Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, устройства, вырабатывающие электрич. энергию за счет энергии окислит.-восстановит. р-ций жидких или газообразных реагентов, непрерывно поступающих к электродам извне. Являются химическими источниками тока непрерывного действия.

В топливных элементах протекают токообразующие электрохим. р-ции: на отрицательном-с участием восстановителя (топлива), на положительном-с участием окислителя (чаще всего О2 или воздуха). Скорость поступления реагентов к электродам регулируется пропорционально токовой нагрузке, продукты токообразующей р-ции непрерывно выводятся из топливного элементы. Т. обр., топливный элемент способен работать практически неограниченное время, пока в него поступают реагенты и происходит отвод продуктов. Для обеспечения подачи реагентов и его регулирования, отвода продуктов и тепла требуются разл. вспомогат. устройства; совокупность этих устройств и батареи топливного элемента наз. электрохим. генератором.

В нач. 20 в. предполагалось создать топливные элементы для прямого превращения энергии прир. видов топлива-прир. газа, нефтепродуктов или оксида углерода, получаемого газификацией углей (отсюда назв.),-в электрическую как альтернативу тепловым машинам, кпд к-рых ограничен вторым началом термодинамики. Задача оказалась трудной из-за инертности этих топлив к электрохим. р-циям. В 60-х гг. 20 в. были разработаны водородно-кислородные топливные элементы с использованием щелочного р-ра электролита (обычно 30-40 %-ный водный р-р КОН) и в качестве топлива-водорода высокой степени чистоты. Эти топливные элементы (рабочая т-ра от 20 до 100°С, в отдельных вариантах до 160°С) предназначены для космич. кораблей, автономных устройств связи и т.д. В них используются т. наз. газодиффузионные электроды-пористые никелевые или угольные электроды с нанесенными катализаторами (дисперсные Pt, Ni, Ag и т.д.), к-рые, с одной стороны, контактируют с электролитом, с другой-с реагирующим газом. На отрицат. электроде водород электрохимически окисляется (Н2 + 2OH- :2О + 2е-), на положительном-восстанавливается кислород (1/2О2 + + Н2О + 2е- : 2ОН-). Образующаяся вода поступает в электролит (что требует рециркуляции электролита и удаления воды с помощью внеш. устройств) либо испаряется с пов-сти электродов (при рабочих т-рах выше 60 °С). Эдс кислородно-водородной цепи при давлении газов 0,1 МПа (1 атм) и 25 °С равна 1,229 В, а при 100 °С равна 1,162 В; напряжение разомкнутой цепи около 1,1 В; номинальная плотн. тока 500-2000 А/м2 (катализатор-скелетный Ni), 4-8 кА/м2 (Pt). Срок службы водородно-кислородных элементов до 10 тыс. часов.

В дальнейшем началась разработка среднетемпературных (180-230°С) топливных элементов с фосфорнокислым электролитом и высокотемпературных топливных элементов с электролитом в виде расплава разл. карбонатов (рабочая т-ра 600-700 °С) или с твердым оксидным электролитом (900-1000 °С). В отличие от топливных элементов со щелочным электролитом, в последних вариантах м. б. использован техн. Н2, получаемый паровой конверсией природного углеводородного топлива. На базе среднетемпературных топливных элементов в США и Японии созданы опытные электростанции мощностью ок. 10 МВт.

Лит.: Багоцкий B.C., Скувдин А. М., Химические источники тока, М., 1981. B.C. Багоцкий.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн