучше, конечно, как-нибудь обойтись без высоких температур. Неужели нельзя окислять уголь в водном растворе? Того же карбоната калия.

Может быть, удастся подобрать электролит, в котором кислород хорошо растворяется? Вроде есть такие жидкости, удерживают массу кислорода.

Уголь можно покрошить и использовать водоугольную суспензию.

Пока всё.
 

budden

новичок
Здравствуйте!
А вот и я - Денис Будяк, который копает эту тему. Я ещё жив и всё ещё занимаюсь этой темой. Читайте новости на сайте - он заметно обновился. Буду рад любым идеям по теме и предложениям сотрудничества.
 3.6.33.6.3

budden

новичок
Насчёт электролита и коррозии вопрос решается очень легко: делаем не ТЭ, а батарейку.

Если посчитать экономику и удельную энергию таких одноразовых батарей, то их стоимость получается дешевле самых дешёвых батареек (алкалиновых), а удельная энергия - сопоставима с самыми дорогими (литиевыми). Расчёты есть у меня на сайте Топливные элементы с прямым окислением угля (DCFC)
По мере отработки использования угольной батарейки, можно пытаться постепенно повышать её ресурс.

Если кто-то хочет участвовать в моей деятельности - пишите в личку, могу озадачить сразу четырьмя задачами. Пока что всё делается "на общественных началах", но одна из задач - это поиск грантов.

На подобную задачу правительство РФ в позапрошлом году выделило 8 или 16 миллионов рублей, так что есть шансы заняться интересным делом с пользой для кошелька. Правда, мне пока что не удалось приблизиться к получению гранта, хотя я зондировал почву и в МНТЦ, и в WWF, и в РосНано, через знакомых. В общем, выбивание денег - это отдельный вид деятельности, который я пока что не очень освоил (да и денег вроде пока хватает своих - ведь предмет изучения достаточно прост).
 3.6.33.6.3

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
А как вы замеряли мощность и пробовали ли промерить ВАХ?
 2.0.0.202.0.0.20

budden

новичок
Fakir> А как вы замеряли мощность и пробовали ли промерить ВАХ?
Целенаправленно ВАХ не мерял, просто пытался в каждом случае получить максимум мощности. Это не совсем просто, т.к. элемент имеет достаточно большую инерцию.
Мощность определял, в основном, по падению напряжения на резисторе известного сопротивления. Иногда мерял вместо напряжения силу тока, при наличии в цепи резистора. Поскольку обоим методам измерения присущи свои ошибки, использовал оба метода.
 3.6.33.6.3

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Fedot> Оказывается в конце 19 века изобретатель Жако занимался этой темой, и небезуспешно. Вообще, интересное то было время! Великая война 1914 года угробила многообещающую эпоху. Науку тогда ещё не контролировали так плотно разные лоббисты и шайки.

Этой темой - т.е. топливными элементами, в особенности угольными - вообще в то время занимались очень многие. И её же активно пропагандировал весьма знаменитый тогда Оствальд (нобелевский лауреат), а также и другие крупные мужики (чуть ли не Нернст в том числе).
Но уже к 1911 наиболее активные и даже фанатичные изобретатели топливных элементов после многолетних поисков с грустью вынуждены были признавать, что шансов на появление практически пригодного элемента крайне мало. Так что война тут совершенно не при чём.

Поганка еще в том, что в те времена практически все пытались создать именно угольный элемент - т.к. ноги попыток растут еще из времён "угля и пара", когда и жидкое топливо еще почти не использовалось - а как раз такой элемент создать труднее всего.
 8.08.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Кстати, еще перед войной появились (в СССР) образцы сравнительно пристойных элементов на генераторном газе, но и их подкосила недолговечность электродов.
 7.07.0

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
Кстати, теперь и в сети есть книжка Чиркова "Любимое дитя электрохимии", где довольно подробно описывается история топливных элементов от зарождения до конца 80-х - в т.ч., естественно, и угольных и синтез-газных.
 47.047.0

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru