ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Низкотемпературные топливные элементы с керамическим электролитом

Было бы полезно для практики, если бы ТОТЭ могли работать при более низких температурах, чем современные элементы с циркониевым электролитом. Среди прочих преимуществ это дало бы возможность увеличить срок эксплуа-

тадии батареи элементов. Задачу можно упростить, если сконструировать о камерный топливный элемент.

В обычный топливный элемент газы, используемые в качестве топлива окислителя, поступают раздельно. Каждый газ подводится к соответствую электроду. В однокамерном топливном элементе топливо смешивается с духом в такой пропорции, чтобы полученная смесь была слишком обога топливом и потому невзрывоопасна. Топливовоздушная смесь подается на электрода одновременно, на одном из них происходит преимущественно ция с топливом, а на другом — с кислородом.

В топливном элементе, описанном в работе Хибино, использовался элек лит в виде диска толщиной 0,15 мм из диоксида церия, легированного самар Анод представлял собой слой из того же материала, обогащенного никеле катод изготовлен из оксида Sm05Sr05CoO3 (рис. 7.14).

Смесь этана с воздухом (18 % этана) при контакте с анодом, обогащенн никелем, преобразуется в смесь водорода и монооксида углерода:

С2Н6 + 02 -4 ЗН2 + 2СО.

Затем оба полученных газа окисляются:

зн2+зо2 -> ЗН20 + 6е~ , 2С0 + 202" -> 2С02 + Ае~ .

Таким образом, из одной молекулы этана получается 10 электронов, уходящих во внешнюю цепь. Перемещаясь через электролит от катода приходят пять ионов кислорода. Они образуются за счет соединения 10 электронов с 2,5 молекулы кислорода, содержащегося в топливовоздушной смеси:

10е + 2,502 —> 50

Однокамерная конструкция упрощает изготовление топливного элемента, а также делает его более устойчивым к термическим и механическим нагрузкам.

Рабочие характеристики некоторых небольших экспериментальных ТЭ, скон­струированных Хибино, выглядят многообещающе: плотности энергии состав - гяют более 4 кВт/м2 при 500 °С и более 1 кВт/м2 при 350 °С. Сравните эти ха­рактеристики с параметрами более совершенного ТПТЭ, созданного Баллардом. ■ котором плотность энергии достигает 20 кВт/м2.

Анод

(отрицательный зажим) Окислительные реакции

Пита­

тельный

газ Реформат -

•Н6 + 02 ЗН2 + 2СО

^ ЗН2 + 30" -> ЗН-Ю + 6е~ *

Катод

(положительный зажим) Восстановительные реакцит

—==—Ч

Пита - тельный

газ

10/+2,5СЇ2-+5СГ

Церий, легированный самарием и обогащенный никелем

Рис. 7.14. Химические реакции в низкотемпературном ТОТЭ с диоксидом церия в качестве электролита

Вольт-амперная характеристика одного из экспериментальных ТЭ с электролитом из диоксида церия (толщина слоя электролита 0,15 мм) показана на рис. 7.15.