Топливный элемент. Что внутри?

Топливный элемент

Мы уже неоднократно упоминали топливные элементы, как основу энергетики будущего. В отличие от дизельных двигателей их разработали совсем недавно, в начале XXI века и сегодня эта технология переживает настоящее взрывное развитие. Настало время выяснить из чего они сделаны, что у них внутри и как всё это работает.

Главное отличие топливных элементов от других генераторов заключается в том, что электроэнергия в них вырабатывается посредством электрохимических процессов, а не сжиганием дизельного топлива или бензина. В этом они больше похожи на электрические батареи с той лишь разницей, что химические реагенты поступают из вне топливного элемента тогда, как у электрических батарей они находятся внутри.

Внешне топливный элемент достаточно прост. Это керамическая многослойная пластина размером примерно 10 Х 10 см. каждый слой которой состоит из различных материалов и выполняет определенные функции. Можно выделить три главных слоя - внешние анод и катод, внутренний - твердый электролит. Все слои пористые с большой площадью поверхности. От этого зависит эффективность химической реакции и, соответственно, электрическая мощность.

Во время работы вдоль анода течет поток топлива, а вдоль катода поток воздуха. Молекулы топлива проникают сквозь пористый анод в зону реакции - электролит. С другой стороны через пористый катод поступают молекулы кислорода, вызывая реакцию окисления водорода, которые содержатся в молекулах топлива. При этом молекулы топлива ращепляются, из водорода и кислорода образуется вода, а на аноде и катоде возникает разность потенциалов т.е. небольшое электрическое напряжение.

Следующая картинка хорошо иллюстрирует описанные выше процессы.

Схема работы топливных элементов

Каждая такая пластина способна выработать мощность около 15 Вт. Для получения более высокого напряжения и мощности пластины механически и электрически соединяют в так называемые стеки. В свою очередь, стеки также соединяют друг с другом пока не получат необходимых характеристик.

Стек из топливных элементов
Источник: Институт энергетики и климатических исследований Юлих (Германия)

Существует много типов топливных элементов. Вот основные:

  • DMFC - прямой метанольный топливный элемент,
  • PEM - с протонообменной мембраной,
  • AFC - с щелочным электролитом,
  • PAFC - с электролитом на основе фосфорной кислоты,
  • MCFC - с электролитом на основе расплава унлерода,
  • SOFC - с твердоокисным электролитом.

Каждый тип топливных элементов имеет свой собственный уникальный химический состав слоев, рабочую температуру, состав топлива, чувствительность к загрязнениям. Эксплуатационные характеристики топливных элементов помогают определить область применения. Так более низкая температура PEM и DMFC открывает возможности для использования их в легковых автомобилях и вилочных погрузчиках. Более высокотемпературные SOFC и PAFC используются для стационарной выработки электроэнергии.

Некоторые топливные элементы успели побывать в космосе и даже на Луне. Так все корабли Apollo были оборудованы генераторами на топливных элементах AFC, которые работали на чистом водороде и кислороде.

Космический корабль Апполон 11

Другие прекрасно работают на Земле, как, например, реальная генераторная установка Bloom Energy на 200 кВт работающая в Университете штата Делавер (США).

генераторная установка на топливных элементах Bloom Energy

У нас в России всё не так сказачно. В рамках импортзамещения прогресс дошел до разработки турбин работающих на дровах. А как иначе? Газ ведь тянуть на Дальний Восток никто не собирается, дорого это. Так что пока пользуемся тем, что есть - дизельными генераторами.



Топливная компания "Бисойл" - дизельное топливо оптом по Москве и области.

БИСОЙЛ - контактный телефон +7 495 669-39-76



Доставка топлива по Странам и регионам. Флаги

Новости отрасли:

Динамика потребительских цен на бензин и дизельное топливо ( август 2015 г.) в %

Динамика цен на дизтопливо и др. нефтепродукты

Средние потребительские цены по России (август 2015):
Бензин АИ80 - 31,74 руб.
Бензин АИ92 - 33,92 руб.
Бензин АИ95 - 36,72 руб.
Дизтопливо   - 34,70 руб.

Средние потребительские цены по Москве (август 2015):
Бензин АИ80 - ........ руб.
Бензин АИ92 - 34,14 руб.
Бензин АИ95 - 37,10 руб.
Дизтопливо   - 35,16 руб.