Щелочные топливные элементы

Алкалайновые или щелочные топливные элементы, называемые также как элементы Бэкона в честь их британского "отца", являются одной из наиболее хорошо разработанной технологией топливных элементов. Именно эти устройства помогли человеку ступить на Луну. Вообще NASA использует топливные элементы этого типа уже с середины 60-ых годов прошлого века.потребляют водород и чистый кислород, производя питьевую воду, тепло и электричество. Во многом благодаря тому, что эта технология прекрасно отработана, у нее один из наивысших показателей эффективности среди подобных систем (потенциал около 70%).

Эти элементы являются самыми дешевыми в производстве топливными элементами, доступными сегодня.

Щелочной топливный элемент

Мною был выбран щелочной топливный элемент, так как он дешев в изготовлении, энергетически эффективен. Посмотрев по таблице «Теоретические и экспериментальные значения ЭДС» я нашел, что наиболее выгодное использование натрия или его солей.

В качестве электролита в щелочных элементах используется концентрированный гидроксид калия (КОН) или его водный раствор, а основным материалом для изготовления электродов является никель. В традиционных щелочных элементах  в качестве топлива может использоваться чистый водород, в качестве окислителя – чистый кислород или активные металлы,в качестве топлива пропан, в качестве окислителя кислород. Преимуществами всего класса щелочных элементов является низкая себестоимость их производства, возможность использования более дешевых никелевых и серебряных катализаторов, а также абсолютная экологическая чистота горячей воды (питьевая), получаемой в качестве отходов. До последнего времени технология прямого окисления метанола считалась самой перспективной для питания портативной микроэлектроники. Однако наметившиеся проблемы в сегменте  токсичность метанола и высокая стоимость катализаторов стимулировали развитие исследований в области технологии щелочных топливных элементов. Сегодня выделяют отдельное сложившееся направление – топливные элементы с прямым окислением борогидрида натрия (NaBH4).По сравнению с метанолом, борогидрид натрия и тетраборат натрия менее токсичны, борогидрид имеет большую плотность.

Устройство топливного элемента

Электрохимический генератор – это система, состоящая из батареи топливных элементов, устройств для хранения и подвода топлива и окислителя, вывода из элемента продуктов реакции, поддержания и регулирования температуры и напряжения.

Схема щелочного топливного элемента

1:Топливо2:Поток электронов 3:Нагрузка 4.Окислитель 5:Катод 6:Электролит 7:Анод 8:Вода 9:Гидроксид-ионы

Щелочной Топливный элемент работает по стандартной схеме работы топливного элемента:

топливо + окислитель = электроэнергия + продукты окисления топлива + Q

Мы видим что выходом реакции служит тепловая энергия. Чтобы добиться более эффективной работы топливного элемента, я придумал превращать тепловую энергию в энергию электрическую при помощи магнитогидродинамического генератора.

Магнитогидродинамический генератор— энергетическая установка, в которой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

В нашем случае электропроводящей средой будет служить гидроксид калия (KOH),

который в нашей топливной ячейке служит электролитом.

Таким образом вся выделяющаяся при химической реакции энергия будет преобразовываться в электрическую. Благодаря этому достигается наибольшая эффективность топливного элемента.

Схема магнитогидродинамического генератора.

В центре генератора находится канал для электролита, который изготовлен из пластика (на рисунке. 2)

Вокруг Канала располагается постоянный магнит (на рисунке. 1)

К каналу подведены электроды, сделанные из любого металла (на рисунке. 3)