Химические источники электрического тока. Топливный элемент

У.12. Химические источники электрического тока. Топливный элемент [c.254]

Теоретически эффективность превращения химической энергии в электрическую с выделением или поглощением теплоты очень мала, поэтому уже давно предпринимались попытки создать устройство, непосредственно превращающее химическую энергию в электрическую, т. е. топливный элемент. Этим термином определяется химический источник электрического тока, в котором осуществляется реакция окисления газообразного, жидкого или твердого топлива, и который дает возможность получать энергию, выделяющуюся при этой реакции непосредственно в виде электрического тока (рис. 116). Нахождение технически приемлемых форм топливного элемента позволило бы значительно повысить к. п. д. процесса горения по сравнению с обычно принятыми методами использования горючего для турбин, двигателей генераторов и т. п. [c.490]

Значительный вклад в развитие электрохимии внесли также русские ученые. В. В. Петров (1761—1834) изучал электропроводность растворов, химические действия электрического тока, электрические явления в газах и т. п. С помощью созданного им крупнейшего для того времени химического источника тока в 1802 г. он открыл электрическую дугу. Б. С. Якоби (1801—1874) в 1834 г. изобрел электродвигатель, работавший на токе от химического источника. В 1838 г. он предложил гальванопластический метод (см. разд. У.П). П. Н. Яблочков (1848—1914) изобрел электродуговую лампу (1875 г., свеча Яблочкова ), работал над созданием химических источников тока, выдвинул (1877 г.) идею создания топливного элемента (см. разд. А.12). Н. А. Изгарышев (1884—1956) развил теорию химического источника тока, работал над проблемой защиты металлов от коррозии, открыл явление пассивности металлов в неводных растворах электролитов, и по праву считается одним из основателей электрохимии неводных растворов. А. Н. Фрумкин (1895—1971) разрабатывал вопросы кинетики электрохимических процессов, развил теорию строения двойного электрического слоя. [c.233]

Таким образом, первой и основной особенностью топливных элементов является возможность непосредственного преобразования химической энергии в электрическую с высоким коэффициентом полезного действия. Следует указать, что эта особенность, так же как и все изложенные выше термодинамические закономерности, относится не только к топливным элементам, но и к химическим источникам тока обычного типа —гальваническим элементам и аккумуляторам. В них, как это уже отмечалось ранее, также осуществляется прямое преобразование химической энергии активных веществ в электрическую энергию. Топливные элементы отличаются от обычных гальванических элементов и аккумуляторов тем, что в них компоненты реакции (топливо и окислитель) не заложены заранее в состав электродов, а непрерывно подаются к электродам в процессе работы. Поэтому они могут работать непрерывно и сколь угодно длительно, пока осуществляется подвод реагентов и отвод [c.490]

Химические источники тока. Топливные элементы. Химическими источниками тока называются все гальванические э.ие-менты, которые практически используются для получения электрического тока. [c.591]

Определение и классификация. Элементы, в которых происходит окисление обычного топлива или продуктов его переработки (водорода, окиси углерода, водяного газа и др.) и за счет изменения изобарно-изотермического потенциала реакции образуется электрическая энергия, получили название топливных элементов. Позднее это понятие было расширено. Топливными элементами стали называться химические источники тока, в которых активные вещества, участвующие в токообразующей реакции, в процессе работы элемента непрерывно подаются извне к электродам. Комплекс батарей топливных элементов и обслуживающих систем, например установка для охлаждения, называется электрическим генератором. [c.48]

ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА — устройства, в которых энергия химических реакций непосредственно превращается в электрическую, например, гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы. [c.274]

Одним из наиболее перспективных является электрохимический способ преобразования химической энергии в электрическую, который осуществляется в химических источниках тока. К достоинствам последних относится высокий к. п. д., бесшумность, безвредность, возможность использования в космосе и под водой, в переносных устройствах, на транспорте и т. п. К химическим источникам тока относят гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы. [c.358]

Особой разновидностью химических источников тока являются электрохимические генераторы или топливные элементы. В топливном элементе химическая энергия реакции горения (окисления) топлива непосредственно превращается в электрическую энергию. Поэтому КПД его превышает 80%. [c.246]

Следовательно, чтобы получить электрическую энергию с помощью обычного химического источника тока, нужно сначала затратить гораздо большее количество средств и энергии на изготовление самого топлива . Получение окислителя тоже требует значительных расходов. Поэтому стала очевидной необходимость непосредственного превращения химической энергии окислитель-но-восстановительных процессов (на основе широко доступных и дешевых видов топлива) в электрическую энергию с помощью топливных элементов. [c.489]

Несомненно, что топливные элементы в ближайшем -будущем найдут широкое применение в народном хозяйстве, так как они являются аппаратами непрерывного действия. Эта особенность расширяет возможные области их применения по сравнению с обычными химическими источниками тока — первичными элементами и аккумуляторами. В перспективе представляется принципиально возможным осуществить здесь реакции, в результате которых будут получены новые ценные химические вещества наряду с дешевой электрической энергией. [c.495]

Электрохимия играет важную роль в современном промышленном производстве. В качестве примеров можно назвать первичные и вторичные источники тока и топливные элементы, производство хлора, каустической соды, алюминия и других химических продуктов, электроосаждение, электрохимическую обработку и электрорафинирование, а также коррозию. Кроме того,, с растворами электролитов приходится сталкиваться при опреснении воды и в биологических исследованиях. Возрастанию роли электрохимии способствовало понижение относительной стоимости электрической энергии. Электрохимическое производство составляет около 1,6% от всего промышленного производства США и около одной трети всего химического производства ). [c.8]

Значительное место в достижениях отечественной электрохимии занимают работы но химическим источникам тока усовершенствованы марганцевые, щелочные и свинцовые аккумуляторы, созданы серебряно-цинковые и многие другие элементы и аккумуляторы, топливные элементы, позволяющие осуществлять непосредственное преобразование химической энергии в электрическую. [c.62]

За последние годы различными издательствами выпущено несколько книг о химических источниках тока, а также ряд монографий, посвященных некоторым проблемам преобразования химической энергии в электрическую с помощью топливных элементов . В них глубоко и с исчерпывающей полнотой рассмотрено современное состояние теоретических, экспериментальных и технологических исследований в данной области. Однако они рассчитаны на специалистов и непригодны для широкого читателя. Между тем основные идеи и положения, касающиеся данной проблемы, разработаны настолько полно, что стало вполне допустимым их популярное изложение. [c.6]

В современных топливных элементах осуществляется непрерывное поступление участников реакции горения (топливо и окислитель) и непрерывный отвод продуктов горения. Сама система остается практически неизменной и может быть приведена в действие в любой момент при подаче в нее топлива и окислителя и в любое время может быть законсервирована, если прекратить подачу в нее исходных веществ. Топливный элемент является, таким образом, аппаратом непрерывного действия. Эта особенность топливных элементов расширяет возможные области их применения по сравнению с обычными химическими источниками тока — первичными элементами и аккумуляторами. По схеме работы топливного элемента представляется принципиально возможным осуществить не только реакцию горения, но и многие другие химические превращения, например реакции гидрирования, замещения и т. п. В этом случае вместо обесцененных продуктов горения могут быть получены новые ценные вещества, а как побочный продукт — дешевая электрическая энергия. [c.496]

Первой и основной особенностью топливных элементов является возможность непосредственного преобразования химической энергий в электрическую с высоким коэффициентом полезного действия. Следует указать, что эта особенность, так же как и все изложенные выше термодинамические закономерности, относится не только к топливным элементам, но и к химическим источникам тока обычного типа — гальваническим элементам и аккумуляторам. В них, как это уже отмечалось ранее, также осуществляется прямое преобразование химической энергии активных веществ в электрическую [c.547]

На базе ионитовых мембран разрабатываются топливные элементы для создания малогабаритных, экономичных и надежных источников тока. В этом случае используется явление переноса ионов через мембрану с последующей электрохимической реакцией внутри или на поверхности мембраны и с превращением химической энергии в электрическую. [c.237]

Топливным элементом называется устройство, в котором энергия химической реакции может непосредственно и непрерывно преобразовываться в электрическую энергию. С одной стороны, в этом определении подчеркивается отличие топливных элементов от тепловых машин. Если в топливном элементе (как и в любом другом химическом источнике тока) окислительные и восстановительные реакции протекают па разных электродах с непосредственным получением электрической энергии, то в случае тепловых машин суммарная реакция окисления топлива и восстановления окислителя приводит к превращению химической энергии в тепловую энергию, которая преобразуется затем в механическую, а эта последняя в свою очередь — в электрическую. К.п.д. тепловых машин, как известно, ограничен к.п.д. цикла Карно. Топливный элемент лишен этого ограничения, что позволяет достичь максимального к.п.д., а практически 65—70%. С другой стороны, в отличие от гальванических элементов или аккумуляторов, которые требуют перезарядки, топливные элементы в условиях непрерывной подачи активных компонентов и отвода продуктов реакции позволяют обеспечить непрерывную генерацию электроэнергии. [c.5]

Но, с другой стороны, само по себе развитие теоретической электрохимии не вызвало бы такого внимания, если бы теоретические работы не были тесно связаны с решением новых прикладных задач. Назовем проблему топливного элемента, т. е. источника тока, в котором химическая энергия горючего непосредственно превращается в электрическую (с коэффициентом полезного действия значительно более высоким, чем при использовании химической энергии горючего в тепловых машинах), разработку способов получения электролизом металлов новой техники, таких, как титан и тантал, с удивительным сочетанием химической устойчивости и прочности, развитие новых методов защиты металлов от разрушения их коррозией новые методы электрохимической обработки металлов (электрополировка и электрохимическая размерная обработка) применение электрохимических преобразователей, превращающих механические сигналы в электрические и заменяющие полупроводники в области низких частот. Предпосылкой решения новых прикладных задач является углубленное проникновение в механизм электрохимического процесса. [c.150]

Топливные элементы относятся к классу химических источников тока, в которых химическая энергия реагентов (окислителя и восстановителя) непосредственно преобразуется в электрическую. От других химических источников тока ТЭ отличаются тем, что реагенты не являются их составной частью. Окислитель и восста- [c.10]

Топливными элементами называются электрохимические источники тока, в которых химическая энергия какого-либо топлива и окислителя, подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию. Электрохимическую систему топливного элемента схематически можно записать в следующем виде [c.284]

Аккумуляторы. Эта группа ХИТ отличается от первичных и топливных элементов электрохимической обратимостью электродов, и поэтому они являются химическими источниками тока многократного использования. Разряженный аккумулятор приводят в исходное энергетическое состояние пропусканием постоянного электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Число подобных зарядно-разрядных циклов может достигать десятков тысяч — для аккумуляторов одних типов и ограничиваться цифрой 5 —для других. [c.42]

Как известно, до сих пор ооновным источником энергии является химическая энергия различных видов топлива, в первую очередь угля, и нефти. Но на пути к потребителю она проходит через целую цепь превращений. Сначала она превращается в тепло при сгорании топлива, затем — в механическую работу двигателя и лишь после этого—,в электрический ток. На каждом таком этапе неизбежпо теряется значительная часть энергии. Сократить ЧИСЛО этих промежуточных стадий — значит намного уменьшить потери. Топливный элемент примечателен тем, что химическая энергия горючего здесь сразу превращается в электрическую энергию. [c.140]

Топаз — минерал из класса силикатов. Цвет зависит от примесей встречается бесцветный (прозрачный), желтый, голубой, фиолетовый, зеленый и розовый. Применяют Т. в стекловарении, электросталелитейных печах, производстве электрофарфора и других огнеупорных и керамических материалов. Благодаря высокой твердости Т. используют в качестве абразива. Прозрачные, красиво окраиден-ные кристаллы или гальки Т. издавна употребляются как драгоценные камни. Топливные элементы — химические источники тока, в которых энергия горения топлива (водород, спирты, альдегиды и др.) непосредственно превращается в электрическую энергию. Т. э. применяются в космических аппаратах, двигателях внутреннего сгорания, в военном деле. [c.137]

Однако развитие новых теоретических представлений само но себе не вызвало бы такого повышенного интереса к проблемам электрохимии, если бы не тесная связь между теорией и решением важных прикладных задач. Видное место среди них занимает проблема топливного элемента — источника тока, в котором химическая энергия горючего непосредственно превращается в электрическую. Коэффициент полезного действия, таких элементов намного превышает к.п.д. любых теплдвых машин, и здесь электрохимия активно помогает более полно использовать энергетические ресурсы человечества. [c.3]

Под топливным элементом несколько ограниченно понимают элемент, в котором химическая энергия преобразуется непосредственно в электрическую за счет электрохимй-ческого окисления обычного топлива. Но, вообще говоря, это понятие охватывает любой элемент, в который непрерывно подаются реагенты и из которого непрерывно отводятся продукты реакции, так что он может давать электроэнергию неопределенно долго. Основным преимуществом топливного элемента перед другими источниками тока является, конечно, высокий к. п. д., которого в принципе можно достичь, преобразуя в доступную электрическую энергию изменение свободной энергии реакции. На практике для достижения высокого к. п. д. нужно, чтобы были низкими внутреннее сопротивление элемента и перенапря-жение (см.) у каждого из электродов. [c.196]

Электрохимия изучает закономерности превращения электрической энергии в химическую (при электролизе) и обратный процесс (при работе гальванических элементов). Так как эти процессы со-верщаются за счет изменения состояния ионов и связаны с нарушением ионных равновесий, то электрохимия изучает также вопросы электропроводности электролитов, ионных равновесий и кинетики электродных процессов. Прикладная электрохимия ставит своей задачей использование электрохимических явлений для получения различных веществ электролизом расплавов или растворов (в частности, электрометаллургия), для нанесения защитных или декоративных покрытий на металлы (гальваностегия), для разработки и усовершенствования химических источников тока (аккумуляторы, химические и топливные элементы) и т. д. [c.197]

Обычные гальванические элементы в принципе тоже являются топливными элементами, так как в них химическая энергия непосредственно преобразуется в электрическую. Существенные недостатки химических источников тока — прерывистость в работр и использование дорогих реагентов цинка, свинца, серебра и др. [c.232]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология