Page 51 - 6862

Паливні елементи
Паливні елементи (ПЕ) як і інші хімічні джерела струму (ХДС)
складаються з двох електродів: аноду і катоду, між якими є електроліт. На
відміну від інших типів ХДС ПЕ є джерелом не тільки електричної, а і теплової
енергії. Тому ПЕ використовують у когенераційних установках. ПЕ мають
порівняно високий ККД для електричної енергії, який складає (40-60) %.
Сумарний ККД ПЕ може досягати 90 %. Додатковою перевагою ПЕ у порівнянні
з установками спалювання палива є відсутність рухомих механічних частин, що
збільшує їх надійність і зменшує габарити. Принцип дії ПЕ пояснено на елементі
з протонообмінною мембраною, рис. 4.11.

Рис. 4.11. Паливний елемент з протонообмінною мембраною

Вказаний тип ПЕ працює таким чином: водень, який потрапляє в ПЕ,
+
розкладається під дією каталізатора на іони водню Н і електрони. Після цього
+
в дію вступає спеціальна мембрана, яка пропускає іони водню Н і затримує
електрони:
+
-
2H 2 – 4e → 4H . (4.1)
Таким чином на аноді накопичується надлишок електронів, які за умови
підключення навантаження створюють струм. Іони водню через мембрану
потрапляють на катод, де реагують з киснем, який міститься у повітрі,
утворюючи воду:
+
-
4Н +4е + О 2 → 2Н 2О + тепло. (4.2)
В якості каталізатора в таких елементах застосовують мікрочастинки
платини. Мембрану виготовляють з сірковмісного полімеру нафіона. Товщина
мембрани складає долі міліметра.
Водень є основним паливом для ПЕ. За умови використання чистого
водню продуктом реакції, окрім електроенергії і тепла, є вода. Тому такі ПЕ є
екологічно чистими. Однак через складнощі з транспортуванням і зберіганням
чистого водню, активно стали розвиватися ПЕ на основі водневмісних речовин:
природного газу, метану, бензину, метанолу з яких, під час роботи ПЕ,
виділяється водень. За умови використання ПЕ існує два методи виділення
водню з водневмісних речовин:

48