Методика расчета плотности, вязкости и электропроводности растворов Na(k)BH4 - Na(k)bo2 - Na(k)OH - H2O, используемых в водородной энергетике Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 541.136

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПЛОТНОСТИ, ВЯЗКОСТИ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ Na(K)BH4 - Na(K)BO2 - Na(K)OH - H2O, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

А. В. Чуриков, А. В. Иванищев, И. М. Гамаюнова, А. В. Ушаков, М. А. Чуриков

Саратовский государственный университет, Россия

E-mail: churikovav@info.sgu.ru Поступила в редакцию 27.01.10 г.

Концентрированные водно-щелочные смеси борогидридов и боратов натрия и калия используются в качестве топлива и источника водорода в водородной энергетике, в том числе в низкотемпературных топливных элементах. Рабочие характеристики таких смесей определяются их физико-химическими свойствами. Предложен алгоритм расчёта плотности, вязкости и удельной электропроводности смешанных растворов пятикомпонентной взаимной водно-солевой системы K,Na||OH,BH4,BO2-H2O, основанный на квазиаддитивности этих свойств. Математически описаны концентрационно-температурные зависимости плотности, вязкости и удельной электропроводности водных растворов KOH, NaOH, KBO2, NaBO2, NaBH4, KBH4 произвольного состава в интервале температур 0-60°C в полном концентрационном диапазоне. Методика и алгоритм расчёта подтверждены сравнением рассчитанных и измеренных свойств.

Ключевые слова: раствор, плотность, вязкость, удельная электропроводность, математическое моделирование, топливный элемент, водородная энергетика.

Concentrated water-alkaline mixtures of sodium and potassium borohydrides and borates are used as fuel and a hydrogen source in hydrogen power engineering, including low-temperature fuel cells. The performance of such mixtures is determined by their physicochemical properties. An algorithm to calculate the density, viscosity, and specific electric conductivity of mixed solutions of the five-component water + salt system (Na,K)BH4 + (Na,K)BO2 + (Na,K)OH + H2O based on the quasiadditivity of these properties is proposed. The concentration-temperature dependences of the density, viscosity, and specific conductivity of aqueous KOH, NaOH, KBO2, NaBO2, NaBH4, and KBH4solutions of any composition in a temperature range of (0 to 60)°C and the whole concentration range are described mathematically. The technique and algorithm of calculation have been verified by comparison with measured properties.

Key words: solution, density, viscosity, specific conductivity, mathematical modeling, hydrogen fuel cell.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время существенная доля исследований в области водородной энергетики и химических источников тока направлена на разработку новых топливных элементов (ТЭ) [1-3]. Одно из перспективных направлений — низкотемпературные ТЭ, использующие в качестве источника водорода (топлива) солеобразные борогидриды щелочных металлов №ВЩ и КВН4 и имеющие сопоставимые характеристики с ТЭ, использующими в качестве топлива метанол [4]. В таких устройствах боро-гидриды находятся в форме концентрированных водных растворов или суспензий, дополнительно содержащих растворённые гидроксиды №ОН и/или КОН. Последние стабилизируют раствор, предотвращая гидролиз борогидрид-иона ВН-, определяя и регулируя его химическую и электрохимическую активность. В процессе функционирования ТЭ бо-рогидриды постепенно окисляются, отдавая содержащийся водород и переходя в растворимые соли борной кислоты — метабораты №ВО2 и КВО2 [4].

Таким образом, смешанный раствор, используемый в борогидридном топливном элементе, представляет собой пятикомпонентную взаимную водно-солевую систему К,№||ОН,ВН4,ВО2-Н2О переменного состава. По мере использования содер-

жащегося водорода уменьшается концентрация бо-рогидридов и увеличивается концентрация метабо-ратов; концентрации остальных компонентов также не остаются постоянными. Изменение состава раствора сопровождается существенным изменением его физико-химических свойств, прежде всего плотности, вязкости и удельной электропроводности. Эти характеристики чрезвычайно важны для правильного функционирования ТЭ, обеспечения сложных гидродинамических, тепловых, транспортных и электрохимических процессов внутри ТЭ. При этом многокомпонентность раствора весьма усложняет задачу детального определения этих характеристик во всей необходимой концентрационно-температурной области.

Цель настоящей работы заключалась в разработке алгоритма расчёта физико-химических свойств (плотности, вязкости и удельной электропроводности) растворов, относящихся к пятикомпо-нентной взаимной водно-солевой системе К,№||ОН, ВН4, ВО2-Н2О, в полном концентрационном диапазоне (вплоть до насыщенных растворов) в практически важном интервале температур 0-60°С. Точность расчёта должна быть приемлема для использования алгоритма в электрохимической энергетике.

© А. В. ЧУРИКОВ, А. В. ИВАНИЩЕВ, И. М. ГАМАЮНОВА, А. В. УШАКОВ, М. А. ЧУРИКОВ, 2010

Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными при температурах 10, 25 и 50°C.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исходными реактивами служили: NaBO2 ■ •4H2O квалификации «ч» (ЗАО «Вектон», Россия); KBO21.25H2O квалификации «ч» (ЗАО «Вектон», Россия); NaOH квалификации «чда» (ЗАО «НПО ЭКРОС», Россия); KOH квалификации «хч» (ЗАО «НПО ЭКРОС», Россия); NaBH4 квалификации «ч» (ОАО «Авиабор», Россия); KBH4 квалификации «ч» (ОАО «Авиабор», Россия); дистиллированная вода, не содержащая растворённого углекислого газа. При приготовлении сухих смесей исходных реактивов использовалась мельница-активатор АГО-2 и ультразвуковой измельчитель CTBRAND. Операции измельчения и смешивания реактивов выполняли в боксе с осушенной атмосферой. Взвешивание проводили на лабораторных электронных цифровых весах AND GF-600 (точность взвешивания 0.001 г). Все последующие измерения выполняли при фиксированной температуре в программируемом термостате PolySciens «AlexRedCTD» (точность поддержания температуры ±0.01 °C.

Определение плотности исследуемых растворов проводили в калиброванных пикнометрах. Вязкость раствора определяли вискозиметром Уббелоде по времени истечения исследуемой жидкости через капилляр по формуле

tx • dx

Пх = n

t • d '

(1)

где nx, tx, dx — вязкость, время истечения и плотность исследуемой жидкости; n, t, d — вязкость, время истечения и плотность стандартной жидкости соответственно. В качестве стандартной жидкости использовали водный раствор натриевой щёлочи.

Определение электропроводности растворов проводилось с помощью комплекса электрохимического оборудования Autolab PGSTAT202 (302N) (Нидерланды) и двухэлектродной термостатируе-мой ячейки путём измерения электрического сопротивления с последующим пересчётом в величину удельной электропроводности:

Хх = х

R

rX '

(2)

где xx и Rx — удельная электропроводность и электрическое сопротивление исследуемого электролита; х и R — удельная электропроводность и электрическое сопротивление калибровочного электролита (0.01, 0.1 или 1М раствор KCl) соответственно.

Погрешность в определении электрического сопротивления зависит от параметров ячейки и характеристик аппаратуры и не превышает ±0.01%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Плотность

Температурные зависимости плотности воды ён2о и многих водных растворов известны с высокой точностью. Плотность растворов ё обычно уменьшается с ростом температуры из-за усиления теплового движения частиц. В интервале 0-4°С имеет место рост плотности воды, обусловленный разрушением её льдоподобной структуры; при дальнейшем нагревании плотность воды закономерно уменьшается. В температурном интервале 0-60°С она с высокой точностью описывается полиномом

ёН20 = 0.999841 + 5.2747 ■ 10-5/- 7.3060 ■ 10-б/2+ (3)

+3.0467 ■ 10-8/3,

где / — температура,"С. Для растворов щелочей плотность строго линейно зависит от массовой доли растворённого вещества цА, вплоть до цА ~ «0.15:

ё = ён2о + а\хл. (4)

Для расширения концентрационного диапазона, вплоть до насыщенных растворов (ца ~ 0.5), достаточно в формулу (4) ввести квадратичный член:

ё = ёН20 + ацА + Ьц^. (5)

Здесь и далее а, А, а, Ь, В, в, к — коэффициенты уравнений. Авторами [5, 6] подобраны соответствующие коэффициенты для растворов №0Н и КОН. Следует полагать, что аналогичными уравнениями моделируется плотность и других растворов, в том числе рассматриваемых здесь растворов для ТЭ.

Таким образом, плотность воды даёт аддитивный вклад в плотность конечного раствора, в том числе концентрированного. Это свойство будет использовано для построения корреляционных уравнений, позволяющих вычислить плотность раствора при произвольном составе и температуре. В табл. 1 сведены вычисленные коэффициенты уравнений (4) и (5) для рассматриваемых здесь индивидуальных веществ в полном диапазоне их растворимости. Наши данные для растворов №В02 полностью согласуются с приведёнными в [7, 8]. Все зависимости ё(цА) идеально описываются уравнениями (4) или (5), при этом температурный ход плотности, кроме формулы (3), определяется зависимостью коэффициентов а и Ь от температуры, как представлено в табл. 1.

Методика расчета плотности, вязкости и электропроводности растворов №(К)ВЩ — №(К)В02 — — №(К)0Н — Н2О, используемых в водородной энергетике

Таблица 1

Уравнения и коэффициенты для расчёта физико-химических свойств растворов в температурном интервале 0-60°С (ц — массовая

доля растворённого вещества; с — молярная концентрация)

Коэффициент Растворенное вещество

КОН ШОН КВ02 ШВ02 КВН4 ШВН4

а 0.9026-9.571Х х10-4Г Уравнение д 1.1 ля плотности ё = ё 0.9715-2.26х10-3Г 1.05 0.29635-2.9443Х х10-3Г 0.102-1х10-3Г

Ь 0.291 -0.2 0.82 1.01 - -

Уравнение для вязкости ^(п) = а + (1 + в - 1-5265 + Жз)

а 0.55272ц + 2.495ц2 2.0174ц + 5.67ц2 3.664ц- 18.393ц2 + + 46.928ц3 4.5692ц -- 27.37ц2 + + 87.906ц3 5.9805ц -- 99.306ц2 + + 464.86ц3 1.8932ц -- 4.8178ц2 + + 10.293ц3

в -0.59438ц -- 0.34027ц2 + + 5.9942ц3 0.16775ц + 8.90ц2 -0.95194ц + + 50.673ц2 -- 61.361ц3 -15.541ц + + 149.74ц2 -- 359.92ц3 -43.223ц+ + 767.92ц2 -- 5473.1ц3 + +13551ц4 -17.411ц + + 196.13ц2 -- 773.42ц3 + + 1055.6ц4

Уравнение для удельной электропроводности х = ас + Ьс2 + кс3

а 0.14879 + 3.5264 Х х 10-3Г 0.14442 + 2.3027 Х х 10-3Г 4.1571 Х 10-2 + +1.398 Х 10-3Г 2.5964 Х 10-2 + + 1.055 Х 10-3Г 3.4777 Х 10-2 + + 2.3476 Х 10-4Г + + 7.144 Х 10-6Г2 1.2226 Х 10-2 + + 6.0032 Х 10-4 Г

Ь -2.0276 Х 10-2 -- 2.9046 Х 10-4Г -3.0012 Х 10-2 -- 8.2221 Х 10-(Ч -1.0024 Х 10-2 -- 2.3625 Х 10-4Г -1.0556 Х 10-2 -- 2.0224 Х 10-4Г 1.8771 Х 10-2 + + 6.5543 Х 10-4Г -- 6.4713 Х 10-6Г2 -1.2667 Х 10-3 -- 5.5155 Х 10-5Г

к 7.8115 Х 10-4 + + 7.4932 Х 10-(Ч 1.4824 Х 10-3 -- 8.0867 Х 10-(Ч 6.7631 Х 10-4 + +1.4101 Х 10-5Г 1.2761 Х 10-3 + + 8.8145 Х 10-6Г -6.4257 Х 10-3 + + 6.9474 Х 10-5Г -7.5261 Х 10-5 + + 2.5049 Х 10-6 Г

Из практики физико-химического анализа жидких систем известно, что межмолекулярные взаимодействия слабо отражаются на концентрационных зависимостях плотности — эти зависимости всегда близки к аддитивным. Для абсолютного большинства систем с невзаимодействующими компонентами плотность отклоняется от аддитивности менее чем на 1%. Концентрированные водные растворы №0Н и КОН являются примером систем с сильным взаимодействием, для них отклонение плотности от аддитивности может достигать 2-4%. Растворы метаборатов и борогидридов занимают промежуточное положение. Таким образом, с приемлемой для практики точностью можно утверждать, что плотность любого топливного раствора системы К,№||0Н, ВН4, В02-Н20 при заданной температуре может быть вычислена как квазиаддитивное свойство с использованием данных, приведённых в табл. 1.

Аддитивность плотности при смешении двух растворов А и В ожидается при выражении концентрации в объёмных долях V (\а — доля объёма, занимаемая компонентом А в растворе при отсутствии эффектов взаимодействия):

ё = dAVA + ёв (1 - VA) . (6)

Действительно, свойство квазиаддитивности хорошо соблюдается для рассматриваемой многокомпонентной системы, как показано на рис. 1.

в А

100 ■ vA

Рис. 1. Плотность ё водных растворов, приготовленых смешением двух растворов, как функция объёмной доли VА первого раствора: <>,♦,♦- 2.9М ШВСЬ (А) + 2.9М ШОН (В); О, О, • - (2.73М ШВЩ + 1.827М ШОН) (А)+ (2.239М КВН4 + 0.914М КОН) (В); О, О - при Г = 10 °С; О, О -при ? = 25 °С; ♦, • — при ? = 50 °С. Пунктирные линии соответствуют принципу аддитивности согласно уравнению (6)

На основании вышеизложенных принципов нами был разработан алгоритм расчёта физико-

химических свойств системы К, №||ОН, ВН4, ВО2--Н2О. Алгоритм включает следующие шаги: 1) ввод температуры t и содержания каждого из N электролитов (1 < г < N, N — количество электролитов) в растворе; 2) вычисление набора плотностей растворов каждого индивидуального электролита при заданных t и с использованием уравнений (4) или (5) и данных, приведённых в табл. 1; 3) вычисление набора отклонений от плотности чистой воды Аёг = - ёНгО; 4) алгебраическое суммирование набора Аёг для раствора смеси электролитов; 5) расчёт плотности заданного раствора ё = ёНгО + + Аё. Таким образом, алгоритм расчёта сводится к формуле аддитивности

N

ё =X ё - ^ - 1)ёН2О.

(7)

г=1

В табл. 2 представлены некоторые результаты расчёта вместе с экспериментальными данными денситометрического исследования смесей, относящихся к системе К, №||ОН, ВН4, ВО2-Н2О, при 10, 25 и 50°С. Применение данного алгоритма даёт вполне удовлетворительные результаты: максимальная ошибка расчёта менее 4%, для большинства же исследованных смесей ошибка расчёта составляет менее 1%.

Как указано во вводной части статьи, топливом для ТЭ являются не только водно-щелочные растворы борогидридов, но и соответствующие суспензии. Интересно отметить, что предложенный алгоритм расчёта плотности нечувствителен к фазовому состоянию системы: расчёт плотности суспензии также даёт хорошее совпадение с экспериментом.

2. Вязкость

Многочисленные попытки найти функцию, аддитивно описывающую вязкостные свойства жидких смесей, оказались безуспешными. Даже для двойных смесей невзаимодействующих жидкостей динамическая вязкость п неаддитивна. Существующие способы расчёта, экстраполяции и предсказания вязкостных свойств водных растворов основаны на температурной зависимости вязкости чистой воды ПН2О, которая затем тем или иным образом модифицируется с использованием теоретически обоснованных или же эмпирических уравнений. Для температурного интервала 0-60°С эта зависимость имеет следующий вид:

¡Я ПН2О = -1.5265 +

218.84 (1 + 123.15).

(8)

Водные растворы электролитов всегда имеют повышенную по сравнению с чистой водой вязкость, которая быстро увеличивается с ростом концентрации, при этом вид температурной зависимости остаётся неизменным. Предлагается [9] следующее уравнение для расчёта вязкости водных растворов электролитов:

¡Я п = а + (1 + в ¡Я ЛН2 О,

(9)

где коэффициенты а и в определяют специфику раствора конкретного вещества и постоянны в определённом температурном диапазоне для каждого электролита и для каждой концентрации. Объединяя (8) и (9), получаем итоговое уравнение:

¡Я п = а + (1 + в)

-1.5265 +

218.84 (1 + 123.15)

(10)

которое полностью описывает вязкость водного раствора в заданном концентрационно-температур-ном диапазоне 0-60°С.

Нами была проведена вискозиметрия водных растворов №ВН4, КВН4, №ВО2 и КВО2 в интервале температур 0-60°С. Вместе с литературными сведениями для растворов КОН и №ОН по совокупности известных данных были аппроксимированы зависимости а(ц) и Р(ц), суммированные в табл.1.

Для расчёта вязкости сложных растворов нами был использован алгоритм, аналогичный алгоритму расчёта плотности: 1) ввод температуры 1 и содержания каждого из N электролитов (1 < г < N) в растворе; 2) вычисление по уравнению (10) набора ¡яПг при заданных 1 и для каждого индивидуального электролита с использованием данных, приведённых в табл. 1; 3) вычисление набора отклонений от вязкости чистой воды А ¡я п = ¡Я п -— ¡япН2о; 4) алгебраическое суммирование набора А ¡я п для раствора смеси электролитов; 5) расчёт вязкости заданного раствора ¡я п = ¡Я пН2О + А ¡я п. Таким образом, алгоритм расчёта сводится к формуле аддитивности логарифма вязкости

N

п = Xп> - ^- 1)!ёпн2О.

(11)

г=1

Были измерены вязкости растворов, образованных сливанием растворов индивидуальных электролитов КОН, ШОН, КВО2, ШВО2, ШВН4 и КВН4 в разных соотношениях. Как показано на рис. 2, свойство квазиаддитивности в первом приближении соблюдается и для вязкости рассматриваемой системы, хотя отклонения от аддитивности могут превышать 20%. Поскольку динамическая

Методика расчета плотности, вязкости и электропроводности растворов №(К)ВЩ — №(К)ВО2 — — №(К)ОН — Н2О, используемых в водородной энергетике

В табл. 2 представлены некоторые результаты расчёта вязкости вместе с экспериментальными вискозиметрическими данными смесей, относящихся к системе К, №||ОН, ВН4, ВО2-Н2О, при 10, 25 и 50°С. Хотя иногда максимальное расхождение между расчётом и опытом достигало 20-40%, средняя ошибка расчёта составила 8%. Учитывая многократное изменение п в ходе эксперимента, а также неоднозначность п в зависимости от способа измерения, такой результат следует полагать удовлетворяющим цели использования алгоритма в электрохимической энергетике.

3. Удельная электропроводность

Как известно, электропроводность разбавленных растворов аддитивна, однако теоретически рассчитать удельную электропроводность х концентрированных растворов со многими сортами ионов не представляется возможным [9]. Большинство способов оценки и предсказания концентрационно-температурных зависимостей х для концентрированных растворов основаны на попытках «привязать» её к вязкости. Например, для водных

Таблица 2

Сопоставление измеренных и рассчитанных значений плотности ё, вязкости п и удельной электропроводности х

Раствор 1,°С d, г/см3 п, мПа • с X, См / см

Эксперимент Расчёт 100 "ё™4 Эксперимент Расчёт 100 п-пра°ч п Эксперимент Расчёт 100 х-хра°ч X

КВН4 (1.5 моль/л) + + КОН (0.86 моль/л) + + Н2 О 10 1.046 ±0.001 1.063 1.6 1.5±0.3 1.43 1.6 0.2338± ±0.0002 0.2299 1.7

25 1.040 ±0.003 1.056 1.5 1.24±0.10 1.19 4 0.2955± ±0.0003 0.2941 0.5

50 1.034±0.003 1.040 0.6 0.99±0.10 0.97 2.6 0.3980± ±0.0003 0.3975 0.21

ШВН4 (7.9 моль/л) + + ШОН (1.5 моль/л) + + Н2 О 10 1.077±0.003 1.090 1.2 4.8±0.2 4.59 4 0.1887± ±0.0002 0.1873 0.7

25 1.068±0.002 1.083 1.4 2.78±0.10 3.02 8 0.2716± ±0.0003 0.2713 0.09

50 1.053±0.002 1.066 1.2 1.82±0.17 1.76 3 0.4137± ±0.0003 0.4114 0.5

КВО2 (1.93 моль/л) + + КОН (0.97 моль/л) + + Н2 О 10 1.169±0.002 1.183 1.2 2.25±0.12 2.41 7 0.1519± ±0.0002 0.1711 13

25 1.162±0.005 1.178 1.4 1.84±0.10 1.85 0.8 0.2052± ±0.0002 0.2351 15

50 1.152±0.001 1.165 1.1 1.33±0.16 1.32 0.5 0.3021± ±0.0003 0.3417 13

ШОН (0.32 моль/л) + + КОН (0.64 моль/л) + + ШВО2 (0.64 моль/л) + + КВО2 (1.29 моль/л) + + Н2 О 10 1.185 ±0.004 1.178 0.6 2.69±0.11 2.58 4 0.1315± ±0.0002 0.1408 7

25 1.177±0.003 1.172 0.4 2.0±0.2 1.91 5 0.1817± ±0.0002 0.1968 8

50 1.165 ±0.002 1.159 0.5 1.6±0.3 1.31 16 0.2730± ±0.0003 0.2901 6

вязкость сильно зависит от состава и температуры, являются ожидаемыми более значительные отклонения, чем отклонения плотности в том же диапазоне.

В А

100•уА

Рис. 2. Вязкость п водных растворов, приготовленых смешением двух растворов, как функция объёмной доли уа первого раствора: <>,♦,♦- 2.9М ШВСЬ (А) + 2.9М ШОН (В); О, О, • - (2.73М ШВЩ + 1.827М 1ЧаОН) (А) + (2.239М КВН4 + + 0.914М КОН) (В); о, О - при Г = 10 °С; О, О — при ? = 25 °С; ♦, • — при ? = 50 °С. Пунктирные линии соответствуют принципу аддитивности согласно уравнению (11)

растворов ШОН установлена следующая корреляция между вязкостью и удельной электропроводностью [10]:

ап-Ь = X, (12)

где а = 0.03 + т; Ь = 0.69; т — моляльная концентрация, моль/кг. Соотношение (12) выполняется с точностью ±1% в диапазоне температур 20-200°С.

Имеется достаточно много количественной информации по удельной и эквивалентной электропроводности водных растворов КОН и ШОН при различных температурах [5, 6, 8, 9, 11]. Нами были дополнительно определены удельные электропроводности водных растворов борогидри-дов и метаборатов. Было установлено, что весь массив кондуктометрических данных для системы К, №||0Н, ВН4, В02-Н2О в интервале температур 0-60°С хорошо аппроксимируется полиномом

X = ас + Ьс2 + кс3, (13)

где с — молярная концентрация. Коэффициенты а, Ь, к с их температурными зависимостями суммированы в табл. 1.

Применяя одинаковый подход к свойствам ё, П и х системы К, Ш||0Н, ВН4, В02-Н20, находим, что аддитивность удельной электропроводности соблюдается лучше, чем аддитивность вязкости (рис. 3).

А В

100■vA

Рис. 3. Удельная электропроводность х водного раствора, приготовленного смешением двух растворов, как функция объёмной доли уд первого раствора: ❖,<>,♦ — 6М №ОН (А) + 6М + + КОН (В); О, О, ® - 2.9М МаВ02 (А) + 2.9М ШВОг (В); О, О — при 10 °С; О, О — при Г = 25 °С; • — при ? = 50 °С. Пунктирные линии соответствуют принципу аддитивности согласно уравнению (14)

Для расчёта удельной электропроводности сложных растворов нами был использован следующий алгоритм: 1) ввод температуры / и молярной концентрации с; каждого из N электролитов (1 < г < N); 2) вычисление по уравнению (13) набора удельных электропроводностей растворов каждого индивидуального электролита X; при заданных / и сг с использованием данных, приведённых в табл. 1; 3) алгебраическое суммирование набора х; для раствора смеси электролитов. Таким образом, алгоритм расчёта сводится к формуле аддитивности

N

X = Х X;. (14)

г=1

В табл. 2 представлены некоторые результаты расчёта вместе с экспериментальными кондукто-метрическими данными при 10, 25 и 50°С. Отклонения вычисленных значений не превышают 20%, средняя ошибка расчёта составила 5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Концентрированные водно-щелочные смеси борогидридов и боратов натрия и калия используются в качестве топлива и источника водорода в водородной энергетике, в том числе в низкотемпературных топливных элементах. Рабочие характеристики таких смесей определяются их физико-химическими свойствами. Математически описаны концентрационно-температурные зависимости плотности, вязкости и удельной электропроводности водных растворов КОН, ШОН, КВ02, №В02, №ВН4, КВН4 произвольного состава в интервале температур 0-60°С в полном концентрационном диапазоне. Предложен алгоритм расчёта плотности, вязкости и удельной электропроводности смешанных растворов пятикомпонентной взаимной водно-солевой системы К, №||0Н, ВН4, В02-Н20, основанный на квазиаддитивности этих свойств. Применение данной методики и алгоритма расчёта даёт удовлетворительные результаты для целей электрохимической энергетики: для большинства исследованных смесей ошибка расчёта плотности, удельной электропроводности и вязкости составляет менее 1, 5 и 8% соответственно.

Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по образованию РФ (ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», государственный контракт № П1477).

Методика расчета плотности, вязкости и электропроводности растворов №(К)ВЩ — №(К)В02 — — №(К)0Н — Н20, используемых в водородной энергетике

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Багоцкий Б. С., Осетрова Н. В., Скундин А. М. // Электрохимия. 2003. Т. 39. С. 919.

2. Wee J.-H. // J. Power Sources. 2006. Vol. 161. P. 1.

3. Li Z. P., Liu, B. H, Arai K., Suda S. // J. Alloy and Compounds. 2005. Vol. 404-406. P. 648.

4. Leon C. P.de, Walsh F. C., Pletcher, D., Browning D. J., Lakeman J. B. // J. Power Sources. 2006. Vol. 155. P. 172.

5. Максимова И. Н., Юшкевич В. Ф. // Журн. физ. химии. 1963. Т. 37. С. 903.

6. Максимова И. Н., Сергеев С. В. // Журн. прикл. химии. 1974. Т. 47. С. 1666.

7. Машовец В. П., Пучков Л. В., Сидорова С. Н., Федоров М. К. // Журн. прикл. химии. 1974. Т. 47. С. 546.

8. Никольский Б. П., Григоров О. Н., Позин М. Е. Справочник химика: В 6 т. Т. III. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1971. 1008 с.

9. Сухотин А. М. Справочник по электрохимии. Л.: Химия. Ленингр. отд-ние, 1981. 488 с.

10. Максимова И. Н. // Журн. физ. химии. 1964. Т. 38. С. 277.

11. Юшкевич В. Ю., Максимова И. Н., Буллан В. Г. // Электрохимия. 1967. Т. 3. С. 1491.