Что такое водородные топливные элементы?


Водородные топливные элементы являются электрохимическими устройствами, которое преобразуют химическую энергию топлива непосредственно в электричество. Почти всегда топливо представляет собой водород или смесь газов, обогащенная водородом. Реакция, которая происходит в водородном топливном элементе: водород + кислород (из воздуха) = электричество + вода + тепло.

Исследовательский центр Schatz Energy
в Университете штата Калифорния в
Гумбольдте в рекламном проспекте
«Часто задаваемые вопросы о топливных
элементах», на www.schatzlab.org

водородные топливные элементыВодородные топливные элементы представляют собой электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива непосредственно в электрическую энергию с высокой эффективностью. При отсутствии внутренних подвижных частей, топливные элементы работают так же как батарейки. Существенное отличие состоит в том, что батареи хранят энергию, в то время как топливные элементы могут вырабатывать электричество непрерывно до тех пор, пока топливо и воздух подается.
Топливные элементы электрохимически сочетают топливо (обычно водород) и окислитель без горения, тем самым обходясь без неэффективности и загрязнения присущих традиционным системам преобразования энергии.
Водородные топливные элементы обходят традиционный маршрут производства электричества из топлива который состоит в получении тепла от топлива, преобразования тепла в механическую энергию и, наконец, преобразования механической энергии в электрическую…
Топливные элементы функционируют по принципу электролитного обмена заряда между положительно заряженной анодной пластиной и отрицательно заряженной катодной пластиной. Когда в качестве основного топлива используют водород, происходит «обратный гидролиз», который дает только воду и тепло в качестве побочных продуктов во время преобразования химической энергии в электрическую.

Национальный научно-исследовательский центр
топливных элементов в Университете
Калифорнии в Ирвине в статье «Что такое
топливные элементы и как они работают», на
www.nfcrc.uci.edu (19 декабря 2008)

Топливный элемент представляет собой устройство, которое вырабатывает электроэнергию посредством химической реакции. Каждый топливный элемент имеет два электрода, один положительный и один отрицательный, которые называются, соответственно, анод и катод. Реакции, которые производят электричество происходят на электродах.
Каждый топливный элемент также имеет электролит, который несет электрически заряженные частицы от одного электрода к другому, и катализатор, который ускоряет реакции на электродах.
Водород является основным топливом, но топливные элементы также требуют кислорода. Большим плюсом, который имеют водородные топливные элементы является то, что они генерируют электричество с очень небольшим загрязнением окружающей среды. Большая часть водорода и кислорода, используемого для выработки электроэнергии, в конечном счете объединяются, чтобы сформировать безвредный побочный продукт, а именно воду.

Смитсоновский Национальный музей
американской истории в статье
«Основы топливных элементов»
на www.americanhistory.si.edu

Водородный топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, которое производит электричество … без горения. Водородное топливо (которое может быть получено из воды или из углеводородных источников, таких как природный газ, метан или нефтепродукты) объединяют с кислородом (из воздуха) для производства электрической энергии…
Водородный топливный элемент с протонообменной мембраной (ПОМ), состоит из пластмассовой мембраны, покрытой катализатором с обеих сторон, и зажатой между двумя электродными пластинами. Водород (из топливного бака) и кислород (из воздуха) подают через каналы в пластинах на противоположных сторонах мембраны. Атомы водорода и кислорода притягиваются друг к другу, но лишь протонная часть атома водорода может проходить через мембрану, чтобы достигнуть кислорода. Электрон должен пройти длинный путь вокруг мембраны, чтобы достигнуть атома кислорода, создавая в процессе электрический ток. Электрон в конце концов, соединяется с протоном и атомом кислорода, чтобы создать воду (H2O) …
Существует несколько типов водородных топливных элементов. Транспортные средства обычно используют водородные топливные элементы с протонообменной мембраной (ПОМ), который иногда еще называют топливным элементом с мембраной из полимерного электролита. Другие типы топливных элементов могут быть использованы для стационарных источников, которые генерируют тепло и электричество для зданий. Водородные топливные элементы также предназначены для использования в портативных устройствах, таких как ноутбуки и мобильные телефоны.

The California Fuel Cell Partnership в
информационном листке «Что такое
водородные топливные элементы» на
www.fuelcellpartnership.org

Водородные топливные элементы представляют собой устройства, которые используют водород (или обогащенное водородом топливо) и кислород для производства электроэнергии с помощью электрохимического процесса. Один водородный топливный элемент состоит из электролита и двух электродов, покрытых катализатором (пористым анодом и катодом). В то время как существуют различные типы топливных элементов, все они работают по тому же принципу:
Водород, или обогащенное водородом топливо, подается на анод, где катализатор, отделяет отрицательно заряженные электроны водорода от положительно заряженных ионов (протонов).
На катоде кислород соединяется с электронами и, в некоторых случаях, с протонами и водой, в результате чего получаетя вода или соответственно гидроксиды-ионов.
В мембранах из полимерного электролита и топливных элементах фосфорной кислоты, протоны движутся через электролит к катоду, чтобы сочетать с кислородом и электронами, с образованием воды и тепла.
В щелочных топливных элементах, с расплавленным карбонатом, и твердооксидных топливных элементах отрицательные ионы проходят через электролит к аноду, где они соединяются с водородом, чтобы генерировать воду и электроны.
Электроны из анодной стороны топливного элемента не могут пройти через электролит к положительно заряженному катоду; они должны проходить вокруг него по электрической цепи, чтобы достичь другой стороны ячейки. Это движение электронов представляет собой электрический ток.

Департамент энергетики США, Управления
по вопросам энергоэффективности и
возобновляемым источникам энергии на
веб-странице «Топливные элементы»
Поделиться: