ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типы электрохимических генераторов из "Промышленный катализ в лекциях № 6" В ЩТЭ в качестве электролита используется концентрированный водный раствор КОН, который является проводником ионов ОН ЩТЭ функционирует при низкой температуре (60—90 X). Эти топливные элементы были разработаны и использованы в американской программе Апполон и устанавливались в ракетах при полетах на Луну. На сегодня максимальная мощность энергоустановки на основе ЩТЭ — примерно 200 кВт. Однако, несмотря на то, что ЩТЭ хорошо разработаны, просты в экспуатации и недороги в производстве, их широкое использование сильно ограничивается требованиями, предъявляемыми к чистоте водорода и кислорода, питающих топливный элемент (концентрации СО и СО2 не должны превышать 10 и 10 об. %, соответсвенно). Тем не менее, некоторые компании все еще стремятся использовать ЩТЭ в космосе, для военных целей и даже в качестве энергоустановки на автомобиле, при условии использования газов с высокой степенью очистки от СО и СО2 [7—9]. [c.13] Рассмотренные ТЭ работают при температурах, не превышающих 250 °С, поэтому их относят к низкотемпературным. Топливные элементы РКТЭ и ТОТЭ работают при значительно более высокой температуре и относятся к высокотемпературным. [c.14] Среди других типов топливных элементов ТОТЭ выделяются отсутствием в их конструкции жидкой фазы и благородных металлов. Они имеют наиболее высокую рабочую температуру и генерируют высокопотенциальное тепло. Важнейшим достоинством ТОТЭ является высокий КПД по электрической энергии даже для установок малой мощности. Так, для ЭХГ на основе ТОТЭ мощностью около 100 кВт при использовании в качестве первичного топлива природного газа значение КПД составляло величину 47 % [10, 11]. Более того, как видно, из сопоставления КПД разных энергоустановок (рис. 2), ТОТЭ мощностью 1 МВт имеет КПД =60 %, что достигается лишь на самых современных газотурбинных установках (ГТУ) объединенных циклов мощностью 100 МВт. [c.16] Твердооксидные топливные элементы с внутренней конверсией метана более предпочтительны, чем с внешней конверсией. В схеме ТОТЭ с внутренней конверсией метана, в отличие от ТОТЭ с внешней конверсией, исключается каталитический реактор, и происходит прямой обмен теплом и реагентами между областями протекания каталитических реакций конверсии метана и электрохимического окисления синтез-газа. Очевидно, это должно приводить к увеличению КПД, уменьшению габаритов и упрощению конструкции ЭХГ на основе ТОТЭ с внутренней конверсией метана. [c.17] Таким образом, в отличие от традиционных ТОТЭ, в прямых метановых ТОТЭ исключается стадия конверсии метана в синтез-газ. Это должно приводить к увеличению КПД, уменьшению габаритов и упрощению конструкции энергоустановки, что, несомненно, является преимуществом прямых метановых ТОТЭ над традиционными. Для прямых метановых ТОТЭ требуется разработать анод, устойчивый к зауглероживанию в метане и высоко активный в отношении реакции электрохимического окисления метана. [c.18] Выполнение указанных требований к аноду прямого метанового ТОТЭ — непростая задача. В частности, все попытки использовать в прямых метановых ТОТЭ анод на основе Ni, успешно используемый в традиционных ТОТЭ, были неудачными из-за его быстрого разрушения в метане. При изготовлении анодов для прямых метановых ТОТЭ предложено использовать композиционные материалы на основе меди, никеля, титанатов и хромитов лантана, содержащие, как правило, электронный проводник, а также диоксид церия и YSZ. [c.18] Показано, что эти аноды устойчивы к зауглероживанию и обеспечивают максимальную удельную мощность, хотя и меньшую, но уже сопоставимую с удельной мощностью ТОТЭ, питаемого водородом. [c.19] Подводя итог, можно констатировать, что проблема анода для прямых метановых ТОТЭ пока далека от решения. Исследования до сих пор не вышли за пределы лабораторий. Необходимы ресурсные испытания уже известных анодов и дальнейшие поисковые исследования перспективных анодных материалов. [c.19] Рынок ждет энергоустановок на базе прямых метановых ТОТЭ мощностью 1 — 10 кВт. Они найдут широкое применение в жилищно-коммунальном хозяйстве в качестве индивидуальных устройств, генерирующих тепло и электроэнергию в отдельных квартирах и небольших офисных помещениях 118]. [c.19] Не исключено, что прямые метановые ТОТЭ также будут востребованы для катодной защиты газопроводов. [c.19] Вернуться к основной статье