I
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
\
равно что дизельный электрогенератор, только без
дизеля и генератора. А также без дыма, шума, пере-
грева и с намного более высоким КПД. Последнее
объясняется тем, что, во-первых, отсутствуют проме-
жуточные механические устройства и, во-вторых, топ-
ливный элемент не является тепловой машиной и по-
этому не подчиняется закону Карно (то есть, его эф-
фективность не определяется разницей температур).
В качестве окислителя в топливных элементах ис-
пользуется кислород. Причем, поскольку кислорода
вполне достаточно в воздухе, то беспокоиться о пода-
че окислителя не надо. Что касается топлива, то им
является водород. Таким образом, в топливном эле-
менте происходит реакция
2Н2
+
Ог
=
2НгО
+
электри-
чество +
тепло
В результате получается полезная
энергия и водяной пар - идеально с точки зрения эф -
фективности и экологии. Вопрос в том, как провести
эту реакцию контролируемо? И тут мы переходим к
тонкостям устройства топливных элементов.
Самым простым по своему устройству является
топливный элемент с протонообменной мембраной
(proton exchange membrane fuel cell или PEMFC)
(рис. 1).
Работает он следующим образом: поступающий в эле-
мент водород разлагается под действием катализа-
тора на электроны и положительно заряженные ионы
водорода Н+ Далее в действие вступает специальная
мембрана, выполняющая здесь роль электролита в
обычной батарейке. В силу своего химического соста-
ва она пропускает через себя протоны, но задержива-
ет электроны. Таким образом, скопивш иеся на аноде
электроны создают избыточный отрицательный заряд,
а ионы водорода создают положительный заряд на ка-
тоде (напряжение на элементе получается порядка 1
В). Если включить элемент в нагрузку, то электроны
пойдут через нее к катоду, создавая ток и завершая
процесс окисления водорода кислородом. В качестве
катализатора в PEMFC обычно используются микро-
частицы платины, нанесенные на углеродное волок-
но. Благодаря своей структуре такой катализатор хо-
Ноутбук и топливный элемент Fujitsu
Электрический ток
Рис. 1.
Принцип действия топливного элемента
с протонообменной мембраной
рошо пропускает газ и электричество. Мембрана обыч-
но изготавливается из серосодержащего полимера на-
фиона (nation). Толщина мембраны составляет деся-
тые доли миллиметра. При реакции, естественно, вы-
деляется и тепло, однако его не так уж много, так что
рабочая температура PEMFC находится в пределах
40.
..80°С.
Существуют и другие типы топливных элементов,
в основном, различаю щ иеся типом используемого
электролита. Практически все они требуют в качестве
топлива водород, так что встает логичный вопрос; где
его взять. Конечно, идеально было бы использовать
сжатый водород из баллонов, однако тут сразу же воз-
никают проблемы с транспортировкой и хранением
этого весьма огнеопасного газа под большим давле-
нием. Конечно, можно использовать водород в связан-
ном виде - та же платина может растворять в своем
объеме до нескольких сотен объемов водорода. Од-
нако остается задача его добычи и транспортировки,
ведь инф раструктуры водородных заправок не суще-
ствует.
Впрочем, тут тоже есть решение - в качестве ис-
точника водорода можно использовать жидкое угле-
водородное топливо. Например, этиловый или мети-
ловый спирт. Правда, тут уже требуется специальное
дополнительное устройство - топливный преобразо-
ватель (fuel reformer), при высокой температуре (для
метанола это будет где-то 240°С ) преобразующ ее
спирты в смесь газообразных Н2 и С 0 2. Однако в этом
случае уже не приходится говорить о портативности -
такие устройства хорошо использовать в качестве ста-
ционарных или автомобильных генераторов, а вот для
компактной мобильной техники нужно что-нибудь по-
проще.
И тут мы приходим именно к тому устройству, раз-
работкой которого со страшной силой занимаются прак-
тически все крупнейшие производители электроники -
---------------------------------------------------------------------------------------------------
| 27
Радиолюбитель - 0 2 /2 0 0 5 |
предыдущая страница 28 Радиолюбитель 2005-02 читать онлайн следующая страница 30 Радиолюбитель 2005-02 читать онлайн Домой Выключить/включить текст