ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
7.1. ВВЕДЕНИЕ
Девятнадцатый век принято считать веком машиностроения, ШХ в. — веком электроники, а XXI — веком биологии. На самом деле, XX в.
лно назвать веком механических тепловых машин. Если подсчитать количе — Вгво легковых автомобилей, грузовиков и автобусов, произведенных в период р 1900 по 1999 г. в одной только Америке, то получится чуть больше 600 млн раиниц техники. Добавив к этому числу количество выпущенных во всем мире w стони клов, железнодорожных локомотивов, моторных газонокосилок, лодок, полетов, а также тяжелой строительной техники, получим, что в XX в. было выведено почти 2 млрд двигателей внутреннего сгорания.
В механических тепловых машинах используется теплота, которая выделяется при ■ыимодействии химического вещества (топлива) с кислородом (обычно с кисло — р дои, содержащимся в воздухе). Тепловая энергия преобразуется в механическую к помощью довольно сложного механического оборудования. Такая схема по сво — с суш неэффективна и громоздка. Она является результатом наших тысячелетних ‘ пыток научиться использовать энергию огня и управлять ею. Преобразование ■имической энергии непосредственно в электрическую — более простой способ, . •. юенно если принять во внимание электрическую природу химической связи, с линяющей атомы в молекуле. Устройства, преобразующие химическую энергию ■епосредственно в электрическую, называются электрохимическими элементами. Примерами электрохимических источников тока могут служить элементы гания, используемые в бытовых электроприборах, автомобильные аккумуля — ‘ »ры, топливные элементы.
Электрохимические элементы преобразуют химическую энергию непосред — „ гвеино в электрическую без промежуточной тепловой стадии, поэтому их эф — ; ктивность не ограничена КПД цикла Карно.
В современном языке термины «электрохимический элемент» и «батарея» » иичозамснясмы. Под элементом подразумевают отдельную электрохимическую
ячейку (хотя топливный элемент чаше всего состоит из нескольких ячееь ледовательно соединенных в цепь). Батареей называют набор элементов, ко элемент питания напряжением 1,5 В, используемый в бытовых фона также обычно называют батареей.
Элемент, который невозможно повторно использовать после его разр получил название первичного элемента (элемента одноразового действия). менты, которые можно повторно использовать после разрядки, делятся Hi категории: электрохимические аккумуляторы и топливные элементы.
Электрохимический аккумулятор, называемый также вторичным элеме это перезаряжаемое устройство, заряд которого восстанавливается с пом внешнего источника электрического тока. Примером может служить авт< бильный аккумулятор.
Топливный элемент работает непрерывно, так как расходуемые pears подают в него в процессе работы. Как правило, используют текучие реа: с (жидкости или газы), так как в этом случае легко обеспечить их непрерь1 подачу в топливный элемент. Однако в некоторых типах топливных элем используются и твердые реагенты, как, например, в цинково-воздушном менте, описание которого будет приведено ниже в этой главе.
Одноразового использования
Многоразового
использования
Хотя топливные элементы были изобретены еще в 1829 г., когда сэр Вид Гроувс впервые продемонстрировал свою «газовую гальваническую бата до недавнего времени технологическое развитие устройств находилось то. на начальной стадии.
В США исследования в области создания и использования топливных эле* тов были возобновлены благодаря НАСА. Топливные элементы использовал как на спутниках Gemini и Appolo, так и на космических челноках. В бли • шем будущем наиболее важными областями применения топливных эдеме» станут транспорт, малая энергетика, электроника. Топливные элементы б: использоваться как источники электроэнергии в автомобилях и автобусах, в трализованных и автономных энергетических системах, как элементы пита для сотовых телефонов и других небольших электронных приборов.