Применение водорода в топливных элементах

Одним из кардинальных решений проблемы защиты окружающей среды является использование водорода в качестве топлива, а также применение электрохимических топливных элементов. Быстрыми темпами совершенствуется атомная энергетика. [c.219]

Ведутся исследования по применению микробиологических методов для очистки жидкого и твердого топлива от соединений серы. Одним из кардинальных решений проблемы защиты окружающей среды является использование водорода в качестве топлива, а также применение электрохимических топливных элементов. Быстрыми темпами развивается атомная энергетика, [c.720]

Предполагается, что таким путем можно будет организовать в большом масштабе производство дешевого водорода и обеспечить возможность его применения в топливных элементах, генерирующих электроэнергию, в автомобильных и авиационных двигателях и даже в котельных установках. [c.259]

Н.И. - Чем же реально, по Вашему мнению, можно смягчить возможный дефицит нефтяного моторного топлива и как снизить напряженность в экологической обстановке B. . - Напомню мнение ученых о том, что широкое коммерческое использование альтернативной энергетики для автотранспорта (я имею в виду водород, топливные элементы, электричество), основанной на применении возобновляемых источников, можно ожидать не ранее середины этого столетия. Поставки сжиженного нефтяного газа, одного из популярных в настоящее время видов моторного топлива для автотранспорта, непосредственно зависят от добычи и переработки нефти. Едва ли можно ожидать, что ав- [c.47]

Как известно альтернативная энергетика для автотранспорта (водород, топливные элементы, электричество), основанная на применении возобновляемых источников, находится только на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. И ожидать ее широкое коммерческое внедрение можно не ранее середины этого столетия. [c.7]

Таким образом, водород со многих точек зрения может быть признан вполне пригодным для применения в качестве топлива. К тому же он может быть использован как химическое сырье, восстановительный реагент и топливо для генерации электричества в топливных элементах, что позволит заменить метан и ускорить применение водорода в качестве заменителя ЗПГ даже до того, как иссякнет или станет недопустимо дорогим ископаемое топливо. [c.234]

Преимущества и применение топливных элементов. Наиболее простым топливным элементом является водородно-кислородный источник тока. Это объясняется способностью водорода к ионизации на аноде и возможностью работы такого элемента при относительно низкой температуре. [c.48]

Как наиболее легкий из газов, водород служит для наполнения воздушных шаров (ранее и дирижаблей). Однако пожароопасность водородных летательных аппаратов резко ограничивает его применение как наполнителя. В ракетной технике водород используется как топливо при сгорании его в атмосфере кислорода. К числу наиболее перспективных применений водорода относится производство топливных элементов, в которых горючее (водород) подается в [c.99]

Основной проблемой в конструировании топливных элементов в настоящее время является разработка системы, в которой можно резко снизить или вообще исключить использование платиновых катализаторов. В качестве топлива наиболее реально использование технического водорода, получаемого конверсией нефтепродуктов или метанола. В качестве окислителя для элементов с широкой областью применения единственно приемлем кислород воздуха. [c.495]

Топливные элементы обладают высокой эффективностью, однако существенным недостатком их является неудобство транспортировки и хранения топлива (особенно водорода). Несмотря на это, топливные элементы нашли широкое применение. [c.209]

С тех пор как экспериментальная работа была прекра-щена, встал вопрос о том, в каком направлении должны прО водиться дальнейшее исследование и разработка топливных элементов. Во-первых, было ясно, что инженеры не согласятся с использованием топливных элементов этого типа для аккумулирования энергии, особенно на средствах передвижения, отчасти вследствие весьма высокой стоимости водорода и кислорода, получаемых электролизом воды, а отчасти вследствие большого веса и размера газовых баллонов если только не будет изобретен какой-нибудь совсем новый метод хранения водорода, неизбежно придется обратиться к использованию экономически доступных жидких топлив. Поскольку непосредственное применение углеводородов и даже метанола в элементе этого типа сопряжено с трудностями, считают, что наилучшим решением является следующее конвертировать жидкое топливо, такое, как метанол, в смесь водорода и двуокиси углерода (плюс небольшой процент примесей), отмыть большую часть двуокиси углерода, положим, с помощью моноэтаноламина, а водород использовать электрохимически в элементе (см. фиг. 151). И наконец, если бы удалось изготовить электроды, которые из газовой смеси электрохимически окисляли бы водород и отбрасывали все остальное, это позволило бы избежать процесса очистки. Несколько лет назад были проведены опыты по использованию водорода, смешанного с окисью углерода, количество которой доходило до 10%, и результаты получились такие же, как при работе с чистым водородом, хотя следует признать, что длительных испытаний проведено не было. Значит, почти несомненно, что при этих условиях пористые никелевые электроды не отравляются окисью углерода но, чтобы определить, оказывают ли вредное воздействие на электрод какие-нибудь примеси, которые могут присутствовать в газовой смеси, следовало бы провести испытания на длительность работы в течение нескольких сотен часов нужно было бы также определить скорость карбонизации раствора гидроокиси калия и разработать практический метод регенерации КОН. [c.393]

Электрохимическое окисление водорода открывает наиболее революционную область его применения, ибо благодаря ей можно, исходя из водородно-распределительной системы, снабжать горючим автономные источники энергии с КПД от 40 до 80 %. Водородные топливные элементы (ВТЭ) в комбинации с хранением водорода в виде гидридов позволяют использовать их для автомобильной тяги. Такие электромобили на водороде не загрязняют окружающее пространство и потребляют энергии в несколько раз меньще соответствующих двигателей внутреннего сгорания, имеют приемлемое соотношение массы, объема и стоимости. [c.533]

Эффективность использования вторичных энергоносителей. Как показали исследования, в промышленности, на транспорте (печи, двигатели) водород может быть использован с большей энергетической эффективностью, чем традиционное углеводородное горючее. В табл. 11.38 показана эффективность использования водорода по сравнению с органическим горючим в четырех основных сферах потребления энергии при их использовании в энергетических устройствах различного назначения. Как видно из этой таблицы, составленной на основе экспериментальных данных [903], достаточно 736 единиц энергии в виде водорода, чтобы в народном хозяйстве получить такой же эффект, как при использовании 1000 единиц энергии в виде органического горючего. Следовательно, применение водорода, в общем, на 26 % более эффективно, чем использование для тех же целей органического горючего. В отдельных сферах использования этот эффект еще выше. Так, в промышленности он поднимается до 30 %. Особенно велик эффект использования водорода в топливных элементах, где он на 46—57 % превосходит органическое горючее. [c.609]

Теория работы электродов топливных элементов очень сложна. При ее разработке используют разнообразные физические и электрохимические методы измерения, математические расчеты, вычислительную технику. Эта теория успешно развивается учеными нашей страны. Здесь мы коснемся только нескольких факторов, от которых зависит величина максимального тока, получающегося при работе электрохимического генератора. Прежде всего — это природа электродов и реагентов, состав электролита и температура. Наиболее реакционноспособные виды топлива — это водород, спирты, альдегиды и другие активные органические восстановители. Все эти виды топлива можно использовать в электрохимических генераторах, работающих при обычной температуре. К другим видам топлива относятся окись углерода, углеводороды, нефтепродукты их можно использовать только при повышенной температуре. Применение в качестве топлива угля, а также других твердых продуктов, оставляющих после сжигания золу, встречает пока принципиальные трудности. [c.101]

Оптимальный способ получения работы нам могут дать гальванические (в частности, топливные) элементы. Особый интерес представляет проблема получения электроэнергии за счет электрохимического сжигания водорода в топливных элементах, которые, во-первых, обеспечивают более высокий к. п. д., чем современные источники электроэнергии, а во-вторых, позволят решить проблему загрязнения атмосферы. Наибольшее применение эти элементы должны найти на транспорте в качестве источников энергии для автомобилей. Машины, работающие на водородном топливе вместо бензина, помогут очистить атмосферу от загрязнений. Поэтому проблема получения водородного горючего очень важна и интересна. Получение больших количеств водорода предполагается осуществлять путем разложения (радиолиза) воды под воздействием радиоактивных излучений на атомных станциях. Возможно, для этой цели удастся также использовать энергию солнечного излучения — фотолиз воды. Топливные элементы помогут избавиться от зависимости в отношении природного нефтяного и углеводородного топлива. Однако на пути технического решения этой задачи стоят большие трудности. Наши знания тонкого и сложного каталитического механизма электрохимических процессов еще недостаточны. [c.8]

В настоящее время из всех топливных элементов практическое применение — хотя и весьма ограниченное — находят лишь водород-кислородные элементы, к. п. д. некоторых из них, предназначенных для специальных целей, достигает 70%. [c.234]

СТвие высокой стоимости горючих веществ. Водород -единственное в настоящее время топливо для выпускаемых промышленностью топливных элементов — слишком дорог для такого широкого применения (это относится и к генераторному газу), а элементы, работающие на угле, нефти и природном газе, технически еще недостаточно совершенны. Поэтому до сих пор остается открытым вопрос, не вытеснят ли атомные электростанции традиционные энергоносители из производства электроэнергии, пока разработка топливных элементов не достигнет соответствующего уровня. Существенным недостатком топливных элементов с точки зрения их использования на крупных электростанциях является то, что они дают постоянный ток, который для передачи на большие расстояния необходимо превращать в переменный. Для автомобилей это не является недостатком, так как в их работе постоянный ток предпочтительней, чем переменный В электрохимических процессах (например, в производстве алюминия) необходим именно постоянный ток. [c.246]

Диафрагмы для топливных элементов были первым случаем применения фторсодержащих ионообменных мембран в качестве твердых полиэлектролитов (ТПЭ). Затем эту технологию использовали для получения водорода электролизом воды, а в дальнейшем - в описанном выше процессе получения едкой щелочи. В будущем ожидается совершенствование этой технологии. [c.350]

Для этого требуется разработка гальванических элементов, в которых реакции окисления топлива и восстановления кислорода протекают электрохимическим путем. Первые попытки создать такие топливные элементы оказались неудачны1к1и из-за очень малой скорости реакции электрохимического 01< исления обычных видов топлива. Лишь в последние годы в результате применения различных катализаторов и усовершенствования конструкции элементов удалось создать первые удовлетворительно работающие лабораторные макеты топливных элементов, использующих газообразное топливо. Наиболее реакционноспособным видом топлива является водород. Водородно-кислородные элементы обычно изготовляют с применением мелкопорисТых угольных или никелевых электродов, погруженных в шелочной раствор электролита. Схематически такой элемент можио представить в виде [c.603]

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]

Топливные элементы компактнее существующих в настоящее время гальванических элементов, поэтому их успешно используют на космических кораблях, подводных лодках и т. п. Но широкое применение топливных элементов пока сдерживается высокой стоимостью их изготовления и необходимостью специально подготовленного топлива. В последние годы ведутся исследования, направленные на изготовление неприхотливых элементов, работающих на нефтяном топливе и даже на каменном угле. Большой интерес для топливных элементов представляет возможность хранения водорода в связанргом состоянии, в виде легко разлагающегося химического соединения, например, гидрида лития. [c.256]

САЖА — высокодисперсный продукт неполного сгорания углеводородов, содержит углерода 88—89%, водорода 0,3—0,8%, кислорода (адсорбированного) до 10%, незначительное количество минеральных примесей, а также адсорбированные газы и водяные пары. Сырьем для производства С. являются газообразные, жидкие и твердые углеводороды (чаще всего природный газ метан). С. имеет черный цвет, обладает высокой дисперсностью и хорошими малярнотехническими свойствами. Применение С. в качестве черного пигмента известно с давних времен. Все виды С. широко применяются для изготовления лакокрасочных материалов, в качестве основного пигмента для изготовления печатных красок, электродов, щеток, сухих и топливных элементов, кирзы, клеенки, линолеума, эбонита, грамофонных пластинок, лент для пишущих машинок и пр. [c.217]

В качестве электрохимического горючего в топливных элементах могут быть использованы водород, гидразин, метанол, муравьиная кислота, окись углерода, углеводороды, а в качестве окислителя— чистый кислород или кислород воздуха. Практическое применение нашли пока первые три вида горючего, а наибольшие успехи достигнуты в разработке водородно-кислородного топливного элемента, и котором происходит реакция 2Н2+0.2 2Н20. [c.222]

Этот термин часто применяют вместо термина электрохимический генератор . В качестве окислителя в топливных элементах почти всегда используют или чистый кислород, или кислород воздуха. В качестве топлива применяются водород, гидразин, метанол, муравьиная кислота, оксид углерода, углеводороды, уголь и др. Практическое применение нашли пока первые три вида электрохимического горючего, а наибольшие успехи достигнуты в разработке водородно-кислородного топливного элемента, в котором происходит реакция 2Н2+О2—>-2Н20. [c.263]

Опыты Брурса [24] показали, что при питании высокотемпературных элементов водородом разница между э. д. с. и напряжением элемента в основном происходит за счет омического падения напряжения в электролите. При использовании в качестве топлива метана отрицательный электрод сильно поляризуется. В элементах, работающих при высоком давлении и более умеренных температурах, применяют в качестве электролита водные растворы щелочей. Применение щелочных растворов выгоднее, так как они не вызывают такой коррозии электродов, как кислые растворы, но они быстро карбонизуются при образовании СОг в процессе работы. Как пример топливных элементов, работающих при повышенных температурах и давлении, можно привести элементы Бэкона, который в 1959 г. осуществил в Кембридже установку батареи из кислородо-водородных элементов Гидрокс мощностью 5 кет (рис. 248). Элемент представляет собой две газовые камеры / и 2 внутренние, обращенные друг к другу, стенки которых сделаны из микропористых никелевых дисков диаметром 127 мм и толщиной [c.567]

Одним из важных путей усовершенствования мембранной технологии является проведение процесса электролиза под давлением, что позволяет уменьшить габариты оборудования, а также использовать получаемый водород в топливных элементах с целью получения электроэнергии. Современные условия развития промышленных производств хлора и гидроксидов щелочных металлов непосредственно связаны с ужесточением требований защиты окружающей среды. Это обусловливает разработку новых безотходных технологий с пониженным расходом природных и энергетических ресурсов. Применение эффективных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП), создание новых, более производительных установок, а также модернизация существующих позволят перевести хлорные производства на качественно иную техническую основу. [c.135]

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]

Устойчивость неорганических ионообменникои к ионизирующим излучениям, естественно, вызвала интерес к исследованиям возможностей их применения в качестве селективных полупроницаемых мембран. Неорганические мембраны имели бы значительные преимущества по сравнению с мембранами из органических смол, например при использовании в топливных элементах, где ионообменные мембраны применяются для переноса ионов водорода. Неорганические мембраны можно было бы использовать при высоких температурах и с большей эффективностью, кроме того, фосфат циркония гидрофилен и обладает почти в три раза большим числом мест, свободных для сорбции ионов водорода по сравнению с обычными сульфозамещенными органическими смолами. [c.170]

Излагаются теоретические основы электрохимической знергетн-ки. Рассматриваются устройство и характеристики топливньи элементов электрохимических генераторов, энергоустановок и электростанций. Описаны электрохимические способы получения водорода, приводятся технико-экономический анализ этих способов и обласА их применения. Рассматриваются электрохимический метод аккумулирования энергии, различные виды аккумуляторов. [c.2]

Побочные продукты (азот и вода) позволяют использовать щелочные электролиты. При температуре 77° С были получены плотности тока 170 ма смР- при напряжении 0,3 в. После непрерывной работы при испытаниях на стабильность действия активность падает до 50 ма1см при напряжении 0,3 в, давая такую удельную мощность (отношение мощности к объему), которая считается неудовлетворительной для промышленного применения. Периодически в элемент можно вводить химические добавки, которые будут восстанавливать или активировать систему это усложняет проблему и уменьшает надежность работы всей системы в настоящее время. Поток газообразного аммиака уносит влагу и азот однако была разработана рециркуляционная система, которая позволит аммиак из выпускаемых газов возвращать обратно в топливный элемент после удаления побочных продуктов. Очевидно, из этого следует, что и аммиак и спирт могут быть преобразованы вне элемента, и в качестве топлива в элементе можно использовать полученный водород. [c.443]

Наконец, пористые металлические катализаторы можно получать непосредственным спеканием порошкообразного металла, иногда с использованием других веществ, например буры, которая способствует сохранению пористости образца. Образующие порошок частицы металлов имеют размер порядка микрометра такие порошки могут на воздухе самоокисляться (т. е. обладать пирофорными свойствами), что затрудняет работу с ними. Монолитные пористые катализаторы, полученные описанным способо.м, применяются как электрокатализаторы в топливных элементах некоторые аспекты такого их применения обобщены Бэконом и Фраем [150]. Обычно используемый водородный электрод щелочного топливного элемента состоит пз пористого никеля, по-видимо.му сплавленного с другими металлами, например железом, молибденом или титаном, и для повышения электрокаталитической активности покрытого дисперсными металлами— никелем, платиной или палладием, нанесенными обычным методом пропитки и восстановленными водородом. На практике для регулирования процессов переноса жидкости и газа необходим тщательный контроль пористой структуры электродов. [c.232]

Не исключена возможность, что для получения больших количеств водорода и кислорода удастся непосредственно использовать приходящую на Землю энергию солнечного излучения Фотохимическое разложение (фотолиз) воды позволяет накапливать энергию солнечного излучения в форме химической энергии водорода и кислорода, а из этих газов в водород-кислородном элементе получать электрическую энергию. Возможно также, что атомные электростанции будут способствовать расширению применения топливных элементов. Эти электростанции требуют очень больших капиталовложений, их экономичность значитёль- [c.243]

Наконец, правда лишь в будущем можно ожидать применения топливных элементов в комбинации с биохимическими агентами для рациональной утилизации органических отходов, а также водной флоры и фауны, выбрасываемой в колоссальных количествах на берега морей и океанов. В таких биохимических топливных элементах окисление органического субстрата происходит при помощи или энзимов, или соответствующих культур микроорганизмов. Уже найден ряд представителей этого класса веществ и установлено, что механизм их действия может быть как прямым, так и косвенным. При прямом механизме и топливо, и ферменты (или соответствующие микроорганизмы) должны находиться в непосредственном контакте с отрицательным полюсом топливного элемента. В случае непрямого механизма действие бактерий заключается в отщеплении водорода, который затем поступает к электроду и там окисляется до воды. К числу бактерий, способных работать в биохимических топливных элементах, относится, например, Pseu-domonas methani a. Для своей жизнедеятельности они используют углерод метана или метилового спирта с одновременным высвобождением водорода. В присутствии этих микроорганизмов может происходить как прямая, так и косвенная активация органического топлива. Несколько более высокий потенциал наблюдается в первом случае, благодаря, по-видимому, тому, что водород выделяется здесь в атомарном состоянии. [c.495]

Янг и Розелл [182] установили связь между потенциалами разомкнутой цепи и электронной конфигурацией катализаторов, известных как активные катализаторы реакции окисления этилена, ацетилена и окиси углерода. При применении этих топлив были получены такие же результаты, как и нри применении водорода. Окислы металлов, подобные двуокиси марганца и закиси меди, не проявляют активности в топливных элементах, несмотря на то что в реакции окисления окиси углерода они выступают как активные катализаторы. [c.381]