Накануне энергетической революции

Сергей Асмаков

«Литиевая» проблема

Кто следующий?

Когда?

 

В последнее время производители портативных электронных устройств уделяют повышенное внимание разработке принципиально новых типов источников питания. Потенциал для дальнейшего наращивания удельной емкости широко используемых в настоящее время литий-ионных и полимерных литиевых аккумуляторов уже практически исчерпан, в то время как «аппетиты» портативных устройств вследствие увеличения мощности процессоров, размеров дисплеев и расширения функциональности растут как на дрожжах. Многие считают, что одним из вариантов выхода из «энергетического кризиса» является переход к использованию источников питания на базе топливных элементов.

«Литиевая» проблема

Минувший год для литий-ионных аккумуляторов выдался на редкость жарким в прямом смысле этого слова. Сообщения о случаях самопроизвольного возгорания перегревшихся аккумуляторов портативных компьютеров регулярно появлялись в средствах массовой информации. Наибольший резонанс получил случай на деловой встрече в Осаке, когда самовоспламенение ноутбука Dell, произошедшее на глазах у многочисленных свидетелей, было зафиксировано видеокамерой. Буквально на следующий день после этого происшествия видеоролик появился в Интернете, а ссылки на него были опубликованы в целом ряде новостных лент. В результате многие производители (в том числе Apple, Dell, Sony, Toshiba и др.) вынуждены были начать кампании по отзыву миллионов ноутбуков, оснащенных потенциально опасными элементами питания.

 

1

Эффектное самовоспламенение ноутбука Dell
на деловой встрече в Осаке было запечатлено видеокамерой

Комментируя эти события, многие эксперты отмечают, что недостаточно эффективная система контроля качества производимых аккумуляторов является лишь видимой частью айсберга и далеко не главной причиной участившихся инцидентов. Корни проблемы лежат гораздо глубже и являются следствием двух глобальных тенденций развития портативной электроники — конвергенции и миниатюризации.

С одной стороны, по мере развития портативных ПК и прочих электронных устройств разработчики стремятся сделать их как можно компактнее. При этом стремление к объединению функциональности нескольких различных приборов в одном-единственном устройстве (то есть пресловутая конвергенция), увеличение вычислительной мощности и размеров дисплеев неизбежно приводят к росту энергопотребления. Таким образом, габариты устройств становятся все меньше, в то время как количество потребляемой энергии (и рассеиваемой тепловой мощности) неуклонно возрастает. Перед разработчиками и производителями источников питания встает практически неразрешимая задача: с одной стороны, необходимо уменьшать габариты аккумуляторов, а с другой — увеличивать их энергоемкость.

К сожалению, темпы развития технологий, используемых в элементах питания, значительно отстают от аналогичных показателей электронных компонентов. Удельная энергоемкость аккумуляторных батарей увеличилась всего в восемь раз за полтора столетия, при этом аналогичный прирост производительности процессоров был достигнут всего за 6 лет. Не случайно ведущие производители микропроцессоров (и в первую очередь Intel) сейчас перешли от наращивания производительности любыми средствами к более разумной концепции увеличения показателя производительности на ватт потребляемой мощности.

В докладе аналитического агентства Research and Markets, опубликованном в ноябре 2006 года, говорится о том, что к настоящему времени характеристики серийно выпускаемых литиевых аккумуляторов уже вплотную приблизились к теоретически достижимому для этой технологии пределу удельной энергоемкости (кстати, об этом сейчас говорят многие специалисты и разработчики). На нынешнем этапе за увеличение данного параметра уже приходится расплачиваться снижением долговечности и надежности аккумуляторов (и это несмотря на то, что на разработку различных мер обеспечения безопасности литиевых аккумуляторов производители расходуют до 30% исследовательского бюджета).

Между тем стремление к дальнейшему расширению функциональности портативных электронных устройств требует все большей энерговооруженности штатных элементов питания. В заключение аналитики делают вывод, что уже в недалеком будущем литиевые элементы питания уступят место новым технологиям.

Кто следующий?

По мнению большинства экспертов, основными претендентами на роль массовых источников питания следующего поколения являются компактные топливные элементы. Например, аналитики агентства Allied Business Intelligence (ABI) утверждают, что к 2011 году примерно 22% всех портативных электронных устройств будут оснащены источниками питания на базе химических топливных элементов.

Топливные элементы — это специализированные химические реакторы, предназначенные для прямого преобразования энергии, высвобождающейся в ходе реакции окисления топлива, в электрическую энергию. Данные устройства имеют по крайней мере два принципиальных отличия от гальванических батарей, также преобразующих энергию протекающих в них химических реакций в электричество. Во-первых, в топливных элементах используются не расходуемые в процессе работы электроды, а во-вторых, необходимые для проведения реакции вещества подаются извне, а не закладываются внутрь элемента изначально (как в обычных батарейках). 

 

1

Принцип работы топливного элемента

В настоящее время подавляющее большинство источников питания на базе топливных элементов, разрабатываемых для мобильных электронных устройств, относятся к одному из двух типов: устройства с ионообменной мембраной (proton exchange membrane, PEM) или с прямым окислением метанола (direct methanol fuel cell, DMFC). (Информация об устройстве и особенностях этих и других типов топливных элементов приведена во врезке.) Если в 2005 году соотношение количества разработок по каждой из этих технологий было примерно 50/50, то в 2006-м наметился небольшой сдвиг в сторону DMFC. Некоторые разработчики (главным образом те, кто занимается созданием решений для военного применения) продолжают развивать устройства с твердым электролитом (solid oxide fuel cells, SOFC), однако за последний год не было отмечено появления новых компаний или исследовательских групп, осваивающих данное направление.

По сравнению с широко распространенными в настоящее время литий-ионными и полимерными литиевыми аккумуляторами топливные элементы имеют ряд важных достоинств. В частности, у них отсутствует эффект памяти и не снижается уровень заряда из-за тока саморазряда. Для восстановления работоспособности энергоустановки на топливном элементе не нужно подключаться к электросети или к иному внешнему источнику питания и ждать несколько часов: достаточно просто заменить пустой топливный картридж новым, причем сделать это можно даже в полевых условиях. И наконец, топливные элементы обладают очень высоким кпд, что позволит значительно увеличить время автономной работы без дозаправки. Чтобы подкрепить эту информацию реальными примерами, рассмотрим некоторые из представленных в 2006 году прототипов и коммерческих устройств, оснащенных источниками питания на топливных элементах.

Компания Angstrom Power изготовила карманный фонарик (модель А2), в ручку которого встроен компактный топливный элемент, работающий на водородосодержащем топливе и атмосферном воздухе. Вместо привычной лампочки накаливания в А2 установлены белые светодиоды, потребляющие порядка 1 Вт. Время непрерывной работы фонаря на одной заправке составляет 24 ч.

 

Angstrom А2 — светодиодный фонарик, работающий на водородосодержащем топливе

Angstrom А2 — светодиодный фонарик,
работающий на водородосодержащем топливе

На проходившей в ноябре конференции Fuel Cell Seminar 2006 компания Casio представила собственную конструкцию топливного элемента, способного снабжать энергией портативные электронные устройства и ноутбуки. В качестве топлива в нем используется метанол, однако разработка Casio не является DMFC-элементом: электрохимический реактор работает на чистом водороде, получаемом из метанола в промежуточном конверторе. В ходе демонстрации прототип топливного элемента использовался в качестве внешнего источника питания цифрового фотоаппарата Casio Exilim. К сожалению, размеры прототипа пока не позволяют разместить его внутри корпуса столь компактного устройства. Впрочем, представители Casio дали понять, что торопиться с внедрением данной технологии не собираются: согласно официальной информации, ее дебют в серийно выпускаемых изделиях состоится не ранее 2010 года.

 

Топливные картриджи

Топливные картриджи компании
Direct Methanol Fuel Cell Corporation

В отличие от японцев из Casio, представители тайваньской компании Antig настроены весьма оптимистично: по их мнению, источники питания для портативных устройств, созданные на базе топливных элементов, появятся в продаже уже в наступившем году. В частности, Antig планирует выпустить внешний источник питания для подзарядки аккумуляторов портативных электронных устройств (медиаплееров, мобильных телефонов, GPS-навигаторов, КПК и т.д.) в мобильных условиях. Этот прибор, обеспечивающий работу с нагрузкой, потребляющей мощность до 16 Вт, можно будет также использовать в качестве дополнительного источника питания ноутбука, позволяющего продлить время автономной работы до 9 ч. Помимо этого Antig со своим партнером Asia Vital Components работает над созданием специализированного источника питания для ноутбуков, который можно будет устанавливать в отсек для оптического накопителя. Согласно предварительной договоренности, топливные картриджи для этих источников питания будет производить компания BIC совместно с химическим гигантом DuPont.

Высокой активностью в 2006 году отличалась компания Direct Methanol Fuel Cell Corporation (DMFCC) — структурное подразделение Viaspace. Ее изобретатели получили патент на оригинальную конструкцию клапана малогабаритных топливных картриджей, а также объявили о завершении работ по созданию новых испытательных стендов для проверки этих изделий. Кроме того, DMFCC заключила соглашения с компаниями Nypro и Hyun Won, предусматривающие участие последних в производстве топливных картриджей для систем питания ноутбуков, мобильных телефонов и других портативных устройств. По словам представителей DMFCC, заключение соглашений стало одним из шагов по формированию глобальной партнерской сети, которая будет заниматься производством и распространением картриджей для топливных элементов компании.

Тем временем корейская компания SMC уже готовится к выпуску пробной серии топливных картриджей, которые будут распространяться с демонстрационными образцами топливных элементов DMFCC. Известно, что эти картриджи будут содержать 50 мл концентрированного метанола — такого количества хватит для питания портативного ПК в течение 5-10 ч. В перспективе DMFCC планирует наладить выпуск топливных картриджей различных типоразмеров, которые будут оптимизированы для использования в разных типах устройств.

В июле 2006 года компании DoCoMo и Aquafairy объявили о совместной разработке миниатюрных источников питания на топливных элементах, предназначенных для использования с мобильными телефонами третьего поколения. Аппарат размером 24x24x70 мм позволяет питать нагрузку, потребляющую мощность до 2 Вт, — в настоящее время это самый миниатюрный топливный элемент с таким показателем. Коммерческий дебют этого устройства ожидается через пару лет.

Компания Ecolab представила новую модель освежителя воздуха, который получает питание от водородного топливного элемента. По заявлению разработчиков, устройство, рассчитанное на использование в медицинских учреждениях, оздоровительных центрах и крупных торговых предприятиях, способно работать до 60 дней без дозаправки.

В дни проведения выставки Tokyo International Forum, состоявшейся в июле минувшего года, компания Hitachi представила прототип зарядного устройства на базе DMFC-элемента, предназначенного для увеличения продолжительности автономной работы мобильных телефонов. Необходимый для работы топливного элемента метанол поступает в реактор из сменного картриджа. По словам создателей, это устройство может работать не только с мобильными телефонами, но и с другими типами электронных приборов, у которых предусмотрена возможность подзарядки от порта USB.

 

Один из прототипов зарядного устройства на базе топливного элемента, предназначенного для мобильных телефонов

Один из прототипов зарядного устройства
на базе топливного элемента, предназначенного для мобильных телефонов

Некоторые производители уже начали продажи коммерческих изделий, в которых используются топливные элементы. Примерно год тому назад, в дни проведения выставки CES 2006 компания Jadoo Power Systems представила прототипы компактных топливных элементов для питания электронных устройств, а также топливные картриджи и аксессуары для их заправки. А спустя всего четыре месяца она уже начала продажи готовых решений через свой веб-сайт и объявила о планах по расширению продуктовой линейки.

Одно из устройств Jadoo Power Systems, доступное уже сегодня, — источник питания N-Gen, предназначенный для использования вместо штатного аккумулятора в профессиональных видеокамерах. Номинальное напряжение на выходе прибора — 12 В постоянного тока, допустимая мощность нагрузки — до 100 Вт. Подача топлива (водорода) осуществляется из сменного картриджа N-Stor, который устанавливается в специальный слот, имеющийся в корпусе N-Gen. Размеры корпуса N-Gen — 109x109x188 мм, а вес без картриджа — 145 г. Цена комплекта, включающего источник питания N-Gen и один картридж N-Stor130, составляет порядка 1 тыс. долл.

 

Источник питания на базе топливного элемента со сменными картриджами, созданный разработчиками Jadoo Power Systems

Источник питания на базе топливного элемента
со сменными картриджами, созданный разработчиками
Jadoo Power Systems

Топливные картриджи N-Stor выполнены в корпусе цилиндрической формы и оснащены небольшим встроенным ЖК-дисплеем, отображающим уровень топлива. Клапан, через который топливо поступает в энергетическую установку, находится на верхнем торце корпуса. В настоящее время Jadoo Power Systems поставляет два типа картриджей, отличающихся по размерам и емкости, — N-Stor130 и N-Stor360; запас топлива в них обеспечивается источником питания N-Gen энергоемкостью 130 и 360 Вт·ч соответственно. Корпус обоих типов картриджей имеет одинаковый диаметр (63,5 мм), но отличается по высоте (114 мм у N-Stor130 и 267 мм у N-Stor360).

 

Топливный картридж N-Stor130

Топливный картридж
N-Stor130

Видеокамера с установленным вместо штатного аккумулятора источником питания на базе топливного элемента

Видеокамера с установленным вместо
штатного аккумулятора источником питания
на базе топливного элемента

Стоит отметить, что топливные картриджи N-Stor рассчитаны на многократное использование. Для возобновления запаса топлива в них компания предлагает заправочные станции FillPoint и FillOne. В станцию FillOne можно установить один картридж N-Stor, в то время как более мощная FillPoint позволяет производить одновременную заправку до четырех картриджей N-Stor130. Информация о работе устройств выводится на монохромный ЖК-дисплей, расположенный на панели управления. По данным производителя, полная заправка картриджа N-Stor130 занимает около часа. Стоимость FillOne — около 600 долл., FillPoint — порядка 1800 долл.

 

Заправочная станция FillPoint

Заправочная станция FillPoint

В японской лаборатории Material and Energy Research завершен начальный этап работ по созданию портативного топливного элемента, предназначенного для использования в качестве аварийного источника питания, а также автономного источника электроэнергии для подзарядки аккумуляторов мобильных телефонов и портативных ПК. Прототип выполнен в корпусе 25x17x17 см и весит 7 кг. Устройство, в качестве топлива которого используется водный раствор борогидрида натрия, может работать до 2 ч на одной заправке. Руководители проекта надеются создать совместное предприятие с одной из китайских компаний, которое займется серийным производством подобных изделий. По предварительной информации, розничная цена такого источника питания мощностью 100 Вт составит от 100 до 200 тыс. иен (830-1660 долл.).

На выставке CeBit 2006 компания NEC демонстрировала концептуальную модель мобильного телефона, оснащенного встроенным источником питания на базе топливного элемента. Интересной деталью этого концепта стали прозрачные стенки емкости для жидкого топлива — это позволяет визуально контролировать количество оставшегося в резервуаре топлива и вовремя производить дозаправку.

В феврале 2006 года компании Gecko Energy Technologies и Millennium Cell объявили о запуске трехлетней совместной программы разработки, развития и коммерциализации портативных PEM-элементов, предназначенных для использования в военном, медицинском и промышленном оборудовании, а также в бытовых электронных устройствах. В числе приоритетных задач альянса — создание автономных источников питания для портативных ПК, камер видеонаблюдения и устройств сбора данных.

В 2006 году компании KDDI, Toshiba и Hitachi представили два новых прототипа топливных элементов для мобильных телефонов, разработанных в рамках совместной программы, стартовавшей в июле 2004-го.

Высокой активностью в области исследовательских работ по созданию компактных топливных элементов отличается корейский электронный гигант Samsung Electronics. Первые работы по этой тематике начались в 2004 году, а суммарные инвестиции Samsung в развитие данного направления составили 3,9 млн долл.

В феврале минувшего года институт SAIT (Samsung Advanced Institute of Technology), являющийся дочерней структурой Samsung Electronics, объявил о разработке топливного элемента для портативных мультимедиапроигрывателей (PMP). Прототип обеспечивает до 4 ч непрерывной работы нагрузки, потребляющей до 1,5 Вт. Топливо подается из сменного картриджа, содержащего метанол. Внедрение технологии в коммерческих устройствах запланировано на 2007-2008 годы.

В ближайшее время инженеры SAIT намерены представить топливный элемент усовершенствованной конструкции с увеличенным до 10 ч временем автономной работы.

Ранее был создан прототип топливного элемента для КПК, обеспечивающего до 8 ч непрерывной работы с нагрузкой, потребляющей до 1,3 Вт.

В мае 2006 года компания Samsung Electronics заключила соглашение о сотрудничестве с MTI Micro Fuel Cells. Цель совместной работы — создание прототипов топливных элементов нового поколения, предназначенных для использования в мобильных телефонах Samsung. Работы по исследованию, развитию, тестированию и апробированию данной технологии должны завершиться во II квартале 2007 года.

Электродвигатель этой радиоуправляемой модели получает энергию не от аккумулятора, а от установленной на шасси батареи малогабаритных топливных элементов. В качестве топлива используется чистый водород, подача которого осуществляется из сменной металлической емкости. Продуктами реакции являются тепло и чистая вода. Энергетическая установка вырабатывает постоянный ток (напряжение на выходе — 12 В) и способна питать нагрузку, потребляющую мощность до 25 Вт. Модель может развивать скорость до 8 миль в час (12,8 км/ч). Продолжительность непрерывной работы на одной заправке составляет порядка 4 ч.

 

1

Когда?

С тем, что литий-ионные аккумуляторы в ближайшее время необходимо заменить на более совершенные источники питания, согласны почти все производители и специалисты. Однако относительно сроков появления коммерческих продуктов с компактными топливными элементами единого мнения пока нет. Например, оптимистично настроенные представители компании Antig называют 2007 год, а их более сдержанные коллеги из Casio утверждают, что «не ранее 2010-го». Японская DoCoMo, имеющая в активе прототип топливного элемента для мобильных телефонов третьего поколения, говорит о коммерческом дебюте этой новинки «в течение нескольких ближайших лет». Компании Hitachi, Toshiba, Samsung и KDDI представили в минувшем году новые прототипы источников питания на топливных элементах, предназначенных для использования в портативных электронных устройствах, однако ни в одном из пресс-релизов, посвященных этим продуктам, не названа конкретная дата появления серийных изделий.

Серьезным препятствием на пути коммерциализации топливных элементов являются жесткие стандарты безопасности, действующие во многих странах. Дело в том, что используемый в качестве топлива для DMFC-элементов метанол классифицируется как легковоспламеняющееся и токсичное вещество, запрещенное к перевозке на гражданских самолетах. Таким образом, все устройства, оснащенные топливными элементами, также автоматически попадают под этот запрет. Впрочем, в скором времени данная проблема будет разрешена: недавно стало известно о том, что международная организация гражданской авиации (International Civil Aviation Organization, ICAO) начиная с 1 января 2007 года разрешит провозить метаноловые картриджи в ручной клади на воздушных судах, выполняющих коммерческие авиарейсы.

Судя по ряду косвенных признаков, источники питания на базе топливных элементов появятся в коммерческих устройствах в течение двух ближайших лет. В минувшем году было представлено в общей сложности более 3 тыс. различных продуктов с топливными элементами, предназначенных для сегмента портативных электронных устройств. Другим важным индикатором близости коммерциализации данной технологии является заключение альянсов между крупными производителями электроники и небольшими компаниями, имеющими собственные разработки и ноу-хау в области создания компактных топливных элементов.

Так, в 2006 году компании Sandia National Laboratories и Sharp подписали соглашение о проведении совместных исследований с целью разработки топливных элементов для портативных устройств. Речь идет о малогабаритных источниках питания, работающих на метаноле и предназначенных для использования в портативных ПК, мобильных телефонах и КПК. Инженеры Sandia National Laboratories будут заниматься созданием и тестированием топливных элементов для Sharp, используя собственные ноу-хау в области создания мембран и катализаторов.

Компании LG Chem и Smart Fuel Cell создали альянс, целью работы которого является коммерциализация DMFC-элементов, предназначенных для использования в бытовых электронных устройствах.

Британская исследовательская лаборатория QinetiQ, основанная компанией Olympus, занимается разработкой источников питания на базе водородных топливных элементов, которые можно будет использовать для подзарядки аккумуляторов мобильных телефонов, цифровых фото- и видеокамер, КПК и пр. Появление первых рабочих прототипов ожидается в 2008 году.

Итак, ждем выпуска первых серийных продуктов.

Основные типы компактных топливных элементов

 

Топливные элементы с ионообменной мембраной (Proton Exchange Membrane, PEM)

Технология изготовления элементов данного типа была разработана в 50-х годах XX века инженерами компании General Electric. Подобные топливные элементы использовались для получения электроэнергии на американском космическом корабле Gemini.

Отличительной особенностью PEM-элементов является применение графитовых электродов и твердополимерного электролита, или ионообменной мембраны  (Proton Exchange Membrane). В качестве топлива в PEM-элементах используется чистый водород, а роль окислителя выполняет содержащийся в воздухе кислород. Водород подается со стороны анода, где происходит электрохимическая реакция:

2H2 — > 4H+ + 4e.

Ионы водорода перемещаются от анода к катоду через электролит (ионный проводник), в то время как электроны — через внешнюю цепь. На катоде, со стороны которого подается окислитель (кислород или воздух), происходит реакция окисления водорода с образованием чистой воды:

O2 + 4H+ + 4e — > 2H2O.

Рабочая температура PEM-элементов составляет около 80 °С. При таких условиях электрохимические реакции протекают слишком медленно, поэтому в конструкции элементов данного типа используется катализатор — обычно тонкий слой платины на каждом из электродов.

Одна ячейка такого элемента, состоящая из пары электродов и ионообменной мембраны, способна генерировать напряжение порядка 0,7 В. Для увеличения выходного напряжения массив отдельных ячеек соединяется в батарею.

PEM-элементы способны работать при относительно низкой температуре окружающей среды и обладают довольно высокой эффективностью (кпд составляет от 40 до 50%). В настоящее время на базе PEM-элементов созданы действующие прототипы энергоустановок мощностью до 50 кВт; в стадии разработки находятся устройства мощностью до 250 кВт.

Существует несколько ограничений, препятствующих более широкому распространению данной технологии, в том числе относительно высокая стоимость материалов для изготовления мембран и катализатора. Кроме того, в качестве топлива можно использовать только чистый водород.

 

Щелочные топливные элементы (Alkaline Fuel Cells, AFC)

Конструкция первого щелочного топливного элемента была разработана русским ученым П.Яблочковым в 1887 году. В качестве электролита в щелочных элементах используется концентрированный гидроксид калия (КОН) либо его водный раствор, а основным материалом для изготовления электродов является никель.

В качестве топлива применяется чистый водород, а качестве окислителя — чистый кислород. Реакция окисления водорода протекает через электроокисление водорода на аноде:

2H2 + 4OH – 4e — > 4H2O

и электровосстановление кислорода на катоде:

O2 + 2H2O + 4e — > 4OH.

Гидроксид-ионы двигаются в электролите от катода к аноду, а электроны — по внешней цепи от анода к катоду.

Щелочные элементы работают при температуре около 80 °С, однако значительно (примерно на порядок) уступают PEM-элементам по удельной мощности, вследствие чего их габариты (при сравнимых характеристиках) гораздо больше, а себестоимость производства значительно ниже, чем PEM. Основной недостаток щелочных элементов заключается в необходимости использования чистых кислорода и водорода, поскольку содержание в топливе или окислителе примесей углекислого газа (CO2) приводит к карбонизации щелочи.

 

Топливные элементы с прямым окислением метанола (Direct Methanol Fuel Cells, DMFC)

Элементы с прямым окислением метанола являются одним из вариантов реализации элементов с ионообменной мембраной. Топливом для DMFC-элементов служит водный раствор метилового спирта (метанола). Необходимый для реакции водород (и побочный продукт в виде углекислого газа) получается за счет прямого электроокисления раствора метанола на аноде:

CH3OH + H2O — > CO2 + 6H+ + 6e.

На катоде происходит реакция окисления водорода с образованием воды:

3/2O2 + 6H+ + 6e — > 3H2O.

Рабочая температура DMFC-элементов составляет примерно 120 °С, что немного выше по сравнению с водородными PEM-элементами. Недостатком низкотемпературного преобразования является более высокая потребность в катализаторах. Это неизбежно приводит к увеличению стоимости таких топливных элементов, однако данный недостаток компенсируется удобством использования жидкого топлива и отсутствием необходимости в применении внешнего конвертора для получения чистого водорода.

 

Топливные элементы с твердым электролитом (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC)

Данный тип элементов имеет высокую рабочую температуру (от 800 до 1000 °С). В SOFC применяется керамический электролит на основе оксида циркония (ZrO2), стабилизированного оксидом иттрия (Y2O3). На катоде происходит электрохимическая реакция с образованием отрицательно заряженных ионов кислорода:

O2 + 4e — > 2O2.

Отрицательно заряженные ионы кислорода движутся в электролите по направлению от катода к аноду, где происходит окисление топлива (обычно — смеси водорода с монооксидом углерода) с образованием воды и углекислого газа:

H2 + 2O2 — > H2O + 2e;

CO + 2O2 — > CO2 + 2e.

Высокая рабочая температура данных элементов позволяет применять в качестве топлива природный газ (метан), преобразуемый встроенным конвертором в водород и монооксид углерода:

CH4 + H2O < — > CO + 3H2 .

MCFC-элементы обладают высоким кпд (до 60%) и позволяют использовать в качестве катализатора не платину, а более дешевый и доступный никель. Вследствие большого количества выделяемого при работе тепла данный вид топливных элементов хорошо подходит для создания стационарных источников электрической и тепловой энергии, однако малопригоден для эксплуатации в мобильных условиях.

В начало В начало

КомпьютерПресс 1'2007

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует