Процессы в топливных элементах

Скелетные катализаторы используют в процессах гидрирования сахаров, жиров, фурфурола, многоядерных хинонов и т. д. Кроме того они являются составной частью электродов низкотемпературных топливных элементов, предназначенных для преобразования химической энергии в электрическую [119, 186, 187]. Материалами для получения скелетных контактов служат двух- или [c.165]

Водород используют в больших количествах для синтеза аммиака и метилового спирта, для гидроочистки нефтепродуктов, в процессах гидрокрекинга, гидрирования бензола в циклогексан, оксо-синтеза и др. Жидкий водород служит топливом для космических ракетных двигателей. Водород применяют как заш итную среду и восстановитель при ведении ряда металлургических процессов. В топливных элементах преобразуют химическую энергию водорода в электрическую. [c.6]

В последнее время большое внимание уделяется созданию так называемых топливных элементов. В топливных элементах энергия химических реакций, выделяющаяся в процессе окисления топлива, непосредственно преобразуется в электричество. Коэффициент полезного действия таких топливных элементов вдвое превышает коэффициент полезного действия паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания и достигает 80%. [c.83]

Существуют четыре основных вида электрогенерирующего оборудования, отапливаемого газом парогазовая турбина, газовый двигатель, газовая турбина и топливные элементы. В первых трех осуществляются процессы окисления углеводородов воздухом и преобразования тепловой энергии продуктов сгорания в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую энергию. Топливные элементы принципиально отличаются от остальных видов электрогенерирующего оборудования тем, что в них в процессе электрохимического окисления топлива осуществляется прямая генерация электроэнергии. Теоретически топливные элементы должны быть гораздо экономичнее тепловых преобразователей энергии. [c.329]

Другое важное направление — создание двигателей с топливными элементами (с использованием в качестве топлива водорода и кислорода) и атомных двигателей. Использование атомных двигателей окажет серьезное влияние на потребление котельного топлива, доля которого в общем производстве нефтепродуктов сократится. Нефть будет использоваться в большей степени для производства моторных топлив, масел, сырья для нефтехимии, что позволит увеличить глубину ее переработки й отразится на составе процессов. В конечном итоге это приведёт к росту мощности вторичных процессов — гидрокрекинга, коксования и др. [c.60]

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]

В табл. 1-1 приведена классификация топливных элементов. Они подразделяются на элементы прямого действия, в которых активными веществами служат поступающие к электродам топливо и окислитель (обычно кислород), и элементы с регенерацией активных веществ, участвующих в работе в ограниченном количестве. Топливо и окислитель в этом случае обычно расходуются в процессах, связанных с регенерацией. [c.48]

Орбитальная станция Салют-6 , на которой Л. И. Попов и В. В. Рюмин установили в 1980 г. рекорд продолжительности космического полета (свыше 184 суток), имеет замкнутую систему энергоснабжения, которая включает питание корабля энергией за счет работы солнечных батарей и топливных элементов. Составьте схему энергообмена аккумуляторов станции, учитывая, что солнечные батареи и топливные элементы работают попеременно, а приборы-потребители — постоянно. К какому виду термодинамических процессов следует отнести действие аккумуляторов станции, если степень заряженности их изменяется и временами принимает исходное значение Температура иа станции поддерживается постоянной. [c.67]

При действии топливных элементов (см. разд. У.12), изменение энтальпии системы, происходящее в результате горения топлива, полностью преобразуется в электрический ток (электрическую энергию), а теплота процесса отсутствует. Что можно сказать в этом случае о тепловом эффекте реакции — теплоте сгорания [c.82]

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]

Кислородно-водородный элемент со щелочным электролитом — один из наиболее перспективных современных топливных элементов. Его преимущества заключаются в относительной простоте конструкции, высокой степени надежности, возможности использовать газы без специальной очистки и при низком парциальном давлении, включая использование атмосферного кислорода. Электрохимический эквивалент кислорода значительно ниже, чем у других катодных активных материалов — 0,298 г/(А-ч), а электрохимический эквивалент водорода составляет всего 0,038 г/(А-ч). Кроме того, этот элемент сохраняет достоинства лучших топливных элементов других систем непрерывность работы в течение относительно длительного времени, отсутствие вредных выделений, высокий коэффициент использования активных веществ, стабильность напряжения в процессе разряда как показатель стационарности системы. [c.256]

Топливные элементы. Для непосредственного преобразования тепловой энергии сгорания топлива в электрическую служат топливные элементы. Топливный элемент работает благодаря непрерывно поступающим в него и разделенным в пространстве электролитом окислителю и восстановителю. Проходя через пористые электроды, изготовленные из спрессованного графита, и контактируя с электролитом, восстановитель окисляется, а окислитель восстанавливается. Разность электродных потенциалов определяет напряжение элемента. Электролитом может служить раствор кислоты или щелочи, расплав соли. В качестве окислителей берут кислород или воздух, а как восстановители берутся водород, горючие г азы или жидкости. Электродные процессы при работе топливного элемента состоят из двух полуреакций окислительно-восстановительной реакции. Например, в водородно-кислородном топливном элементе с раствором щелочи в качестве электролита протекают следующие процессы [c.683]

Существует тесная взаимосвязь между теоретической электрохимией и такими разделами прикладной электрохимии, как гальванотехника, защита от коррозии, создание новых электрохимических источников тока и хемотронных устройств. Роль электрохимической кинетики для решения прикладных задач в этих областях возрастает с каждым годом. Вместе с тем потребности практики являются мощным стимулом для дальнейшего развития теоретических направлений. Так, загрязнение окружающей среды коррозионно-активными агентами, широкое использование новых металлов и сплавов, зачастую достаточно дорогих, в современных технике и строительстве все более остро ставят проблему защиты металлических конструкций от коррозии. Это способствует постановке новых задач при теоретическом исследовании коррозии и пассивности металлов. Значительный интерес к явлениям адсорбции и кинетике электродных процессов на платиновых металлах был вызван в первую очередь практическими работами по созданию топливных элементов. [c.390]

Значительный интерес к явлениям адсорбции и кинетике электродных процессов на платиновых металлах был вызван в первую очередь практическими работами по созданию топливных элементов. [c.405]

Работы по созданию топливных элементов дали толчок развитию двух теоретических направлений современной электрохимии теории пористых электродов и электрокатализу. Пористый электрод представляет собой совокупность контактирующих друг с другом твердых частиц с электронной проводимостью и пустот между частицами (пор). Применение пористых электродов позволяет сосредоточить в небольшом объеме сравнительно большую поверхность для протекания электродных реакций. При подаче газообразных окислителя или восстановителя электрохимические процессы протекают на таких участках пористых электродов, которые доступны как для реагирующего вещества, так и для раствора. Эффективность работы газового пористого электрода зависит, таким образом, от распределения электролита и газа в порах. Теория пористого электрода описывает кинетику процессов в пористых средах с учетом транспортных и непосредственно электрохимических или химических стадий для выбора оптимальной структуры электрода. [c.220]

Достаточно высокие характеристики топливных элементов могут быть достигнуты лишь при использовании каталитически активных материалов, ускоряющих электродные процессы. Так, наиболее эффективными катализаторами для водородного и кислородного электро- [c.220]

В четвертой и пятой главах были рассмотрены электродные процессы в растворах органических соединений, в ходе которых органическое вещество не претерпевает электрохимических превращений, а, адсорбируясь на электроде, влияет на скорость электродного процесса с участием неорганических ионов или молекул. Последующие главы посвящены изложению современных представлений об электродных превращениях самих органических соединений. Такие процессы лежат в основе электросинтеза органических веществ и работы электрохимических генераторов электрической энергии — топливных элементов с органическим горючим. [c.188]

Работа топливных элементов или электролизеров для органического электросинтеза протекает в стационарных условиях. Поэтому измерения стационарных поляризационных кривых представляют наибольший интерес для разработки теории практически важных процессов. В дальнейшем основное внимание уделяется электрокаталитическим процессам в стационарных условиях в водных растворах электролитов. [c.270]

На основе примесных электролитов сконструированы датчики для определения содержания кислорода в ходе некоторых металлургических процессов. Эти электролиты применяются также в высокотемпературных топливных элементах. [c.108]

Никель.— один из лучших катализаторов в органических синтезах. В последние годы в качестве катализатора ои проник и в область электрохимических процессов. Наибольшее значение имеет каталитическое окисление водорода в топливных элементах. [c.400]

Процессы прямого превращения химической энергии в электрическую и обратно называются электрохимическими процессами. Электрохимические процессы можно разделить на две основные группы 1) процессы превращения химической энергии в электрическую (процессы в гальванических и топливных элементах) 2) процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз). [c.183]

Топливные элементы и электрохимические генераторы. Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы получили название топливных элементов. [c.361]

Химия как наука возникла более 200 лет назад в результате познания состава веществ, выяснения их строения, зависимости свойств,от состава и строения, условий и механизмов протекания химических реакций, что позволило не только раскрыть содержание или сущность химических процессов, но и научиться управлять синтезом новых материалов и источников энергии. Полимерные материалы, пластические массы, химические источники энергии (гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы) были созданы в результате успехов теоретической химии (химической теории строения органических соединений и теории окислительно-восстановительных потенциалов), а также техники. [c.6]

В результате познания состава веществ, выяснения их строения, зависимости свойств от состава и строения, условий и механизмов протекания химических реакций возникла химия как наука, которая позволила не только раскрыть содержание или сущность химических процессов, но и научиться управлять синтезом новых материалов и источников энергии. Полимерные материалы, химические источники энергии (гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы) были созданы в результате успехов теоретической химии (химической теории строе- [c.6]

Наиболее кардинальным решением проблемы защиты воздушного бассейна является разработка новых методов преобразования энергии, обеспечивающих безвредные выбросы. Одним из таких методов является электрохимический, который обеспечивает прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую. Процесс преобразования энергии происходит в топливных элементах (см. XVI. ). Предварительно природный газ или уголь подвергается обработке, обычно водяным паром, при этом получается газ с высоким содержанием водорода, который затем подается в топливный элемент. Так как в топливном элементе окислитель и восстановитель пространственно разделены, то не происходит их прямого взаимодействия, поэтому [c.390]

Максимально возможное напряжение такой системы составляет около 1,2 в. Основную трудность при конструировании топливных элементов представляет обеспечение достаточной скорости протекания электродных процессов. [c.208]

Если еще учесть, что в топливном элементе могут иметь место потери активных материалов из-за побочных процессов, те полный коэффициент полезного действия по отношению к возможной теплоте сгорания топлива будет равен [c.565]

Аналогичные результаты были получены при изучении реакции электровосстановления кислорода. Эта реакция играет важную роль в процессах коррозии металлов и при работе элементов с воздушной деполяризацией. Интерес к ней особенно возрос в последние годы в связи с проблемой нелосредствениого превращения химической энергии в электрическую при помощи топливных элементов. В настоящее время выяснены основные кинетические особенности реакции восстановления кислорода в кислых и щелочных средах (Н. Д. Томашев, А. И. Красильщиков, 3. А. Иофа, В. С. Багоцкий и др.). Так, электровосстановление кислорода на ртути, серебре и золоте оказалось возможным описать следующими уравнениями [c.441]

Пользуясь законами электрохимии, можно конструировать и создавать гальванические элементы и батареи, позволяющие получать электрическую энергию в небольщих количествах в нужном месте, а также использовать электрическую энергию для проведения желаемых химических реакций. Примерами таких процессов являются электроосаждение и рафинирование меди. Электрохимические реакщш могут также использоваться в целях предотвращения коррозии металлов с низкими восстановительными потенциалами. Однако пока еще не удалось создать дешевой и легкой аккумуляторной батареи с большой плотностью энергии, а также электрохимических топливных элементов, работающих на широко доступных веществах. [c.195]

До изобретения динамомашины гальванические элементы являлись одним из наиболее доступных источников получения электрического тока. После того как были изобретены и введены в практику механические источники тока, стало возможным получать электроэнергию в больших количествах и настолько дешевле, что гальванические элементы сохранили значение источников тока только в некоторых вспомогательных устройствах в виде сухих батареек, аккумуляторов и пр. Однако в последние годы интерес к гальваническим элементам как к источникам тока вновь сильно возрос в результате накопления нового богатого экспериментального материала, заключающегося в разработке проблемы так называемого топливного элемента. Этим термином обозначают гальванические элементы, с помощью которых энергию, выделяющуюся при реакции окисления горючего, получают непосредственно в вицё электрического тока. Идея такого элемента была впервые выдвинута (1877) П. Н. Яблочковым. В настоящее время ведется работа по изысканию технически приемлемых форм такого элемента. При положительном решении этой проблемы к, п. д. элемента мог бы быть много выше, чем к. п. д. процесса сжигания топлива в топках паровых котлов или цилиндрах моторов. Безусловно интенсивное изучение различных вариантов решения этой проблемы должно завершиться успехом. [c.431]

Такое протнпоречие получается вследствие того, что остался неучтенным еще одни вид работы — полезная работа химической реакции Л, которая может быть получена, напримгр в виде работы электрического тока ирп осуществлении процесса п гал] ваиичегком элементе (водород-кислоро.цмый топливный элемент). Для дан-иого процесса Л > О, причем Л,, <Л. [c.103]

Взаимодействие водорода с кислородом может протекать со значительной скоростью и при невысоких температурах, если используются соответствующие катализаторы, Именно к этому сводится процесс электрохимического горения водорода в водород-кислород-ных топливных элементах. Самопроизвольное протекание такого процесса при р = onst свидетельствует [c.116]

Создание целого ряда источников тока, в частности электрохимических генераторов на углеводородном горючем, непосредственно упирается в необходимость увеличения скоростей соответствующих электродных процессов. Поэтому одним из важных направлений современных электрохимических исследований в области топливных элементов является изыскание новых эффективных и малодефицитных катализаторов. [c.227]

Многие практически важные электрохимические процессы (производство алюминия, магния, щелочных металлов, свободных галогенов, рафинирование металлов и др.) осуществляют в расплавах электролитов. Расплавы электролитов используют также в ядерной технике и в топливных элементах. Основными составными частями расплавленных электролитов являются ионы, на что указывает прежде всего высокая электропроводность расплавов. Поэтому расплавленные электролиты называют ионными жидкостями. Ионные жидкости можно разбить на два класса 1) расплавы солей и их смесей 2) расплавы окислов и их смесей. Этот класс ионных жидкостей приготавливают смещением окислов неметаллов (SiOj, [c.89]

Пособие, написанное учениками основоположника современной пюретическон электрохимии академика А, Н, Фрумкина, посвящено наложению теоретических основ электродных процессов в растворах органических веществ. Актуальность рассматриваемых проблем С1 язана с широким применением органических соединений в прикладной электрохимии для регулирования свойств электролитических покрытий и ингибирования коррозии, в органическом электросинтезе, в топливных элементах и химических источниках тока, В книге изложены методы изучения адсорбции органических соедпненггй и закономерности обратимой и необратимой адсорбции на электродах, влияние обратимой адсорбции на две стадии электродного процесса — массопереноса и разряда — ионизации, закономерности электрохимических реакций с участием органических соединений. [c.2]

По прогнозам ряда ведущих ученых роль электрохимии в народном хозяйстве будет возрастать. Считают даже, что по мере истощения запасов природного топлива человечество вступит в атомно-электрохимическую эру. Электроэнергия, вырабатываемая атомными электростанциями, будет использоваться тогда для генерации водорода электролизом воды, водород заменит природный газ и углеводороды и будет применяться в водородно-кислородных топливных элементах. Будут реализованы на практике процессы электролиза воды в фотоэлектрохимических системах, преобразующих солнечную энергию. Возрастет роль химических источников тока, удельные характеристики которых будут приумножены. Электрохимия, станет основой многих экономичных н экологически чистых технологических процессов, а разработанные электрохимикам методы навсегда покончат с проблемой коррозии. Ученые познают природу электрохимических процессов в живом орг ч из.ме и поставят достижения биоэлектрохчмин на службу человечеству. [c.286]

Этим термином определяются гальванические элемшты, в которых осушествляется реакция окисления тазообразного, жидкого или твердого топлива и которые дают возможность получить энергию, выделяющуюся в этой реакции, непосредственно в виде электрического тока. Нахождение технически приемлемых форм топливного элемента позволило бы значительно повысить к. п. д. процесса по сравнению с обычно принятыми методами использования горючего для паровых котлов, турбин и т. п. [c.139]

Есть и другой тип — высокотемпературные элементы. В них вместо водного раствора электролитом служит расплавленный или твердый проводник, в котором ток переносят не электроны, а заряженные атомы или группы атомов. Подобные элементы рассчитаны на работу при 600—900 °С. При таких относительно высоких температурах электрохимические реакции идут быстрее и по1до брать материал электродов довольно просто. У высокотемпературных элементов есть важное преимущество. В них можно использовать более широкий круг горючих, в том числе особенно перспективное. горючее — окись углерода в виде генераторного газа. Он будет окисляться на отрицательном электроде в углекислоту, которую можно затем сиользовать для газификации твердого топлива и получения из него новых порций генераторного газа. Топливо при этом подогревается избыточным теплом, выделяющимся три работе элемента. Такой круговой процесс позволяет использовать в топливном элементе, [c.140]

Топливные элементы и электрохимические эиергоустановки. Если окислитель и восстановитель хранятся вне элемента и в процессе работы подаются к электродам, которые не расходуются, то элемент может работать длительное время. Такие элементы называют топливными. В топливных элементах химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя, непрерывно и раздельно подаваемых к электродам, непосредственно превращается в электрическую энергию. Удельная энергия топливных элементов зачительно выше гальванических. В топливных элементах используют жидкие или газообразные восстановители (водород, гидразин, метанол,углеводороды) и окислители (кислород и пероксид водорода). [c.411]

Однако природные виды топлива нефть, природный газ и особенно уголь окисляются в низкотемпературных топливных элементах с очень малыми скоростями, т. е. практически не окисляются. Процесс электроокисления этих видов топлива значительно ускоряется в высокотемпературных топливных элементах, работающих при 500 °С и выше. В таких элементах, естественно, не могут применяться водные растворы электролитов, поэтому используются или расплавленные соли, или твердые ионные проводники — твердые электролиты, например смесь 2гОг и СаО. Основная проблема в разработке высокотемпературных элементов — это повышение срока их службы. [c.412]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология