'

Топливный элемент: проблемы и перспективы

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Топливный элемент: проблемы и перспективы О.А.Козадеров кандидат химических наук ассистент кафедры физической химии Воронежского государственного университета Все иллюстрации взяты из открытых Интернет-источников


Слайд 1

2 Водородный автомобиль 2001 г. Автомобиль «Нива» (Россия) на топливном элементе, разработанном для космического корабля «Буран» 2001 г. Автомобиль HydroGen1 (на базе Opel Zafira) корпорации General Motors (США) – рекордсмен среди машин на топливных элементах 2008 г. Городской автобус на топливных элементах (Китай) 1982 г. Первый в мире водородный микроавтобус «Квант-РАФ» (СССР)


Слайд 2

3 Цель и средства программа бюджетных инвестиций США предполагает в ближайшие 10 лет вложить 5.5 млрд. долл. в развитие технологии топливной энергетики, промышленные компании - почти в 10 раз больше


Слайд 3

4 1973 год: нефтяное эмбарго


Слайд 4

5 1974 год: экономический кризис, прогнозы истощения запасов нефти и создание Мировой водородной ассоциации Темпы добычи традиционных видов топлива


Слайд 5

6 Традиционная энергетика и экология Распределение валового выброса по отраслям промышленности (Воронеж) Изменение средней температуры на Земле


Слайд 6

7 Топливный элемент (ТЭ) Химический источник тока, в котором электрическая энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и окислителем, непрерывно поступающими к электродам ТЭ извне. Продукты реакции непрерывно выводятся из топливного элемента.


Слайд 7

8 Преимущества электрохимического способа преобразования энергии


Слайд 8

9 Топливный элемент: сравнение с гальваническим элементом и аккумулятором Гальванический элемент («батарейка») – работает, пока не израсходуются реагенты Аккумулятор – требует периодической подзарядки может работать неограниченное время, пока в него подаются реагенты и отводятся продукты реакции


Слайд 9

10 Открытие топливного элемента Вильям Гроув (1811 – 1896) Людвиг Монд (1839 – 1909) Вильгельм Оствальд (1853-1932) Конструкция топливного элемента В.Гроува


Слайд 10

11 Водород – идеальное топливо для ТЭ химически активный экологически чистый – при его окислении образуется вода удовлетворяет условию легкого подвода в топливный элемент и отвода продуктов реакции из ТЭ оптимальный источник – вода, электролизом которой Н2 может быть получен (процесс энергоемкий) сейчас водород получают за счет более дешевой переработки природного газа, основным компонентом которого является метан СН4 + Н2О(пар) = 3Н2 + СО


Слайд 11

12 Требования к электродам ТЭ обеспечение условий для большой скорости токообразующей химической реакции в ТЭ пористые каталитически активные универсальный материал - платина Pt высокоактивна долговечна устойчива к коррозии и компонентам электролита.


Слайд 12

13 Низкотемпературные щелочные ТЭ Электролит - жидкий раствор щелочи материал электродов – никель (устойчив в щелочных растворах) Катализатор – платина Применение –космические и военные программы ("Аполлон", "Шаттл", "Буран") Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и чистых водорода и кислорода. Батарея щелочных топливных элементов космического корабля «Буран» (СССР) Космический корабль «Шаттл» (США), системы обеспечения которого работали на щелочных ТЭ


Слайд 13

14 Низкотемпературные кислотные ТЭ Электролит - жидкий раствор кислоты Материал электродов – графит (устойчив в кислотных растворах) Катализатор – платина и ее сплавы Окислителем может служить кислород воздуха, так как компоненты воздуха химически не взаимодействуют с кислотным электролитом Применение – в стационарных электрогенераторных устройствах в зданиях, гостиницах, больницах, аэропортах и электростанциях Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и чистого водорода


Слайд 14

15 ТЭ с твердополимерным электролитом Электролит – твердая полимерная ионообменная мембрана Материал электродов – графит Катализатор – платина и ее сплавы Восстановителем может служить метанол Замена жидкого агрессивного электролита на мембрану упрощает герметизацию элемента, уменьшает коррозию и обеспечивает долгий срок службы ТЭ Применение – на транспорте и стационарных установках небольшого размера Коммерческое применение ограничено из-за использования платины и высокой стоимости ионообменных мембран


Слайд 15

16 Недостатки платиновых катализаторов высокая стоимость дефицит природных запасов платины платиновые электроды резко снижают свою активность ("отравляются") под воздействием примесей – каталитических ядов (например, монооксида углерода и соединений серы)


Слайд 16

17 Биотопливный элемент Принцип – использование природных катализаторов Ферменты-гидрогеназы, ответственные за окисление и образование водорода, являются уникальными эффективными неплатиновыми катализаторами для этих процессов Недостатки: малый срок службы и небольшая мощность


Слайд 17

18 Высокотемпературные ТЭ: ускорение реакций на электродах при значительном повышении температуры Тип 1 электролит - из расплава карбонатов лития и натрия, находящийся в порах керамической матрицы материал катода - оксиды никеля и лития, анода – никель, легированный хромом Тип 2 твердый электролит на основе оксидов циркония и иттрия анод из никеля, модифицированного оксидом циркония, и катод из оксидных полупроводниковых соединений Основная проблема – коррозия электродов и других деталей ТЭ. Не приспособлены для работы в режиме частых запусков-остановок.


Слайд 18

19 Преимущества топливных элементов высокий коэффициент полезного действия экологическая чистота бесшумность широкий диапазон мощностей и применяемого топлива возможность параллельной генерации тепла при необходимости можно использовать воду, которая является продуктом химической реакции


Слайд 19

20 Проблемы коммерциализации ТЭ высокая стоимость по сравнению с традиционными установками недостаточный срок службы


Слайд 20

21 Перспективы применения ТЭ Рост производства топливных элементов (прогноз) Области применения топливных элементов


×

HTML:





Ссылка: