К коммерциализации готов
Накануне Дня Победы ими были зажжены электролам- почки с помощью электричества, выработанного элек- трохимически генератором (ЭХГ) на твердоокисных то- пливных элементах (ТЭ) — первым таким устройством, созданным в Нижегородской области. Что такое топливный элемент? Почему создание ТЭ можно считать событием не рядовым, а выдающимся? В настоящее время в нашей стране возникла острая потребность в автономных источниках рассредото- ченного электроснабжения небольшой мощности для удовлетворения бытовых и производственных нужд удаленных потребителей, обладающих собственными источниками газообразного или жидкого органического топлива, биогаза, другими видами органики, но отрезан- ных от централизованных электросетей. Наиболее эффективным устройством для получения из этого топлива электроэнергии как раз и является то- пливный элемент. Все мы знаем, как устроен химический источник тока, обыденно называемый батарейкой. Ток в ней вырабаты- вается за счет химической реакции между некоторыми веществами, причем одно из них исчезает. И по мере его исчезновения напряжение тока падает, батарейка выхо- дит из строя. Большую часть их выбрасывают, загрязняя почву оставшимися в них вредными веществами. Знаем, как устроен аккумулятор — вторичный хими- ческий источник электротока. В нем химические веще- ства не расходуются, а только постепенно портятся, и все равно аккумулятор через некоторый срок эксплуата- ции надо сдавать в утиль. А вот химические источники тока третьего вида, пока еще в нашей стране малочисленные, работают без рас- хода или порчи их составных частей. Этот третий вид – топливные элементы. К настоящему времени известно несколько типов ТЭ, среди которых наиболее перспективен ТОТЭ. Именно ЭХГ на ТОТЭ и создали нижегородские ученые. Рассмотрим, как они устроены и как они работают. Простейший ТОТЭ состоит из твердой мембраны (по- лупроницаемой перегородки), выполняющей функцию электролита. С обеих сторон на нее нанесены твердые пористые электроды. Один из них анод. В нем происходит взаимодействие водорода с отрицательно заряженными ионами кисло- рода, которое можно отобразить такой схемой химиче- ской реакции: 2О– + 2Н2 4е– + 2Н2О, где О– — ион кис- лорода, е– — электрон. Образующиеся электроны переходят по металличе- скому проводнику на другой электрод — катод, тоже твердый и пористый. А переход электронов — это уже электрический ток, и его можно «заставить потрудить- ся» — зажечь электролампочку, привести в движение электромотор, зарядить аккумулятор. В катод подается кислород. Его молекулы соединя- ются с пришедшими туда электронами и образуют отри- цательные ионы кислорода, что можно отразить такой схемой химической реакции О2 + 4е– 2О– Образовавшиеся ионы кислорода диффундируют через мембрану (электролит) на анод, где, как уже указано, вступают во взаимодействие с водородом, что и обеспе- чивает функционирование ТОТЭ. Все эти реакции в ТОТЭ происходят при температу- ре 700–800 °С, поэтому вода образуется в виде горячего пара. Он может быть использован для получения тепло- ты, а после его остывания образуется вода, причем чи- стейшая, сродни дистиллированной. Она — тоже вклад в экономический и экологический эффекты топливных элементов. Вышеописанные химические реакции происходят в так называемой топливной ячейке. Она вырабатывает электрический ток напряжением 0,8–0,9 вольт. Мощ- ность ячейки определяется площадью электродов. По- следовательное соединение этих ячеек позволяет до- стичь нужного напряжения. Батарея топливных ячеек вместе с инфраструктурой (т. е. системой подведения топлива и кислорода, отвода продуктов реакции и теплоты) и получила название ЭХГ. В свою очередь ЭХГ входит в электрохимическую энер- гоустановку (ЭЭУ), которая кроме ЭХГ включает блок подготовки топлива, преобразователь постоянного тока (а именно такой ток вырабатывает ТЭ) в ток пере- менный, блок использования выделяющихся при рабо- те теплоты и воды. Таким образом, ЭЭУ на основе ТЭ обладает многими преимуществами перед традиционными источниками электроэнергии: более чем в 1.5–2 разаКПД, экологиче- ской чистотой, бесшумностью во время функциониро- вания. Он не потребляет воду, наоборот, при необходи- мости может быть источником высокочистой воды. А на IV Всероссийской конференции «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» с Международным участием, которая только что (24–29 июня) завершилась в г. Суздале, было признано, что нижегородский ТОТЭ наиболее близок к коммерциализации.
Читайте также
Комментарии
Свежий выпуск
