Топливные элементы с твердооксидным электролитом (ТОТЭ)
Топливные элементы с фосфорнокислым электролитом, а также тынинство ТПТЭ являются ТЭ, в которых в качестве электролита использу — ся гидратные кислоты. С другой стороны, твердые кислоты могут обладать водимостью по дегидрированным протонам, что обеспечивает некоторые імущества по сравнению с популярными ТПТЭ.
Серная кислота H2S04 является распространенной кислотой. Однако в апазоне температур, в котором работают топливные элементы, эта кислота чодится в жидком состоянии. Если же один из атомов водорода заместить мом цезия, то получим бисульфат цезия CsHS04, температура плавления ■орого имеет достаточно высокое значение. При температуре выше 414 К кислота становится хорошим проводником протонов (обычно вещества с Жими свойствами называют суперпротонными или суперионными проводами), поэтому она была предложена для использования в качестве элек — тита в топливных элементах исследовательскими группами Калифорний — го исследовательского института, Университета Вашингтона и некоторых тих научных центров.
Такие твердые кислоты хорошо растворяются в воде, а так как вода явля — — я продуктом протекающих в ТЭ реакций, рабочая температура должна быть таточно высока, чтобы вода, контактирующая с электролитом, находилась в бразном состоянии, т. е. представляла собой водяной пар. По этой причине іая температура ТЭ должна быть выше 150 °С.
Основная трудность при использовании бисульфата цезия (а также и соответ — ющих селенатов) в качестве электролита заключается в том, что он вступает ікцию с водородом, образуя в случае бисульфата сероводород. Соединения основе фосфатов обладают более высокой устойчивостью. Например, была демонстрирована работа топливных элементов с электролитом CsH2P04 при лературе 235 °С.
Преимущество ТОТЭ перед ТПТЭ заключается в том, что они менее подвер — ы отравлению монооксидом углерода СО и требуют меньшего количества ыизаторов, так как работают при повышенных температурах. Кроме того, как вода находится в газообразном состоянии, нет нужны в сложной системе вления подачей и отводом воды, которая необходима при работе с твердо — ииерными элементами.
Вероятно, наиболее существенным преимуществом ТОТЭ является непро цаемость электролита для метанола, благодаря чему исчезает серьезная пробл «кроссовера» метанола, свойственная ТПТЭ (см. п.7.5.6 «Метанольные топлі ные элементы»). Плотность потока энергии, достигаемая в ТОТЭ, по дани на 2004 г., в 5 раз превышает плотность потока энгергии, характерную для танольных ТЭ. Толщина электролита в ТОТЭ составляет 260 мкм. Элемег с меньшей толщиной электролита, которые будут созданы в будущем, б иметь существенно лучшие рабочие характеристики. Однако стоит отметить, одной из серьезных трудностей, связанных с созданием и развитием ТЭ э типа, является хрупкость используемого твердого электролита.