Тепловая машина и топливный элемент

В рассматриваемом случае AG = —56,69 ккал/моль и, следовательно, только приблизительно 11 ккал/моль переходит в тепло. Этот пример показывает, что вообще энергию, освобождающуюся при горении природных видов топлива, выгоднее непосредственно преобразовывать в электрическую, так как к. п. д. тепловых машин и тепловых электростанций невелик. Описанный водородно-кислородный элемент является примером так называемых топливных элементов. Работы по созданию таких элементов получили в последнее время широкое развитие в связи с новыми задачами техники. В этих элементах топливо и окислитель должны храниться отдельно и подаваться к электродам, на которых осуществляются электрохимические реакции. При этом элемент может работать непрерывно, если к нему подводятся реагенты и отводятся продукты реакции, что особенно удобно при использовании жидких и газообразных веществ. В принципе возможно вместо сжигания угля использовать реакцию С (т) + + О2 (г) = СОа (г) для получения электрического тока. [c.154]

Термодинамический коэффициент полезного действия топливного> элемента определяется, как и для тепловой машины, отношением работы, которую может дать элемент, к тепловому эффекту реакции. При этом получается [c.489]

В рассматриваемом случае АС =—237,2 кДж/моль и, следовательно, только —47 кДж/моль переходит в тепло. Этот пример показывает, что вообще энергию, освобождающуюся при горении природных видов топлива, выгоднее непосредственно преобразовывать в электрическую, так как к. п. д. тепловых машин и тепловых электростанций невелик. Описанный водородно-кислородный элемент является примером так называемых топливных элементов. [c.205]

Тепловая машина и топливный элемент [c.97]

По всей вероятности, топливные элементы будут играть важную роль также на транспорте (электрокары, автомобили, локомотивы, суда). При этом очень существенно, что их к. п. д. не зависит от мощности в отличие, например, от паровых турбин, которые имеют тем выше к. п. д., чем больше их мощность. Гальванические элементы, как и электромоторы, хорошо переносят кратковременные перегрузки, следовательно, при проектировании эти перегрузки можно не учитывать. Тепловые же двигатели нельзя перегружать, поэтому они должны быть рассчитаны на более высокую пусковую нагрузку. Применение аккумуляторов может дать возможность использовать часть энергии торможения вместо тормозных колодок предлагается для торможения транспортного средства применять его собственный электродвигатель, который включают как динамо-машину, и полученным током частично подзаряжают аккумулятор. При торможении транспортных средств, приводимых в действие тепловыми двигателями, их кинетическая энергия полностью превращается в тепло и рассеивается в окружающую среду. Большое преимущество топливных элементов по сравнению с тепловыми генераторами состоит в том, что они не загрязняют воздуха и не отравляют биосферы. [c.245]

В отличие от тепловых машин, в топливных элементах химическая энергия непосредственно, без промежуточной тепловой стадии, превращается в электрическую [c.488]

Практический к. п. д. существующих в настоящее время топливных элементов значительно ниже теоретического (составляет 50— 80%), но все же он значительно превышает к. п. д. тепловых машин. [c.490]

Развитие техники поставило новые требования к источникам тока. Необходимо увеличение удельной мощности, к. п. д., срока службы и т. д. В связи с этим большой интерес представляют электрохимические генераторы (ЭХГ), создаваемые на основе топливных элементов. По сравнению с аккумуляторами ЭХГ имеют более высокие энергии на единицы массы и объема, по сравнению с гальваническими элементами — более высокие удельные энергии, срок службы и более низкую стоимость получаемой энергии, по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и тепловыми машинами ЭХГ имеют более высокий к. п. д. и другие достоинства. [c.3]

Отсюда возникает идея использования электрической энергии непосредственно в районе ее выработки для электролитического разложения воды с последуюш ей транспортировкой его потребителю по трубопроводам. А дальше водород может быть использован па транспорте, может быть сожжен в тепловых машинах с превраш епием в электроэнергию либо, наконец, использован для получения электроэнергии в топливных элементах. [c.87]

Топливным элементом называется гальванический элемент, в котором в качестве активного материала отрицательного электрода используется либо природное топливо (например, природный газ, содержащий углеводороды), либо вещество, которое легко может быть получено из природного топлива (водород, окись углерода, генераторный газ, водяной газ и т. д.). Активным материалом положительного электрода чаще всего служит кислород из воздуха или чистый кислород. Общая токообразующая реакция сводится к окислению топлива, т. е. аналогична обычной реакции горения топлива в тепловых машинах однако в отличие от тепловой машины в топливном элементе окисление топлива и восстановление кислорода происходит электрохимиче ским путем на разных электродах и энергия реакции выделяется непосредственно в виде электрической энергии. [c.216]

В 1894 г. В. Оствальд [Л. 5] впервые научно сформулировал проблему топливных элементов, т. е. указал на принципиальную возможность использования топлива в электрохимических реакциях со значительно более высокими значениями к. п. д., чем в тепловых машинах. Этой проблемой сразу заинтересовались многочисленные исследователи, вложившие большой труд в вопросы практической реализации топливных элементов. Если в более старых работах в качестве топлива использовался преимущественно водород, то в начале XX в. были сделаны разные попытки использования других, более дешевых видов топлива, как, например, окиси углерода или даже твердого угля. Обширные исследования были проделаны, в частности Э. Бауром, посвятившим почти 40 лет своей научной деятельности проблеме топливных элементов [Л. 6]. [c.218]

Проблема топливного элемента издавна привлекает исследователей из-за принципиальной возможности более полного использования химической энергии топлива. При осуществлении реакции окисления (горения) топлива в любой тепловой машине из общего количества 220 [c.220]

В отличие от тепловых машин, в топливных элементах при непосредственном превращении химической энергии топлива в электрическую (без промежуточного выделения тепловой энергии) к. п. д. уже не зависит от разности температур в установке. При изотермическом протекании процесса (т. е. при сохранении постоянной температуры во всех точках реакционной зоны) в электрическую энергию в пределе может быть превращена вся свободная энергия химической реакции (—AG) максимальная теоретическая величина к. п. д., таким образом, составляет [c.221]

Как будет видно из дальнейшего, практическое значение к. п. д. топливных элементов ниже максимального значения, даваемого вторым уравнением, точно так же, как и для тепловой машины практический к. п. д. ниже значения, даваемого первым уравнением. Снижение к. п. д. (при отсутствии потерь активных материалов по конструктивным причинам или вследствие побочных реакций) обусловлено тем, что рабочее напряжение элемента и всегда ниже теоретического значения его электродвижущей силы Е. [c.222]

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]

По существу топливный элемент представляет собой разновидность гальванического элемента, в котором активным материалом отрицательного электрода ( горючего ) служит обычное топливо (например, природный газ) или вещество, легко извлекаемое из природного топлива (водород, окись углерода, генераторный газ, водяной газ и т. д.). Б качестве положительного электрода чаще всего используют кислород воздуха или чистый кислород. Токообразующая реакция сводится к окислению топлива, т. е. она аналогична процессу сгорания топлива в тепловой машине. Но в отличие от тепловой машины, процессы окислеиия топлива и восстановления кислорода в топливном элементе пространственно разделены, благодаря чему энергия реакции выде- [c.98]

Топливйые элементы имеют еще и Другую аналогию с тепловыми машинами. Как и в последних, основой топливного элемента является устройство, в котором происходит реакция окисления активные вещества (топливо и окислитель) хранятся отдельно и подводятся к элекпродам элемента (постепенно, по /мере необходимости. Так как в большинстве случаев активные вещества представляют собой газы или жидкости, такой постепенный подвод является очень удобным и позволяет элементу работать сколь угодно долго, пока подвод активных материалов не прекратится. В этом существенное отличие топливных элементов от других типов химических источников тока, где электроды содержат определенный запас активных материалов, после израсходования которого источник тока либо полностью теряет работоспособность, либо (в случае аккумуляторов) должен быть заряжен. [c.217]

Топливные гальванические элементы, В гальванических элементах и аккумуляторах свободная энергия токообраэующей окисли-тельно-восстановительной реакции непосредственно превращается в электрическую. В энергетическом отношении этот процесс много выгоднее, чем преобразование химической энергии топлива в электрическую с помощью тепловых машин. И все-таки электроэнергия преимущественно получается тепломашинным способом, что объясняется главным образом непрерывностью и относительной просто- [c.228]

TOB реакции, поддержания и регулирования температуры в элементах, а также преобразования тока и напряжения, называют электрохимической энергоустановкой. Электрохимические энергоустановки обеспечивают прямое преобразование химической энергии в электрическую и имеют более высокий КПД (примерно в 1,5-2,0 раза) по сравнению с тепловыми машинами. Кроме того, они существенно меньше загрязняют окружающую среду. Наиболее разработаны кислородно-водородные энергоустановки, которые уже применяются на космических кораблях. Они обеспечивают космический корабль и космонавтов не только электроэнергией, но и водой, которая является продуктом реакции в топливном элементе. Удельная энергия этих установок составляет 400-800 Вт ч/кг, а КПД — 60-70%. Построены и испытаны электрохимические энергоустанов1Ш и электростанции мощностью от 40 кВт до 11 МВт, работающие на природном топливе. В последние годы большое внимание уделяется разработке электрохимических энергоустановок для электромобилей, работающих на водороде или метаноле (см. 15.2). [c.306]

Первоначальная идея топливного элемента, выдвинутая известным физико-химиком В. Оствальдом (1894), заключалась в получении дешевой электроэнергии прн электрохимическом сжигании угля. Действительно, машинный способ получения электроэнергии по схеме паровой котел — паровая турбина—генератор тока и в наше время технически сложен и недешев. Последовательное превращение химической энергии угля в тепловую, а затем в механическую и в электрическую энергии сопровождается в лучшем случае потерей 60— 70% исходной энергии топлива, сто лет назад эти потери превышали 90%. Получение энергии постоянного тока безм а шинным способом непосредственно из угля и кислорода воздуха сулило гигантскую экономию топлива, поскольку на начальном этапе развития ТЭ предполагался КПД превращения ДЯ- -Д1Г, близкий теоретическому. [c.149]