Презентация на тему Топливный элемент: проблемы и перспективы

разработанном
для космического корабля «Буран»
2001 г. Автомобиль HydroGen1 (на базе

Opel Zafira)
корпорации General Motors (США) – рекордсмен
среди машин на топливных элементах

2008 г. Городской автобус
на топливных элементах (Китай)

1982 г. Первый в мире
водородный микроавтобус
«Квант-РАФ» (СССР)

ближайшие 10 лет вложить 5.5 млрд. долл. в развитие

технологии топливной энергетики, промышленные компании - почти в 10 раз больше

и создание Мировой водородной ассоциации
Темпы добычи
традиционных видов топлива

(Воронеж)
Изменение средней температуры на Земле

энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и

окислителем, непрерывно поступающими к электродам ТЭ извне. Продукты реакции непрерывно выводятся из топливного элемента.

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

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

1909)
Вильгельм Оствальд
(1853-1932)
Конструкция топливного
элемента В.Гроува

– при его окислении образуется вода
удовлетворяет условию легкого подвода

в топливный элемент и отвода продуктов реакции из ТЭ
оптимальный источник – вода, электролизом которой Н2 может быть получен (процесс энергоемкий)
сейчас водород получают за счет более дешевой переработки природного газа, основным компонентом которого является метан
СН4 + Н2О(пар) = 3Н2 + СО

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

Pt
высокоактивна
долговечна
устойчива к коррозии и компонентам электролита.

– 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

– графит (устойчив в кислотных растворах)
Катализатор – платина и

ее сплавы
Окислителем может служить кислород воздуха, так как компоненты воздуха химически не взаимодействуют с кислотным электролитом
Применение – в стационарных электрогенераторных устройствах в зданиях, гостиницах, больницах, аэропортах и электростанциях
Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и чистого водорода

мембрана
Материал электродов – графит
Катализатор – платина и ее сплавы
Восстановителем

может служить метанол
Замена жидкого агрессивного электролита на мембрану упрощает герметизацию элемента, уменьшает коррозию и обеспечивает долгий срок службы ТЭ
Применение – на транспорте и стационарных установках небольшого размера
Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и высокой стоимости ионообменных мембран

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

каталитических ядов (например, монооксида углерода и соединений серы)

окисление и образование водорода, являются уникальными эффективными неплатиновыми катализаторами

для этих процессов
Недостатки: малый срок службы и небольшая мощность

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.

мощностей и применяемого топлива
возможность параллельной генерации тепла
при необходимости можно

использовать воду, которая является продуктом химической реакции

установками

недостаточный срок службы