Что такое топливный элемент?

Что такое топливный элемент?

Топливный элемент — это устройство, которое использует электрическую энергию, вырабатываемую при реакции водорода и кислорода для производства воды. По сравнению с использованием ископаемого топлива воздействие на окружающую среду крайне низкое. Благодаря своей превосходной энергоэффективности он, как ожидается, найдет множество применений.

Помимо самого водорода, в качестве источника энергии можно использовать ископаемое топливо, такое как природный газ, сжиженный нефтяной газ и метанол, путем их риформинга с катализатором.

Применение топливных элементов

Когда топливные элементы были впервые разработаны, они использовались в космических кораблях в качестве устройства, которое могло одновременно вырабатывать электричество и водород.

Бытовые генераторы на основе топливных элементов устанавливаются для помощи в выработке электроэнергии во время пикового потребления электроэнергии и используют городской газ в качестве источника водорода для выработки электроэнергии.

Другая область, привлекающая внимание, — это транспортные средства на топливных элементах, которые обладают различными преимуществами, такими как большой запас хода, низкое воздействие на окружающую среду и т. д. Транспортные средства на топливных элементах, которые не требуют подзарядки, уже представлены на рынке.

Принцип работы топливных элементов

Существует четыре типа топливных элементов в зависимости от типа используемого электролита. Полимерный электролитный тип и твердооксидный тип являются наиболее популярными типами, используемыми сегодня, и, как ожидается, станут еще популярнее в будущем.

Топливные элементы с твердым полимерным электролитом характеризуются использованием катионообменной мембраны на основе фторполимера в качестве электролита и использованием метанола или городского газа в качестве топлива в дополнение к чистому водороду. Благодаря своей относительно простой структуре и компактным размерам они используются во многих приложениях, включая бытовые генераторы и транспортные средства на топливных элементах. Однако в настоящее время ведутся исследования по сокращению использования платиновых катализаторов, которые являются дорогостоящими.

Твердооксидные топливные элементы характеризуются использованием керамики в качестве электролита, и, как и полимерно-электролитный тип, они используют в качестве топлива чистый водород, метанол или городской газ. Структура проще, чем у полимерно-электролитного типа, и теоретически более эффективна, а дорогие платиновые катализаторы не требуются. Ведутся проверки и усовершенствования.

Преимущества топливных элементов

Топливные элементы имеют следующие преимущества:

① Высокая эффективность выработки электроэнергии:
В случае тепловой генерации тепла тепло от сжигания топлива используется для генерации пара, который вращает турбину для производства электроэнергии. Потеря энергии происходит, когда химическая энергия топлива преобразуется в электрическую энергию через тепловую и кинетическую энергию. Кроме того, энергия также теряется при передаче электроэнергии от электростанции. С другой стороны, топливные элементы для бытового использования имеют чрезвычайно высокую эффективность генерации электроэнергии, поскольку они преобразуют химическую энергию непосредственно в электрическую энергию без потерь при передаче.

② Стабильный источник энергии:
Водород, используемый в топливных элементах, можно получить из различного сырья, такого как сжиженный газ, природный газ, нефть, метанол и биомасса, что обеспечивает стабильную подачу топлива.

③ Низкое воздействие на окружающую среду:
При сжигании топлива, как при тепловой генерации, образуются не только диоксид углерода, но и оксиды азота, оксиды серы и другие загрязнители воздуха. С другой стороны, топливные элементы производят только воду во время выработки электроэнергии, что делает их экологически чистыми.

④ Чрезвычайно тихие:
Топливным элементам не нужны турбины и т. д. Поскольку топливным элементам не нужны турбины и т. д., а электричество получается только за счет химических реакций, они работают очень тихо и практически не создают вибраций.

Хотя топливные элементы обладают этими превосходными характеристиками, в настоящее время у них есть некоторые проблемы, такие как высокая стоимость и короткий срок службы.