ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Химический состав электролита
В качестве электролита может использоваться раствор щел или кислоты, расплавленный карбонат или твердый оксид.
Щелочные электролиты, например гидрооксид калия, используются обы в электролизерах (двойник топливного элемента — вместо производства эле рической энергии за счет потребления топлива они производят топливо за потребления электроэнергии). Использования щелочи в топливных элеме стараются избегать, так как присутствие в воздухе (который используется в честве окислителя) углекислого газа приводит к образованию нераствори карбонатов, которые ухудшают свойства электролита. Лишь в особых случ когда окислителем является чистый кислород, топливные элементы с электро. том КОН демонстрируют высокую эффективность. Такие топливные элеме используются в космической отрасли.
Растворы кислот имеют более высокую коррозионную активность, чем лочи, однако относительно слабые кислоты могут достаточно эффективно пользоваться в топливных элементах. В частности, широкое применение и фосфорная кислота1). Она устойчива к диоксиду углерода. Для эффективной боты необходимо поддерживать температуру электролита в диапазоне от 150 220 °С. При этом давление в системе должно быть повышено, чтобы жидко, не закипела. При более низких температурах электрическая проводимость твора слишком мала, а при более высоких возникают проблемы с прочное используемых материалов. Предлагается также использовать твердые кисло качестве электролита для топливных элементов (см. п. 7.5.7). Их использова может помочь в решении неприятной проблемы, связанной с просачиван метанола через мембрану от анода к катоду (см. п. 7.5.6).
Большая часть твердооксидных электролитов, таких как стабилизирован цирконий и диоксид церия, обладают анионной проводимостью, т. е. явля проводниками для отрицательных ионов, например О2-. Существуют и пре жены для использования и электролиты с катионной проводимостью.
Твердополимерный электролит, как правило, является проводником прото как и кислоты. Однако, как и в случае твердооксидных электролитов, разр тываются и исследуются также и твердополимерные электролиты с катион проводимостью.
'* Фосфорная кислота довольно слабая, что подтверждается ее ежедневным потреблением бителей напитка кока-кола, в состав которого она входит.
7.3. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ
Тип химических реакций, протекающих в топливном элементе, ;ісит как от вида используемого топлива, так и от типа электролита. Некото - е из наиболее распространенных комбинаций описаны ниже и показаны на люстрациях (см. с. 278).
В водородно-кислородных топливных элементах с щелочным ектролитом (обычно КОН) токообразующим является ион ОН. Так как ион держит атом кислорода, на аноде образуется вода.
Диссоциация КОН в электролите описывается уравнением:
КОН ^ К+ + ОН' • (8)
На аноде нейтральные атомы водорода соединяются с гидроксильными ио - ми, в результате чего образуются молекулы воды и электроны, образующие во внешней цепи:
2Н2 + 40Н - -> 4Н20 + 4е" . (9)
На катоде электроны снова образуют ионы гидроксила:
4е~ + 02 + 2НгО -> 40Н - . (10)
Электролит в этих реакциях, разумеется, не расходуется. Общее уравнение
лЦИИ
2Н2+02^2Н20. (11)
