Электрохимические и другие физико-химические процессы в гидразиновых тэ.

В гидразиновых топливных элементах используется щелочной электролит. Реакция на гидразиновом электроде имеет вид:

N₂H₄ + 4OH^- → N₂ + 4H₂O + 4e.

Равновесный потенциал этой реакции на 0,33 В отрицательнее потенциала обратимого водородного электрода в том же растворе. В связи с этим на металлах с невысоким перенапряжением водорода в отсутствии внешнего тока могут протекать сопряженные процессы окисления гидразина и выделения кислорода. Кроме того, гидразин на разных материалах способен каталитически разлагаться с образованием азота и водорода.

На многих металлах в щелочном растворе гидразина обычно устанавливается потенциал, близкий к потенциалу равновесного водородного электрода. Таким образом, напряжение кислородно-гидразиновых элементов близко к напряжению кислородно-водородных элементов. Скорость анодного окисления гидразина существенно зависит от материала электрода. Поляризационные кривые окисления гидразина на разных металлах не совпадают с соответствующими поляризационными кривыми окисления водорода, так что процесс окисления гидразина не сводится просто к его каталитическому разложению и окислению образующегося водорода. Гидразиновые электроды изготавливают из никеля, борида никеля или никеля, промотированного палладием. Повышение температуры ускоряет анодный процесс окисления гидразина, но при этом значительно ускоряется его саморазложение, что приводит к большим потерям. Большинство разработанных гидразиновых элементов рассчитано на работу при окружающей температуре (рабочая температура элементов несколько выше за счет выделении теплоты при разряде). Номинальная рабочая плотность тока гидразиновых элементов 500-1000 А/м².

В отличие от водородных и кислородных электродов в гидразиновом электроде исходное активное вещество растворено в электролите. Попадание гидразина на кислородный электрод существенно снижает характеристики последнего из-за сдвига потенциала в отрицательную сторону; кроме того, непроизводительно расходуются гидразин и кислород. В первых разработках гидразиновых ТЭ баночной конструкции применялись пористые диффузионные электроды с тыльной подачей топлива (в виде щелочного раствора гидразина) и выделением газа на этой же стороне. Так как пористый электрод не является достаточно эффективным барьером для проникновения растворенного гидразина в электролит и к кислородному электроду, то в таких элементах использовались невысокие концентрации гидразина (около 1,5%) и приходилось вводить систему автоматической подачи гидразина со скоростью, пропорциональной токовой нагрузке.

Электрохимическая схема топливного элемента имеет вид

- Ni, N₂H₄ │KOH │O₂, (C) +

Анодом служит никелевый электрод с высокоразвитой поверхностью, на которой нанесен катализатор, а в качестве катода присоединяют графитовый стержень. Электролитом является раствор щелочи KOH.

При работе такого ХИЭЭ протекают следующие процессы:

На аноде внутренней цепи происходит процесс окисления гидразина с образованием азота

N₂H₄ + 4OH^- → N₂ + 4H₂O + 4e;

На катоде внутренней цепи происходит процесс восстановления кислорода

O₂ + 2 H₂O + 4e → 4

Суммарный электрохимический процесс, за счет которого возникает в цепи электрический ток, выражается уравнением

N₂H₄ + O₂ → N₂ + 2 H₂O.