Топливные элементы с прямым окислением метанола (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)

Фосфорнокислые топливные элементы (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC)

В качестве электролита в фосфорнокислых элементах ис­пользуется жидкая фосфорная кислота, обычно заключенная в порах матрицы из карбида кремния. Для изготовления электродов применяется графит. Происходящие в фосфорнокис­лых элемента реакции электроокисления водорода аналогич­ны тем, которые протекают в РЕМ-элементах.

Рабочая температура фосфорнокислых элементов несколь­ко выше по сравнению с РЕМ- и щелочными и колеблется в пределах от 150 до 200 °С. Тем не менее для обеспечения необходимой скорости электрохимических реакций необхо­димо использовать катализаторы (платину либо сплавы на ее основе). Благодаря более высокой рабочей температуре фосфорнокислые элементы менее чувствительны к химичес­кой чистоте топлива (водорода), чем РЕМ- и щелочные эле­менты. Это позволяет применять топливную смесь, содержа­щую 1 -2% оксида углерода. В качестве окислителя можно ис­пользовать обычный воздух, поскольку содержащиеся в нем вещества не вступают в реакцию с электролитом.

Фосфорнокислые элементы обладают относительно невы­соким КПД (порядка 40%) и требуют некоторого времени для выхода на рабочий режим при холодном старте. Однако РАFС имеют и целый ряд преимуществ, в том числе более простую конструкцию, а также высокую стабильность и низ­кую летучесть электролита.

В настоящее время на базе фосфорнокислых элементов создано и запущено в коммерческую эксплуатацию боль­шое количество энергоустановок мощностью от 200 кВт до 20 МВт.

Элементы с прямым окислением метанола являются од­ним из вариантов реализации элементов с ионообменной мембраной. Топливом для DMFC-элементов служит водный раствор метилового спирта (метанола). Необходимый для реакции водород (и побочный продукт в виде углекислого газа) получается за счет прямого электроокисления раство­ра метанола на аноде:

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e.

На катоде происходит реакция окисления водорода с об­разованием воды:

3/2 O₂+6H⁺+6e→3H₂O.

Рабочая температуры DMFC-элементов составляет при­мерно 120 °С, что немного выше по сравнению с водород­ными РЕМ-элементами. Недостатком низкотемпературно­го преобразования является более высокая потребность в катализаторах. Это неизбежно приводит увеличению сто­имости таких топливных элементов, однако данный недо­статок компенсируется удобством использования жидкого топлива и отсутствием необходимости в применении внеш­него конвертора для получения чистого водорода.

Дата добавления: 2014-01-07