Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Ноября 2013 в 19:02, реферат
В данном реферате мы рассмотрим один из наиболее перспективных в настоящее время источников энергии - топливный элемент. Его принципиальное устройство, проблемы связанные с его внедрением и эксплуатацией. Устройство и принцип работы электрохимической энергоустановки в целом, и некоторые из вариантов топливных элементов.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 5
2. ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТЭ 8
3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ 10
4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ТЭ И ЭНЕРГОУСТАНОВОК 12
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17
СН3ОН + Н2О – 6е → СО2 + 6Н+ (14)
Чистый Pt – катализатор быстро отравляется промежуточными продуктами реакции (14). Поэтому ведутся фундаментальные исследования механизма и катализаторов реакции (14) [3]. Предложены катализаторы на основе сплавов Pt–Ru, Pt–Ru–Re, Pt–Ru–WO3 и др. К настоящему времени созданы лабораторные образцы метанольных ТЭ, однако срок их службы пока не превышает сотни часов.
В рассмотренных до сих пор видах ТЭ применяются Pt и ее сплавы. Массовое производство ЭЭУ на основе ТЭ будет лимитироваться запасами Pt, которые относительно невелики. Поэтому большое внимание уделяется разработке высокотемпературных ТЭ, которые не содержат Pt–катализаторов.
В одном из них, работающем при температурах 650–700°С применяется электролит из расплава карбоната лития и натрия (Li2CO3 + Na2CO3), находящийся в порах керамической матрицы (LiAlO2). Материалом анода служит никель, легированный хромом; катода – дотированный оксид никеля (NiO + Li2O). Реакция, протекающая на аноде ТЭ:
Н2 + СO32- – 2е → СО2 + Н2О,
СО + СO32- – 2е → 2СО2 на катоде ТЭ:
2СО2 + О2 + 4е → СO32-
В последние годы было установлено, что в высокотемпературных ТЭ можно окислить и метан, если в элементе проводить его внутреннюю конверсию по уравнению (8). Основная проблема ТЭ с расплавленным карбонатным электролитом заключается в увеличении ресурса, поскольку в расплаве в присутствии О2 и СО2 происходит коррозия материала катода. К настоящему времени созданы ЭЭУ мощностью от нескольких киловатт до 2 МВт. Установки имеют КПД 60% и выше. Во втором типе высокотемпературных ТЭ применяется твердый электролит (ZrO2 + Y2O3), аноды – из Ni + ZrO2, катоды – из полупроводников на основе La1-x CaxMnO3. На электродах протекают следующие реакции:
Н2 + СO2- – 2е – Н2О и
СО + О2 – 2е → СО2 (анод),
О2 + 4е – 2О2 (катод).
Элементы работают при температуре 1000°С. Созданы и испытаны ЭЭУ мощностью до 20 кВт. Основной проблемой этого типа ТЭ является создание недорогой технологии многослойных керамических ТЭ и батарей ТЭ.
Таким образом, к настоящему времени разработаны пять типов ТЭ и большое число ЭЭУ на их основе. Энергоустановки на основе ТЭ имеют многие преимущества по сравнению с традиционными энергоустановками: более высокий КПД (в 1,5–2 раза выше), экологическая чистота, практическая бесшумность, широкий диапазон мощностей и применяемого топлива, возможности когенерации тепла [3]. Эти ЭЭУ не потребляют воду, при необходимости можно даже использовать воду, которая является продуктом реакции. Пока основным тормозом для их широкого применения являются относительно высокая стоимость (в 2–3 раза) по сравнению с традиционными установками, а также недостаточный срок службы. После преодоления этих недостатков системы на основе ТЭ найдут широкое применение как автономные маломощные и транспортные энергоустановки, так и стационарные мощные станции. Можно ожидать, что в начале следующего века энергоустановки на основе ТЭ будут вносить весомый вклад в генерацию энергии и решение экологических проблем транспорта и энергетики.
В реферате мы рассмотрели базовую часть информации о топливных элементах. Их принципиальное устройство, проблемы связанные с их внедрением и эксплуатацией. Устройство и принцип работы электрохимической энергоустановки в целом, и некоторые из перспективных вариантов топливных элементов. Сейчас ведутся разработки и других топливных элементов и реагентов к ним. И на каком этапе развития будет эта технология уже через 10 лет, сказать трудно. Ясно одно, топливные элементы как элементы питания, укрепляют свои позиции на рынке.