А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы
 Скачать 2.39 Mb.
|
применение водорода в топливных элементахБольшое значение для практического применения имеет пре- образование химической энергии органического топлива в элек- трическую — создание топливных элементов. Распространены низкотемпературные (150 С) топливные элементы с жидким электролитом (концентрированные растворы серной или фосфор- ной кислот и щелочей KОН). Топливом в элементах служит водо- род, окислителем — кислород из воздуха. Образование электроэнергии в элементе — это процесс обмена электронами между горючим и окислителем с образованием ново- го соединения — продукта реакции (рис. 2.3).   Отличие реакции в элементе от реакции окисления при горе- нии состоит в том, что в первом случае процессы протекают с точ- ки зрения термодинамики обратимо, т.е. разность энергий электро- нов у исходных веществ и продуктов реакции непосредственно Рис. 2.3. Схема водородно-кислородного элемента: 1 – катод; 2 — электролит; 3 — анод превращается в электроэнергию (упорядоченное движение элек- тронов). При горении же химическая энергия переходит в энергию хаотического теплового движения атомов, молекул и их частей. Основные преимущества топливных элементов: высокая эффективность прямого преобразования химиче- ской энергии топлива (водорода) и окислителя (кислорода) в электроэнергию (КПД составляет 50…70 %); высокие удельные массовые характеристики: 1,2…5 кг/кВт, в перспективе 0,8…1 кг/кВт; компактность (большая плотность тока): 2…5 л/кВт, в пер- спективе 0,6…1 л/кВт; низкая рабочая температура (до 100 С), что обеспечивает возможность быстрого запуска и быстрого достижения макси- мальной мощности энергоустановки; возможность многократных перегрузок по току; высокий уровень отработки (для щелочных топливных эле- ментов). Топливный элемент — составная часть электрохимического ге- нератора, который, кроме того, содержит системы кондициониро- вания, подготовки топлива, утилизации отходов и др. (рис. 2.4). Первичным топливом могут быть метан, пары метанола, керосина, синтез-газ и т.д. Коэффициенты полезного действия у генераторов с топливными элементами изменяются от 30 % (двигатели вну- треннего сгорания и газовые турбины) до 60…65 % (энергоуста- новки с твердооксидными топливными элементами). Эксперты связывают «водородное будущее» автотранспорта прежде всего с топливными элементами. Водород и кислород соеди- няются в «ящике с мембраной» (так упрощенно можно представить топливный элемент) и получают водяной пар плюс электричество. В отличие от аккумуляторной батареи в топливном элементе обе- спечивается непрерывный подвод реагирующих компонентов (горю- чего и окислителя) в зону электрохимической реакции, что позволя- ет преодолеть основной недостаток классического электромобиля (при сохранении всех достоинств) — недостаточную энергоемкость источника энергии. Удельная энергоемкость топливного элемента в 10 раз превышает этот параметр для лучших аккумуляторных ба- тарей (порядка 1000 Вт · ч/кг вместо 100 Вт · ч/кг). При этом на- блюдается полное отсутствие вредных выбросов, пробег определя-  Первичное топливо Выбросы Окислитель Рис. 2.4. Схема электрохимического генератора ется только запасом топлива на борту. Все это делает топливный элемент, работающий на водороде и воздухе, наиболее привлека- тельным источником энергии, особенно для городского транспор- та. Однако серийный выпуск и массовые продажи машин на то- пливных элементах сдерживаются малым числом соответствующих заправочных станций. Да и стоимость топливных элементов пока велика. |