Топливные элементы - это устройства, которые работают аналогично батареям, с той разницей, что батареи хранят свои реагенты внутри, претерпевая окислительно-восстановительные реакции и преобразуя химическую энергию в электрический; в то время как в топливных элементах не накапливается химическая энергия, но постоянно вводятся реагенты.
Существует несколько типов топливных элементов, но все они имеют одинаковый принцип работы и используют газообразное топливо. Таким образом, топливные элементы преобразуют энергию, выделяемую в реакциях горения, в электрическую энергию.
Ниже представлена схема одного из наиболее распространенных топливных элементов, называемых AFC. Щелочной топливный элемент, что в переводе означает «щелочной топливный элемент»):
Схема работы водородно-кислородного топливного элемента
Это план топливного элемента, но если мы объединим несколько элементов последовательно, результат будет топливная ячейка, с большей мощностью.
Обратите внимание, что газообразный водород (H2), который является топливом, закачивается в пористую структуру анода (отрицательный полюс), который в данном случае сделан из никеля. После его пересечения водород переходит в электролит (водный раствор гидроксида калия, КОН
(здесь)), где он растворяется и реагирует, образуя катион H+ и высвобождая электроны. Таким образом, анодная полуреакция может быть представлена:Анод: 1H2 (г) + 2 ОН-(здесь) → 2 H2О(ℓ) + 2e-
Эти электроны проходят к катоду через внешнюю цепь. Катод представляет собой никелевый электрод, покрытый гидратированным оксидом никеля (Ni (OH)(s)), который катализирует восстановление кислорода (обычно в результате откачки воздуха), которое происходит, когда он получает электроны. Таким образом, на катоде происходит полуреакция:
Катод: ½ O2 (г) + 1 час2О(ℓ) + 2e- → 2 ОН-(здесь)
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)
Общая реакция определяется:
2 часа2 (г) + O2 (г) → 2 часа2О(ℓ)
Смотрите, что помимо произведенной электроэнергии, эта клетка производит воду, что соответствует одному из основных его достоинств. Вот почему он часто используется в космических кораблях, в основном американских, таких как Gemini, Apollo и Space Shuttle. Чтобы дать вам представление, за 7 дней, работая от топливного элемента, американский космический корабль «Аполлон» потребляет 680 кг водорода и производит 720 л воды.
Ниже представлен топливный элемент НАСА:
Топливный элемент НАСА, работающий на метаноле
Кроме того, многие ученые видели в нем топливо будущего, поскольку оно практически не производит загрязняющих веществ. Из-за нефтяного кризиса с 1973 года исследования по использованию топливных элементов в автомобилях и в домах, на предприятиях и в промышленности постоянно расширяются. Например, многие производители автомобилей в Европе, Японии и США вводят выставка и демонстрация автомобилей на топливных элементах с высокими характеристиками и нулевым уровнем выбросов. загрязняющие вещества.
Лос-Анджелес - 19 ноября 2008 г.: Honda представляет автомобиль на топливных элементах Honda FCSport на автосалоне в Лос-Анджелесе *
Как правило, в этих случаях лучше использовать жидкое топливо, такое как метанол и этанол, которое можно преобразовать в водород на борту транспортного средства или которое можно использовать напрямую.
* Авторские права на изображение: ЛавлейсМедиа / Shutterstock.com .
Дженнифер Фогача
Окончила химический факультет
Хотели бы вы использовать этот текст в учебе или учебе? Посмотрите:
FOGAÇA, Дженнифер Роча Варгас. "Топливная ячейка"; Бразильская школа. Доступно в: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm. Доступ 28 июня 2021 г.
