Физико-химические свойства водных борогидридно - боратных систем, используемых в водородной энергетике

• Автор: Храмков, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 173 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Борогидридныс топливные элементы.

1.1.1. Борогидридные топливные элементы непрямого действия

1.1.2. Борогидридные топливные элементы прямого действия.

1.2. Химические и физические свойства борогидридов

1.2.1. Физические свойства борогидридов

1.2.2. Химические свойства борогидридов

1.2.2.1. Гидролиз борогидридов механизм, кинетика

1.2.2.2. Каталитический гидролиз

1.2.2.3. Электрохимические свойства борогидридов

1.3. Фазовые равновесия в двух и трехкомпонентных системах
1.3.1. Политермы растворимости борогидридов калия и натрия в воде
1.3.2. Политермы растворимости метаборатов калия и натрия в воде
1.3.3. Изотермы тройных систем ЫаВГЦ ЫаОН Н при 0, ,
, и С
1.3.4. Изотермы тройных систем КВН4 КОН Н при 0, и С
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2. ДИАГРАММЫ РАСТВОРИМОСТИ ТРОЙНЫХ СИСТЕМ ЫаВН,0НН, КВН4КОНН, 0ННаВН, К0НКВН ПРИ, ,ИС
2.1. Методика эксперимента
2.1.1. Метод изотермического насыщения
2.1.2. Количественный химический анализ сложных смесей борогидрид борат гидроксид карбонат вода
2.1.2.1. Методика титрования
2.1.2.2. Определение борогидрида, бората, гидроксида и карбоната в растворе методом кислотноосновного титрования
2.1.2.3. Определение борогидрида в растворе методом иодометрического титрования
2.1.2.4. Обработка кривых титрования и оценка правильности
2.1.3. Графические методы выражения состава трехкомпонентной системы
2.1.4. Определение состава и количества сопряженных фаз трех компонентной системы
2.2. Фазовые диаграммы трехкомпонентных систем ЫаВ ТЧаОН Н, КВ КОН Н при , , , С и ЫаВН ИаОН Н, КВН4 КОН Н при С
2.2.1. Изотермы фазовых диаграмм системы В ОН Н
при , , и
2.2.2. Изотермы фазовых диаграмм системы КВ КОН Н при , , и
2.2.3. Изотерма фазовой диаграммы системы ЫаВЕЦ ЫаОН
Н при температуре С
2.2.4. Изотерма фазовой диаграммы системы КВН4 КОН Н при температуре С
Заключение
3. ДИАГРАММЫ РАСТВОРИМОСТИ ПЯТИКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ К,ЫаОН,В Н И К,МаОН,ВН4
3.1. Графическое представление фазовых диаграмм для солевых систем типа К, К2 ЦА, А2 Н
3.2. Температурная трансформация диаграмм растворимости пятикомпонентных систем К,ЫаОН,В Н2 в диапазоне Т С
3.3. Температурная трансформация диаграмм растворимости нятикомпонентных систем К,ЫаОН,ВН4 Н при Т С
3.4. Особенности фазовых диаграмм систем К,Ыа0Н,ВН и К,Ыа0Н,ВН4Н
Заключение
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БОРОГИДРИДЫХ ТОПЛИВЫХ СМЕСЕЙ
4.1. Методика определение электропроводности воднощелочных растворов ЫаВНд, КВН4, ХаВ и КВ. .
4.2. Экспериментальное определение и математическое описание концентрационнотемпературных зависимостей электропроводности водных растворов произвольного состава, содержащих КОН, ИаОН, КВ, ИаВ, ЫаВН4 и КВН4.
4.3. Конструкция электрохимической ячейки и методика электрохимических измерений
4.4. Определение возможных перспективных составов растворов системы КДЧаЦОНЗННзО пригодных для использования в качестве топлив для топливных элементов
4.5. Проведение разрядов тестирование борогидридных топливных смесей в макетах топливного элемента
Заключение
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Возрождение этой тематики произошло в г. Амендолла, который предложил борогидридный воздушный элемент с Аианодом мощностью мВтсм. В настоящее время в научнотехнической литературе имеется большое количество публикаций , посвященных исследованию ОББС. Большинство работ посвящено исследованию кинетики электрохимического окисления ВН4 иона в воднощелочном растворе с использованием различных катализаторов Р1, РЫЛ, Р1Со, . Рб, Аи, АиТц , МпО, ХлСоОг и др. Некоторые работы посвящены оптимизации электродной системы другие разработке протонпроводящих мембран , также имеется достаточное количество работ, посвященных вопросам конструкции и дизайна прямых борогидридных ТЭ. На рис. ЫаВН. Рис. ЫаВН, 1Г 8 ЫаВ 6П Е 1. В 1. Н 8 Н Е 0. В 1. ШВЕЦ 2 КтаВ 2Н Е 1. В 1. КаВН бОН КаВ 1. Н2 4Н 6 Е 1. В 1. ЗН 6е бОН Е 0. В 1. ВН4 ИаВ Н Н2 Е 1. ВН4 Н ВОН4 2. Н2 Е 1. Уменьшение количества электронов в токообразующей цепи приводит с одной стороны к увеличению ЭДС элемента от 1. В 6 до 2. В 4, но с другой к снижению теоретической удельной энергии от 9. Втчг 8 до 7. Втчг и до 5. Втчг 4 , . Теоретическое значение ЭДС обычно не достигается изза необратимости катодной реакции и наличия анодной реакции гидролиза борогидрида 1. ОРТ 5М . Реальное напряжение разомкнутой цепи НРЦ такого элемента составляет 1 В. ВНГ хОН о В х 2Н х 4 0. Среди предложенных элементов ЭВЕС наиболее высокие результаты 0 мВтсм2 при С даст система, в качестве анода которой выступает 0. V0. РбС, в роли катода СЛЧ, электролит Ыа мембрана Ыайоп ЫКЕ1 состав топлива раствор ЫаВЕЦ и КаОН скорость подачи топлива 0. С Состыковка пяти таких топливных элементов, общей площадью см позволяет получить 0 Вт при комнатной температуре 4, . В предложен топливный элемент ЭВБС с АЕМмембраной анионообменная мембрана, в роли анода которого используются платинированные функционализированные углеродные нанотрубки. Максимальная мощность такой системы состав топлива раствор КаВКЦ в 4М растворе ОН составляет мВтсм2, выходное напряжение 0. ЭВБС в качестве анода способствует увеличению коэффициента использования борогидридного топлива по сравнению с обычными каталитическими системами, а также подавляет выделение водорода. В связи с возможностью протекания этой реакции, авторы предлагают гибридный борогидридный топливный элемент, который может функционировать не только как , но и как воздушный элемент Втчкг при изолировании борогидридного топлива, и как перезаряжаемый аккумулятор 8 Втчкг при блокировке борогидрида и кислорода. В качестве катодных катализаторов в борогидридных топливных элементов пригодны не только дорогие катализаторы из группы благородных металлов, но и более дешевые металлы, например, . В работе показано, что выдаваемая мощность 1. К числу недорогих катодных катализаторов для относятся Мп, тетраметоксифенил порфирин железа. В работе представлен простой отсутствует ионообменная мембрана и дешевый борогидридный топливный элемент с катодом из фталоцианина кобальта СоРс, максимальная плотность энергии которого составляет мВтсм , плотность разрядного тока 5 мАсм . Борогидридами металлов называют двойные комплексные гидриды бора и металлов с общей формулой Ii4 с высоким содержанием водорода Табл. Борогидриды металлов известны с г. В г. Шлезингер с соавт. Таблица 1. КаВН4 . КВБЦ 7. МВН . ЛА1Н2ВН . СафВД . А1ВН4з . ВН4з . Борогидриды щелочных и щелочноземельных металлов твердые вещества, выдерживающие нагревание до сравнительно высоких температур 0 0 С. Плавятся они, как правило, лишь с незначительным разложением. Большинство борогидридов металлов представляют собой типичные соли, образующие ионную кристаллическую решетку и диссоциирующие в растворах на ионы 7, . Борогидриды переходных металлов менее стабильны многие из них существуют только при низких температурах или в виде сольватов Табл. З Борогидрид алюминия легколстучая жидкость группы ВН4 в нем связаны с центральным атомом не ионной связью, а водородными мостиками. Такой же характер связи в легкоплавком борогидриде бериллия и, в некоторой степени, в борогидридах лития и магния.