Повышение эффективности термоэмиссионного преобразователя

С целью нейтрализации отрицательного пространственного заряда используется способ поверхностной ионизации или способ объемной ионизации. Способ поверхностной ионизации заключается в том, что межэлектродный промежуток ТЭП заполняется газом (давление порядка 0.1 мм рт. ст.), атомы которого имеют низкий потенциал ионизации. При ударе нейтральных атомов газа о нагретую до высокой температуры (порядка 2000° К) поверхность эмиттера часть атомов ионизируется, и положительные компенсируют отрицательный пространственный заряд.

Глава 3 – объемная ионизация

Стр. 20

Для увеличения срока службы эмиттера и получения высоких плотностей эмиссионного тока при умеренных температурах эмиттера (1500 – 1700 С) используют эффект абсорбции атомов газов (или паров) элементов, имеющих низкое значение работы выхода, на поверхности эмиттера с высокой работой выхода. При этом происходит уменьшение эффективной работы выхода эмиттера.

Химические источники[теория и расчет энергосиловых установок]

При протекании химической реакции в ХИТ энергия валентных электронов непосредственно используется в форме электрической энергии, так как для участия в реакции эти электроны, создающие электрический ток, должны пройти через полезную нагрузку. Для этого используются электролиты, пропускающие только ионы одного из компонентов к месту реакции и не пропускающие электроны. На одном из электродов, примыкающих к электролиту, происходят токообразующие электрохимические реакции образования продуктов реакции с поглощением ионов компонента из электролита и недостающих для этой реакции электронов из электрода. Через соединительные провода, полезную нагрузку эти электроны отнимаются при ионизации на втором электроде от второго компонента, уходящего в электролит.

По устройству и способу применения ХИТ можно разделить на три основных типа: гальванические, или первичные, элементы, аккумуляторы и топливные элементы. Первичные ХИТ имеют запас рабочих компонентов непосредственно в электродах и предназначены для одноразового использования. Аккумуляторы допускают электрохимическую реакцию-восстановление исходных компонентов, имеют многоцикловый ресурс, определяемый в зависимости от типа аккумулятора сотнями или десятками тысяч циклов. В топливных элементах рабочие компоненты хранятся в специальных емкостях и подаются в ХИТ отдельно. Такая система хранения и подачи компонентов обладает существенно меньшей массой, чем система хранения в электродах, особенно при необходимости продолжительной работы ХИТ.

СТАРНИЦА 162

Бортовые ХИТ

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Наибольшее применение ГЭ нашли в блоках питания аппаратуры наземного назначения: полевые ранцевые радиопередатчики, подвижные и стационарные установки, требующие бесшумной работы и т.п. Такие источники не требуют обслуживания, просты в обращении, надежны и доступны. Однако широкого применения в КА ГЭ не получили по причине ограниченного срока хранения ГЭ, для увеличения которого требуется периодическая замена ГЭ.

АККУМУЛЯТОРЫ

1. Серебряно-цинковые аккумуляторы Zn/KOH/AgOвпервые были использованы на космической технике. развивают ЭДС E = 1.84 В и эксплуатируются при U = 1.4-1.5 В. Обладают удельной энергией 100-130 Вт∙ч/кг и выдерживают 25-100 циклов. Выдерживают температуры до 343 К. Ограничитель ресурса – цинковый электрод, на котором возможен рост дендридов вплоть до замыкания электродов. Для увеличения ресурса цинковый электрод был заменен на кадмиевый.

2. Серебряно-кадмиевые аккумуляторы Cd/KOH/AgO развивают ЭДС E = 1.4 В и эксплуатируются при U = 1.05-1.1 В. Обладают удельной энергией 70 Вт∙ч/кг и выдерживают 500 циклов. Серебряно-кадмиевые аккумуляторы имеют малый саморазряд (менее 2% емкости в месяц), что позволяет срок их хранения до 1.5 лет. Однако методика заряда данных аккумуляторов сложнее, чем методика заряда серебряно-цинковых. Ограничитель ресурса – серебряный электрод, вызывает осеребрение слоев сепарации при циклировании вплоть до замыкания. Для повышения ресурса серебряный электрод заменен на никелевый.

3. Никель-кадмиевые аккумуляторы Cd/KOH/Ni(OH)₃развивают ЭДС E = 1.36 В и эксплуатируются при U = 1.05-1.25 В. Обладают удельной энергией 14-40 Вт∙ч/кг и выдерживают несколько тысяч циклов. Эксплуатируются при температуре 243-313 К. Ограничитель ресурса – кадмиевый электрод. Заменен на водород.

4. Никель-водородные аккумуляторы Ni/KOH/H₂ по своим характеристикам близки к никель-кадмиевым, но обладают большим ресурсом, и их характеристики более устойчивы в эксплуатации, так как водород не деградирует. Недостатками являются высокие значения давления водорода и сложная методика заряда, деградация пористых структур при повышении температуры. Обладают удельной энергией 35-40 Вт∙ч/кг и выдерживают десятки тысяч циклов.

5. Никель-металлгидридные аккумуляторы используют связанное хранение водорода, что позволяет снизить давление за счет некоторого снижения удельных параметров.

6. Литий-ионные аккумуляторы.развивают ЭДС E = 2-3.5 В. Обладают удельной энергией 300 Вт∙ч/кг и выдерживают сотни циклов. Температура эксплуатации ограничена температурой плавления лития459 К.