Презентация на тему Топливный элемент

физиком и химиком сэром  Вильямом Грове.
1

в 1889 году он был предложен Людвигом Мондом и

Чарльзом Лангером, которые пытались создать устройство для выработки электричества из воздуха и угольного газа.


Начало более бурное развитие топливных элементов приходится на 1085-2000 гг. и продолжается до сегодняшнего дня.

2

энергии в электрическую. Хотя то же самое происходит в

электрических аккумуляторах, топливные элементы имеют два важных отличия:
они функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника;
химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.

3

составляет 83%, а расчетное значение ЭДС равно 1,23 В.
В

электрическую энергию превращается та часть химической энергии, освобождающаяся при окислении водорода, которая может быть превращена в работу.

4

платиновых электродов, погруженных в водный раствор гидроксида калия. Один

электрод омывается водородом, другой – кислородом:

(А)() Pt(H2)|KOH, насыщ. Н2 |КОН, насыщ. О2 |(О2)Pt (+) (К)

В этом элементе окисление водорода и восстановление кислорода пространственно разделены, и ток генерируется в процессе реакций:

(А) 2H2  4H++ 4e
(К) O2 + 2H2O + 4e  4OH

т.е. суммарный процесс сводится к окислению водорода кислородом:

2Н2 + О2  2Н2О

5

– водородный электрод; 3 – камера кислорода; 4 –

кислородный электрод; 5 – электролит

6

плотность тока. Это связано:
во-первых, с тем, что мала скорость

самих электрохимических реакций, что приводит к сильной поляризации электродов.
во-вторых, с тем, что газы слабо растворяются в электролите, поэтому скорость подачи активных веществ к электродам также мала.

Для увеличения плотности тока используют:
повышенные давления и температуры,
специальные конструкции электродов (шероховатые, пористые, двухслойные, мембранные и др.),
перемешивание раствора и т.п.

7

реакции

С + О2  СО2.

При использовании в

качестве электролита какого-либо водного раствора, схему элемента можно представить в виде

(А) (-) С | раствор электролита | О2 (+) (К)

а генерирование тока происходит в результате электрохимических процессов:

(А) C + 2H2O  CO2 + 4H+ + 4e
(К) 2H2O + O2 + 4e  4OH

8

же известны лишь такие угольные элементы, которые работают при

высоких температурах (700  900о С), но и их К.П.Д. невысок.

9

| раствор электролита | О2 (+) (К)

в котором

происходит окисление СО на электроде:

CO + H2O  CO2 +2H+ + 2e,

и генерирование тока обусловлено суммарной реакцией

(А) 2СО + О2  2СО2
(К) 2H2O + O2 + 4e  4OH

10

(метана, пропана, бутана и др.) в таких элементах происходит

при температуре 150  300 С.

11

электрическую энергию в результате реакции

(А) (-) СН4 +

2О2  СО2 + 2Н2О (+) (К)


при протекании электрохимических процессов на электродах:

(А) CH4 + 2H2O+ 8e  CO2 + 8H+
(К) 2H2O + O2 + 4e  4OH

12

энергии. В существующих топливных элементах от 60 до 70%

энергии топлива непосредственно превращается в электричество, и энергетические установки на топливных элементах, использующие водород из углеводородного топлива, проектируются на КПД 40–45%.

Коэффициент полезного действия.

13

используемым источником энергии на транспорте, в промышленности и домашнем

хозяйстве. Высокая стоимость топливных элементов ограничивала их применение военными и космическими приложениями.

Предполагаемые применения топливных элементов включают их применение 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 можно использовать в качестве источников питания оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств, например в строительстве. В сочетании с электродвигателем постоянного тока топливный элемент будет эффективным источником движущей силы автомобиля.

Применения

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

14

вода, мы можем утверждать, что он является наиболее чистым

с точки зрения экологического воздействия на природу.

Проблема кроется в основном в нахождении эффективного и, самое главное, недорогого способа получения водорода.

Огромные финансовые вложения на развитие топливных элементов и генераторов водорода должны привести к технологическому прорыву в этих вопросах.

15