Применение УУКМ в химических источниках тока

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

ТЭ – это устройства, которые обеспечивают прямое преобразование химической энергии в электрическую. Они могут работать в непрерывном режиме без простоев для перезарядки, так как топливо и окислитель подводятся из внешнего источника а химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.

Основу ТЭ составляют два электрода, разделённые твёрдым или жидким электролитом, в качестве электродов применяются токопроводящие углерод-углеродные мембраны. Топливо (например водород) и окислитель (например кислород) подаются в полости, граничащие с электродами; на поверхности раздела электролит–электрод в присутствии катализатора происходят реакции окисления и восстановления. В результате этих реакций образуются ионы Н⁺ и О^2- (рекомбинирующие затем до конечного продукта реакции Н₂О). Освободившиеся при реакции окисления топлива электроны создают на соответствующем электроде (аноде) избыточный отрицательный заряд; на катоде в результате реакции восстановления окислителя создаётся избыточный положительный заряд. При замыкании внешней цепи в ней появляется электрический ток, совершающий полезную работу. Электролит в ТЭ не только содержит вещества, участвующие в электрохимических реакциях, но и обеспечивает пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Для эффективной работы ТЭ необходимы развитая поверхность электродов (до сотен м²/г вещества), рациональная организация процессов адсорбции и ионизации молекул реагирующих веществ и отвода электронов и продуктов реакции, высокая чистота реагентов [14].

Идея создания ТЭ была высказана в начале XIX в. английским физиком У. Р. Гровом, однако её практическая реализация осуществлена (почти одновременно в СССР, США, Франции и Великобритании) лишь в 60-х гг. XX в. В середине 70-х гг. известно много ТЭ разных типов, различающихся рабочими температурами (от комнатной до 1200 °С), а также видом используемого топлива (водород, водородсодержащие вещества, металлы и т.д.), окислителя (кислород, кислородсодержащие вещества, хлор и т. д.), катализатора (платина, палладий, серебро, никель, уголь и т.д.) и электролита (щёлочи или кислоты, твёрдые окислы металлов, расплавы солей, ионообменные полимеры и т.д.). Практическое применение получили главным образом ТЭ, в которых в качестве топлива, окислителя и электролита используют соответственно водород, кислород и щёлочь (или ионообменный полимер) [15].

Такие ТЭ работают при невысоких температурах (до 100 °С), их рабочее напряжение ~1В. Однако топливом в ТЭ принципиально может служить любое вещество, реагирующее при рабочей температуре с кислородом или галогенами. Перспективны ТЭ с прямым окислением углеводородов (пропана, бензина), спиртов, аммиака и т.д. Одна из основных проблем, стоящих на пути их создания – разработка теории катализа и практических методов получения катализаторов, обладающих достаточной активностью и коррозионной стойкостью и не подверженных отравляющему действию продуктов реакции. Требования предъявляемые к токопроводящим мембранам:

- низкое электросопротивление < 3,0 Ом_*см;

- легкость, плотность < 0,49 г/см³;

- высокая пористость > 70 %.

По последним данным источника [15]:исследовательское подразделение корейской компании Samsung Electronics сообщило о создании нового метанолового топливного элемента, который, в перспективе, может найти применение в выпускаемых Samsung портативных устройствах. Новый топливный элемент работает по принципу прямой конверсии метанола, без предварительного превращения его в водород. Именно такая схема считается сейчас наиболее подходящей для портативной техники, так как топливные элементы получаются более компактнее и удобнее, чем при использовании в качестве топлива водорода, получаемого предварительно из метанола.

Пока Samsung держит в секрете подробности о своей новой разработке. Известно лишь то, что корейским специалистам удалось создать новую высокоэффективную мембрану, а также вдвое уменьшить количество катализатора по сравнению с более ранними прототипами. Этого удалось добиться за счет применения в качестве носителя пористого углерода.

Пока новый топливный элемент существует только в виде прототипа, однако в Samsung уверяют, что он позволяет обеспечить до десяти часов бесперебойной работы ноутбука при использовании метанолового картриджа емкостью 100 мл. О сроках внедрения топливных элементов в массовое производство Samsung пока ничего не сообщается.

На выставке CeBIT 2004, в немецком Ганновере, компания Toshiba продемонстрировала прототип ноутбука Portege M100 форм-фактора В5, работающего на топливном элементе.

Сотрудники университетов штата Миннесота (США) и Патр (г. Патры, Греция) сообщили о создании прототипа топливного элемента, работающего на этиловом спирте. Со слов исследователей, их реактор обладает достаточно высокой эффективностью.

Топливные элементы применяют в качестве переносных источников энергии для армейских нужд и компактных альтернативных источников энергии для околоземных спутников с солнечными батареями при прохождении ими протяженных теневых участков орбиты. Небольшие размеры и масса топливных элементов позволили использовать их при пилотируемых полетах к Луне. Топливные элементы на борту трехместных кораблей «Аполлон» применялись для питания бортовых компьютеров и систем радиосвязи. Топливные элементы можно использовать в качестве источников питания оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств. В сочетании с электродвигателем постоянного тока топливный элемент будет эффективным источником движущей силы автомобиля.

Для широкого применения топливных элементов необходимы значительный технологический прогресс, снижение их стоимости и возможность эффективного использования дешевого топлива. При выполнении этих условий топливные элементы сделают электрическую и механическую энергию широко доступными во всем мире.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 513; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!