Щелочные топливные элементы

Топливный элемент – это первичный (не перезаряжаемый) источник тока, в котором электрическая энергия непосредственно образуется за счет реакции между топливом (восстановителем) и окислителем.

Эффективность преобразования энергии из одних форм в другие

ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКАЯ ® ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

В таблице сравнивается эффективность преобразования различных видов энергии.

Преобразуемые формы энергии	Преобразователь	КПД преобразователя, %
механическая ® электрическая	электрогенератор
химическая ® электрическая	сухая батарея
автомобильный аккумулятор
топливный элемент
химическая ®тепловая	нефтяная форсунка
дизельный двигатель
тепловая электростанция
автомобильный двигатель
ядерная ® тепловая	атомная электростанция
световая ® электрическая	солнечная батарея

В отличие от гальванических элементов реагенты в топливных элементах не совмещены с электродами, а хранятся отдельно и подводятся к ним по мере протекания химических реакций. Сами электроды в реакцию не вступают, но являются катализаторами этих реакций. Их функция - отбор электронов от восстановителя и передача их окислителю. Топливный элемент - это ХИТ длительного пользования. Удельная энергия ТЭ значительно выше, чем у гальванических элементов. В топливных элементах используют жидкие или газообразные восстановители - водород, гидразин, метанол, углеводороды и окислители - кислород, пероксид водорода. В топливных элементах протекает реакция окисления топлива, в итоге образуются электроэнергия, продукты окисления топлива и теплота:

топливо + окислитель = электроэнергия + продукты окисления топлива + Q

Этот процесс может быть представлен в виде следующих стадий:

• анодное окисление топлива;
• катодное восстановление окислителя;
• движение ионов в растворе или расплаве электролита;
• движение электронов от анода к катоду во внешней цепи.

Теоретические и экспериментальные значения ЭДС (Т = 298 К) электрохимических реакций, используемых в топливных элементах

Топливо	Реакция	DG, кДж/моль	E°, В	Материал анода	Материал катода	Электролит	Еэксп., В
Водород	H2 + 1/2O2 = H2O	-237,35	1,23	Pt	Pt	H2SO4	1,15
Водород	H2 + Cl2 = 2HCl	-262,51	1,37	Pt	Pt	HCl	1,37
Пропан	C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O	-2,106	1,085	Pt	Pt	H2SO4	0,65
Метан	CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O	-818,52	1,06	Pt	Pt	H2SO4	0,58
Оксид углерода (II)	CO + 1/2O2 = CO2	-257,28	1,33	Cu	Ag	KOH	1,22
Аммиак	NH3 + 3/4O2 = 3/2H2O + 1/2N2	-338,29	1,17	Pt	Pt	KOH	0,62
Метанол	CH3OH + 3/2O2 = CO2 + 2H2O	-698,36	1,21	Pt	C	KOH	0,98
Формальдегид	CH2O + O2 = CO2 + H2O	-522,09	1,35	Pt	C	KOH	1,15
Муравьиная кислота	HCOOH + 1/2O2 = CO2 + H2O	-285,54	1,48	Pt	Pt	H2SO4	1,14
Гидразин	N2H4 + O2 = N2 + 2H2O	-602,48	1,56	Ni	C	KOH	1,28
Натрий	Na + 1/2H2O + 1/4O2 = NaOH+Н2	-300,78	3,12	Na (Hg)	Ag/C	KOH	2,10
Уголь	C + O2 = CO2	-334,78	1,02	C	CuO/C	Na2CO3	1,03*

* Замерено при 1023 К.

Алкалайновые или щелочные топливные элементы, называемые также как элементы Бэкона в честь их британского "отца", являются одной из наиболее хорошо разработанной технологией топливных элементов. Именно эти устройства помогли человеку ступить на Луну. Вообще NASA использует топливные элементы этого типа уже с середины 60-ых годов прошлого века.потребляют водород и чистый кислород, производя питьевую воду, тепло и электричество. Во многом благодаря тому, что эта технология прекрасно отработана, у нее один из наивысших показателей эффективности среди подобных систем (потенциал около 70%).

Эти элементы являются самыми дешевыми в производстве топливными элементами, доступными сегодня.

Дата добавления: 2015-05-10