Энергоустановки на ТЭ с расплавленным карбонатным электролитом

Расплавкарбонатные топливные элементы (РКТЭ) относятся к высокотемпературным ТЭ. Их рабочие температуры составляют 600…800 °С. Лабораторные образцы топливных элементов этого типа создали в конце 1950-х гг. голландские ученые G.H.J. Broers и J.A.A. Ketelaar, а в 1960-х гг. существенное развитие работ в области РКТЭ было достигнуто благодаря исследованиям английского инженера F.  Bacon. Первоначально РКТЭ разрабатывались в рамках космических программ, и именно они использовались в программах НАСА Apollo, Apollo-Soyuz и Scylab (США) в качестве источника бортового энергоснабжения (рис. 2.4).
Рис. 2.4. ЭУ на РКТЭ космического корабля Apollo (экспонат Музея космической истории, Нью-Мексико, США)
В середине 1970-х гг. Министерство энергетики США приняло решение о разработке РКТЭ для коммерческих целей, а в 1990-х уже были изготовлены несколько ЭУ на РКТЭ мощностью до 250 кВт и начаты их испытания на авиабазе ВМФ США «Miramar» в Калифорнии

. В РКТЭ в качестве электролита используется эвтектическая смесь карбонатов щелочных металлов (Li2CO3+K2CO3 и/или Na2CO3) в пористой матрице на основе LiAlO2, модифицированного оксидами алюминия или циркония. Основной материал электродов – пористый Ni, а также Ni с добавками Cr или Al (до 10 % масс.). В процессе работы пористый Ni окисляется, а оксид никеля взаимодействует с карбонатными ионами расплава и постепенно растворяется. Введение в расплав некоторых металлов (Sr, Ba) позволяет несколько снизить скорость растворения никеля.
Ведется разработка более стабильных катодных материалов, среди которых можно отметить NiО, модифицированный оксидами железа и кобальта, LiCoO2, LiFeO2, LiTiO3 или Li2MnO3, однако полностью проблема не решена. РКТЭ работают при температурах 600…800 °C, что позволяет в качестве топлива использовать не только водород, но и некоторые другие восстановители, например, СО