Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.

Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему Топливный элемент

Содержание

Топливный элемент (ТЭ)Химический источник тока, в котором электрическая энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и окислителем, непрерывно и раздельно поступающими к электродам ТЭ извне. Продукты реакции непрерывно выводятся из топливного элементаАнодная реакция:H2 – 2е–
Топливный элемент Топливный элемент (ТЭ)Химический источник тока, в котором электрическая энергия образуется в результате Топливный элемент: сравнение с гальваническим элементом и аккумуляторомГальванический элемент(«батарейка») – работает, покане Энергоэффективность топливного элементаМаксимальный коэффициент полезного действияк.п.д. (макс.) = Wмакс / QЭлектрическая работа Конструкция топливного элемента Открытие топливного элементаВильям Гроув(1811 – 1896)Конструкция топливногоэлемента В.Гроува2H2О → 2H2 (газ) + O2(газ) Предсказание фантаста (1874 год)«… воду когда-нибудь будут употреблять как топливо, … водород Fuel Cell (FC) – элемент будущегоЛюдвиг Монд(1839 – 1909)Вильгельм Оствальд(1853-1932)«... Если мы Сокрушительные удары для топливных элементов1872 год – Ф. фон Хефнер-Альтенек сконструировал первый Новая эра в развитии топливных элементов1941 год - Государственная премия СССР «За Водород – идеальное топливо для топливного элементахимически активныйлегко подводится в топливный элементпродукт Требования к электродам ТЭобеспечение условий для большой скорости токообразующей химической реакции в Первый автомобиль на топливных элементах (1959 г.)Английский инженер Фрэнсис Томас Бэкон сконструировал Минусы водородных автомобилей на топливных элементахсоотношение массы автомобиля к его мощности слишком Низкотемпературные щелочные ТЭЭлектролит - жидкий раствор щелочиМатериал электродов – никель (устойчив в Низкотемпературные кислотные ТЭЭлектролит - жидкий раствор кислотыОкислителем может служить кислород воздуха, так Мембранный электролитПолимерная мембрана Nafion, применяемая в твердополимерных топливных элементах, в США и ТЭ с твердополимерным электролитомЭлектролит – твердая полимерная ионообменная мембранаупрощается герметизация элементауменьшается коррозиявозрастает Недостатки платиновых катализатороввысокая стоимостьдефицит природных запасов платиныплатиновые электроды резко снижают свою активность Биотопливный элементПринцип – использование природных катализаторовФерменты-гидрогеназы, ответственные за окисление и образование водорода, Высокотемпературные ТЭ: ускорение реакций на электродах при значительном повышении температуры Тип 1электролит Различные типы топливных элементов Щелочные топливные элементы Водородные ТЭ с Н+ проводящей мембраной Метанольные ТЭ с Н+ проводящей мембраной ТЭ на фосфорной кислоте ТЭ на расплавах карбонатов ТЭ на твердых оксидах Преимущества топливных элементоввысокий коэффициент полезного действияэкологическая чистотабесшумностьширокий диапазон мощностей и применяемого топливавозможность Проблемы коммерциализации ТЭвысокая стоимость по сравнению с традиционными установкаминедостаточный срок службы
Слайды презентации

Слайд 2 Топливный элемент (ТЭ)
Химический источник тока, в котором электрическая

Топливный элемент (ТЭ)Химический источник тока, в котором электрическая энергия образуется в

энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и

окислителем, непрерывно и раздельно поступающими к электродам ТЭ извне. Продукты реакции непрерывно выводятся из топливного элемента
Анодная реакция:
H2 – 2е– → 2H+ (1)
Катодная реакция:
½ O2 + 2H+ + 2е– → Н2О (2)
Токообразующая реакция:
H2 + ½ O2 → H2O (3)

Слайд 3 Топливный элемент: сравнение с гальваническим элементом и аккумулятором
Гальванический

Топливный элемент: сравнение с гальваническим элементом и аккумуляторомГальванический элемент(«батарейка») – работает,

элемент
(«батарейка») – работает, пока
не израсходуются реагенты
Аккумулятор – требует
периодической подзарядки
может

работать
неограниченное время, пока в него подаются
реагенты и отводятся продукты реакции

Слайд 4 Энергоэффективность топливного элемента
Максимальный коэффициент полезного действия
к.п.д. (макс.) =

Энергоэффективность топливного элементаМаксимальный коэффициент полезного действияк.п.д. (макс.) = Wмакс / QЭлектрическая

Wмакс / Q
Электрическая работа топливного элемента
Wмакс = Q +

TΔS
Q – теплота сгорания топлива
Т – абсолютная температура
ΔS – изменение энтропии при окислении топлива (определяется балансом превращения газов, участвующих в токообразующей реакции)
к.п.д. (макс.) = 1 + TΔS / Q

В зависимости от знака при ΔS электрохимическим путем можно получить как больше, так и меньше энергии, чем это соответствует тепловому эффекту сгорания топлива


Слайд 5 Конструкция топливного элемента

Конструкция топливного элемента

Слайд 6 Открытие топливного элемента
Вильям Гроув
(1811 – 1896)
Конструкция топливного
элемента В.Гроува

2H2О

Открытие топливного элементаВильям Гроув(1811 – 1896)Конструкция топливногоэлемента В.Гроува2H2О → 2H2 (газ) + O2(газ)

→ 2H2 (газ) + O2(газ)

Слайд 7 Предсказание фантаста (1874 год)
«… воду когда-нибудь будут употреблять

Предсказание фантаста (1874 год)«… воду когда-нибудь будут употреблять как топливо, …

как топливо, … водород и кислород, которые входят в

ее состав, … явятся неисчерпаемым источником света и тепла, значительно более интенсивным, чем уголь… Вода - уголь будущего."
(роман «Таинственный остров», глава «Топливо будущего»)

Жюль Верн
(1828 - 1905)

Слайд 8 Fuel Cell (FC) – элемент будущего
Людвиг Монд
(1839 –

Fuel Cell (FC) – элемент будущегоЛюдвиг Монд(1839 – 1909)Вильгельм Оствальд(1853-1932)«... Если

1909)
Вильгельм Оствальд
(1853-1932)

«... Если мы будем иметь элемент, производящий электроэнергию

непосредственно из угля и кислорода воздуха …, то это будет техническим переворотом… Как будет устроен такой гальванический элемент, в настоящее время можно только предполагать... Только подумайте, как изменятся индустриальные районы! Ни дыма, ни сажи, ни паровых машин, никакого огня…"

Слайд 9 Сокрушительные удары для топливных элементов
1872 год – Ф.

Сокрушительные удары для топливных элементов1872 год – Ф. фон Хефнер-Альтенек сконструировал

фон Хефнер-Альтенек сконструировал первый эффективно действующий генератор постоянного тока

(электрогенератор)
немецкими изобретателями Готлибом Даймлером в 1883 году и Карлом Бенцем в 1884 году построены первые бензиновые двигатели
1901 год – Ф. Порше создал одну из первых бензиново-электрических автомашин («Миксте»)

Первый в мире выезд Карла Бенца
на автомобиле собственной конструкции

Первый мотоцикл Готлиба Даймлера

Слайд 10 Новая эра в развитии топливных элементов

1941 год -

Новая эра в развитии топливных элементов1941 год - Государственная премия СССР

Государственная премия СССР «За выдающиеся изобретения» (инженер П.Спиридонов, руководитель

научной группы новых источников тока) за доказательство существования реальной возможности практического использования топливных элементов
1947 год – монография О.Давтяна (СССР) «Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую»

Слайд 11 Водород – идеальное топливо для топливного элемента
химически активный
легко

Водород – идеальное топливо для топливного элементахимически активныйлегко подводится в топливный

подводится в топливный элемент
продукт реакции – вода – легко

отводится из ТЭ
неисчерпаемый источник – вода
сейчас водород получают за счет более дешевой переработки природного газа, основным компонентом которого является метан
СН4 + Н2О(пар) = 3Н2 + СО

Слайд 12 Требования к электродам ТЭ
обеспечение условий для большой скорости

Требования к электродам ТЭобеспечение условий для большой скорости токообразующей химической реакции

токообразующей химической реакции в ТЭ
пористые
каталитически активные
универсальный материал - платина

Pt
высокоактивна
долговечна
устойчива к коррозии и компонентам электролита.


Слайд 13 Первый автомобиль на топливных элементах (1959 г.)
Английский инженер

Первый автомобиль на топливных элементах (1959 г.)Английский инженер Фрэнсис Томас Бэкон

Фрэнсис Томас Бэкон сконструировал и построил батарею из 40

топливных элементов общей мощностью в 6 киловатт (к.п.д. = 80%). Батарея Бэкона могла приводить в действие электрокар, циркульную пилу и сварочный аппарат
В США представителям печати и общественности был продемонстрирован электротрактор на топливных элементах, спроектированный по патенту Бэкона и построенный фирмой «Аллис-Чалмерс».

Слайд 14 Минусы водородных автомобилей на топливных элементах
соотношение массы автомобиля

Минусы водородных автомобилей на топливных элементахсоотношение массы автомобиля к его мощности

к его мощности слишком велико;
топливная батарея эффективно работает только

на чистом водороде;
платиновые электроды отравляются под воздействием примесей, неизбежно присутствующих в дешевых топливах-источниках водорода
высокая стоимость и дефицит платины

Слайд 15 Низкотемпературные щелочные ТЭ
Электролит - жидкий раствор щелочи
Материал электродов

Низкотемпературные щелочные ТЭЭлектролит - жидкий раствор щелочиМатериал электродов – никель (устойчив

– никель (устойчив в щелочных растворах)
Катализатор – платина
Применение –космические

и военные программы ("Аполлон", "Шаттл", "Буран")

Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и чистых водорода и кислорода.

Батарея щелочных топливных
элементов космического корабля
«Буран» (СССР)

Космический корабль «Шаттл» (США),
системы обеспечения которого
работали на щелочных ТЭ

Слайд 16 Низкотемпературные кислотные ТЭ
Электролит - жидкий раствор кислоты
Окислителем может

Низкотемпературные кислотные ТЭЭлектролит - жидкий раствор кислотыОкислителем может служить кислород воздуха,

служить кислород воздуха, так как компоненты воздуха химически не

взаимодействуют с кислотным электролитом
Материал электродов – графит (устойчив в кислотных растворах)
Катализатор – платина и ее сплавы
Применение – в стационарных электрогенераторных устройствах в зданиях, гостиницах, больницах, аэропортах и электростанциях

Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и чистого водорода


Слайд 17 Мембранный электролит
Полимерная мембрана Nafion, применяемая в твердополимерных топливных

Мембранный электролитПолимерная мембрана Nafion, применяемая в твердополимерных топливных элементах, в США

элементах, в США и Канаде производится фирмой «Дюпон»
в России

аналогичные мембраны МФ-4СК выпускает фирма «Пластполимер»

Слайд 18 ТЭ с твердополимерным электролитом
Электролит – твердая полимерная ионообменная

ТЭ с твердополимерным электролитомЭлектролит – твердая полимерная ионообменная мембранаупрощается герметизация элементауменьшается

мембрана
упрощается герметизация элемента
уменьшается коррозия
возрастает срок службы
Материал электродов – графит
Катализатор

– платина и ее сплавы
Восстановителем (топливом) может служить метанол, который предварительно конвертируется в водород по реакции
CH3OH + H2O → CO2 + 3H2
либо напрямую электроокисляется на аноде:
CH3OH + H2O – 6e– → CO2 + 6H+
Применение – на транспорте и стационарных установках небольшого размера
Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и высокой стоимости ионообменных мембран


Слайд 19 Недостатки платиновых катализаторов
высокая стоимость
дефицит природных запасов платины
платиновые электроды

Недостатки платиновых катализатороввысокая стоимостьдефицит природных запасов платиныплатиновые электроды резко снижают свою

резко снижают свою активность ("отравляются") под воздействием примесей –

каталитических ядов (например, монооксида углерода и соединений серы)

Слайд 20 Биотопливный элемент
Принцип – использование природных катализаторов
Ферменты-гидрогеназы, ответственные за

Биотопливный элементПринцип – использование природных катализаторовФерменты-гидрогеназы, ответственные за окисление и образование

окисление и образование водорода, являются уникальными эффективными неплатиновыми катализаторами

для этих процессов
Недостатки: малый срок службы и небольшая мощность

Слайд 21 Высокотемпературные ТЭ: ускорение реакций на электродах при значительном

Высокотемпературные ТЭ: ускорение реакций на электродах при значительном повышении температуры Тип

повышении температуры
Тип 1
электролит - из расплава карбонатов лития

и натрия, находящийся в порах керамической матрицы
материал катода - оксиды никеля и лития, анода – никель, легированный хромом

Тип 2
твердый электролит на основе оксидов циркония и иттрия
анод из никеля, модифицированного оксидом циркония, и катод из оксидных полупроводниковых соединений

Основная проблема – коррозия электродов и других деталей ТЭ.
Не приспособлены для работы в режиме частых запусков-остановок.

Слайд 22 Различные типы топливных элементов

Различные типы топливных элементов

Слайд 23 Щелочные топливные элементы

Щелочные топливные элементы

Слайд 24 Водородные ТЭ с Н+ проводящей мембраной

Водородные ТЭ с Н+ проводящей мембраной

Слайд 25 Метанольные ТЭ с Н+ проводящей мембраной

Метанольные ТЭ с Н+ проводящей мембраной

Слайд 26 ТЭ на фосфорной кислоте

ТЭ на фосфорной кислоте

Слайд 27 ТЭ на расплавах карбонатов

ТЭ на расплавах карбонатов

Слайд 28 ТЭ на твердых оксидах

ТЭ на твердых оксидах

Слайд 29 Преимущества топливных элементов
высокий коэффициент полезного действия
экологическая чистота
бесшумность
широкий диапазон

Преимущества топливных элементоввысокий коэффициент полезного действияэкологическая чистотабесшумностьширокий диапазон мощностей и применяемого

мощностей и применяемого топлива
возможность параллельной генерации тепла
при необходимости можно

использовать воду, которая является продуктом химической реакции
  • Имя файла: toplivnyy-element.pptx
  • Количество просмотров: 189
  • Количество скачиваний: 0
- Предыдущая Инфекционные энцефалиты у детей
Следующая - Почему тигр полосатый

Похожие презентации

Менделеев биография Менделеев биография 141
ГИА по химии ГИА по химии 177
ПРЕЗЕНТАЦИЯ АЛЬДЕГИДЫ ПРЕЗЕНТАЦИЯ АЛЬДЕГИДЫ 149
Круговорот кислорода Круговорот кислорода 153
Образование ионной химической связи Образование ионной химической связи 159
Изотопы Изотопы 132
Презентация Мой кабинет химии Презентация Мой кабинет химии 177
Озоновый слой - щит Земли Озоновый слой - щит Земли 133
Великие химики Великие химики 173
Тела ивещества Тела ивещества 125
Расчеты по химическим уравнениям Расчеты по химическим уравнениям 147
Презентация по химии на тему Окислительно-восстановительные реакции. Задание 30 ЕГЭ. Презентация по химии на тему Окислительно-восстановительные реакции. Задание 30 ЕГЭ. 178
Презентация по химии 9 класс Презентация по химии 9 класс 303
Химическое производство Химическое производство 135
Дисперсные системы Дисперсные системы 120
Главный металл Главный металл 119
Пластмаса Пластмаса 135
Химические реакции (11 класс) Химические реакции (11 класс) 158
Взаємозв’язок хімії та енергетики Взаємозв’язок хімії та енергетики 120
Классификация органических веществ Классификация органических веществ 245
Простые вещества – металлы. Общие физические свойства металлов Простые вещества – металлы. Общие физические свойства металлов 116
Периодический закон Менделеева и периодическая система химических элементов Периодический закон Менделеева и периодическая система химических элементов 158
Значение цинка Значение цинка 174
Получение и применение индикаторов Получение и применение индикаторов 171
Железо и его свойства Железо и его свойства 148
Германий Германий 155
Углерод и кремний Углерод и кремний 157
Химические свойства металлов Химические свойства металлов 184
Алканы: физические и химические свойства, получение Алканы: физические и химические свойства, получение 159
Презентация к исследовательской работе Чай Презентация к исследовательской работе Чай 145