Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Друге й третє покоління ПЕ

Кращі характеристики мають модульні установки, що вже проектуються, потужністю 5 Мвт зі середньотемпературними паливними елементами другого покоління. Вони працюють при температурах 650...700°С. Їхні аноди роблять зі спечених частинок нікелю й хрому, катоди - зі спеченого й окисленого алюмінію, а електролітом є розплав суміші карбонатів літію й калію. Підвищена температура допомагає вирішити дві великі електрохімічні проблеми:

• знизити «отруєність» каталізатора окисом вуглецю;

• підвищити ефективність процесу відновлення окислювача на катоді.

Ще ефективніше будуть високотемпературні паливні елементи третього

покоління з електролітом із твердих оксидів (в основному двоокису цирконію). Їхня робоча температура - до 1000°С. ККД енергоустановок з такими ПЕ близький до 50%. Тут як паливо придатні й продукти газифікації твердого вугілля зі значним змістом окису вуглецю. Не менш важливо, що скидне тепло високотемпературних установок можна використовувати для виробництва пари, що приводить у рух турбіни електрогенераторів.

Фірма Vestingaus займається паливними елементами на твердих оксидах з 1958 року. Вона розробляє енергоустановки потужністю 25...200 кВт, у яких можна використовувати газоподібне паливо з вугілля. Готуються до випробувань експериментальні установки потужністю в декілька мегават. Інша американська фірма Engelgurd проектує паливні елементи потужністю 50 кВт працюючі на метанолі з фосфорною кислотою в якості електроліту.

У створення ПЕ включається усе більше фірм в усьому світі. Американська United Technology і японська Toshiba утворили корпорацію

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

International Fuel Cells. У Європі паливними елементами займаються бельгійсько-нідерландський консорціум Elenko, німецька фірма Siemens, італійська Fiat, англійська Jonson Metju.

Принцип дії

Друге й третє покоління ПЕ

Паливний елемент - електрохімічний генератор, пристрій, що забезпечує пряме перетворення хімічної енергії в електричну. Хоча те ж саме відбувається в електричних акумуляторах, паливні елементи мають дві важливих відмінності: 1) вони функціонують доти, поки паливо й окислювач надходять із зовнішнього джерела; 2) хімічний склад електроліту в процесі роботи не змінюється, тобто паливний елемент не має потреби в перезарядженні.

Паливний елемент (рис. 1) складається із двох електродів, розділених електролітом, і систем підведення палива на один електрод і окислювача на

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

інший, а також системи для видалення продуктів реакції. У більшості випадків для прискорення хімічної реакції використовуються каталізатори. Зовнішнім електричним колом паливний елемент з'єднаний з навантаженням, що споживає електроенергію.

У зображеному на рис. 1 паливному елементі з кислим електролітом водень подається через порожній анод і надходить в електроліт через дуже дрібні пори в матеріалі електрода. При цьому відбувається розкладання молекул водню на атоми, які в результаті хемосорбції, віддаючи кожного по одному електроні, перетворюються в позитивно заряджені іони. Цей процес може бути описаний наступними рівняннями:

н,<=>гн 2Н«»гН*+2е-

Іони гідрогену дифундують через електроліт до позитивної сторони елемента. Кисень, що подається на катод, переходить в електроліт і також реагує на поверхні електрода за участю каталізатора. При з’єднанні його з іонами гідгогену й електронами, які надходять із зовнішнього кола, утвориться вода:

tfOj +2Н+ +2е~ -»HjO.

У паливних елементах з лужним електролітом (зазвичай це концентровані гідроксиди натрію або калію) протікають подібні хімічні реакції. Водень проходить через анод і реагує в присутності каталізатора з наявними в електроліті іонами гідроксилу (OH_) з утворенням води й електрона:

Щ +20Н - —»2HjO+2e-.

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

На катоді оксиген вступає в реакцію з водою, що втримується в електроліті, і електронами із зовнішнього кола. У послідовних стадіях реакцій утворяться іони гідроксилу (а також пергідроксилу O2H_). Результуючу реакцію на катоді можна записати у вигляді:

+НзО+2е- -»20Н-.

Потік електронів і іонів підтримує баланс заряду й речовини в електроліті. Вода, що утвориться в результаті реакції, частково розбавляє електроліт. У будь-якому паливному елементі частина енергії хімічної реакції перетворюється в тепло. Потік електронів у зовнішньому колі являє собою постійний струм, що використовується для здійснення роботи. Більшість реакцій у паливних елементах забезпечують ЕРС близько 1 В. Розмикання кола або припинення руху іонів припиняє роботу паливного елемента.

Процес, що відбувається у воднево-кисневому паливному елементі, по своїй природі є зворотним добре відомому процесу електролізу, у якому відбувається дисоціація води при проходженні через електроліт електричного струму. Дійсно, у деяких типах паливних елементів процес може бути звернений - приклавши до електродів напругу, можна розкласти воду на водень і кисень, які можуть бути зібрані на електродах. Якщо припинити зарядку елемента й підключити до нього навантаження, такий регенеративний паливний елемент відразу почне працювати у своєму нормальному режимі.

Теоретично розміри паливного елемента можуть бути як завгодно великими. Однак на практиці кілька елементів поєднуються в невеликі модулі або батареї, які з'єднуються або послідовно, або паралельно.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox