Высокотемпературные аккумуляторы и батареи.
Серно-натриевые аккумуляторы. Большинство аккумуляторов имеет трубчатую конструкцию. Применение дисковых и других плоских электролитов связано с большими трудностями герметизации аккумуляторов. Используются две разновидности трубчатых аккумуляторов (рис.4.13.1). В одной из них внутри трубчатого электролита находится натриевый электрод (рис.4.13.1, б), в другой - серный электрод (рис.4.13.1, а). Применение центрального серного электрода упрощает решение антикоррозионных задач. В одном из вариантов аккумулятора трубки электролита длиной 0,3 м с толщиной стенки 1,8 - 10~3 м и внешним диаметром 3,3 1СГ2 м заполняются графитовым волокном, пропитанным серой. Около электролита графит находится в смеси с глиноземом. Токоотводом служит алюминий, защищенный слоями нихрома и графита. Электролит с центральным серным электродом помещают в трубку (корпус). В кольцевом зазоре между корпусом и электролитом находятся графитовые шарики, промежутки между которыми заполнены натрием. Графитовый заполнитель нужен для уменьшения количества свободного натрия, который может взаимодействовать с серой при образовании трещин или разрушении электролита. Аккумулятор имеет емкость 88 А ч, массу 1,06 кг, удельную энергию при двухчасовом разряде 140-125 Вт-ч/кг.
Большинство разработчиков используют конструкцию аккумулятора с центральным натриевым электродом (см. рис.4.13.1, б). В этом случае сера находится в кольце между электролитом и корпусом. Для повышения безопасности работы камеру натриевого электрода заполняют пористыми веществами из керамики, стекла или металла. Для герметизации аккумуляторов применяется ос-А1203.
|
|  |
Для повышения коррозионной стойкости применяются многослойные корпуса. Например, японская фирма Yuasa Battery предложила корпус, состоящий из слоев Fe-Cr-Al-сплава, диффузионного слоя Аl и Сг в стали, хромированной малоуглеродистой стали и графитового покрытия. Конструкции аккумуляторов фирмы постоянно совершенствуются. Длина трубки электролита увеличилась от 200 до 530 мм, диаметр от 22 до 51 мм, толщина электролита от 1 до 2,6 мм. С 1970 по 1982 г. емкость аккумулятора возросла от 9 до 260 А ч, энергия - от 15 до 450 Вт ч. Аккумуляторы емкостью 50-200 А ч с удельной энергией 85-150 Вт - ч/кг, удельной мощностью 60-130 Вт/кг и наработкой до 1000 циклов разработала фирма General Electric (США), однако в середине 80-х годов фирма работы в этом направлении свернула.
Аккумуляторы системы хлорид металла-натрия. Схема аккумулятора приведена на рис.4.13.2. Положительный электрод (хлорид никеля или железа) расположен во внутреннем цилиндре. Это пористая матрица из соответственно никеля или железа, в порах которой находится расплавленная смесь хлорида металла и электролита. При разряде хлорид превращается в металл. Отрицательный электрод (натрий в порах матрицы) помещается во внешний цилиндр и отделен от
внутреннего цилиндра твердым электролитом ((3-А12О3). Корпус аккумулятора служит токоотводом. Основным разработчиком хлоридно-натриевых аккумуляторов является немецкая фирма AEG, организовавшая совместно с фирмами Zebra Power Systems и Beta R&D Company холдинг AABH (AEG Anglo Battery Holding). Хлоридно-натриевые аккумуляторы называют также Zebra-batteries по имени компании - первого разработчика. На первом этапе разрабатывались аккумуляторы с катодом на основе хлорида железа. Однако технология изготовления аккумулятора с катодом на основе хлорида никеля оказалась более простой, поэтому освоено производство аккумуляторов системы хлорид никеля-натрий. Тем не менее, разработка аккумулятора системы хлорид железа-натрий продолжается из-за невысокой цены соли железа.
