Электрохимическая энергетика

Лекция 9. Классические и нестандартные топливные элементы

Классические ТЭ фосфорно-кислотные топливные элементы щелочные топливные элементы

Козадеров О.А. 20152

Электролит ФКТЭ

жидкая H3PO4

в чистом виде tпл = 42 °С 2H3PO4 = H4P2O7 + H2O (при 213 °C) рабочие температуры 180-200 °C

в форме высококонцентрированного водного раствора растворимость в воде 548 г/100 мл

Козадеров О.А. 20153

Схема устройства ФКТЭ

Козадеров О.А. 20154

Применение стационарные электрохимические

энергоустановки

Козадеров О.А. 20155

Five 200 kW Phosphoric Acid Fuel Cells Installed at the Anchorage Mail Processing Center in Alaska

Применение стационарные электрохимические

энергоустановки

Козадеров О.А. 20156

Преимущества и недостатки ФКТЭ

Преимущества Недостатки развитая

технология высокая

надежность / долгосрочная работа

относительно низкая стоимость электролита

дороговизна Pt-катализатора

чувствительность к отравлению СО и S

электролит является агрессивной жидкостью

Козадеров О.А. 20157

Щелочные топливные элементы (ЩТЭ)

Alkaline Fuel Cells (AFC)

Козадеров О.А. 20158

Электролит ЩТЭ

водный раствор гидроксида калия концентрация 30-40%

проблема – карбонизация 2OH– + CO2 → CO3

2– + H2O

Козадеров О.А. 20159

Схема устройства ЩТЭ

Козадеров О.А. 201510

Применение ЩТЭ энергопитание космических кораблей

Козадеров О.А. 201511

Щелочной топливный элемент UTC для космического корабля Apollo

Copyright NASA

Преимущества и недостатки ЩТЭ

Преимущества Недостатки низкая стоимость

электролита возможность

использования неплатиновых металлических катализаторов

низкое катодное перенапряжение

необходимо использовать H2 и O2 очень высокой чистоты

щелочной электролит требует периодического пополнения

вода должна удаляться из анодного пространства

Козадеров О.А. 201512

Биологические топливные элементы устройства, которые используют ферменты

для прямого преобразования химической энергии (содержащейся, например, в форме углеводов) в электрическую энергию

Козадеров О.А. 201513

Видеолекция по БТЭ: http://www.youtube.com/watch?v=a7jMlkbtiyQ

Козадеров О.А. 201514

Shewanella putrefaciens

Козадеров О.А. 201515

C12H22O11 + 13H2O → 12CO2 + 48H+ + 48e–

Устройство БТЭ

Козадеров О.А. 201516

На аноде:C12H22O11 + 13H2O → 12CO2 + 48H+ + 48e–

Однокамерный твердооксидный ТЭ

Козадеров О.А. 201517

Бескамерный твердооксидный ТЭ

Козадеров О.А. 201518

ТОТЭ с жидким оловянным анодом

Козадеров О.А. 201519

t > 900 °C

ТОТЭ с жидким оловянным анодом

Козадеров О.А. 201520http://www.netl.doe.gov/file%20library/events/2009/seca/presentations/Bentley_Presentation.pdf