Рабочий диапазон температур
Напряжение разомкнутой цепи идеального топливного элеме зависит от используемого топлива и незначительно понижается при увеличс температуры. Однако максимальная плотность тока быстро увеличивается : повышении температуры, так как растет скорость химических реакций, кото также зависит и от вида используемого топлива и может быть увеличена с по щью катализаторов. Чем выше температура, тем больше плотность тока, котг может генерировать топливный элемент. С другой стороны, высокая темпера может быть несовместима с электролитом или другими материалами, испол емыми в элементе, что существенно ограничит срок его службы.
Рис. 7.3. Рабочий диапазон температур для различных типов топливных элеме включает в себя довольно узкие области. Отметим, что на рисунке привел данные для двух различных типов ТОТЭ: СЦД — диоксид церия, легиро ный самарием; ЦСИ — цирконий, стабилизированный иттрием
Для крупных электростанций, работающих в непрерывном режиме, высо уровень температур выгоден: реакции протекают быстро, катализаторы либо нужны, либо, если они все-таки необходимы, устойчивы к отравлению монс» сидом углерода^, а отхоляшие газы могут быть использованы для комбини ванного производства энергии, что повышает общую эффективность стани На станциях, работающих при более низких температурах, может произвол» ся горячая вода для общих нужд, что является преимуществом для район или автономных станций. Для периодического использования, особенно автомобилях, важно, чтобы топливный элемент работал при достаточно н кой температуре для сокращения времени выхода на рабочий режим. Од ко при низких температурах появляются недостатки, связанные с выест чувствительностью катализаторов к отравлению монооксидом углерода, обходимостью увеличения количества катализаторов, использованием бс сложных систем охлаждения.
‘* Отравление катализатора монооксидом углерода СО может быть серьезной проблемой использовании низкотемпературных топливных элементов с водородным топливом, получен из ископаемых углеводородов.
В настоящее время наиболее распространенные ТПТЭ работают при температурах ниже 100 °С, т. е. при условиях, не обеспечивающих оптимальной производительности, тогда как температуры, при которых работают ТОТЭ, слишком высоки, особенно для использования этих топливных элементов (ТЭ) в автомобилях. Действительно, в современных ТПТЭ, работающих при низких температурах, важными проблемами являются сложность катализа и чувствительность катализаторов к отравляющему действию СО, тогда как в ТОТЭ преимущества работы при высокой температуре уравновешиваются рядом недостатков, описанных в п. 7.5.4. По этой причине исследования в области ТПТЭ направлены на разработку высокотемпературных пластмасс, таких как полибензимидазоло — ые мембраны, созданные фирмой Celanese AG. Эти мембраны могут работать при температуре 200 °С. Исследования в области ТОТЭ, напротив, направлены на поиск низкотемпературной керамики. В качестве электролитов предлагаются модифицированные галлаты лантана и диоксид церия.