Паливний елемент
Па́ливний елеме́нт (ПЕ) (англ. fuel cell) — електрохімічний генератор, який забезпечує пряме перетворення хімічної енергії на електричну. На відміну від традиційних електричних акумуляторів, де відбуваються аналогічні перетворення, паливні елементи мають дві важливі відмінності:
- вони функціонують доти, доки паливо (відновник) та окиснювач надходять із зовнішнього джерела;
- хімічний склад електроліту в процесі роботи не змінюється, тобто паливний елемент не треба перезаряджати.
Можливі різні варіанти комбінацій палива та окиснювача. Так, водневий паливний елемент використовує водень в якості палива та кисень (зазвичай з повітря) як окиснювач. Також паливом можуть слугувати вуглеводні та спирти, а окиснювачами повітря, хлор, оксид хлору.[1]
Зміст |
[ред.] Історія
Уперше про можливість створення ПЕ по відомив у 1839 р. англійський аматор у галузі фізико хімії, товариш Майкла Фарадея Вільям Гроув[2]. Спостерігаючи процес електролізу води в розчинах сірчаної кислоти, він виявив, що після відключення зовнішнього струму в електролітичній комірці генерується постійний струм. Однак ці висновки В. Гроува тоді не знайшли обґрунтування у подальших дослідженнях. Свій електрохімічний пристрій він, за пропозицією М. Фарадея, назвав «газовою батареєю». Назву «паливний елемент» цей пристрій одержав лише через 50 років, завдяки Людвігу Монде.
Не вдалося реалізувати й ідею знаного фізико хіміка Вільгельма Оствальда (1894 р.) щодо генерації електричної енергії у ПЕ з вугілля, а також винайдений російським ученим Павлом Яблочковим (1887 р.) воднево-кисневий ПЕ, результати інших досліджень і численних винаходів.
Інтерес до ПЕ знову відродився на початку 50-х років ХХ століття після публікації 1947 р. монографії російського вченого, співробітника Московського нафтового інституту ім. І.М. Губкіна О. К. Давтяна[3].
Бум навколо водневої енергетики виник за часів активного освоєння космічного простору. У 60 ті роки були створені паливні елементи потужністю до 1 кВт для американських програм «Джеміні» та «Аполлон», у 80 ті — 10 кіловатні для «Шаттла» та радянського «Бурану». У ті самі роки побудовано електростанції потужністю 100 кВт на фосфорно-кислотних ПЕ. В Японії та США є дослідні 10 мегаватні електростанції. Від 90-х років і донині триває розробка паливних елементів потужністю від 1 кВт до 10 МВт для стаціонарної автономної енергетики. Крім того, тепер розробляються портативні джерела електроенергії (потужність менше 100 Вт) для комп'ютерів, стільникових телефонів, фотоапаратів тощо. Як паливо у них використовується спирт — метанол, з якого одержують водень.
[ред.] Використання і випробування
В ПЕ йде процес, зворотний електролізу. При цьому хімічним шляхом з'єднується водень і кисень з виділенням енергії і утворенням води. У процесі беруть участь: електроліт (фосфорна кислота, ККД до 85%), тверді оксиди (ККД 60%), лужні елементи, метанол (ККД 40%) і каталізатор. Електроліт оточений двома електродами, на катод надходить кисень, а на анод-водень. Проходить випробування ПЕ на твердому оксиді на автомобілях потужністю 100 кВт в Європі і 25 кВт в Японії.
Паливні елементи на фосфорної кислоти широко використовуються в лікарнях, готелях, школах, на терміналах в аеропортах.[4]
[ред.] Примітки
- ↑ S. G. Meibuhr, Electrochim. Acta, 11, 1301 (1966)
- ↑ W.R. Grove. Philos. Mag.— 1839. — 14. — Р. 127—129
- ↑ Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в энергетическую. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. — 237 с.
- ↑ Проблемы и перспективы развития сотрудничества между странами Юго-Восточной Европы в рамках Черноморского экономического сотрудничества и ГУАМ.- Сборник научных трудов. – Ливадия-Донецк: ДонНУ, 2007. – 766 с. ISSN:1990-9187
[ред.] Джерела інформації
- Ковтун Г., Полункін Є.. Паливний елемент - основа водневої енергетики// Вісник НАН України. — (2006) (3).
[ред.] Дивіться також
| Перетворення енергії: р | ||
|---|---|---|
| Перетворення енергії: | Збереження енергії | Відновлювальна енергетика | Зелена енергія | Розподілена енергетика | Розподілене тепло | Генерування електроенергії | Освітленість | |
| Сонячна енергетика: | Тепловий насос | Сонячна батарея | Сонячна панель | Централізована геліоенергетика | Сонячний дім | |
| Геотермальна енергетика: | Геотермальна помпа | |
| Вітроенергетика: | Вітрогенератор | |
| Гідроенергетика: | Енергія хвиль | Енергія припливів | |
| Біологічне: | Біомаса | біоетанол | E85 | Біогаз | Біодизель | Біопаливо | |
| Хімічна енергія: | Паливний елемент | Воднева устава | |
| Палива: | Нафтовидобуток | Торф | |
| Різне: | Збереження теплової енергії | Теплоконденсатор | |
| Енергія: Wh = ватт-година, GWh = 3,6 TJ, toe = 11,63 MWh Потужність: MW = 1000 kW, GW = 1000 MW, TW = 1000 GW | ||
