Все новости

Топливные элементы

Топливные элементы - это устройства, вырабатывающие электрическую энергию за счет энергии окислительно-восстановительной химической реакции жидких или газообразных реагентов. На электродах топливного элемента протекают электрохимические реакции - на отрицательном с участием восстановителя (топлива), на положительном с участием окислителя (кислорода или воздуха).

При использовании топливных элементов на автомобильном транспорте в качестве топлива используется водород. Возможно также использование других видов водородсодержащего топлива (природный газ, метанол, бензин). В случае использования водорода необходимо решить проблемы заправки и хранения водорода на борту автомобиля. Большинство из существующих автомобилей на топливных элементах заправляются водородом и около 30% - метанолом.

Необходимой частью топливного элемента является электролит, в качестве которого раньше использовалась фосфорная кислота, а в последние несколько лет большая часть разработок топливных элементов направлена на создание ионообменных мембран.

Работа водородно-кислородного топливного элемента основана на превращении энергии химической реакции водорода с кислородом в электричество. Побочными продуктами этой реакции являются тепло и вода.
Автомобиль с топливными элементами, работающими на водороде, стерильно чист - вместо выхлопных газов он выбрасывает чистую воду.

В последние десять лет было изготовлено более 300 автомобилей, работающих на топливных элементах, а с 2015 года начнется серийное производство автомобилей, работающих на водороде.

Высокая стоимость топливных элементов является основной причиной, сдерживающей развитие рынка. Компания “Mitsubishi Motors” разработала электромобиль на топливных элементах. Источником энергии служит водород, который хранится в расположенных под полом багажника баллонах высокого давления. Топливные элементы фирмы “Ballard” вырабатывают электричество, необходимое для питания тягового электромотора мощностью 65 кВт. Электромотор разгоняет автомобиль до 140 км/ч, а запас хода составляет 150 км.

Автомобилестроительный концерн “Daimler Chrysler” провел в июне 2002 г. испытания автомобиля пятого поколения Necar 5 на топливных элементах, который совершил 3000-мильный пробег по пересеченной местности, в высокогорных условиях при 32 °С. Автомобиль приводит в движение силовая установка Ballard на топливных элементах. Во время пробега автомобиль заправлялся метанолом через каждые 300 миль, расход которого составил 3,785 л на 40 миль при скорости 90 миль/ч.

В 2002 г. компания “Ford” разработала автомобиль “Focus FCV”, на котором установлена батарея топливных элементов “Mark 902”. Запас хода автомобиля на одной заправке составляет 320 км. Мощность электродвигателя (85 кВт) позволяет автомобилю развивать скорость до 128 км/ч.

Себестоимость автомобиля, оборудованного водородным двигателем, почти в 10 раз выше себестоимости автомобиля с классическим двигателем внутреннего сгорания. Но по прогнозам к 2015 г. цена автомобилей с водородными топливными элементами сравняется с параметрами бензиновых машин.

Полная замена автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на автомобили с топливными элементами произойдет не ранее конца 21-го столетия.

Лидером по производству водородных автомобилей стремится стать Япония. Автокомпания “Toyota” приступила к серийному выпуску автомобилей с гибридными двигателями, использующими бензин и водород.

Также топливные элементы широко исследуются как независимые источники электро- и теплоснабжения, как источники питания для компьютеров вне стационарных условий электроснабжения.