ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ , гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. кислорода) из специальных резервуаров. Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, напр., на космических аппаратах.

Смотреть больше слов в «Энциклопедическом словаре естествознания»

ТОПЛИВО →← ТОПЛИВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (ПЕРВИЧНЫЕ)

Смотреть что такое ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ в других словарях:

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

        важнейшая составная часть электрохимического генератора (См. Электрохимический генератор), обеспечивающая прямое преобразование химической энер... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТэлектрохимический генератор, устройство, обеспечивающее прямое преобразование химической энергии в электрическую. Хотя то же самое происходит в электрических аккумуляторах, топливные элементы имеют два важных отличия: 1) они функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника; 2) химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке. См. также БАТАРЕЯ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.Принцип действия. Топливный элемент (рис. 1) состоит из двух электродов, разделенных электролитом, и систем подвода топлива на один электрод и окислителя на другой, а также системы для удаления продуктов реакции. В большинстве случаев для ускорения химической реакции используются катализаторы. Внешней электрической цепью топливный элемент соединен с нагрузкой, которая потребляет электроэнергию.В изображенном на рис. 1 топливном элементе с кислым электролитом водород подается через полый анод и поступает в электролит через очень мелкие поры в материале электрода. При этом происходит разложение молекул водорода на атомы, которые в результате хемосорбции, отдавая каждый по одному электрону, превращаются в положительно заряженные ионы. Этот процесс может быть описан следующими уравнениями:Ионы водорода диффундируют через электролит к положительной стороне элемента. Подаваемый на катод кислород переходит в электролит и также реагирует на поверхности электрода с участием катализатора. При соединении его с ионами водорода и электронами, которые поступают из внешней цепи, образуется вода:В топливных элементах со щелочным электролитом (обычно это концентрированные гидроксиды натрия или калия) протекают сходные химические реакции. Водород проходит через анод и реагирует в присутствии катализатора с имеющимися в электролите ионами гидроксила (OH-) с образованием воды и электрона:На катоде кислород вступает в реакцию с водой, содержащейся в электролите, и электронами из внешней цепи. В последовательных стадиях реакций образуются ионы гидроксила (а также пергидроксила O2H-). Результирующую реакцию на катоде можно записать в виде:Поток электронов и ионов поддерживает баланс заряда и вещества в электролите. Образующаяся в результате реакции вода частично разбавляет электролит. В любом топливном элементе часть энергии химической реакции превращается в тепло. Поток электронов во внешней цепи представляет собой постоянный ток, который используется для совершения работы. Большинство реакций в топливных элементах обеспечивают ЭДС около 1 В. Размыкание цепи или прекращение движения ионов останавливает работу топливного элемента.Процесс, происходящий в водородно-кислородном топливном элементе, по своей природе является обратным хорошо известному процессу электролиза, в котором происходит диссоциация воды при прохождении через электролит электрического тока. Действительно, в некоторых типах топливных элементов процесс может быть обращен - приложив к электродам напряжение, можно разложить воду на водород и кислород, которые могут быть собраны на электродах. Если прекратить зарядку элемента и подключить к нему нагрузку, такой регенеративный топливный элемент сразу начнет работать в своем нормальном режиме.Теоретически размеры топливного элемента могут быть сколь угодно большими. Однако на практике несколько элементов объединяются в небольшие модули или батареи, которые соединяются либо последовательно, либо параллельно.Типы топливных элементов. Существуют различные типы топливных элементов. Их можно классифицировать, например, по используемому топливу, рабочему давлению и температуре, по характеру применения.Элементы на водородном топливе. В этом типичном описанном выше элементе водород и кислород переходят в электролит через микропористые углеродные или металлические электроды. Высокая плотность тока достигается в элементах, работающих при повышенной температуре (около 250? С) и высоком давлении. Элементы, использующие водородное топливо, получаемое при переработке углеводородного топлива, например природного газа или нефтепродуктов, по-видимому, найдут наиболее широкое коммерческое применение. Объединяя большое число элементов, можно создавать мощные энергетические установки. В этих установках постоянный ток, вырабатываемый элементами, преобразуется в переменный со стандартными параметрами.Новым типом элементов, способных работать на водороде и кислороде при нормальных температуре и давлении, являются элементы с ионообменными мембранами (рис. 2). В этих элементах вместо жидкого электролита между электродами располагается полимерная мембрана, через которую свободно проходят ионы. В таких элементах наряду с кислородом может использоваться воздух. Образующаяся при работе элемента вода не растворяет твердый электролит и может быть легко удалена.Элементы на углеводородном и угольном топливах. Топливные элементы, которые могут превращать химическую энергию таких широко доступных и сравнительно недорогих топлив, как пропан, природный газ, метиловый спирт, керосин или бензин, непосредственно в электричество, являются предметом интенсивного исследования. Однако пока не достигнуто заметных успехов в создании топливных элементов, работающих на газах, получаемых из углеводородного топлива, при нормальной температуре.Для повышения скорости реакции углеводородного и угольного топлива приходится повышать рабочую температуру топливного элемента. Электролитами служат расплавы карбонатов или других солей, которые заключаются в пористую керамическую матрицу. Топливо "расщепляется" внутри элемента с образованием водорода и оксида углерода, которые поддерживают протекание токообразующей реакции в элементе.Элементы, работающие на других видах топлива. В принципе реакции в топливных элементах не обязательно должны быть реакциями окисления обычных топлив. В перспективе могут быть найдены и другие химические реакции, которые позволят осуществить эффективное непосредственное получение электричества. В некоторых устройствах электроэнергия получается при окислении, например, цинка, натрия или магния, из которых изготавливаются расходуемые электроды.Коэффициент полезного действия. Превращение энергии обычных топлив (угля, нефти, природного газа) в электричество было до сих пор многоступенчатым процессом. Сжигание топлива, позволяющее получить пар или газ, необходимые для работы турбины или двигателя внутреннего сгорания, которые, в свою очередь, вращают электрический генератор, - процесс не очень эффективный. Действительно, коэффициент использования энергии такого превращения ограничен по второму закону термодинамики, и его вряд ли можно существенно поднять выше существующего уровня (см. также ТЕПЛОТА; ТЕРМОДИНАМИКА). Коэффициент использования энергии топлива самых современных паротурбинных энергетических установок не превышает 40%. Для топливных элементов нет термодинамического ограничения коэффициента использования энергии. В существующих топливных элементах от 60 до 70% энергии топлива непосредственно превращается в электричество, и энергетические установки на топливных элементах, использующие водород из углеводородного топлива, проектируются на КПД 40-45%.Применения. Топливные элементы могут в недалеком будущем стать широко используемым источником энергии на транспорте, в промышленности и домашнем хозяйстве. Высокая стоимость топливных элементов ограничивала их применение военными и космическими приложениями.Предполагаемые применения топливных элементов включают их применение в качестве переносных источников энергии для армейских нужд и компактных альтернативных источников энергии для околоземных спутников с солнечными батареями при прохождении ими протяженных теневых участков орбиты. Небольшие размеры и масса топливных элементов позволили использовать их при пилотируемых полетах к Луне. Топливные элементы на борту трехместных кораблей "Аполлон" применялись для питания бортовых компьютеров и систем радиосвязи. Топливные элементы можно использовать в качестве источников питания оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств, например в строительстве. В сочетании с электродвигателем постоянного тока топливный элемент будет эффективным источником движущей силы автомобиля.Для широкого применения топливных элементов необходимы значительный технологический прогресс, снижение их стоимости и возможность эффективного использования дешевого топлива. При выполнении этих условий топливные элементы сделают электрическую и механическую энергию широко доступными во всем мире. См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

то́пливный элеме́нт гальванический элемент, в котором электрическая энергия получается в результате реакции окисления-восстановления топлива и окис... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

То́пливный элеме́нт - гальванический элемент, в котором электрическая энергия получается в результате реакции окисления-восстановления топлива и окислителя, непрерывно поступающих из специальных резервуаров к соответствующим электродам, между которыми находится электролит, обеспечивающий пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Реакция идёт в присутствии катализатора (напр., платины, серебра). Идея создания топливного элемента была высказана в нач. 19 в. английским физиком У. Гровом, однако её реализация состоялась лишь в 60-х гг. 20 в. Практическое применение получили гл. обр. топливные элементы, в которых в качестве топлива и окислителя используют соответственно водород и кислород. Такие топливные элементы работают при невысоких температурах (до 100 °C), что обеспечивает им длительный (до нескольких тысяч часов) ресурс работы; их рабочее напряжение ок. 1 В. Используются в качестве автономных источников тока (напр., на космических аппаратах). <p class="tab"><img style="max-width:650px;" src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/1607/d19c0b65-9e2a-4e02-af31-18e540aaee9a" title="ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ фото" alt="ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ фото" border="0" class="responsive-img img-responsive"> </p><p class="tab">Схема топливного элемента: </p><p class="tab">1 и 2 - полости с реагентами; 3 - электроды; 4 - электролит; А - окислитель; В - топливо; АВ - продукты реакции; R - сопротивление нагрузки; I - электрический ток; Q - тепло, выделяющееся (поглощающееся) в результате реакции</p>... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ для непосредственного превращения энергии окисления топлива в электрическую энергию. Соответственно сконст... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

гальванический элемент, в к-ром электрич. энергия получается в результате реакции окисления-восстановления (в присутствии катализатора - платины, сереб... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. кислорода) из специальных резервуаров. Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, напр., на космических аппаратах.<br><br><br>... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ - гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. кислорода) из специальных резервуаров. Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, напр., на космических аппаратах.<br>... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, гальванический элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. кислорода) из специальных резервуаров. Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. Используется в автономных энергетических установках, напр., на космических аппаратах.... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

- гальванический элемент, в которомокислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачейреагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. кислорода) изспециальных резервуаров. Важнейшая составная часть электрохимическогогенератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии вэлектрическую. Используется в автономных энергетических установках, напр.,на космических аппаратах.... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

хим. источник тока, в к-ром окислит.-восстановит, реакция поддерживается непрерывной подачей реагентов (топлива, напр. водорода, и окислителя, напр. ки... смотреть

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

1) elemento combustibile 2) pila a combustione {a combustibile}

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

combustion cell, fuel cell, fuel element* * *fuel cell

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Brennstoffelement, Brennstoffkette, Brennstoffzelle, Kernelement

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

pile àcombustible, élément combustible

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

cartouche de combustible, élément combustible, pile à combustible

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Brennstoffelement, Brennstoffkette, Brennstoffzelle, Kernelement

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Brennstoffelement, Brennstoffzelle

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

• palivový element• palivový článek

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

па́ливний елеме́нт

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

отындық элемент

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ТВЕРДОПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

қатты полимерлі электролитті отындық элемент

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ФОСФОРНОКИСЛЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

фосфорқышқылды электролитті отындық элемент

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ЩЕЛОЧНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

сілтілі электролитті отындық элемент

T: 248