Общие сведения о топливных элементах Текст научной статьи по специальности «Математика»

Несмотря на кажущуюся простоту процесса обратного осмоса и ультрафильтрации до настоящего времени нет единого взгляда на механизм перехода воды через мембрану. Существует несколько гипотез: гиперфильтрационная (ситовая), сорбционная, диффузионная, электростатическая и др. Список использованной литературы:

1. Новая химводоподготовка на Казанской ТЭЦ-2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www .tatgencom .ru/images/gencom/expo -2011/download/water_preparation_08.pdf.

2. Подготовка подпиточной воды теплосети методом микрофильтрации на казанской ТЭЦ-2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3024.

3. Новые мембранные методы внутрицикловой очистки воды. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://vunivere.ru/work24526.

© Гафуров Н.М., Кувшинов Н.Е., 2016

УДК 621.352

Н.М. Гафуров

студент 3 курса факультета энергонасыщенных материалов и изделий (ФЭМИ) Казанский национальный исследовательский технологический университет

И.З. Багаутдинов

младший научный сотрудник научно-исслед. лаборатории госбюджетных НИР Казанский государственный энергетический университет

Г. Казань, Российская Федерация

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Аннотация

В статье рассматриваются общие сведения о топливных элементах и принципах их работы.

Ключевые слова

Топливный элемент, молекула водорода и кислорода, образование воды

Топливный элемент - это электрохимическое устройство преобразования энергии, которое за счет химической реакции преобразовывает водород и кислород в электричество. В результате этого процесса образуется вода и выделяется большое количество теплоты. Топливный элемент очень похож на аккумулятор, который можно зарядить и затем использовать накопленную электрическую энергию.

Изобретателем топливного элемента считают Вильяма Р. Грува, который изобрел его еще в 1839 г. В этом топливном элементе в качестве электролита использовался раствор серной кислоты, а в качестве топлива - водород, который соединялся с кислородом в среде окислителя. Следует отметить, что до недавнего времени топливные элементы использовались только в лабораториях и на космических аппаратах.

В перспективе топливные элементы смогут составить конкуренцию многим другим системам для преобразования энергии (включая газовую турбину на электростанциях) ДВС в автомобиле и электрическим батарейкам в портативных устройствах. Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо и используют давление, созданное расширением выделяющихся при сгорании газов, для выполнения механической работы. Аккумуляторные батареи хранят электрическую энергию, преобразовывая ее затем в химическую энергию, которая при необходимости может быть преобразована обратно в электрическую энергию. Потенциально топливные элементы очень эффективны. Еще в 1824 г. французский ученый Карно доказал, что циклы сжатия-расширения двигателя внутреннего сгорания не могут обеспечить КПД преобразования

тепловой энергии (являющейся химической энергией сгорающего топлива) в механическую выше 50%. Топливный элемент не имеет движущихся частей и не подчиняется закону Карно. Поэтому они будут иметь больший, чем 50%, КПД и особенно эффективны при малых нагрузках [1].

Водород

Ф с

Рисунок 1 - Принципиальная схема топливных элементов.

В топливных элементах применяется электрохимический процесс соединения водорода с кислородом, получаемым из воздуха (рис. 1). Как и в аккумуляторных батареях, в топливных элементах используются электроды (твердые электрические проводники) находящиеся в электролите (электрически проводимая среда). Когда в контакт с отрицательным электродом (анодом) входят молекулы водорода, последние разделяются на протоны и электроны. Протоны проходят через протонно-обменную мембрану (ПОМ) на положительный электрод (катод) топливного элемента, производя электричество. Происходит химическое соединение молекул водорода и кислорода с образованием воды, как побочного продукта этой реакции. Единственный вид выбросов от топливного элемента - водяной пар [2].

В связи с тем, что основным отличием разных типов топливных элементов является электролит, топливные элементы подразделяются по типу используемого электролита, т.е. высокотемпературные и низкотемпературные топливные элементы (ТЭПМ, ПМТЭ). Водород является наиболее распространенным топливом, но иногда также могут использоваться углеводороды, такие как природный газ и спирты (метанол). Топливные элементы отличаются от аккумуляторов тем, что для них требуется постоянный источник топлива и кислорода (воздуха) для поддержания химической реакции, и они производят электроэнергию до тех пор, пока их подача осуществляется.

Топливные элементы преобразовывают энергию, имеющуюся в ископаемом топливе, в электроэнергию намного эффективнее, чем традиционные способы производства электричества со сжиганием топлива. Это означает, что для производства одинакового количества электроэнергии требуется меньше топлива.

Список использованной литературы:

1. Топливные элементы. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://wiki.zr.m/Топливные_элементы.

2. Топливные элементы. Вполне реальная альтернатива существующим ТЭС. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://portal-energo.ru/articles/details/id/802.

© Гафуров Н.М., Багаутдинов И.З., 2016