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宇航员饮用的化学水

来源:不详       更新时间:2010-11-5 9:31:19
 
人类自从1957年10月4日(苏联成功地发射第一颗人造卫星)进入太空时代以来,现在已有190多人乘坐宇宙飞船,在太空轨道站,或在航天飞机上,共逗留了7万多个小时。其中,在天上连续生活时间最长的是苏联宇航员罗曼年科,他从1987年2月6日至门月29日,在“和平'号太空站生活了10个多月(326天入美国宇航员迈克尔·柯林斯等12人乘”阿波罗“飞船登上了月球并安全返回。
  
  人们一定会问:这些巡天揽月的英雄们不需要喝水吗?他们喝的是“天上水”,还是从地面上带去的水?都不是,他们喝的是特殊的水——“化学水”。
  
  科学家们怎么想到制造“化学水”?这与美苏两大国在50年代末进行空间竞赛有关。当时,苏联发射卫星的消息传到美国,美国舆论大哗,因为他们在“原子时代”(反应堆、原子弹和氢弹等)一直领先,可万万没有想到在开辟“空间时代”方面却落在苏联后头。美国总统肯尼迪对此也深感遗憾,于1961年5月25日在国会上断然决定制造阿波罗登月飞船,争取在10年内抢先登上月球。
  
  这就遇到一个问题:飞船内部所用的电能从何而来?宇航员所需要的水怎样解决呢?当时有人建议带蓄电池或高效的银锌干电池;在飞船上放个水箱,从地球上带水上去。可是这样一来,飞船的重量太大了,显然这不是上策。至此,化学家们自然想起了氢氧燃料电池。
  
  关于氢氧燃料电池的原理,早在100多年前就有人提出来了,可是,由于“生不逢时”,没有派上什么用场。如今却时来运转,有幸“补天”了。
  
  这种航天用的氢氧燃料电池主要由燃料电极(阳极)、氧化剂电极(阴极)、电解质等组成。燃料是氢气,氧气是氧化剂。两个电极之间是浸透氢氧化钾溶液的石棉隔膜,隔膜靠阳极的一侧有一层含有金属铂的催化剂。电子从阳板上的氢中逸出流向氧;阴极上的氧得到电子后生成氢氧根,并使阴极带正电。然后,氢氧报通过电解质扩散到阳极,在催化剂的作用下与氢结合生成水,并且放出电子,使阳极带负电。当在两个电极之间接上负载时,电子从负极流向正极,从而产生电流。这样,只要对电池系统维持一定的温度、一定的电解质浓度、不断地供给燃料和氧化剂,并且不让反应产物——水在电池内部储留,那么就可从电池中源源不断地输出电能。同时,从电池中排出来的水经过净化以后就可供宇航员饮用。
  
  为了满足宇宙飞船的实际需要,需将几十个这样的单电池串连起来组成一个电池组。然后,再将几个电池组并联起来为飞船供电。
  
  自从1969年美国的“阿波罗11号”飞船采用这种既可发电又可供水的新型化学电池之后,美国的“天空实验室”、“哥伦比亚号”航天飞机,苏联的“礼炮6号”轨道站等均采用这种先进技术。
  
  由于这种电池有它突出的优点:能量转换效率高达60%-80%,居现在所有热机之首;寿命长,只要不断地添加活性物质(氢气、氧气等),就可源源不绝地获得电能。所以,美、苏等国除了用于航天事业之外,还着手用于民用发电。美国已在曼哈顿地区建成一座4800千瓦的燃料电池发电站。1978年美国在开展能源替代方案研究中,燃料电池被列为10个先进发电设备之一。专家们估计,到下一世纪,燃料电池将成为一颗新的“电星”。

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