Топливный элемент

Материал из Machinepedia
Перейти к: навигация, поиск
Dn16370-1 425.jpg

Топливный элемент

Топливный элемент – разновидность электрохимического генератора, которая обеспечивает прямое преобразование химической энергии в электрическую. В отличие от традиционных электрических аккумуляторов, в которых происходят аналогичные превращения, топливные элементы функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешних источников. Важной особенностью является также тот факт, что химический состав электролита в процессе работы не меняется, то есть данный тип генератора не нуждается в перезарядке. Вплоть до 1969 года название «топливный элемент» считалось условным. Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые теоретически могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую, теоретически доходящий до 80%. В живой природе примером топливного элемента является митохондрия живой клетки. Митохондрии перерабатывают органическое «горючее», в основном жирные кислоты, синтезируя АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в живых организмах, одновременно создавая разность электрических потенциалов на своей внешней мембране. Однако копирование этого процесса для получения электроэнергии в промышленных масштабах лишено смысла.

Топливные элементы обладают рядом преимуществ, среди которых основными являются следующие:

  • высокий КПД (который к тому же почти не зависит от коэффициента загрузки)
  • экологичность (в атмосферу выделяется лишь водяной пар, который не наносит вреда окружающей среде)
  • компактность (топливные элементы легче и имеют меньшие размеры, чем традиционные источники питания; топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива)

У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД. КПД цикла Карно является максимально возможным среди всех тепловых машин с такими же значениями минимальной и максимальной температуры. Высокий КПД также достигается благодаря прямому превращению в электроэнергию энергии топлива. Эта особенность отличает топливные элементы от обычных генераторных установок, в которых топливо сначала сжигается, а полученный пар или газ вращает турбину или вал двигателя внутреннего сгорания, которые в свою очередь вращают электрический генератор.

Основные проблемы использования топливных элементов

Внедрению топливных элементов на транспорте мешает отсутствие водородной инфраструктуры. Большинство элементов при работе выделяют то или иное количество тепла. Это требует создания сложных технических устройств для утилизации тепла (паровые турбины и пр.), а также организации потоков топлива и окислителя, систем управления отбираемой мощностью, увеличения долговечности мембран и решения других задач. Также существует проблема получения водорода и хранения водорода. Во-первых, он должен быть достаточно чистый, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвый, чтобы его стоимость была рентабельна для конечного потребителя. Из простых химических элементов водород и углерод являются крайностями. У водорода самая большая удельная теплота сгорания, но очень низкая плотность и высокая химическая активность. Углерод имеет самую высокую удельную теплоту сгорания среди твёрдых элементов, достаточно высокую плотность, но низкую химическую активность из-за энергии активации. Можно использовать также углеводы, такие как сахароза, этиловый спирт или жидкие и твёрдые углеводороды. Выделяемый при этом углекислый газ должен участвовать в общем цикле дыхания планеты, не превышая предельно допустимых концентраций. Существует множество способов производства водорода, но в наше время примерно половину водорода, производимого во всём мире, получают из природного газа.

Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Присоединиться сейчас к бесплатной торговой площадке №1 для промышленников в России machinebook
Навигация
Навигация
Рекламодателям
Инструменты
Яндекс.Метрика