4.2 Топливные элементы на расплаве карбоната (рктэ)

«Топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом являются высокотемпературными топливными элементами. Высокая рабочая температура позволяет непосредственно использовать природный газ без топливного процессора и топливного газа с низкой теплотворной способностью топлива производственных процессов и из других источников.» [2]

Рисунок 4.1.1

На рисунке 4.2.1 изображен принцип действия топливного элемента на расплаве карбоната. При нагреве до температуры 650°C, соли становятся проводником для ионов карбоната Данные ионы проходят от катода на анод, где происходит объединение с водородом с образованием воды, диоксида углерода и свободных электронов. Данные электроны направляются по внешней электрической цепи обратно на катод, при этом генерируется электрический ток, а в качестве побочного продукта – тепло.[2]

Формулы (4.2.1), (4.2.2) и (4.2.3) описывают реакции происходящие в топливном элементе:

Реакция на аноде:

CO₃^2- + H₂ => H₂O + CO₂ + 2e^- (4.2.1)

Реакция на катоде:

CO₂ + 1/2O₂ + 2e^- => CO₃^2- (4.2.2)

Общая реакция элемента:

H₂(g) + 1/2O₂(g) + CO₂(катод) => H₂O(g) + CO₂(анод) (4.2.3)

4.3 Топливные элементы с мембраной обмена протонов (моптэ)

«Топливные элементы с мембраной обмена протонов считаются самым лучшим типом топливных элементов для генерации питания транспортных средств, которое способно заменить бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. Эти топливные элементы были впервые использованы НАСА для программы "Джемини". Сегодня разрабатываются и демонстрируются установки на МОПТЭ мощностью от 1Вт до 2 кВт.»[2]

Рисунок 4.3.1

На рисунке 4.3.1 изображен принцип действия топливного элемента с мембраной обмена протонов.

«Топливом является водород, а носителем заряда – ион водорода (протон). На аноде молекула водорода разделяется на ион водорода (протон) и электроны. Ионы водорода проходят сквозь электролит к катоду, а электроны перемещаются по внешнему кругу и производят электрическую энергию. Кислород, который берется из воздуха, подается к катоду и соединяется с электронами и ионами водорода, образуя воду.»[2]

5 Применение топливных элементов

Топливные элементы нашли широкое применение в различных сферах.

Стационарные приложения

• производство электрической энергии (на электрических станциях),

• аварийные источники энергии,

• автономное электроснабжение,

Транспорт:

• электромобили, автотранспорт,

• морской транспорт,

• железнодорожный транспорт, горная и шахтная техника

• вспомогательный транспорт (складские погрузчики, аэродромная техника)

Бортовое питание:

• авиация, космос,

• подводные лодки, морской транспорт,

Мобильные устройства:

• портативная электроника,

• питание сотовых телефонов,

• зарядные устройства для армии,

• роботы.

6 Заключение

На данный момент топливные элементы зарекомендовали себя как перспективный источник энергии. Топливные элементы имеют высокий КПД, а также безвредный продукт реакций – воду, что делает его идеальный источником электроэнергии. Также топливные элементы легче и занимают меньший объем по сравнению с другими источниками питания. Однако минусами является то, что существуют трудности по внедрению ТЭ, так как отсутствует водородная инфраструктура, которая необходима для питания элемента.