Твердооксидный топливный элемент: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
м Добавлены ссылки Метки: с мобильного устройства через мобильное приложение через приложение для Android |
|||
| (не показана 21 промежуточная версия 11 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Solid oxide fuel cell.svg|thumb|Схема работы твердооксидного топливного элемента |
[[Файл:Solid oxide fuel cell.svg|thumb|Схема работы твердооксидного топливного элемента]] |
||
'''Твердоокси́дные''' ('''твердоо́кисные''') '''то́пливные элеме́нты''' ({{lang-en|Solid-oxide fuel cells}}, {{lang-en2|SOFC}}) — разновидность [[Топливный элемент|топливных элементов]], |
'''Твердоокси́дные''' ('''твердоо́кисные''') '''то́пливные элеме́нты''' ({{lang-en|Solid-oxide fuel cells}}, {{lang-en2|SOFC}}) — разновидность [[Топливный элемент|топливных элементов]], [[электролит]]ом в которых является керамический материал (например, на базе [[Оксид циркония(IV)|диоксида циркония]]), проницаемый для ионов [[кислород]]а. Эти элементы работают при очень высокой температуре (700—1000 °C) и применяются в основном для стационарных установок мощностью от {{num|1|кВт}} и выше. Их отработанные газы могут быть использованы для приведения в действия [[газовая турбина|газовой турбины]], чтобы повысить общий [[коэффициент полезного действия]]. КПД такой гибридной установки может достигать 70 %{{нет АИ|17|10|2014}}. |
||
КПД выпускаемых топливных элементов достигает {{nobr|60 %}}<ref name="РИАН, 10.12.2020"/>. |
|||
| ⚫ | В этих топливных элементах [[ион]]ы [[кислород]]а проходят через твёрдый [[Оксиды|оксид]], который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с [[водород]]ом на аноде. Хотя в твердооксидных топливных элементах необходима высокая рабочая температура (что требует специальных керамических материалов), зато они не нуждаются в таком дорогом катализаторе, как [[платина]] (в отличие от топливных элементов с [[Протонно-обменная мембрана|протонно-обменной мембраной]]). Это также значит, что твердооксидные топливные элементы не отравляются [[Оксид углерода(II)|монооксидом углерода]], и в них могут использоваться разные виды топлива. Твердооксидные топливные элементы могут работать на [[метан]]е, [[пропан]]е, [[Бутан (вещество)|бутане]], [[биогаз]]е. [[Сера]], содержащаяся в топливе, должна быть удалена перед поступлением его в топливный элемент, что легко сделать с помощью адсорбентов. |
||
== Принцип действия == |
|||
Твердооксидный топливный элемент состоит из катода, анода и расположенного между ними электролита. В него с разных сторон подается топливо и воздух (кислород). Ионы кислорода и молекулы топлива встречаются и между ними происходит химическая реакция, в результате которой генерируется тепло и электроэнергия. Отходом реакции в случае водородного топлива является вода<ref name="РИАН, 10.12.2020">{{публикация|статья |
|||
|заглавие=Ученые нашли способ продлить срок службы водородных топливных элементов |
|||
|издание=РИА Новости |год=2020 |месяц=12 |день=10 |
|||
|ссылка=https://ria.ru/20201210/tpu-1588428198.html |
|||
|архив дата=2020-12-10 |
|||
|архив=https://web.archive.org/web/20201210111316/https://ria.ru/20201210/tpu-1588428198.html |
|||
}}</ref>. |
|||
| ⚫ | В этих топливных элементах [[ион]]ы [[кислород]]а проходят через твёрдый [[Оксиды|оксид]], который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с [[водород]]ом на аноде. Хотя в твердооксидных топливных элементах необходима высокая рабочая температура (что требует специальных керамических материалов), зато они не нуждаются в таком дорогом катализаторе, как [[платина]] (в отличие от топливных элементов с [[Протонно-обменная мембрана|протонно-обменной мембраной]]). Это также значит, что твердооксидные топливные элементы не отравляются [[Оксид углерода(II)|монооксидом углерода]], и в них могут использоваться разные виды топлива. Твердооксидные топливные элементы могут работать на [[метан]]е, [[пропан]]е, [[Бутан (вещество)|бутане]], [[биогаз]]е. [[Сера]], содержащаяся в топливе, должна быть удалена перед поступлением его в топливный элемент, что легко сделать с помощью адсорбентов. Сера может и не удаляться из топлива, но тогда необходимо будет повысить рабочую температуру (не менее 700 °C). |
||
== Область применения == |
== Область применения == |
||
* Крупные стационарные установки мощностью 1 |
* Крупные стационарные установки мощностью {{num|1|М[[Ватт|Вт]]}} и выше; |
||
* Бытовые стационарные установки мощностью 100 |
* Бытовые стационарные установки мощностью {{num|100|Вт}} — {{num|10|кВт}}; |
||
* Установки для бортового электропитания транспорта (например, [[Авторефрижератор|автомобильные рефрижераторы]]) мощностью |
* Установки для бортового электропитания транспорта (например, [[Авторефрижератор|автомобильные рефрижераторы]]) мощностью порядка {{num|5|кВт}}; |
||
* Силовые установки водного [[судно|транспорта]]. |
* Силовые установки водного [[судно|транспорта]]. |
||
== Перспективные разработки == |
== Перспективные разработки == |
||
Ведутся исследования по снижению рабочей температуры. Удалось снизить температуру до |
Ведутся исследования по снижению рабочей температуры. Удалось снизить температуру до 500—600 °C. |
||
Компания FuelCell Energy (США) в 2007 году проведёт испытания силовой установки на SOFC для морских [[судно|судов]]. |
Компания FuelCell Energy (США) в 2007 году проведёт испытания силовой установки на SOFC для морских [[судно|судов]]. |
||
| Строка 17: | Строка 29: | ||
В США создан альянс {{lang-en2|Solid State Energy Conversion}} ({{lang-en2|SECA}}). SECA — альянс индустриальных групп, работающих над ускорением коммерциализации SOFC-систем для стационарных, транспортных и военных приложений. Альянс работает над программой {{lang-en2|Coal-Based Systems}} («системы на базе [[Ископаемый уголь|угля]]»), целью которой является строительство чистых угольных [[электростанция|электростанций]], производящих энергию в водородных топливных элементах. |
В США создан альянс {{lang-en2|Solid State Energy Conversion}} ({{lang-en2|SECA}}). SECA — альянс индустриальных групп, работающих над ускорением коммерциализации SOFC-систем для стационарных, транспортных и военных приложений. Альянс работает над программой {{lang-en2|Coal-Based Systems}} («системы на базе [[Ископаемый уголь|угля]]»), целью которой является строительство чистых угольных [[электростанция|электростанций]], производящих энергию в водородных топливных элементах. |
||
Члену альянса — компании [[General Electric]] — к концу 2006 года удалось снизить стоимость SOFC до 254 |
Члену альянса — компании [[General Electric]] — к концу 2006 года удалось снизить стоимость SOFC до {{num|254|долл.}} за {{num|1|кВт}} установленной мощности. |
||
Компания [http://www.violetfuelcellsticks.com/ Violet Fuel Cell Sticks] в марте 2008 года объявила о достижении объёмной плотности мощности SOFC в 15 |
Компания [http://www.violetfuelcellsticks.com/ Violet Fuel Cell Sticks] в марте 2008 года объявила о достижении объёмной плотности мощности SOFC в {{num|15|кВт/литр}}. |
||
В России производством энергоустановок на базе твердооксидных топливных элементов занимается ООО «Уральская производственная компания», являющаяся резидентом инновационного центра «[[Сколково (инновационный центр)|Сколково]]». |
В России производством энергоустановок на базе твердооксидных топливных элементов занимается [[ООО «Уральская производственная компания»]], являющаяся резидентом инновационного центра «[[Сколково (инновационный центр)|Сколково]]». |
||
Особый интерес представляют твердоокисные топливные элементы с прямым окислением [[сероводород |
Особый интерес представляют твердоокисные топливные элементы с прямым окислением [[сероводород]]а — [http://jes.ecsdl.org/content/134/10/2639.abstract Direct Hydrogen Sulfide Solid Oxide Fuel Cell] или расплавленной [[сера|серы]] — [http://www.re-journal.com/en/guokanshow.asp?id=6927 MS-SOFC]{{Недоступная ссылка|date=Июнь 2019 |bot=InternetArchiveBot }}. Выделяемый при этом [[Оксид серы(IV)|диоксид серы]] может «дожигаться» в топливном элементе с протонно-обменной мембраной до [[Оксид серы(VI)|триоксида серы]], из которого затем производится [[серная кислота]] — ценное химическое сырье<ref>Vladimir S. Bagotsky, fuel cells: Problems and solutions, Hoboken: Wiley, the electrochemical society series, 2009. 320 p.</ref>. Кроме того, в производство электроэнергии в данном случае вовлекается металлургическая промышленность, поскольку сероводород может быть получен при переработке сульфидных металлических руд. Учитывая, что запасы сульфидов (включая мантию и ядро Земли) составляют около 2,9 % от массы планеты, данная технология может представлять собой практически неисчерпаемый источник энергии. |
||
== См. также == |
== См. также == |
||
| Строка 32: | Строка 44: | ||
== Ссылки == |
== Ссылки == |
||
* [http://www.fuelcellenergy.com FuelCell Energy — производитель стационарных топливных элементов] |
|||
* [http://www.solidcell.net/ Solid Cell, Inc. — разработчик топливных элементов] |
|||
* [http://www.seca.doe.gov/ SECA] |
|||
* [http://www.bloomenergy.com/products/solid-oxide-fuel-cell/ Твердооксидные топливные элементы в установках Bloomenergy] |
|||
* [http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=146532 ГОСТ 15596-82] Источники тока химические. Термины и определения |
* [http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=146532 ГОСТ 15596-82] Источники тока химические. Термины и определения |
||
{{нет сносок}} |
|||
{{rq|renew|check|sources}} |
|||
{{Гальванические элементы}} |
{{Гальванические элементы}} |
||
[[Категория:Топливные элементы]] |
[[Категория:Топливные элементы]] |
||
[[ar:خلية وقود الأكسيد الصلب]] |
|||
[[de:Festoxidbrennstoffzelle]] |
|||
[[en:Solid oxide fuel cell]] |
|||
[[fi:Kiinteäoksidipolttokenno]] |
|||
[[fr:Pile à combustible à oxyde solide]] |
|||
[[hr:Gorivi članak s čvrstim oksidima kao elektrolitom]] |
|||
[[it:Pile ad ossido solido]] |
|||
[[ja:燃料電池#固体酸化物形燃料電池 (SOFC)]] |
|||
[[ko:연료전지#고체산화물 연료전지 (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)]] |
|||
[[nl:Solid oxyde fuel cell]] |
|||
[[no:SOFC]] |
|||
[[pl:Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem]] |
|||
[[tr:Katı oksit yakıt hücresi]] |
|||
Текущая версия от 07:22, 16 марта 2024
Твердоокси́дные (твердоо́кисные) то́пливные элеме́нты (англ. Solid-oxide fuel cells, SOFC) — разновидность топливных элементов, электролитом в которых является керамический материал (например, на базе диоксида циркония), проницаемый для ионов кислорода. Эти элементы работают при очень высокой температуре (700—1000 °C) и применяются в основном для стационарных установок мощностью от 1 кВт и выше. Их отработанные газы могут быть использованы для приведения в действия газовой турбины, чтобы повысить общий коэффициент полезного действия. КПД такой гибридной установки может достигать 70 %[источник не указан 3707 дней].
КПД выпускаемых топливных элементов достигает 60 %[1].
Принцип действия
[править | править код]Твердооксидный топливный элемент состоит из катода, анода и расположенного между ними электролита. В него с разных сторон подается топливо и воздух (кислород). Ионы кислорода и молекулы топлива встречаются и между ними происходит химическая реакция, в результате которой генерируется тепло и электроэнергия. Отходом реакции в случае водородного топлива является вода[1].
В этих топливных элементах ионы кислорода проходят через твёрдый оксид, который используется в качестве электролита, и при высокой температуре реагируют с водородом на аноде. Хотя в твердооксидных топливных элементах необходима высокая рабочая температура (что требует специальных керамических материалов), зато они не нуждаются в таком дорогом катализаторе, как платина (в отличие от топливных элементов с протонно-обменной мембраной). Это также значит, что твердооксидные топливные элементы не отравляются монооксидом углерода, и в них могут использоваться разные виды топлива. Твердооксидные топливные элементы могут работать на метане, пропане, бутане, биогазе. Сера, содержащаяся в топливе, должна быть удалена перед поступлением его в топливный элемент, что легко сделать с помощью адсорбентов. Сера может и не удаляться из топлива, но тогда необходимо будет повысить рабочую температуру (не менее 700 °C).
Область применения
[править | править код]- Крупные стационарные установки мощностью 1 МВт и выше;
- Бытовые стационарные установки мощностью 100 Вт — 10 кВт;
- Установки для бортового электропитания транспорта (например, автомобильные рефрижераторы) мощностью порядка 5 кВт;
- Силовые установки водного транспорта.
Перспективные разработки
[править | править код]Ведутся исследования по снижению рабочей температуры. Удалось снизить температуру до 500—600 °C.
Компания FuelCell Energy (США) в 2007 году проведёт испытания силовой установки на SOFC для морских судов.
В США создан альянс Solid State Energy Conversion (SECA). SECA — альянс индустриальных групп, работающих над ускорением коммерциализации SOFC-систем для стационарных, транспортных и военных приложений. Альянс работает над программой Coal-Based Systems («системы на базе угля»), целью которой является строительство чистых угольных электростанций, производящих энергию в водородных топливных элементах.
Члену альянса — компании General Electric — к концу 2006 года удалось снизить стоимость SOFC до 254 долл. за 1 кВт установленной мощности.
Компания Violet Fuel Cell Sticks в марте 2008 года объявила о достижении объёмной плотности мощности SOFC в 15 кВт/литр.
В России производством энергоустановок на базе твердооксидных топливных элементов занимается ООО «Уральская производственная компания», являющаяся резидентом инновационного центра «Сколково».
Особый интерес представляют твердоокисные топливные элементы с прямым окислением сероводорода — Direct Hydrogen Sulfide Solid Oxide Fuel Cell или расплавленной серы — MS-SOFC (недоступная ссылка). Выделяемый при этом диоксид серы может «дожигаться» в топливном элементе с протонно-обменной мембраной до триоксида серы, из которого затем производится серная кислота — ценное химическое сырье[2]. Кроме того, в производство электроэнергии в данном случае вовлекается металлургическая промышленность, поскольку сероводород может быть получен при переработке сульфидных металлических руд. Учитывая, что запасы сульфидов (включая мантию и ядро Земли) составляют около 2,9 % от массы планеты, данная технология может представлять собой практически неисчерпаемый источник энергии.
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 Ученые нашли способ продлить срок службы водородных топливных элементов : [арх. 10 декабря 2020] // РИА Новости. — 2020. — 10 декабря.
- ↑ Vladimir S. Bagotsky, fuel cells: Problems and solutions, Hoboken: Wiley, the electrochemical society series, 2009. 320 p.
Ссылки
[править | править код]- ГОСТ 15596-82 Источники тока химические. Термины и определения
 | Для улучшения этой статьи желательно:
|
