ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Многие вещества, например, Н2 или СН4 используются во многих устрой­ствах в виде топлива. Выделяемая при их реакции окисления с кислородом тепловая энергия может быть преобразована непосредственно в элек­трическую энергию. Так как горение представляет собой окислительно — восстановительную реакцию, в принципе ее можно использовать для пре­образования сначала в механическую (с помощью теплового двигателя), а затем в электрическую энергию (с помощью генератора). При таком преобразовании энергии происходят неизбежные ее потери (рассеивание в окружающую среду). Только не более 40% тепловой энергии удается преобразовать в механическую энергию. Прямое получение электрической энергии из топлив при помощи гальванических элементов должно обес­печить более высокий коэффициент преобразования химической энергии топлив в электрическую энергию. Гальванические элементы, в которых реагентами являются традиционные топлива, называются топливными элементами.

Таким образом, топливный элемент представляет собой электрохи­мическое устройство, в котором химическая энергия горючего превраща­ется непосредственно в электрическую энергию.


На разработку практически действующих топливных элементов за­трачиваются большие исследовательские усилия. Одной из возникаю­щих при этом проблем является высокая температура, при которой
работает большинство подобных элементов, что не только способствует рассеянию энергии, но и ускоряет коррозию частей гальванического эле­мента. Разработан низкотемпературный топливный элемент, в котором используется Н2, но пока этот элемент слишком дорог для широкого потребления. Однако он нашел применение в некоторых особах случаях, например, на космических аппаратах. Так, топливный элемент на основе Н2-Ог служил в качестве главного источника электрической энергии на космических кораблях «Апполон», летавших на Луну. Масса топливного элемента, обеспечивавшего корабль энергией в течение 11-дневного полета, составляла примерно 250 килограмм. Если бы для такой цели использовался обычный генератор электрической энергии, его масса должна была бы составлять несколько тонн.

В топливном элементе на Н2-О2 протекают сле­дующие электродные реакции:

• на аноде:

2Н2 (г) + 40Н" (водн) 4Н20 (ж) + 4е";

• на катоде:

4е~ + 02 (г) —»2Н20 2Н2 (г) + 02 (г) —► 2Н20 (ж) *

Схематическое изображение этого топливного элемента приведено на рис. 12.5. Электроды выполнены в виде полых трубок из пористого прес­сованного угля, пропитанного катализатором; электролитом служит КОН. Топливный элемент работает до тех пор, пока в него не прекратится подача реагентов.

Ваш отзыв

Рубрика: Основы теории тепловых процессов и машин

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *