Горивна клетка: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Termininja (беседа | приноси) форматиране: 5x А|АБ, 5x интервали (ползвайки Advisor.js) |
|||
Ред 4:
==Общи сведения==
Устройството на горивните елементи е подобно на това на [[галваничен елемент|галваничните елементи]] ([[батерия|батерии]]) с основната разлика, че е проектирано за непрекъснато подаване на консумираните реактанти. Например: произвеждането на [[електричество]] чрез подаване на гориво [[водород]] и [[кислород]] е непрекъснато и може да бъде постоянно, докато капацитетът на една обикновена батерия е ограничен от количество на реактантите в нея. [[електрод|Електродите]] в една батерия реагират (химически) и се променят при зареждане и разреждане на батерията, докато електродите на горивната клетка са катализаторни и са относително стабилни.
Типичните реактанти, използвани в горивната клетка са водород, подаван на [[анод
[[Image:Toyota FCHV.jpg|thumb|right|250px|Автомобил Тойота FCHV, използващ горивна клетка]]
Ред 16:
===Водородно/кислородна горивна клетка с протонно-обменна мембрана===
В прототипа на '''водородно/кислородната горивна клетка с протонно-обменна мембрана''' (ПОМГК; Polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC), полимерна мембрана, пропускаща протони, разделя анодната и катодната страна. От двете ѝ страни има по един проводящ електрод, покрит с катализатор от [[платина]] и отделен от мембраната с карбонова (въглеродна) хартия.
На анодната страна водородът [[дифузия|дифундира]] до анодния катализатор и [[дисоциация|дисоциира]] на [[протон
На катализатора на катода [[молекула|молекулите]] кислород реагират с електроните (които са пропътували по външната верига) и протоните (дифундиралите през мембраната), за да образуват вода, при което се отделя топлина.
В този пример единственият отпадъчен продукт е водна пара, т.е. вода.
Ред 30:
===Твърдооксидна горивна клетка===
'''Горивните елементи (клетки) със твърд оксиден електролит''' (Solid oxide fuel cell, SOFC) са най-ефективните и най-перспективните от всички изброени дотук. Тези горивни клетки, са най-подходящи за широка гама от стационарни генератори, които могат да осигуряват електричество за промишлени и комунални нужди. Като електролит в тези клетки се използват керамични материали, включващи в структурата си с итриеви и циркониеви оксиди. Този тип горивни клетки работят при много високи температури (1000 °C), което позволява употребата на различни въглеводороди като гориво и работа в режим на когенерация.
Високотемпературните горивни клетки (MCFC и SOFC) не съдържат платина, която е една от най-скъпите съставни части на ниско и среднотемпературните горивни елементи. Друго основно предимство е възможността за работа с по-голяма гама от горива - включително природен газ. На трето място, те могат да работят в режим на когенерация. Това означава, че получената при работата им прегрята пара може да се използва за задвижване на електрически микротурбини, където се генерира допълнително количество електроенергия. От друга страна, високата работна температура усложнява поддръжката и намалява приложението на тези горивни клетки. Те могат да се използват почти изключително само за стационарна електрогенерация, въпреки че са разработени модели, които да обслужват многотонажни плавателни съдове.
==Ефективност==
Горивните клетки не са ограничени от максималната ефективност на [[цикъл на Карно|цикъла на Карно]] като [[двигател с вътрешно горене|двигателите с вътрешно горене]]. Следователно, те могат да имат много висока ефективност при преобразуване на химическата енергия в електрическа.
Горивната клетка преобразува химическата енергия на горивото си в електричество с [[КПД|ефективност]] типично около 50% (останалата енергия се превръща в топлина). Ако горивната клетка се използва за захранване на [[превозно средство]], тогава е важно да се вземат предвид и загубите при производството, транспортирането и съхранението. [[автомобил|Автомобилите]] с горивни клетки, движещи се със сгъстен водород, имат ефективност (от източника на електричество до колелата) от 22%, ако водородът се съхранява като [[газ]] под високо налягане и 17%, ако се втечнява криогенно.
Ред 42:
==Термодинамични аспекти при работата на горивните клетки==
Според цикълът на Карно една обратимо работеща термична машина в идеални условия не може да превръща изцяло получената топлина (Q) в механична енергия (работа (W)). Термичната машина получава топлина (Q1) от по-горещия резервоар (T1), извършва работа (W) и връща определена топлина (Q2) на по-студения резервоар (T2). Колкото е по-голяма разликата в температурите на двата резервоара, толкова по-голям е [[КПД|коефициентът на полезно действие]] (η) на машината – най-високата температура минус най-ниската температура върху най-високата температура.
Тъй като горивните клетки превръщат химичната енергия директно в електрична, то този процес не включва превръщането на топлина в механична енергия. Ето защо, ефективността на горивните клетки превишава ограничението поставено от цикъла на Карно, дори когато работят при сравнително ниски температури (например 80 °C).
| |||