ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Топливные элементы с твердополимерным электролитом

Данный тип топливных элементов является наиболее простым по принципу действия, а также, возможно, и в изготовлении. Как следует из названия, элек­тролитом в данном типе топливных элементах является твердая мембрана, вы-

полненная из ионопроводящего полимерного материала. Ионы могу быть положительными (катионы), как правило, протонами, так и отрицательн (анионы), обычно ион

Твердополимерные топливные элементы более безопасны, чем ТЭ с жид или расплавленными электролитами, так как в ТПТЭ используются электг ты, не вызывающие коррозию. Эти элементы способны выдерживать боль перепады давления между топливной и окислительной частью, что упрс управление потоками газов.

Краткую историю развития ТПТЭ можно найти в статье Дэвида Уоткинс

Впервые ТПТЭ был создан компанией General Electric в 1959 г.. В 19vl технология их производства была передана компании United Technology С ration/Hamilton Standart. Развитие продолжалось чрезвычайно медленно до пор, пока исследования не были активизированы и доведены до стадии произвол компанией Ballard Power Systems1* совместно с Daimler Benz. До того, как за взялась компания Ballard, появление на рынке автомобилей на топливны ментах прогнозировалось не ранее 2020 г. Теперь же ожидается, что автомо" на топливных элементах для общего пользования появятся уже к 2010 г.!

Существенный прогресс в области топливных элементов может быть п люстрирован такой характеристикой, как плотность энергии, которая вы

^ С историей компании Ballard можно ознакомиться в книге Тома Коппела.

с момента появления первого топливного элемента в 1959 г. в 160 раз: плотность мощности первого ТЭ составляла 50 Вт/м2, а 1982 г. был создан ТЭ с плотно - сью мощности 8 кВт/м2.

Такой быстрый рост стал следствием большого количества усовершенствова­нии, таких как использование более эффективных мембран (в ранних моделях ТЭ использовался сульфированный полистирол, в более поздних — сульфиро­ванный тетрафторэтилен (нафион)), уменьшение толщины мембраны (от 250 до РЗ мкм), работа при более высоких температурах (от 25 до 150 °С), применение тализаторов с улучшенными характеристиками.

Рис. 7.16. Начиная с 1986 г. плотность вырабатываемой мощности в ТЭ компании Ballard росла экспоненциально. В настоящее время в батарее ТЭ объемом 1 м3 может быть получено свыше 2 МВт мощности (2 кВт/л)

Вскоре после появления ТПТЭ их стали рассматривать как предпочтитель­ное решение для использования на транспорте, а также как конкурента стаци­онарным электростанциям. Чрезвычайно быстрое развитие этого типа ТЭ — верный признак молодой и незрелой технологии — подтверждается экспо­ненциальным ростом плотности мощности в ТЭ компании Ballard (рис. 7.16). Плотность мощности в ТЭ этой компании превышает 20 кВт на 1м2 активной поверхности (в лучших моделях ТЭ компании General Elactric 8 кВт/м2). От­ношение мощности к массе элемента (гравиметрическая плотность мощности) также существенно увеличено — оно превышает 0,7 кВт/кг, приближаясь к значениям, характерным для современных авиационных двигателей1'. Таким образом, весовые и объемные характеристики современных ТПТЭ позволяют

Справедливости ради надо сказать, что вес авиационного двигателя надо сравнивать с сум­марной массой батареи топливных элементов и электродвигателя.

использовать эти устройства на транспорте. Единственная характерне которую необходимо существенно улучшить, это удельные капиталовлол т. е. отношение стоимости установки к ее мощности.

Добиться снижения стоимости можно многими способами. Самый оч ный из них создание достаточно широкого рынка, который позволит н массовое производство. Необходимо использовать более дешевые мембра катализаторы. Специалисты компании Daimler прогнозируют, что на этапе вития технологии удельные капиталовложения для батареи ТЭ будут сост; от 20 до 30 долл. за 1 кВт мощности батареи.

Рис. 7.17. Структура ТПТЭ