Типы топливных элементов

Фосфорная кислота: Это - наиболее коммерчески развитый тип топливного элемента. Он нашел широкое применение во многих областях: больницах, пансионатах для престарелых, гостиницах, офисных зданиях, школах, вспомогательных электростанциях и терминалах аэропортов. Топливные элементы на фосфорной кислоте вырабатывают электричество с КПД более 40% или около 85% (если пар, который производит этот топливный элемент, используется для совместного производства тепла и электричества) в сравнении с 30% КПД наиболее эффективного двигателя внутреннего сгорания. Рабочие температуры находятся в пределах 400 оF (tC = (tF-32)/1,8). Топливные элементы могут также использоваться и на больших транспортных средствах, таких как автобусы и локомотивы.

Протонообменная мембрана (ПОМ): Эти элементы работают при относительно низкой температуре (около 200 oF), имеют высокую плотность энерговыделения, могут быстро изменять выходную мощность для удовлетворения меняющейся потребности в энергии и подходят для работы в таких условиях, где требуется быстрый запуск, например, автомобили. Согласно заявлению Министерства энергетики США, "они являются первыми кандидатами на использование в транспортных средствах малой грузоподъемности, для обеспечения зданий электроэнергией и теплом и, возможно, в значительно меньших приложениях, таких как замена аккумуляторных батареек в видеокамерах".

Расплавленный карбонат: Топливные элементы на расплавленном карбонате обещают быть высокоэффективными в отношении КПД преобразования топлива в электричество, а также обладать возможностью потребления топлива на основе угля. Эти элементы работают при температуре около 1 200 оF.

Твердые оксиды: Другим многообещающим топливным элементом является твердоокисный элемент, который может быть использован на больших мощных установках, включая промышленные и крупные центральные станции, вырабатывающие электричество. Некоторые разработчики считают, что твердоокисные топливные элементы могут также использоваться в автомобильном транспорте. В Европе готовится испытание установки в автотранспорте мощностью 100 кВт. В Японии уже вступили в строй два небольших блока мощностью 25 кВт. В системах на твердых оксидах вместо жидкого электролита обычно используется твердый керамический материал, что позволяет достичь рабочих температур до 1 800 оF. КПД при выработке энергии может достигнуть 60%. Один тип твердоокисных топливных элементов использует в своей конструкции массив метровых труб, другие варианты - сжатый диск, который напоминает крышку от жестяной банки из-под супа.

Щелочные элементы: Уже давно используемые НАСА в космических полетах, эти топливные элементы работают с КПД до 70%. В качестве электролита в них используется щелочной гидрооксид калия. До недавнего времени они были слишком дорогими для коммерческого использования, но несколько компаний взялись за изучение проблемы снижения стоимости и повышения гибкости эксплуатационных характеристик.

Другие топливные элементы: Прямые метаноловые топливные элементы (ПМТЭ) являются относительно новыми членами семейства топливных элементов. Эти элементы похожи на ПОМ-элементы в том, что и в тех, и в других в качестве электролита используется полимерная мембрана. Однако в ПМТЭ анодный катализатор сам извлекает водород из жидкого метанола, при этом отпадает необходимость в топливном реформаторе. Ожидается, что КПД этого топливного элемента составит 40% и они будут, как правило, работать при температурах от 120 до 190 oF. При более высоких температурах КПД будет выше. Регенеративные топливные элементы, также недавно вошедшие в семейство топливных элементов, привлекательны тем, что обеспечивают выработку электроэнергии в замкнутом цикле. Вода разлагается на водород и кислород с помощью установки для электролиза с питанием от солнечной батареи. Водород и кислород подаются в топливный элемент, который вырабатывает электричество, тепло и воду. Вода затем возвращается назад в установку для электролиза на солнечных батареях, и процесс начинается снова. В настоящее время НАСА и другие организации во всем мире проводят исследования с этими типами топливных элементов.

Перепечатано с разрешения сайта Fuel Cell 2000 в Интернете, на 15 сентября 1999.