Какие бывают типы топливных элементов?

Топливные элементы преобразуют химическую энергию в электричество. По функциям они аналогичны батареям, за исключением того, что химические реагенты в топливном элементе могут пополняться, когда они заканчиваются. Топливный элемент обычно характеризуется типом используемого электролита, его рабочей температурой и возможными применениями. Большая часть исследований топливных элементов была сосредоточена вокруг автомобильных приложений, хотя они также исследуются для исследования космоса.

Важной характеристикой топливного элемента является тип используемого электролита. Электролит в топливном элементе электрически соединяет топливо и окислитель, сохраняя их физически разделенными. Электролиты, используемые в технологии топливных элементов, могут быть жидкими или твердыми, что приводит к различным конструктивным преимуществам и проблемам.

Полезным способом классификации топливных элементов является их рабочая температура. Многие конструкции, такие как твердооксидный топливный элемент, требуют высоких рабочих температур для достижения высокой энергоэффективности. Реакции при этих высоких температурах часто могут преобразовывать больше внутренней химической энергии в электричество, а не терять много энергии из-за ненужного тепла. Топливные элементы с более низкими рабочими температурами, с другой стороны, обычно более портативны. Топливные элементы с полимерным обменным элементом (PEMFC) изучаются на предмет их многообещающего применения на транспорте.

PEMFC могут достигать относительно высокой эффективности при работе при температуре ниже 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию). Такая низкая рабочая температура позволяет топливному элементу быстро запускаться. В топливном элементе этого типа также используется сплошная пластиковая пленка в качестве электролита, что делает уплотнение топливного элемента более простым, чем для других типов электролитов. Эта комбинация функций сделала PEMFC идеальным кандидатом для замены автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Некоторые предполагают, что топливные элементы в конечном итоге заменят транспортные системы на основе бензина. Экономика, основанная на водороде, а не на нефти, может иметь несколько ключевых преимуществ. Во-первых, выбросы транспортных средств будут ограничиваться водяным паром, который не представляет явной экологической угрозы. Во-вторых, транспортные средства, работающие на водороде, могут в конечном итоге оказаться более мощными на единицу массы топлива. Наконец, запас водорода потенциально может быть возобновляемым ресурсом, в отличие от ископаемого топлива, которое не является возобновляемым.

Щелочные топливные элементы - это тип, используемый в космических исследованиях, в том числе космические полеты Аполлона на Луну. Они объединяют водород и кислород для выработки электричества, выделяя тепло и воду в процессе. Водный щелочной раствор используется в качестве электролита в топливном элементе этого типа. Щелочные топливные элементы обладают высоким уровнем развития технологий и могут иметь электрический КПД до 60%. Однако стоимость этих топливных элементов помешала их широкому распространению в наземных применениях.