Часть полного текста документа: Топливные элементы Булатов Г.Р. УГАТУ, группа ИИТ-122 Топливные элементы. В настоящее время основной долей энергии, используемой человечеством, является химическая энергия реакции горения природного топлива: топливо + кислород = продукты окисления топлива (1) Химическая энергия этой реакции затем превращается либо в механическую (двигатели внутреннего сгорания), либо в электрическую (тепловые электростанции) по схеме Химическая энергия --> теплота --> механическая энергия --> электрическая энергия В двигателях внутреннего сгорания процесс идет до генерации механической энергии, на тепловых электростанциях - до электрической. Недостатком существующих методов преобразования энергии является малый КПД. Особенно большие потери энергии происходят на стадии превращения теплоты в механическую работу. В силу специфической особенности теплоты она может лишь частично превращаться в работу, основная часть теплоты бесполезно рассеивается в окружающем пространстве. Поэтому фактический КПД электростанций составляет 30-40%, а транспортных установок в городских условиях 10-15%. Таким образом, 60-90% химической энергии топлива бесполезно рассеивается в окружающее пространство. Поэтому особый интерес представляет прямой путь превращения энергии окисления топлива в электрическую энергию: Химическая энергия --> электрическая энергия. Это электрохимический путь, осуществляемый с помощью топливных элементов. Топливными элементами называются устройства, в которых химическая энергия окисления топлива превращается непосредственно в электрическую энергию. Для этого реакция (1) в топливном элементе разбивается на стадии: * анодное окисление топлива * катодное восстановление окислителя (кислорода) * движение ионов в растворе электролита * движение электронов от анода к катоду (электрический ток) Идея использования химической энергии окисления (сжигания) горючих веществ, в частности природного топлива, для непосредственного получения электроэнергии в гальваническом элементе уже давно привлекает внимание исследователей. В настоящее время к группе топливных элементов относят не только элементы, использующие в качестве активных материалов кислород, уголь или другие горючие материалы, но и все гальванические системы, в которых активные материалы вводятся в элемент извне по мере их расходования. В настоящее время достигнуты успехи в области исследования и изготовления топливных элементов. Например, топливные элементы были применены на космическом корабле системы Джеминай в США. Принцип действия топливного элемента (ТЭ) Рассмотрим работу топливного элемента на примере водородно-кислородного элемента. В этом элементе происходит превращение химической энергии реакции горения водорода (4) в электрическую. Химическая энергия реакции (4), равная 284 кДж/моль (при = 1 атм. и = 1 атм. и температуре 298К) может быть с невысоким КПД превращена в тепловых машинах через теплоту в электрическую энергию. Другой путь - электрохимический - может быть осуществлен в топливном элементе, схема которого приведена на рисунке: N электрическая - + Н2 К+ О2 Н2 О2 Н2О ОН- Н2 H2O + Н2О Анод Катод (2) 2Н2 + 4ОН- -->4Н2О+4е О2 + 2Н2О + 4е -->4ОН- (3) Суммарная реакция 2Н2 + О2 --> 2Н2О + Nэлектр (4) Рисунок 1. ............ |