Термодинамический КПД топливных элементов

Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне[1] — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе.

Топливные элементы осуществляют прямое превращение энергии топлива в электричество минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.

Естественным топливным элементом является митохондрия. Митохондрия окисляет горючее (углеводы, белки, жиры) до углекислого газа и воды, создавая разность электрических потенциалов на своих мембранах. Создание искусственной митохондрии, окисляющей сахар — важнейшая инженерная задача

Под КПД устройства традиционно понимают отношение полезной энергии, получаемой в устройстве, к энергии, подводимой к устройству. Для ТОТЭ определяют термодинамический (идеальный) и реальный КПД. Под идеальным КПД понимают отношение максимальной работы, которую можно получить в устройстве, к энтальпии реакции, т. е.

. (1)

Применительно к ТОТЭ иногда η_к представляют в виде

,

где n — количество электронов, участвующих в реакции; F — постоянная Фарадея; Е _ср — средняя разность равновесных электродных потенциалов элемента при полном использовании топлива или электродвижущая сила, .

идеальный КПД некоторых элементов может быть больше единицы, что противоречит сложившимся представлениям об этом показателе, но не противоречит законам термодинамики.
Это обусловлено тем, что при S > 0 топливные элементы теоретически могут поглощать тепло из окружающей среды.

Дата добавления: 2014-12-24