Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Типи паливних елементів

Існують різні типи паливних елементів. Їх можна класифікувати, наприклад, по паливу, що використовується, робочому тиску й температурі, по характері застосування.

Елементи на водневому паливі. У цьому типовому описаному вище елементі водень і кисень переходять в електроліт через мікропористі вуглецеві або металеві електроди. Висока щільність струму досягається в елементах, що працюють при підвищеній температурі (близько 250 °С) і високому тиску. Елементи, що використовують водневе паливо, одержуване при переробці вуглеводневого палива, наприклад, природного газу або нафтопродуктів, очевидно, знайдуть найбільш широке комерційне застосування. Поєднуючи велику кількість елементів, можна створювати потужні енергетичні установки. У цих установках постійний струм, що виробляється елементами, перетворюється в змінний струм зі стандартними параметрами.

Новим типом елементів, здатних працювати на водні й кисні при нормальних температурі й тиску, є елементи з іонообмінними мембранами (рис. 2). У цих елементах замість рідкого електроліту між електродами розташовується полімерна мембрана, через яку вільно проходять іони. У таких елементах поряд з киснем може використовуватися повітря. Вода, що утворюється при роботі елемента, не розчиняє твердий електроліт і може бути легко видалена.

Елементи на вуглеводневому і вугільному паливах. Паливні елементи, які можуть перетворювати хімічну енергію таких широко доступних і порівняно недорогих палив, як пропан, природний газ, метиловий спирт, гас або бензин, безпосередньо в електрику, є предметом інтенсивного дослідження. Однак поки не досягнуто помітних успіхів у створенні паливних елементів, що працюють на газах, одержуваних з вуглеводневого палива, при нормальній температурі.

Типи паливних елементів

Рис. 2. Іонообмінний паливний елемент

(твердий електроліт)

Для підвищення швидкості реакції вуглеводневого й вугільного палива доводиться підвищувати робочу температуру паливного елемента. Електролітами є розплави карбонатів або інших солей, які розміщують у пористій керамічній матриці. Паливо «розщеплюється» усередині елемента з утворенням гідрогену й оксиду карбону, які підтримують протікання струмоутворюючої реакції в елементі.

Елементи, що працюють на інших видах палива. У принципі реакції в паливних елементах не обов'язково повинні бути реакціями окислювання звичайних палив. У перспективі можуть бути знайдені й інші хімічні реакції, які дозволять здійснити ефективне безпосереднє одержання електрики. У деяких пристроях електроенергія виходить при окислюванні, наприклад,

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

цинку, натрію або магнію, з яких виготовляються електроди, що витрачаються.

Коефіцієнт корисної дії. Перетворення енергії звичайних палив (вугілля, нафти, природного газу) в електрику було дотепер багатоступінчастим процесом. Спалювання палива, що дозволяє одержати пару або газ, необхідні для роботи турбіни або двигуна внутрішнього згоряння, які, у свою чергу, обертають електричний генератор _ процес не дуже ефективний. Дійсно, коефіцієнт використання енергії такого перетворення обмежений по другому закону термодинаміки, і його навряд чи можна істотно підняти вище існуючого рівня. Коефіцієнт використання енергії палива найсучасніших паротурбінних енергетичних установок не перевищує 40%. Для паливних елементів немає термодинамічного обмеження коефіцієнта використання енергії. В існуючих паливних елементах від 60 до 70% енергії палива безпосередньо перетворюється в електрику, і енергетичні установки на паливних елементах, що використовують водень із вуглеводневого палива, проектують на ККД 40­45%.

Застосування. Паливні елементи можуть у недалекому майбутньому стати широко використовуваним джерелом енергії на транспорті, у промисловості й домашнім господарстві. Висока вартість паливних елементів обмежувала їхнє застосування військовими й космічними технологіями.

Передбачувані застосування паливних елементів включають їхнє застосування як переносних джерел енергії для армійських потреб і компактних альтернативних джерел енергії для навколоземних супутників із сонячними батареями при проходженні ними протяжних тіньових ділянок орбіти. Невеликі розміри й маса паливних елементів дозволили використовувати їх при пілотованих польотах до Місяця. Паливні елементи на борті тримісних кораблів «Аполлон» застосовувалися для живлення бортових комп'ютерів і систем радіозв'язку. Паливні елементи можна використовувати як джерела живлення устаткування у віддалених районах,

Кафедра енергетики та електротехніки Джерела енергії на Землі

К. т.н., доц. Є. О. Баганов

для позашляхових транспортних засобів, наприклад у будівництві. У поєднанні з електродвигуном постійного струму паливний елемент буде ефективним джерелом рушійної сили автомобіля.

Для широкого застосування паливних елементів необхідні значний технологічний прогрес, зниження їхньої вартості й можливість ефективного використання дешевого палива. При виконанні цих умов паливні елементи зроблять електричну й механічну енергію широкодоступними в усьому світі.

17

верхньої границі атмосфери Землі дорівнює 1,78-10 Вт, а на поверхні Землі 1,21017 Вт.

Щільність потоку сонячної енергії Іо у верхньої границі атмосфери на поверхню, розташовану перпендикулярно напрямку сонячних променів, становить 1353 Вт/м2 і називається сонячної постійної, а середня кількість енергії, що надходить за 1 год на 1 м цій поверхні, дорівнює 4871 кДж/(год-м ). Внаслідок обертання Землі навколо Сонця по еліптичній орбіті відстань між ними протягом року змінюється в межах 150 млн. км ± 1,7%, а годинна кількість позаатмосферної сонячної енергії, що надходить на 1 м2

1 -—

п = 1 --^-1 = 1 - Л k (5)

є7" 1

Таким чином, термічний ККД циклу ідеальної газотурбінної установки з ізобарним підведенням теплоти збігається з термічним ККД циклу ідеального

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