Презентация на тему: "Топливный элемент"

• 1 слайд

  ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
  
  

• 2 слайд

  Топливные элементы были открыты в 1839 году английским физиком и химиком сэром  Вильямом Грове.
  1
  

• 3 слайд

  Но сам термин "топливный элемент" появился позднее – в 1889 году он был предложен Людвигом Мондом и Чарльзом Лангером, которые пытались создать устройство для выработки электричества из воздуха и угольного газа.
  
  
  Начало более бурное развитие топливных элементов приходится на 1085-2000 гг. и продолжается до сегодняшнего дня.
  2
  

• 4 слайд

  ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, электрохимический генератор, устройство, обеспечивающее прямое преобразование химической энергии в электрическую. Хотя то же самое происходит в электрических аккумуляторах, топливные элементы имеют два важных отличия:
  они функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника;
  химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т.е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.
  3
  

• 5 слайд

  Водород-кислородный элемент
  При обратимом протекании процесса к.п.д. такого элемента составляет 83%, а расчетное значение ЭДС равно 1,23 В.
  В электрическую энергию превращается та часть химической энергии, освобождающаяся при окислении водорода, которая может быть превращена в работу.
  4
  

• 6 слайд

  Водород-кислородный элемент можно получить, например, с помощью двух платиновых электродов, погруженных в водный раствор гидроксида калия. Один электрод омывается водородом, другой – кислородом:
  (А)() Pt(H2)|KOH, насыщ. Н2 |КОН, насыщ. О2 |(О2)Pt (+) (К)
  В этом элементе окисление водорода и восстановление кислорода пространственно разделены, и ток генерируется в процессе реакций:
  (А) 2H2  4H++ 4e
  (К) O2 + 2H2O + 4e  4OH
  т.е. суммарный процесс сводится к окислению водорода кислородом:
  2Н2 + О2  2Н2О
  5
  

• 7 слайд

  Схема топливного элемента:
  1 – камера водорода; 2 – водородный электрод; 3 – камера кислорода; 4 – кислородный электрод; 5 – электролит
  6
  

• 8 слайд

  Существенным недостатком такого топливного элемента является очень малая плотность тока. Это связано:
  во-первых, с тем, что мала скорость самих электрохимических реакций, что приводит к сильной поляризации электродов.
  во-вторых, с тем, что газы слабо растворяются в электролите, поэтому скорость подачи активных веществ к электродам также мала.
  
  Для увеличения плотности тока используют:
  повышенные давления и температуры,
  специальные конструкции электродов (шероховатые, пористые, двухслойные, мембранные и др.),
  перемешивание раствора и т.п.
  7
  

• 9 слайд

  Угольный топливный элемент
  Электрическая энергия вырабатывается за счет реакции
  
  С + О2  СО2.
  
  При использовании в качестве электролита какого-либо водного раствора, схему элемента можно представить в виде
  
  (А) (-) С | раствор электролита | О2 (+) (К)
  
  а генерирование тока происходит в результате электрохимических процессов:
  
  (А) C + 2H2O  CO2 + 4H+ + 4e
  (К) 2H2O + O2 + 4e  4OH
  8
  

• 10 слайд

  Теоретически К.П.Д. такого элемента близок к 100%
  В действительности же известны лишь такие угольные элементы, которые работают при высоких температурах (700  900о С), но и их К.П.Д. невысок.
  9
  

• 11 слайд

  Газогенераторный элемент
  Работает при более низких температурах
  (А) (-) СО | раствор электролита | О2 (+) (К)
  
  в котором происходит окисление СО на электроде:
  
  CO + H2O  CO2 +2H+ + 2e,
  
  и генерирование тока обусловлено суммарной реакцией
  
  (А) 2СО + О2  2СО2
  (К) 2H2O + O2 + 4e  4OH
  
  10
  

• 12 слайд

  Теоретически К.П.Д. такого элемента достигает 92%. Окисление углеводородов (метана, пропана, бутана и др.) в таких элементах происходит при температуре 150  300 С.
  11
  

• 13 слайд

  Метановый топливный элемент
  СН4 | электролит | О2
  
  
  получают электрическую энергию в результате реакции
  
  (А) (-) СН4 + 2О2  СО2 + 2Н2О (+) (К)
  
  
  при протекании электрохимических процессов на электродах:
  
  (А) CH4 + 2H2O+ 8e  CO2 + 8H+
  (К) 2H2O + O2 + 4e  4OH
  12
  

• 14 слайд

  Для топливных элементов нет термодинамического ограничения коэффициента использования энергии. В существующих топливных элементах от 60 до 70% энергии топлива непосредственно превращается в электричество, и энергетические установки на топливных элементах, использующие водород из углеводородного топлива, проектируются на КПД 40–45%.
  Коэффициент полезного действия.
  13
  

• 15 слайд

  Топливные элементы могут в недалеком будущем стать, широко используемым источником энергии на транспорте, в промышленности и домашнем хозяйстве. Высокая стоимость топливных элементов ограничивала их применение военными и космическими приложениями.
  Предполагаемые применения топливных элементов включают их применение в качестве переносных источников энергии для армейских нужд и компактных альтернативных источников энергии для околоземных спутников с солнечными батареями при прохождении ими протяженных теневых участков орбиты.
  Небольшие размеры и масса топливных элементов позволили использовать их при пилотируемых полетах к Луне.
  Топливные элементы можно использовать в качестве источников питания оборудования в удаленных районах, для внедорожных транспортных средств, например в строительстве. В сочетании с электродвигателем постоянного тока топливный элемент будет эффективным источником движущей силы автомобиля.
  Применения
  Для широкого применения топливных элементов необходимы значительный технологический прогресс, снижение их стоимости и возможность эффективного использования дешевого топлива. При выполнении этих условий топливные элементы сделают электрическую и механическую энергию
  14
  

• 16 слайд

  Поскольку в топливном элементе конечным продуктом реакции является вода, мы можем утверждать, что он является наиболее чистым с точки зрения экологического воздействия на природу.
  Проблема кроется в основном в нахождении эффективного и, самое главное, недорогого способа получения водорода.
  Огромные финансовые вложения на развитие топливных элементов и генераторов водорода должны привести к технологическому прорыву в этих вопросах.
  15
  

• 17 слайд

  Спасибо за внимание!