Что такое метанольный топливный элемент?

Что такое метанольный топливный элемент?

Метанольные топливные элементы — это тип топливных элементов, которые напрямую используют метанол в качестве топлива.

Топливные элементы работают на водороде, но внедрение топливных элементов стало препятствием из-за необходимости в крупногабаритном оборудовании для генерации газообразного водорода и высокой стоимости оборудования для транспортировки и хранения взрывоопасного водородного газа.

Однако метанол, будучи жидкостью, может храниться в меньшем объеме, чем газообразный водород, что позволяет уменьшить размеры топливных элементов. С ним также легче обращаться, чем с газообразным водородом, что упрощает внедрение топливных элементов. По этим причинам ожидается применение в мобильных устройствах.

Применение метанольных топливных элементов

Метаноловые топливные элементы можно использовать так же, как и обычные батареи, пока батареи могут вырабатывать электричество.

Хотя переход с автомобилей на бензиновых топливных элементах на автомобили на топливных элементах идет полным ходом, чтобы сократить выбросы углекислого газа, большинство современных автомобилей на топливных элементах работают на водороде. Это связано с тем, что все еще существуют некоторые проблемы в производстве электроэнергии с помощью метаноловых топливных элементов.

Однако, поскольку метаноловые топливные элементы становятся все более распространенными, их можно использовать для питания автомобилей и аккумуляторных батарей для небольших смартфонов и других устройств.

Принцип работы метаноловых топливных элементов

Существует два основных типа метаноловых топливных элементов: прямые и риформинговые.

1. Прямой метаноловый топливный элемент

Рисунок 1. Уравнение реакции метанолового топливного элемента

Метаноловые топливные элементы — это топливные элементы, которые используют метанол непосредственно в качестве топлива, и часто называются метаноловыми топливными элементами. Они состоят из топливного электрода (анода), где реагирует метанол, и воздушного электрода (катода), где реагирует кислород из воздуха. Уравнение реакции на каждом электроде показано на рисунке 1.

Реакция метанола в водном метанольном растворе генерирует электроны посредством действия катализатора, такого как платина в топливном электроде, который продолжает реагировать до тех пор, пока топливо продолжает использоваться. Генерируя электричество при подаче метанола, топливо может использоваться в течение длительного периода.

2. Реформинг метанольного топливного элемента

Рисунок 2. Модификация метанола

Реформинг относится к извлечению водорода из метанола. Поскольку извлеченный водород используется в качестве топлива для выработки электроэнергии, принцип выработки электроэнергии точно такой же, как и у обычных водородных топливных элементов, но поскольку исходным материалом является метанол, эти элементы иногда также называют метанольными топливными элементами.

В риформинге метанола метанол смешивается с водяным паром и реагирует с катализатором, таким как медь, оксид цинка или оксид алюминия, который в конечном итоге разлагает его на водород и диоксид углерода.

Поскольку эта реакция эндотермическая, для продвижения реакции необходимо подавать тепло из внешнего источника. Хотя предпочтительнее реагировать при высоких температурах для ускорения хода реакции, каталитическая активность вышеуказанных катализаторов дезактивируется при температурах выше 300°C.

Другая информация о метанольных топливных элементах

1. Характеристики метанольных топливных элементов

Типичные характеристики метанольных топливных элементов включают:

• Малый размер
• Небольшая стоимость установки
• Тихая работа
• Низкие эксплуатационные расходы

В то время как типичный топливный элемент также требует водородного бака, метанольные топливные элементы можно сделать меньше, поскольку в них нет необходимости в водородном баке. Кроме того, они не вращают турбину, как в тепловой или ядерной энергетике, поэтому они могут генерировать электроэнергию с бесшумной работой.

2. Проблемы метанольных топливных элементов

Рисунок 3. Снижение реактивности метанольного топливного элемента

В метанольных топливных элементах катализатор на анодной стороне, которая вступает в контакт с раствором метанола, загрязнен оксидом углерода, промежуточным продуктом, что приводит к снижению реактивности. Это также сокращает срок службы самого топливного элемента.

Еще одной важной проблемой является явление кроссовера метанола, при котором метанол проникает в электролит и достигает воздушного электрода, что приводит к снижению эффективности выработки электроэнергии и снижению напряжения батареи. Можно сказать, что топливным элементам, использующим метанол, который недорог и легко стабилизируется, но имеет короткий срок службы, потребуется время, чтобы стать широко используемыми.