ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие понятия о топливном элементе и электрохимическом генераторе из "Электрохимические генераторы" В настоящее время ведутся широкие работы по созданию новых методов преобразования энергии. Одним из таких методов является электрохимический, при котором электрическую энергию получают в электрохимических генераторах. [c.5] Электрохимический генератор (ЭХГ) — это установ1ка, в которой хихмическая энергия топлива непосредственно превращается в электрическую энергию. Установка состоит из батареи топливных элементов, систем для переработки и подвода топлива и окислителя, систем для отвода продуктов реакции, систем регулирования температуры и других вспомогательных устройств. [c.5] В ЭХГ процесс преобразования химической энергии в электрическую протекает в топливном элементе, поэтому необходимо рассмотреть принцип действия и устройство топливного элемента. [c.5] Топливный элемент (ТЭ)—это устройство, в котором энергия взаимодействия топлива и окислителя, непрерывно и раздельно подводимых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию. В принципе ТЭ является разновидностью гальванического элемента. Однако он имеет две важные особенности, из-за которых протекающие в нем процессы существенно отличаются от процессов в обычном гальваническом элементе. [c.5] Эта особенность обусловливает возможность более длительного срока службы (ресурса) и снижения массы на единицу энергии ТЭ по сравнению с обычным гальваническим элементом. [c.6] Рассмотрим в общем виде процессы, протекающие в ТЭ. Как следует из определения, в ТЭ преобразуется энергия реакции взаимодействия восстановителя (топлива) и окислителя (обычно кислорода). [c.6] Энтальпии реакций приведены для температуры 298,15 К. [c.6] Реакция (1) является суммарной реакцией, еротекаю-шей как в тепловых машинах, так и в ТЭ. Необходимым условием ее лротекания в тепловых машинах является активное столкновение молекул окислителя и восстановителя, при этом происходит переход или смещение электронов от окислителя к восстановителю. Электронный переход в химической реакции протекает хаотически, в любом направлении, в котором произошло активное столкновение молекул. [c.7] Как видно, из исходных веществ В и Ок получается тот же продукт ВтОкп, что и при химическом процессе, однако одновременно возникает электрический ток, т. е. химическая энергия превращается в электрическую. Для осуществления реакции (1) по стадиям необходимо разделить окислитель от восстановителя, обеспечить протекание электрохимических реакций (5) и (6) и направленное движение электронов и ионов. Все эти функции выполняет ТЭ. [c.7] Получаемые в результате реакции электроны по внешней цепи перетекают на катод, совершая на своем пути работу. [c.8] В электролите гидроксил-ионы двигаются от катода к аноду. [c.8] Как видно, суммарная реакция аналогична реакции (4). Однако химическая энергия ее превращается не в теплоту, а в злектричеокую работу. [c.8] Проблема создания ТЭ давно интересует ученых многих стран. Первый водородно-кислородный ТЭ был создан еще в 1839 г. (У. Гроув). Однако этот элемент имел очень низкие характеристики, вследствие чего он не мог найти технического применения. Топливными элементами занимались П. Н. Яблочков (1887 г.), В. Оствальд (1894 г.), В. Нернст, Е. Баур и другие ученые. Важную роль в решении проблемы ТЭ сыграли работы О. К. Давтяна [Л. 1]. Существенные успехи в рещении проблемы ТЭ получены лишь в последнее время. Это обусловлено развитием теоретической электрохимии, особенно в области кинетики электродных процессов (А. Н. Фрумкин, Я. М. Колотыркин, Л. И. Антропов, П. Делахей, Дж. Бокрис), теории массопереноса, успехами в области химического катализа, металлокерамики и полимерных материалов. [c.9] Кроме того, развитию ТЭ способствовала потребность в новых источниках энергии для космической техники, транспорта и других областей. [c.9] Важный вклад в разработку теории ТЭ внесли советские ученые Н. С. Лидоренко, Н. А. Шумилова, В. С. Багоцкий, С. В. Карпа-чев, Ю. А. Чизмаджев, Р. X. Бурштейн, В. С. Даниель-Бек, О. С. Ксенжек и др. [c.9] В связи с большим разнообразием ТЭ не лредставляется возможным привести единую их классификацию. Можно классифицировать ТЭ по различным признакам а) по принципу использования реагентов б) по виду топлива и окислителя в) по условиям работы элемента (температура и давление). [c.9] По принципу использования реагентов ТЭ подразделяют на первичные и вторичные. В первичных ТЭ топливо и окислитель вводятся непосредственно в элемент и превращаются в продукты реакции, которые затем выводятся из элемента и сбрасываются. [c.9] Ко вторичным относятся также регенеративные ТЭ. [c.9] Вернуться к основной статье