www.wikidata.uk-ua.nina.az

Паливний елемент англ fuel cell електрохімічний генератор який забезпечує пряме перетворення хімічної енергії на електри

Паливний елемент

Паливний елемент (англ. fuel cell)  — електрохімічний генератор, який забезпечує пряме перетворення хімічної енергії на електричну. На відміну від традиційних електричних акумуляторів, де відбуваються аналогічні перетворення, паливні елементи мають дві важливі особливості:

Метаноловий паливний елемент.

Назва «паливний елемент» аж до 1969 року вважалась умовною.

Можливі різні варіанти комбінацій палива та окислювача. Так, водневий паливний елемент використовує водень як паливо та кисень (зазвичай з повітря) як окислювач. Також паливом можуть слугувати вуглеводні та спирти, а окислювачами повітря, хлор, оксид хлору.

Історія Редагувати

Уперше про можливість створення паливних елементів повідомив у 1839 р. англійський аматор у галузі фізико хімії, товариш Майкла Фарадея Вільям Гроув. Спостерігаючи процес електролізу води в розчинах сірчаної кислоти, він виявив, що після відключення зовнішнього струму в електролітичній комірці генерується постійний струм. Однак ці висновки В. Гроува тоді не знайшли обґрунтування у подальших дослідженнях. Свій електрохімічний пристрій він, за пропозицією М. Фарадея, назвав «газовою батареєю». Назву «паливний елемент» цей пристрій одержав лише через 50 років, завдяки Людвігу Монде.

Не вдалося реалізувати й ідею знаного фізико хіміка Вільгельма Оствальда (1894 р.) щодо генерації електричної енергії у паливному елементі з вугілля, а також винайдений російським ученим Павлом Яблочковим (1887 р.) воднево-кисневий паливний елемент, результати інших досліджень і численних винаходів.

Інтерес до паливних елементів знову відродився на початку 50-х років ХХ століття після публікації 1947 р. монографії російського вченого, співробітника Московського нафтового інституту ім. І.М. Губкіна О. К. Давтяна.

Бум навколо водневої енергетики виник за часів активного освоєння космічного простору. У 60 ті роки були створені паливні елементи потужністю до 1 кВт для американських програм «Джеміні» та «Аполлон», у 80 ті — 10 кіловатні для «Шаттла» та радянського «Бурану». У ті самі роки побудовано електростанції потужністю 100 кВт на фосфорно-кислотних паливних елементах. В Японії та США є дослідні 10 мегаватні електростанції. Від 90-х років і донині триває розробка паливних елементів потужністю від 1 кВт до 10 МВт для стаціонарної автономної енергетики. Крім того, тепер розробляються портативні джерела електроенергії (потужність менше 100 Вт) для комп'ютерів, стільникових телефонів, фотоапаратів тощо. Як паливо у них використовується спирт — метанол, з якого одержують водень.

Принцип дії Редагувати

Принцип дії паливних елементів заснований на хімічній реакції окислювача і палива, в результаті якої безпосереднім шляхом отримують електроенергію. Подібну реакцію можна спостерігати при згорянні палива у спеціальних печах, проте в паливних елементах окисно-відновна реакція не супроводжується виділенням диму та полум'я. Реагенти, якими часто використовують водень і кисень, із заданою швидкістю подають від спеціальних насосів до електродів, занурених в електроліт з розчину їдкого калію. Електроди, які зазвичай виготовляють з нікелю, в реакції не беруть участь, і тому вони не вимагають постійних замін. На негативному електроді, до якого подають відновник водень, утворюються електрони. Навколо позитивного електрода, до якого підводять окисник кисень, виникають іони.

Використання і випробування Редагувати

В паливних елементах іде процес, зворотний електролізу. При цьому хімічним шляхом з'єднується водень і кисень з виділенням енергії і утворенням води. У процесі беруть участь: електроліт (фосфорна кислота, ККД до 85%), тверді оксиди (ККД 60%), лужні елементи, метанол (ККД 40%) і каталізатор. Електроліт оточений двома електродами, на катод надходить кисень, а на анод-водень. Проходить випробування паливних елементів на твердому оксиді на автомобілях потужністю 100 кВт в Європі і 25 кВт в Японії.

Паливні елементи на фосфорній кислоті широко використовуються в лікарнях, готелях, школах, на терміналах в аеропортах.

Цей напрямок розробляє досить багато фірм. Проте, такі автомобілі дуже дорогі: вартість експериментального легкового автомобіля становить від $200тис. до $1 мільйона.

Японська фірма Genepax розробила автомобіль з двигуном на водневому паливі, в бак якого заливається вода. 1 л води вистачає щоб проїхати 80 км. Силова установка такого з паливних елементів мембранного типу, а вартість такого автомобіля поки $1 мільйон.. Але поширена також думка, що це шахрайство на кшталт вічного двигуна.

Під егідою НАТО готується науковий проект «Zero Emission SOFCs Operating on Methane Hydrates for Energy Security» з використанням паливних елементів, розроблених в Україні для отримання електроенергії з газогідратів Чорного моря. В ньому будуть брати участь наукові колективи зі США, Росії, України, Азербайджану, Білорусі.

Дослідження ефективності використання паливних елементів в якості бортового джерела електроенергії бойових машин проводяться Командуванням сухопутних військ США з розвитку бойових спроможностей (United States Army Combat Capabilities Development Command, CCDC) та іншими державами-членами НАТО.

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. Рогинский В. Современные источники электропитания. — Л.:«Энергия», 1969. С.:104
  2. S. G. Meibuhr, Electrochim. Acta, 11, 1301 (1966)
  3. W.R. Grove. Philos. Mag.— 1839. — 14. — Р. 127—129
  4. Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в энергетическую. — М.: Изд-во АН СССР, 1947. — 237 с.
  5. Рогинский В. Ю. Электропитание радиоустройств. - Л.: Энергия, 1970.-320 с, ил. (с. 263)
  6. Грумбина А. Б. Электрические машины и источники питания электронных устройств: Учебник для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 368 с, ил. (с. 294)
  7. Грумбина А. Б. Электрические машины и источники питания электронных устройств: Учебник для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 368 с, ил (с. 295)
  8. Москатов Е. А. Источники питания. — Киев.: "МК-Пресс", СПб.: "КОРОНА-ВЕК", 2011.—208 с, ил. ISBN 978-5-7931-0846-1 ("КОРОНА-ВЕК") ISBN 978-966-8806-71-1 ("МК-Пресс")
  9. Проблемы и перспективы развития сотрудничества между странами Юго-Восточной Европы в рамках Черноморского экономического сотрудничества и ГУАМ.- Сборник научных трудов. — Ливадия-Донецк: ДонНУ, 2007. — 766 с. ISSN 1990-9187
  10. ↑ Мітков Б. В., Мітков В. Б., Шульга О. В. Альтернативні палива для транспортних засобів. Таврійський державний агротехнологічний університет. Наукове видання
  11. Андрушків Б., Вовк І., Погайдак О. Удосконалення економічного інструментарію пошуку нових ресурсів в умовах пострадянського суспільства [ 14 жовтня 2013 у Wayback Machine.] // Галицький економічний вісник. Науковий журнал [ 14 жовтня 2013 у Wayback Machine.]. — 2012. № 3 (36) [ 14 жовтня 2013 у Wayback Machine.]
  12. Слюсар, В.І. (2019). Пошук джерел сили. Проблемні аспекти енергетичного менеджменту транспортних платформ – з урахуванням основних трендів та підходів наукових структур НАТО.. Defense Express. - 2019, № 8 (серпень). с. 38 – 41. 

Джерела Редагувати


Це незавершена стаття з технології.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Palivnij element angl fuel cell elektrohimichnij generator yakij zabezpechuye pryame peretvorennya himichnoyi energiyi na elektrichnu Na vidminu vid tradicijnih elektrichnih akumulyatoriv de vidbuvayutsya analogichni peretvorennya palivni elementi mayut dvi vazhlivi osoblivosti Metanolovij palivnij element 1 voni funkcionuyut doti doki palivo vidnovnik ta okislyuvach nadhodyat iz zovnishnogo dzherela 2 himichnij sklad elektrolitu v procesi roboti ne zminyuyetsya tobto palivnij element ne treba perezaryadzhati Nazva palivnij element azh do 1969 roku vvazhalas umovnoyu 1 Mozhlivi rizni varianti kombinacij paliva ta okislyuvacha Tak vodnevij palivnij element vikoristovuye voden yak palivo ta kisen zazvichaj z povitrya yak okislyuvach Takozh palivom mozhut sluguvati vuglevodni ta spirti a okislyuvachami povitrya hlor oksid hloru 2 Zmist 1 Istoriya 2 Princip diyi 3 Vikoristannya i viprobuvannya 4 Div takozh 5 Primitki 6 DzherelaIstoriya RedaguvatiUpershe pro mozhlivist stvorennya palivnih elementiv povidomiv u 1839 r anglijskij amator u galuzi fiziko himiyi tovarish Majkla Faradeya Vilyam Grouv 3 Sposterigayuchi proces elektrolizu vodi v rozchinah sirchanoyi kisloti vin viyaviv sho pislya vidklyuchennya zovnishnogo strumu v elektrolitichnij komirci generuyetsya postijnij strum Odnak ci visnovki V Grouva todi ne znajshli obgruntuvannya u podalshih doslidzhennyah Svij elektrohimichnij pristrij vin za propoziciyeyu M Faradeya nazvav gazovoyu batareyeyu Nazvu palivnij element cej pristrij oderzhav lishe cherez 50 rokiv zavdyaki Lyudvigu Monde Ne vdalosya realizuvati j ideyu znanogo fiziko himika Vilgelma Ostvalda 1894 r shodo generaciyi elektrichnoyi energiyi u palivnomu elementi z vugillya a takozh vinajdenij rosijskim uchenim Pavlom Yablochkovim 1887 r vodnevo kisnevij palivnij element rezultati inshih doslidzhen i chislennih vinahodiv Interes do palivnih elementiv znovu vidrodivsya na pochatku 50 h rokiv HH stolittya pislya publikaciyi 1947 r monografiyi rosijskogo vchenogo spivrobitnika Moskovskogo naftovogo institutu im I M Gubkina O K Davtyana 4 Bum navkolo vodnevoyi energetiki vinik za chasiv aktivnogo osvoyennya kosmichnogo prostoru U 60 ti roki buli stvoreni palivni elementi potuzhnistyu do 1 kVt dlya amerikanskih program Dzhemini ta Apollon u 80 ti 10 kilovatni dlya Shattla ta radyanskogo Buranu U ti sami roki pobudovano elektrostanciyi potuzhnistyu 100 kVt na fosforno kislotnih palivnih elementah V Yaponiyi ta SShA ye doslidni 10 megavatni elektrostanciyi Vid 90 h rokiv i donini trivaye rozrobka palivnih elementiv potuzhnistyu vid 1 kVt do 10 MVt dlya stacionarnoyi avtonomnoyi energetiki Krim togo teper rozroblyayutsya portativni dzherela elektroenergiyi potuzhnist menshe 100 Vt dlya komp yuteriv stilnikovih telefoniv fotoaparativ tosho Yak palivo u nih vikoristovuyetsya spirt metanol z yakogo oderzhuyut voden Princip diyi RedaguvatiPrincip diyi palivnih elementiv zasnovanij na himichnij reakciyi okislyuvacha i paliva v rezultati yakoyi bezposerednim shlyahom otrimuyut elektroenergiyu 5 Podibnu reakciyu mozhna sposterigati pri zgoryanni paliva u specialnih pechah prote v palivnih elementah okisno vidnovna reakciya ne suprovodzhuyetsya vidilennyam dimu ta polum ya Reagenti yakimi chasto vikoristovuyut voden i kisen iz zadanoyu shvidkistyu podayut vid specialnih nasosiv do elektrodiv zanurenih v elektrolit z rozchinu yidkogo kaliyu 6 Elektrodi yaki zazvichaj vigotovlyayut z nikelyu v reakciyi ne berut uchast i tomu voni ne vimagayut postijnih zamin 7 Na negativnomu elektrodi do yakogo podayut vidnovnik voden utvoryuyutsya elektroni Navkolo pozitivnogo elektroda do yakogo pidvodyat okisnik kisen vinikayut ioni 8 Vikoristannya i viprobuvannya RedaguvatiV palivnih elementah ide proces zvorotnij elektrolizu Pri comu himichnim shlyahom z yednuyetsya voden i kisen z vidilennyam energiyi i utvorennyam vodi U procesi berut uchast elektrolit fosforna kislota KKD do 85 tverdi oksidi KKD 60 luzhni elementi metanol KKD 40 i katalizator Elektrolit otochenij dvoma elektrodami na katod nadhodit kisen a na anod voden Prohodit viprobuvannya palivnih elementiv na tverdomu oksidi na avtomobilyah potuzhnistyu 100 kVt v Yevropi i 25 kVt v Yaponiyi Palivni elementi na fosfornij kisloti shiroko vikoristovuyutsya v likarnyah gotelyah shkolah na terminalah v aeroportah 9 Cej napryamok rozroblyaye dosit bagato firm Prote taki avtomobili duzhe dorogi vartist eksperimentalnogo legkovogo avtomobilya stanovit vid 200tis do 1 miljona 10 Yaponska firma Genepax rozrobila avtomobil z dvigunom na vodnevomu palivi v bak yakogo zalivayetsya voda 1 l vodi vistachaye shob proyihati 80 km 10 Silova ustanovka takogo z palivnih elementiv membrannogo tipu a vartist takogo avtomobilya poki 1 miljon 10 Ale poshirena takozh dumka sho ce shahrajstvo na kshtalt vichnogo dviguna Pid egidoyu NATO gotuyetsya naukovij proekt Zero Emission SOFCs Operating on Methane Hydrates for Energy Security z vikoristannyam palivnih elementiv rozroblenih v Ukrayini dlya otrimannya elektroenergiyi z gazogidrativ Chornogo morya 11 V nomu budut brati uchast naukovi kolektivi zi SShA Rosiyi Ukrayini Azerbajdzhanu Bilorusi Doslidzhennya efektivnosti vikoristannya palivnih elementiv v yakosti bortovogo dzherela elektroenergiyi bojovih mashin provodyatsya Komanduvannyam suhoputnih vijsk SShA z rozvitku bojovih spromozhnostej United States Army Combat Capabilities Development Command CCDC 12 ta inshimi derzhavami chlenami NATO Div takozh RedaguvatiElektrohimichnij element Vidnovlyuvana energetika Vodneva energetika Tverdooksidnij palivnij element Nakopichennya energiyi ElektrogidrogenezPrimitki Redaguvati Roginskij V Sovremennye istochniki elektropitaniya L Energiya 1969 S 104 S G Meibuhr Electrochim Acta 11 1301 1966 W R Grove Philos Mag 1839 14 R 127 129 Problema neposredstvennogo prevrasheniya himicheskoj energii topliva v energeticheskuyu M Izd vo AN SSSR 1947 237 s Roginskij V Yu Elektropitanie radioustrojstv L Energiya 1970 320 s il s 263 Grumbina A B Elektricheskie mashiny i istochniki pitaniya elektronnyh ustrojstv Uchebnik dlya tehnikumov M Energoatomizdat 1990 368 s il s 294 Grumbina A B Elektricheskie mashiny i istochniki pitaniya elektronnyh ustrojstv Uchebnik dlya tehnikumov M Energoatomizdat 1990 368 s il s 295 Moskatov E A Istochniki pitaniya Kiev MK Press SPb KORONA VEK 2011 208 s il ISBN 978 5 7931 0846 1 KORONA VEK ISBN 978 966 8806 71 1 MK Press Problemy i perspektivy razvitiya sotrudnichestva mezhdu stranami Yugo Vostochnoj Evropy v ramkah Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva i GUAM Sbornik nauchnyh trudov Livadiya Doneck DonNU 2007 766 s ISSN 1990 9187 a b v Mitkov B V Mitkov V B Shulga O V Alternativni paliva dlya transportnih zasobiv Tavrijskij derzhavnij agrotehnologichnij universitet Naukove vidannya Andrushkiv B Vovk I Pogajdak O Udoskonalennya ekonomichnogo instrumentariyu poshuku novih resursiv v umovah postradyanskogo suspilstva Arhivovano 14 zhovtnya 2013 u Wayback Machine Galickij ekonomichnij visnik Naukovij zhurnal Arhivovano 14 zhovtnya 2013 u Wayback Machine 2012 3 36 Arhivovano 14 zhovtnya 2013 u Wayback Machine Slyusar V I 2019 Poshuk dzherel sili Problemni aspekti energetichnogo menedzhmentu transportnih platform z urahuvannyam osnovnih trendiv ta pidhodiv naukovih struktur NATO Defense Express 2019 8 serpen s 38 41 Dzherela RedaguvatiKovtun G Polunkin Ye Palivnij element osnova vodnevoyi energetiki Visnik NAN Ukrayini 2006 Vip 3 20 zhovtnya ISSN 6436 0372 6436 nbsp Ce nezavershena stattya z tehnologiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Palivnij element amp oldid 38660537