Химическая энциклопедия
"ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ"

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ , устройства, вырабатывающие электрич. энергию за счет энергии окислит.-восстановит. р-ций жидких или газообразных реагентов, непрерывно поступающих к электродам извне. Являются химическими источниками тока непрерывного действия.

Т.э. протекают токообразующие электрохим. р-ции: на отрицательном-с участием восстановителя (топлива), на положительном-с участием окислителя (чаще всего О₂ или воздуха). Скорость поступления реагентов к электродам регулируется пропорционально токовой нагрузке, продукты токообразующей р-ции непрерывно выводятся из Т. э. Т. обр., Т. э. способен работать практически неограниченное время, пока в него поступают реагенты и происходит отвод продуктов. Для обеспечения подачи реагентов и его регулирования, отвода продуктов и тепла требуются разл. вспо-могат. устройства; совокупность этих устройств и батареи Т.э. наз. электрохим. генератором.

В нач. 20 в. предполагалось создать Т. э. для прямого превращения энергии прир. видов топлива-прир. газа, нефтепродуктов или оксида углерода, получаемого газификацией углей (отсюда назв.),-в электрическую как альтернативу тепловым машинам, кпд к-рых ограничен вторым началом термодинамики. Задача оказалась трудной из-за инертности этих топлив к электрохим. р-циям. В 60-х гг. 20 в. были разработаны водородно-кислородные Т. э. с использованием щелочного р-ра электролита (обычно 30-40 %-ный водный р-р КОН) и в качестве топлива-водорода высокой степени чистоты. Эти Т. э. (рабочая т-ра от 20 до 100°С, в отдельных вариантах до 160°С) предназначены для космич. кораблей, автономных устройств связи и т.д. В них используются т. наз. газодиффузионные электроды-пористые никелевые или угольные электроды с нанесенными катализаторами (дисперсные Pt, Ni, Ag и т.д.), к-рые, с одной стороны, контактируют с электролитом, с другой-с реагирующим газом. На отрицат. электроде водород электрохимически окисляется (Н₂ + 2OH^- : 2Н₂О + 2е^-), на положительном-восстанавливается кислород (1/2О₂ + + Н₂О + 2е^- : 2ОН^-). Образующаяся вода поступает в электролит (что требует рециркуляции электролита и удаления воды с помощью внеш. устройств) либо испаряется с пов-сти электродов (при рабочих т-рах выше 60 °С). Эдс кислородно-водородной цепи при давлении газов 0,1 МПа (1 атм) и 25 °С равна 1,229 В, а при 100 °С равна 1,162 В; напряжение разомкнутой цепи около 1,1 В; номинальная плотн. тока 500-2000 А/м² (катализатор-скелетный Ni), 4-8 кА/м² (Pt). Срок службы водородно-кислородных элементов до 10 тыс. часов.

В дальнейшем началась разработка среднетемпературных (180-230°С) Т.э. с фосфорнокислым электролитом и высокотемпературных Т. э. с электролитом в виде расплава разл. карбонатов (рабочая т-ра 600-700 °С) или с твердым оксидным электролитом (900-1000 °С). В отличие от Т.э. со щелочным электролитом, в последних вариантах м. б. использован техн. Н₂, получаемый паровой конверсией природного углеводородного топлива. На базе среднетемпературных Т.э. в США и Японии созданы опытные электростанции мощностью ок. 10 МВт.

Лит.: Багоцкий B.C., Скувдин А. М., Химические источники тока, М., 1981. B.C. Багоцкий.