Категории
Химия
Топливные элементы с прямым окислением метанола (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) просмотров - 527
Фосфорнокислые топливные элементы (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC)
В качестве электролита в фосфорнокислых элементах используется жидкая фосфорная кислота͵ обычно заключенная в порах матрицы из карбида кремния. Для изготовления электродов применяется графит. Происходящие в фосфорнокислых элемента реакции электроокисления водорода аналогичны тем, которые протекают в РЕМ-элементах.
Рабочая температура фосфорнокислых элементов несколько выше по сравнению с РЕМ- и щелочными и колеблется в пределах от 150 до 200 °С. Тем не менее для обеспечения крайне важной скорости электрохимических реакций необходимо использовать катализаторы (платину либо сплавы на ее основе). Благодаря более высокой рабочей температуре фосфорнокислые элементы менее чувствительны к химической чистоте топлива (водорода), чем РЕМ- и щелочные элементы. Это позволяет применять топливную смесь, содержащую 1 -2% оксида углерода. В качестве окислителя можно использовать обычный воздух, поскольку содержащиеся в нем вещества не вступают в реакцию с электролитом.
Фосфорнокислые элементы обладают относительно невысоким КПД (порядка 40%) и требуют некоторого времени для выхода на рабочий режим при холодном старте. При этом РАFС имеют и целый ряд преимуществ, в том числе более простую конструкцию, а также высокую стабильность и низкую летучесть электролита.
Сегодня на базе фосфорнокислых элементов создано и запущено в коммерческую эксплуатацию большое количество энергоустановок мощностью от 200 кВт до 20 МВт.
Элементы с прямым окислением метанола являются одним из вариантов реализации элементов с ионообменной мембраной. Топливом для DMFC-элементов служит водный раствор метилового спирта (метанола). Необходимый для реакции водород (и побочный продукт в виде углекислого газа) получается за счет прямого электроокисления раствора метанола на аноде:
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e.
На катоде происходит реакция окисления водорода с образованием воды:
3/2 O2+6H++6e→3H2O.
Рабочая температуры DMFC-элементов составляет примерно 120 °С, что немного выше по сравнению с водородными РЕМ-элементами. Недостатком низкотемпературного преобразования является более высокая потребность в катализаторах. Это неизбежно приводит увеличению стоимости таких топливных элементов, однако данный недостаток компенсируется удобством использования жидкого топлива и отсутствием крайне важности в применении внешнего конвертора для получения чистого водорода.
Читайте также
Фосфорнокислые топливные элементы (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC) В качестве электролита в фосфорнокислых элементах используется жидкая фосфорная кислота, обычно заключенная в порах матрицы из карбида кремния. Для изготовления электродов применяется графит. Происходящие в... [читать подробенее]