Проблема создания топливного элемента

Химия играет важную роль в решении энергетической проблемы (химические источники тока гальванические и топливные элементы, аккумуляторы), в создании соответствующих материалов для электротехнической промышленности и атомной энергетики (проводники и изоляторы полупроводники материалы и горючее для атомных реакторов и т. п.). [c.182]

Электрохимия органических соединений относится к числу интенсивно развивающихся областей науки. Интерес к ней повышается вследствие того, что электрохимический путь часто обладает рядом преимуществ перед другими методами получения органических веществ. Более того, для получения некоторых продуктов электрохимический метод является, по существу, единственно возможным. В связи с проблемой создания топливных элементов — прямых преобразователей химической энергии в электрическую — особое значение приобрело исследование электроокисления органических соединений. [c.3]

В.В. Монблановой в 1934. Как самостоят. научное направление Э. сформировался в бО-х гг. 20 в. в связи с проблемой создания топливных элементов. Широкое развитие работ по Э. вызвано прежде всего запросами практики. Активные и селективные электрокатализаторы необходимы для создания высокоэкономичных Процессов электролиза (в произ-вах водорода, кислорода, хлора и т. д.) и электрохим. генераторов (водород-кислородных, на орг. топливе и др.), дпя проведения и интенсификации электросинтеза орг. и неорг. соед., разработки разнообразных датчиков (в т. ч. мед. назначения), решения проблем экологии. [c.428]

Проблема создания топливного элемента [c.50]

Проблема создания топливных элементов, т. е. устройств для непрерывного прямого преобразования химической энергии различных видов топлива в энергию электрическую, неразрывно связана с решением многочисленных теоретических вопросов, в частности, вопросов кинетики и механизма ряда электрохимических процессов, подбора оптимальных катализаторов для этих процессов, механизма работы пористых электродов. Многочисленные публикации (статьи, обзоры, монографии), появившиеся в последние годы, свидетельствуют о все увеличивающемся размахе теоретических исследований в этой области. Не будет преувеличением сказать, что создание топливных элементов не только является следствием больших успехов, которые достигнуты электрохимией за последнее время, но и во многом стимулировало и стимулирует дальнейшее ускоренное развитие ряда разделов электрохимии, а также других смежных отраслей науки. [c.3]

В монографии изложена теория капиллярного равновесия и гистерезиса в пористых средах. Подробно проанализированы капиллярные явления в модельных системах простой геометрии (мениск, капля и т. п.). Проведены экспериментальное и теоретическое исследования тонких пленок жидкости, стабилизированных градиентом поверхностного натяжения. Развита теория гидродинамического перемешивания в пористых катализаторах (гл. 2—6). Изложенные в этих главах результаты имеют общий интерес, а также используются в исследованиях электрохимических генераторов — топливных элементов. Фронт исследований, непосредственно связанных с проблемой создания топливного элемента, в течение последних лет неуклонно расширяется. Эта проблема, сложность которой становится все очевиднее, включает в себя три основных раздела. Первый — изучение электрохимической кинетики наиболее перспективных систем на гладких электродах. Второй — макрокинетическое исследование процессов в пористых средах, с учетом транспортных стадий и микрокинетики. И, наконец, третий — разработка технологии, инженерный расчет и конструирование батарей, вспомогательных устройств и систем автоматики. [c.3]

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]

Еще в 1839 г. Грове доказал возможность получения электрического тока за счет энергии реакции окисления водорода кислородом до воды. Это был первый топливный элемент. Спустя три года Грове даже создал батарею из водородно-кислородных элементов. Однако сам он не видел путей для практического использования своего изобретения. Сознательная постановка вопроса о прямом превращении химической энергии топлива в электрическую принадлежит англичанину Гору (60-е годы прошлого века). Энтузиастом технического решения этой проблемы спустя десять лет выступил П. Н. Яблочков. В 1894 г. немецкий электрохимик Оствальд назвал задачу создания топливного элемента центральной проблемой электрохимии. [c.98]

Тан началась новая эра в развитии топливных элементов. В наши дни работа по созданию топливных элементов приняла необычайно широкий размах. Только в США на них ежегодно тратятся десятки миллионов долларов. Большие успехи в создании топливных элементов достигнуты и у нас. В результате всего этого проблема топливного элемента, будучи уже далеко не молодой, расцвела заново. [c.100]

Основной идеей при создании топливных элементов было и остается решение проблемы непосредственного преобразования химической энергии в электрическую. Поэтому при использовании в качестве топлива углеводородов процесс их окисления ведут в основном до Og и НаО. Однако топливный элемент можно использовать и как химический реактор, который помимо электрической энергии вырабатывает и ценные химические продукты. В этой области сделаны только первые ша- [c.153]

Проблема использования топливных элементов для получения электроэнергии на крупных электростанциях приобретает существенное значение, так как создание среднетемпературных газовых топливных элементов находится на стадии завершения. [c.248]

В то время как 1960 г. был, вероятно, годом бурного развития работ над проблемой топливного элемента, в 1961 г. возникла лишь идея создания биохимического топливного элемента. Исследования некоторых типов топливных элементов были доведены до такой стадии, что дальнейшие усилия в этих направлениях не оправданы, по крайней мере в настоящее время. Так, например, редокс -система, по-видимому, является слишком сложной и требует чрезвычайно высокой степени очистки реагентов. Прогресс в других областях, особенно в области водородно-кислородных систем, сделает, по-видимому, возможным в следующем году испытание некоторых опытных образцов элементов в полете. [c.411]

До недавнего времени программа воздушных сил в основном предусматривала разработку имеющихся систем топливных элементов, а не носила исследовательский характер. В результате этого многие не решенные еще проблемы топливного элемента осложняли работу. К числу таких трудностей относятся плохие характеристики кислородного электрода, неудовлетворительные химические пары и отсутствие материалов для создания конструкций элементов. Сейчас прилагаются усилия, чтобы преодолеть эти трудности. [c.418]

Тш,ательное лабораторное исследование позволило решить проблемы соединения ряда отдельных элементов в компактные энергетические установки. В результате этого были созданы батареи, состояш,ие нз нескольких элементов, работаю-Ш.НХ на воздухе. Такое исследование привело к созданию первого практически применимого источника энергии в виде топливного элемента, работаюш,его на воздухе. [c.432]

Третье направление в развитии современной электрохимии связано с проблемой создания так называемых топливных элементов. Эта проблема представляется особенно важной и актуальной и заслуживает более подробного рассмотрения. [c.487]

Третье направление в развитии современной электрохимии связано с проблемой создания так называемых топливных элементов. [c.544]

Сюда же примыкает и проблема фотохимических реакций с высоким коэффициентом полезного действии под влиянием солнечной энергии. II здесь поучительный пример дает нам природа. В растениях роль соответствующих катализаторов играют хлоропласты, запасающие. энергию в несколько квант, а затем использующие ее на процесс разложения воды и фотосинтез. Если бы нам удалось создать искусственные системы подобного тина, мы могли бы обеспечить высокий кпд процесса разложения углекислоты па СО и О2 или воды па Н2 и О2. Газы эти мы могли бы вновь соединить и воду и углекислоту в топливном элементе и таким образом превратить солнечную энергию в электрическую. Это очень интересная проблема будущего. Глубокие исследования в этом же направлении не исключают возможности путем изучения механизма работы мышц или нервов прийти к созданию соответствующих новых типов машин и счетно-решающих устройств. [c.20]

Исследование процессов ионизации газов в системе металл — газ — расплав карбонатов представляет интерес в связи с разработкой проблемы создания высокотемпературных топливных элементов, в которых в качестве топлива должны быть использованы дешевые виды органического топлива или продукты их переработки. Расплавы карбонатов ш,елочных металлов и их смесей являются наиболее приемлемыми электролитами для высокотемпературных топливных элементов. [c.88]

Таким образом, неудача попыток создания работающих топливных элементов была связана не с принципиальной порочностью самой идеи или с термодинамическими ограничениями, а с причинами кинетическими и конструктивными. Тем не менее эти затруднения оказались настолько существенными, что в 20-х—30-х годах рядом исследователей был сделан вывод о полной технической и экономической бесперспективности проблемы топливного элемента [Л. 9]. [c.219]

Большое внимание уделяется проблеме создания на основе топливных элементов автономных источников тока, применяемых в случаях отсутствия возможности присоединения к централизованной сети электроснабжения (в подводных лодках, самолетах, автомобилях и других транспортных устройствах, а также для питания различных устройств, расположенных далеко от линий электропередач). В этих областях применение топливных элементов является оправданным, если они обладают более высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками, чем другие источники энергии, применяемые для этих же целей (гальванические элементы, аккумуляторы, а также энергоустановки с двигателями внутреннего сгорания и др.). [c.247]

Последняя область применения продукции химической промышленности, представляющаяся перспективной для будущего, связана с радикальным изменением принципа энергоснабжения автомобиля. Интерес к аккумуляторному автомобилю, или электромобилю, идет волнами сейчас, в связи с улучшением экономической ситуации с жидким топливом, этот интерес пошел на спад. Однако совсем забывать об этой проблеме нельзя. Работы над созданием высокоэффективных топливных элементов в той или иной мере продолжаются. Экономически эффективное решение этой проблемы привело бы к серьезнейшим изменениям во всех элементах конструкции автомобиля. Но сейчас об этом можно говорить лишь в сослагательном наклонении. [c.8]

При создании автомобилей с топливными элементами недостаточная долговечность компонентов этих элементов (менее 5 ООО ч работы) большое время подготовки их к работе (6-20 мин) отсутствие инфраструктуры получения, хранения и распределения водорода или метанола и др. Причем эти проблемы настолько серьезны, что не дают оснований видеть перспективы массового внедрения этих силовых установок на транспорте в ближайшие 10-15 лет. [c.25]

Одно из важнейших практических приложений физики изотопов лёгких элементов связано с проблемой управляемого термоядерного синтеза. Речь идёт о разработке и создании промышленного термоядерного реактора — экономичного и относительно безопасного в сравнении с реакторами деления источника энергии. Немалая роль в этих работах отводится поиску оптимального состава ядерного топлива. Рассматриваются как одно-, так и многокомпонентные смеси лёгких элементов, однако окончательный выбор в пользу только одного топливного цикла ещё не сделан. Изучение свойств лёгких изотопов и возможности их наработки, понимание механизмов ядерных реакций между лёгкими ядрами и знание точных величин сечений этих процессов имеет при этом существенное значение. [c.233]

Создание недорогих катализаторов воздушных электродов остается одной из важнейших задач проблемы топливных и металловоздушных элементов. [c.92]

Еще в 1839 г. Грове получил ток от кислородно-водородного элемента. Однако он не представлял себе возможности практиче,-. ского использования подобного источника тока. Попытку создания топливного элемента, пригодного для практики, впервые осущест-5 вил Павел Николаевич Яблочков. Им были разработаны в 1895 г." элементы с газовыми электродами. Теоретические вопросы, связан- ные с созданием топливных элементов, изучали многие крупные зарубежные ученые — Оствальд, Нернст, Грубе и другие и СССР — Фрумкин и ряд ученых его школы. Особенно большое внимание разработке топливных элементов стали уделять после второй мировой войны. Над этой проблемой работает ряд коллек-] тивов исследователей. Однако применение топливных элементов, пока еще очень ограничено. В настоящее время называют топливными элементами все элементы, в которых активные материалы не заключены в самом элементе, а подаются в него непрерывно. Системы из топливных элементов и относящихся к ним вспомогательных устройств, например для регулировки давления газов, называют электрохимическими генераторами энергии. В качестве окислителя на положительном электроде в топливных элементах чаще всего используют кислород. Существуют элементы с жидкими окислителями — азотной кислотой и др., но они не получили пока распространения. Работа кислородного электрода была рассмотрена ранее. На отрицательном электроде в качестве активных веществ (топлива) используют газообразные (водород), жидкие (метанол, гидразин и др.) и твердые вещества. Некоторые виды топлива (метан, уголь) электрохимически инертны, их ионизация протекает так медленно, что практически процесс не осуществим без принятия специальных мер. Для ускорения реакции используют два способа электроды изготавливают из веществ, каталитически ускоряющих процесс, и работа ит при повышенных температурах. [c.352]

В. Ф. Стенин, индийский стажер Хира Лал, венгерский стажер Н. Лоханяи, студенты-дипломники и авторы настоящей статьи. Основное внимание в проведенных исследованиях уделялось вопросам природы потенциалов, возникающих в растворах органических веществ, адсорбции и механизма электроокисления органических соединений. Эти проблемы привлекают в последнее время внимание исследователей в связи с созданием топливных элементов. [c.196]

Большой теоретич. и экономич. интерес представляет создание топливных элементов. Как показывают расчеты по ур-нию Гиббса — Гельмгольца, для нек-рых реакций окисления топлива возможно 100%-ное превращение энергии горения в электрич. энергию. Однако нри применении термодинамич. расчетов предполагается осуществление реакций в топливном элементе в равновесных условиях, тогда как в действительности этп процессы протекают с низкими скоростями, что ограничивает кпд топливных элементов. Чтобы увеличить разрядные токи топливных элементов, используют электроды с развитыми поверхностями и стремятся различными способами ускорить электрохимич. реакции, подбирая материал электрода, состав электролита, повышая темп-ру и т. д. Исследование электродных процессов на электродах-катализаторах составляет предмет новой области науки — электрокатализа. Развитие электрокатализа во многом обязано быстрым темпам работ по созданию топливных элементов. Хотя проблема топливного элемента была выдвинута еще в прошлом веке, практич. успехи в ее разработке были достигнуты лпшь после второй мировой войны. [c.326]

Все обычные ХИЭЭ не свободны от двух недостатков. Во-первых, стоимость веществ, необходимых для их работы (иапример, свинца, кадмия), высока. Во-вторых, отношение количества энер-гни, которую может отдать элемент, к его массе мало. На протяжении последних десятилетий ведутся исследования, направленные на создание элементов, при работе которых расходовались бы дешевые вещества с малой плотностью, подобные жидкому или газообразному топливу (природный газ, керосин, водород и др.). Такие гальванические элементы называются топливными. Проблеме топливного элемента уделяется в настоящее время большое внимание и можно полагать, что в ближайшем будущем топливные элементы найдут широкое применение. [c.279]

Если без специальных технических знаний проанализировать практические шансы топливного элемента с коммерческой точки зрения, как это было впервые недавно проделано группой американских экономистов [24], то предпочтение будет отдано таким типам элементов, которые работают при температуре окружающей среды и невысоких давлениях газов ( мягкие условия реакции). О том, что такие элементы в принципе возможны, можно судить по жизнедеятельности организмов животных и людей. Если же обратиться к этой проблеме с физико-химической точки зрения, то ее можно охарактеризовать как проблему реакционной кинетики. С грубым приближением ее можно решить на основании анализа приведенного выше (см. разд. 1.31) выражения для константы скорости химических реакций k = ехр (—WIRT). Согласно этому выражению, можно, не уменьшая плотности тока и не увеличивая поляризации, снизить рабочую температуру с 900° К = 627° С до 300° К = 27° С, если при этом удастся втрое уменьшить энергию активации. В химии энергию активации обычно снижают путем введения соответствующих катализаторов. Поэтому отыскание и введение в электроды подходящих катализаторов является наряду с выбором быстро реагирующих топлив (как Н2) существенной частью работ по созданию современных топливных элементов. [c.38]

Отличительной чертой книги является щирота изложения проблемы, начиная с теоретического анализа процессов, идущих в топливном элементе, и кончая вопросами технологии изготовления электродов. Именно такая широта и позволила авторам прийти к оптимальному сочетанию геометрической структуры и химико-технологических параметров диффузионного электрода. Решение этого основного вопроса определило успех работы и позволило получить интересные результаты, имеющие практическое значение. Особенно следует отметить исследования по созданию надежных электродов для низкотемпературного водородно-кислородного топливного элемента, в известной мере решающих одновременно и проблему аккумулирования электроэнергии. [c.7]

Итак, мы потеряли почти че. =ертую часть энергии в холодильнике с комнатной температурой, вместо того чтобы использовать ее для полезной работы. Потери в реальном паровом котле на.много больше. Практически достижимый коэффициент полезного действия часто составляет 25% или меньше. Кроме того, приходится строить установки, рассчитанные иа высокие температуры и давления, со всеми вытекающими отсюда и )облемад1И. Поэтому не удивительно, что на поиски топливного элемента, который производил бы электроэнергию непосредственно из угля, затрачивается много усилий. Па пути создания такого элемента стоят две основные проблемы 1) уголь — плохой проводник электричества, и поэтому из него нельзя сделать хорошие электроды, 2 поверхностные явления, вследствие которых и угольный и кислородный электроды не являются обратимыми. Первая проблема сводится к минимуму графптизацией угля. Для второй проблемы удовлетворительное решение все еще не найдено, хотя время, которое затратили многие специалисты на попытки решить ее, исчисляется сотнями человеко-лет. Вполне вероятно, что эта проблема будет решена в течение следующего двадцатилетия, но никто еще не может указать путей ее решения. Однако после многих лет поисков — в основном методом проб и ошибок — становится ясно, что путем к решению проблемы являются фундаментальные исследования поведения молекул на поверхности. [c.92]

Проблема создания ТЭ давно интересует ученых многих стран. Первый водородно-кислородный ТЭ был создан еще в 1839 г. (У. Гроув). Однако этот элемент имел очень низкие характеристики, вследствие чего он не мог найти технического применения. Топливными элементами занимались П. Н. Яблочков (1887 г.), В. Оствальд (1894 г.), В. Нернст, Е. Баур и другие ученые. Важную роль в решении проблемы ТЭ сыграли работы О. К. Давтяна [Л. 1]. Существенные успехи в рещении проблемы ТЭ получены лишь в последнее время. Это обусловлено развитием теоретической электрохимии, особенно в области кинетики электродных процессов (А. Н. Фрумкин, Я. М. Колотыркин, Л. И. Антропов, П. Делахей, Дж. Бокрис), теории массопереноса, успехами в области химического катализа, металлокерамики и полимерных материалов. [c.9]