Источники Электричества

Электрохимические Генераторы.
Топливные Элементы.

Тема — Электрохимические Генераторы. Топливные Элементы. Основные Сведения.


Топливные Элементы — электрохимические генераторы. Общие Сведения.Топливный элемент (ТЭ) — является электрохимическим устройством, что способен по средствам химических реакций переделывать энергию топлива в электрическую энергию, не применяя при этом ряд иных преобразований (механическое, тепловое и прочее, что протекают с большими энергопотерями). У топливных элементов КПД (коэффициент полезного действия) намного выше (около 90%), если сравнивать с распространёнными способами производства электрической энергии. Первые топливные элементы были открыты еще в 1839 году таким учёным, как сэр Вильям Гров. При изучении электролиза воды, выключив электропитание от электролитической ванны, учёный обнаружил, что электроды внезапно начали быстро поглощать имеющийся газ и в результате пошёл процесс выработки электрического тока. Это и было началом последующих изучений этого явления.


Топливный элемент неким образом аналогичен гальваническим элементам (по общему принципу своей работы). Они способны в результате протекания химических реакций в итоге генерировать электрическую энергию. Но в отличие от гальванических элементов у топливных элементов первоначальные химические вещества для последующей химической реакции идут постоянно. По этой причине топливные элементы способны работать продолжительное время (пока поступает топливо и окислитель в систему этого электрохимического генератора).


Основные функциональные части топливных элементов (электроды, электролит, катализатор) в процессе своей работы не портятся. Также стоит заметить, что поскольку в ТЭ нет движущихся элементов, то данный вид электрических источников питания обладает большой надёжностью, долговечностью и простотой эксплуатации. Эти электрические источники энергии полностью экологически чистые, что является очень большим преимуществом. Устройство и принцип действия топливных элементов следующие: непосредственная конструкция топливных элементов представлена следующими основными частями — электроды, электролит, катализаторы, проточные каналы для непрерывной подачи окислителя и топлива, каналы для последующего вывода отработанных веществ (избыточных газов, воды) и выделяемого тепла.


Материалом для электродов служит обычно специально обработанный никель, кобальт, некоторые группы платины, угли. Поверхность электродов покрывают тонким слоем катализатора (химический элемент, который ускоряет химические реакции, но сам в ней не участвует). Для катализатора берут порошок платины, родия и подобные вещества. При подобных электродах возможно получить довольно высокие характеристики в работе электрического топливного элемента. Электроды делают в виде пористых прямоугольных пластин, между которыми содержится электролит. На внешних сторонах электродов проделывают каналы, по которым в процессе работы пропускается окислитель и само топливо, благодаря которым и происходит химическая реакция в топливном элементе.


Центром топливного элемента является протонообменная мембрана. Она выполняет функцию электролита в ТЭ. Как правило, такая мембрана представлена в виде тонкой пленки сделанного из специального полимера, что сочетает в себе гидрофобную цепь и боковые фрагменты, содержащие кислотные группы. В случае, когда на мембране есть вода, она соберется около кислотных групп, тем самым образовывая некоторую гидратную область с размером в 1 нанометр. В этой области в процессе образовываются определённые формы протона.


Теперь что касается самих химических реакций. Они проходят по следующей схеме: водородное топливо подходит к аноду топливного элемента. На нём атомы водорода расщепляются на электроны и протоны (H2 = 2e- + 2H+). Освободившиеся электроны поступают во внешнюю электроцепь (тем самым создавая электрический ток). Протоны просачиваются через протонообменную мембрану (электролит) и переходят на катодную сторону. С протонами водорода (на катоде) соединяются электроны (пришедшие из внешней цепи) и атомы кислорода с последующим образованием воды (4H+ + 4e- + O2 = 2H2O).


После прохождения реакции продуктами отхода будет водяной пар и некоторое количество теплоты. Электрическое напряжение, которое создаётся в результате работы топливного элемента, обычно, не выше 1.1 В. Для получения необходимых значений напряжения и тока, топливные элементы объединяют в батареи (последовательное и параллельное соединение). Эти топливные батареи, системы терморегулирования и газораспределения устанавливаются в один блок, что имеет называние — электрохимический генератор.


Узнал что-то Новое?
Поставь Свой Плюс»



 
« Пред.   След. »
обучение электрике