Паливні елементи - це пристрої, які працюють подібно до акумуляторів, з тією різницею, що акумулятори мають свої реагенти, що зберігаються всередині, піддаючись реакціям окисного відновлення і перетворюючи хімічну енергію в електричний; в той час як у паливних елементах не зберігається хімічна енергія, але реагенти безперервно вводяться.
Існує кілька типів паливних елементів, але всі вони мають однаковий принцип роботи та використовують газоподібне паливо. Таким чином, паливні елементи перетворюють енергію, що виділяється в результаті реакцій горіння, в електричну.
Нижче наведено схему одного з найпоширеніших паливних елементів, який називається AFC. Лужна паливна комірка, що в перекладі означає "лужний паливний елемент"):
Схема роботи водневого / кисневого паливного елемента
Це план паливного елемента, але якщо ми об’єднаємо кілька комірок послідовно, результатом буде a паливний елемент, з більшою потужністю.
Зверніть увагу, що газоподібний водень (H2), яке є паливом, закачується в пористу структуру анода (негативний полюс), яка в даному випадку виконана з нікелю. Після його перетину водень переходить в електроліт (водний розчин гідроксиду калію, КОН
(тут)), де він розчиняється і реагує, утворюючи катіон Н+ і вивільнення електронів. Таким чином, анодна напівреакція може бути представлена:Анод: 1Н2 (г) + 2 ОН-(тут) → 2 год2О(ℓ) + 2e-
Ці електрони проводяться на катод через зовнішній контур. Катод являє собою нікелевий електрод, покритий гідратованим оксидом нікелю (Ni (OH)(s)), який каталізує відновлення кисню (як правило, від перекачування повітря), яке відбувається при надходженні електронів. Таким чином, напівреакція, яка відбувається на катоді:
Катод: ½ O2 (г) + 1 година2О(ℓ) + 2e- → 2 ОН-(тут)
Не зупиняйтесь зараз... Після реклами є ще щось;)
Загальна реакція визначається:
2 години2 (г) + O2 (г) → 2 години2О(ℓ)
Дивіться, що крім виробленої електроенергії, ця клітина генерує воду, що відповідає одній із його основних переваг. Тому його багато використовують у космічних кораблях, переважно американських, таких як Близнюки, Аполлон та Космічний човник. Щоб дати вам уявлення, за 7 днів, працюючи від паливного елемента, американський космічний корабель "Аполлон" споживає 680 кг водню і виробляє 720 л води.
Нижче наведено паливний елемент NASA:
Паливний елемент НАСА з метанолом
Крім того, багато вчених розглядають його як паливо майбутнього, оскільки воно практично не генерує забруднюючих речовин. Через нафтову кризу, починаючи з 1973 р. Дослідження використання паливних елементів у автомобілях та будинках, підприємства та галузі зростають дедалі більше. Наприклад, багато виробників автомобілів у Європі, Японії та США приймають рішення виставка та демонстрація автомобілів на паливних елементах з високою продуктивністю та нульовими викидами забруднюючих речовин.
ЛОС-АНДЖЕЛЕС - 19 листопада 2008 року: Honda представляє автомобіль Honda FCSport на паливних елементах на LA Auto Show *
Як правило, у цих випадках краще використовувати рідке паливо, таке як метанол та етанол, які можуть бути перероблені у водень на борту транспортного засобу або які можуть бути використані безпосередньо.
* Редакційні титри для зображення: LovelaceMedia / Shutterstock.com .
Дженніфер Фогача
Закінчив хімію
Хотіли б ви посилатися на цей текст у школі чи академічній роботі? Подивіться:
FOGAÇA, Дженніфер Роша Варгас. «Паливний елемент»; Бразильська школа. Доступно: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm. Доступ 28 червня 2021 року.
