Принцип работы топливного элемента

Рис. 9-68. Принцип работы щелочного кислород-водородного топливного элемента.

В большинстве случаев гальванические элементы изготавливают в виде сухих батарей или батарей аккумуляторов. Принцип их действия рассматривается в ряде учебных пособий по физике, поэтому здесь будет описана лишь схема работы самого современного из гальванических элементов — топливного элемента [c.255]

Поскольку изменение энтропии может иметь как положительное, так и отрицательное значение, в принципе, максимальный к. п. д. может быть даже более 1 (>100%). В этом случае топливный элемент, обратимо работающий в изотермических условиях, для производства работы должен использовать не только энергию химической реакции, но и тепло окружающей среды. Максимальный коэффициент полезного использования энергии соответствует полному расходованию веществ, вступающих в реакцию в согласии с законом Фарадея и э.д. с. элемента, которая вычисляется по формуле Гиббса — Гельмгольца (см. стр. 418). [c.436]

Рис. 116. Схема и принцип работы топливного элемента

Принцип работы топливного элемента рассмотрим на примере [c.253]

Электрохимическое горючее (восстановитель) и окислитель (рис. 121) хранятся отдельно и по мере потребления поступают на электроды, где вступают в электрохимическую реакцию. Электроды непосредственно в реакции не участвуют, а выступают в роли катализатора. Специальная система обеспечивает отвод продуктов реакции из элемента. Поэтому в отличие от обычных химических источников тока топливный элемент в принципе может работать сколь угодно долго. [c.236]

Остановимся на принципах работы топливных элементов, которые находят все более широкое применение. В этих,элементах химическая энергия топлива непосредственно превращается в электрическую, минуя стадии тепловой и механиче- [c.250]

В средней строке схемы наглядно изображен принцип работы топливного элемента прямого действия, предложенный уже в 1894 г. Оствальдом [4]. Ниже объясняется, почему этот метод, в принципе позволяющий почти полностью преобразовать химическую энергию угля А" в электрическую Э, оказался слишком дорогим для обычной техники. [c.17]

Принцип работы топливного элемента рассмотрим на примере щелочного водородно-кислородного элемента (рис. 101). В этом случае используется окислительно-восстановительная реакция [c.206]

Принцип работы топливного элемента можно пояснить на примере водородно-кислородного элемента. В электролит с ионной проводимостью (серная кислота или калийная щелочь) погружены два платиновых электрода 1 (рис. 85). Один электрод омывается водородом (-f), другой — кислородом (—). При соединении обоих полюсов через нагрузочный резистор на каждую прореагировавшую молекулу водорода от отрицательного полюса элемента текут два электрона к положительному полюсу, на котором они вступают в.реакцию с адсорбированным кислородом. В отличие от обычного сгорания водорода и кислорода электрохимическое взаимодействие ( холодное горение происходит на двух отдельных друг от друга местах реакции. [c.101]

Авторы рассматривают водородную энергетику на базе топливных элементов, с которой связывается совершенствование систем энергоснабжения различных объектов - от сотовых телефонов и автомобилей до жилых домов и целых городов. Основное внимание сосредоточено на рассмотрении принципов работы топливных элементов и типов электрохимических генераторов на их основе. Обсуждаются новые способы получения водорода для питания электрохимических генераторов. [c.5]

ГРС представляет собой сло)йный комплекс, состоящий из производственных зданий, инженерных сооружений и технолб-гического оборудования, обеспечивающих прием, хранение, транспортировку, розлив сжиженного газа в сосуды и поставку его потребителям, а также зданий, сооружений и оборудования производственно-вспомогательного характера, гарантирующих функционирование энергетической, топливной, водопроводно-канализационной систем, автотранспортного хозяйства и других сооружений. ГРС обслуживает персонал, обученный и сдавший экзамены по Правилам безопасности в газовом хозяйстве , Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением Госгортехнадзора СССР и Правилам технической эксплуатации и техники безопасности в газовом хозяйстве РСФСР . С учетом того что технологические процессы по сливу, транспортировке, хранению, регазификации, наполнению сосудов сжиженным газом осуществляются под высоким давлением, при эксплуатации ГРС требуется особая осторожность. Надежность и безопасность работы ГРС зависит от правильной организации эксплуатации, знания эксплуатационным персоналом устройства и принципов работы инженерной системы ГРС в целом и ее отдельных элементов. [c.109]

Принцип работы топливного элемента [c.10]

Принцип работы простейшего топливного элемента рассмотрим на примере водородно-кислородного элемента (рис. 7). [c.188]

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]

Попутно отметим, что такой элемент в принципе может работать как высокотемпературный топливный элемент, в котором на один электрод подается окислитель, а на другой — восстановитель (подобные разработки проводятся). [c.178]

Принцип работы простейшего топливного элемента рассмотрим на примере водородно-кислородного элемента (рис. 7). В данном случае используется следующее уравнение окислительно-восстановительной реакции [c.221]

Поскольку энтропия может иметь как положительное, так и отрицательное значение, в принципе т]макс может быть даже более единицы (>100%). В этом случае топливный элемент будет работать охлаждаясь и используя тепло окружающей среды. Максимальный коэффициент полезного действия соответствует полному использованию веществ, вступающих в реакцию в согласии с законом Фарадея и теоретической э. д. с. элемента, которая может быть вычислена по формуле [c.564]

В электрически обогреваемых энергетических системах и ядерных реакторах используются поверхности теплообмена специальной формы, обладающие любопытными свойствами. В простейшем случае плотность теплового потока на поверхности теплообмена постоянна повсюду от входа до выхода следовательно, разность температур между обогреваемыми поверхностями и теплоносителем сохраняется приблизительно постоянной от входа до выхода, как на рис. 4.1, а. В большинстве ядерных реакторов наблюдается более сложное распределение температур, поскольку поток нейтронов обычно достигает максимального значения в центре реактора следовательно, тепловой поток стремится достичь максимального значения в средней части и уменьшается к входному и выходному сечениям. При этом распределение температур аналогично показанному сплошными кривыми на рис. 4.1, ж. Если максимально возможная температура теплоносителя на выходе определяется по заданной максимально допустимой температуре топливного элемента и коэффициенту теплоотдачи, то температура поверхности топливного элемента должна быть постоянной по всей высоте реактора. В идеальном случае температура теплоносителя экспоненциально увеличивается в направлении от входа к выходу, в то время как мощность на единицу площади экспоненциально уменьшается, начиная от входа в реактор. При этом распределение температур аналогично показанному на рис. 4.1, б. На практике для разрешения проблемы изготовления топливных элементов и работы реактора приходится искать компромиссный вариант распределения температуры по поверхности металла. Для приближения к условиям работы при постоянной температуре используется двухступенчатое устройство, распределение температур в котором показано на рис. 4.1, 3. В этом случае производится двухступенчатая загрузка топлива, так что на первых 60 % высоты реактора наблюдаются более высокие тепловые потоки по сравнению с остальными 40 %. В принципе можно осуществить конструкцию с любым количеством ступеней, но делать более двух или трех ступеней нецелесообразно. [c.74]

В топливных элементах ток вырабатывается при непрерывной подаче восстанавливающих (топливо) и окисляющих веществ и при непрерывном отводе продуктов реакции, так что состав элемента в процессе генерирования тока практически не меняется. В принципе работа ТЭ может быть основана на любом процессе окисления — восстановления. Поэтому теоретически возможно проводить окисление обычных горячих веществ таким образом, чтобы освобождающаяся химическая энергия полностью превращалась в электрическую, а не в тепловую как при обычном сжигании. Тем не менее, применение топливных элементов пока ограничено. Это связано с их весьма значительной стоимостью, ограниченным сроком службы. Кроме того, к. п. д. разработанных ТЭ еще недостаточно высок. [c.284]

Сконструированы также топливные элементы, использующие углеводороды и воздух, но мощность этих элементов на единицу веса слишком мала, чтобы их можно было применять в обычных автомобилях. Для повышения мощности требуются лучшие катализаторы. Топливные элементы в принципе дают возможность достигнуть высокой термодинамической эффективности в отношении использования изменений изобарного потенциала, происходящих в ходе реакции, для получения механической работы. Двигатели внутреннего сгорания в лучшем случае могут превратить в механическую работу только долю теплоты, 14 [c.203]

Принцип работы прибора заключается в следующем. Топливо со строго определенной начальной температурой 24° С подается под давлением газа из топливного бака через входной патрубок в нагревательный элемент и проходит по щелевому каналу. [c.93]

Поскольку во время работы гальванического элемента происходят процессы переноса электронов, такому переносу в принципе могут способствовать правильно выбранные катализаторы. Катализатор может принимать участие в процессе адсорбции, переносе электрона и в поверхностной реакции, и наилучшим катализатором будет тот, который повышает скорости адсорбций и поверхностной реакции. Однако катализатор не должен адсорбировать веш,ество с такой высокой теплотой адсорбции, которая затруднила бы образование активированного комплекса и последующее разложение его до конечных продуктов. Следовательно, при подборе катализаторов в данном случае приходится сталкиваться с теми же проблемами, что и при подборе катализаторов для газофазных реакций. С появлением топливных элементов были приложены большие усилия для решения некоторых трудно-поддающихся проблем катализа, таких, нанример, как подбор подходящего катализатора, который может действовать в условиях, соответствующих обратимому электроду, а именно в условиях химического равновесия и в присутствии электролита. [c.377]

На принципе водородно-кислородного топливного элемента создан ПИП для определения до 4 % водорода [689]. В этом ПИП в качестве рабочего электрода предложено использовать платинированное золото, а в качестве вспомогательного электрода хлорсеребряный электрод. Для обеспечения кулонометрического режима работы в ПИП к поверхности измерительного электрода за счет использования полимерной мембраны пропускают ограниченный объем электроактивного вещества. [c.96]

По вопросу топливных элементов в СССР издано несколько книг [Л. 1—8]. Однако лишь в трех из них [Л. 3, 6, 7] рассматривались некоторые вопросы работы ЭХГ. Кроме того, с момента выхода этих книг в оригинале прошло уже 6—10 лет, в течение которых ЭХГ получили значительное развитие. Поэтому возникла необходимость издания книг, описывающих общие принципы ЭХГ, их основ-ных подсистем, устройство и характеристики наиболее разработанных ЭХГ, области применения и перспективы разви-ния ЭХГ. [c.3]

Ресурс ЭХГ определяется ресурсом батареи ТЭ и вспомогательных систем. Топливный элемент, являясь статическим преобразователем энергии, не имеет движущихся частей, что в принципе обеспечивает долговечность и надежность его работы. Обычно срок службы ЭХГ определяется отравлением катализатора или нарушением гидродинамики и массообмена в ТЭ. Подача в ТЭ чистых реагентов, работа ТЭ в оптимальных температурном и токовом режимах могут обеспечить длительный срок службы ТЭ. В лабораториях уже испытаны ТЭ со сроком службы более 10000 ч. [c.195]

ПРИНЦИП РАБОТЫ И СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ [c.216]

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]

После того как в конце XIX в. были созданы топливные элементы, появилась возможность эффективно осуществлять превращение химической энергии в электрическую. Дело в том, что на эти элементы не распространяются ограничения, налагаемые-циклом Карно. Дальнейшее их усовершенствование шло тем не менее медленно оказалось, что обеспечить эффективный элект-рокаталитический перенос электронов от используемого топлива на анод элемента сложно. В результате удалось создать лишь водородный элемент, дающий достаточную плотность тока. Он успешно работает при низких температурах и пригоден для крупномасштабного производства энергии. Схема, объясняющая принципы работы обычного топливного элемента, приведена на рис. 2.7 Был предложен ряд элементов, использующих другие вид топл ива (спирты, углеводороды), но они работают лишь при( высоких температурах и дают ток небольшой плотности при мал коэффициенте полезного действия. Это ограничивает их, применение для производства энергии, но некоторые типы топливных элементов используются для других целей. Так, один из них применяется в качестве датчика в детекторах, выявляющих наличие спирта в выдыхаемом воздухе. [c.83]

В гальвапич. элементах начали широко применять принцип подачи активных материалов по мере их расходования. Такпе устройства, принципиально могущие работать сколь угодно долго, получили название электрохимических генераторов электрич. энергии. Принципиальная схема электрохимич. генератора представлена на рис. 1. Электрохимич. генераторы, в к-рых активным материалом отрицательного электрода служит обычное топливо (напр., природный газ, состоящий из углеводородов) или вещество, легко извлекаемое из природного топлива (водород, окись углерода, генераторный газ, водяной газ, метанол и т. д.), называют топливными элементами. Активным материалом катода топливного элемента м. б. кислород воздуха или чистый кислород. Т. обр., токообразующая реак- [c.323]

В принципе, топливный эле.мент тот же Гальванический эле.мент, но, в отличие от привычных батареек и аккумуляторов, активные вещества в не.м хранятся отдельно. Постепенно они поступают к электродам и на них расходуются таким образом, элемент работает непрерывно. Иа огрнцательном элект-род( (он же топливный) окисляется, сгорает какое-либо вещество, напри.мер, природное топливо или продукты его переработки, — отсюда и название элемента. В топливных элементах используют и газообразные вещества, например водород, и жидкие, в частности спирты. На другом, положительном электроде, обычно реагирует кислород. [c.202]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология