Принцип работы и области использования топливных элементов

Топливный элемент – это химический источник тока, в котором осуществляется прямое превращение химической энергии топлива и окислителя, непрерывно подводимых к электродам, непосредственно в электрическую энергию посредством электрохимических реакций, минуя малоэффективные процессы горения (рис. 1). Поэтому энергетический КПД топливного элемента значительно выше (50– 80%), чем у традиционных энергоустановок и может достигать 90%.
Рис. 1. Ступени преобразования химической энергии традиционным и электрохимическим способом
Топливный элемент – это химический источник тока (ХИТ), в котором электрическая энергия образуется в результате химической реакции между восстановителем и окислителем, непрерывно и раздельно поступающими к электродам ТЭ извне

. Продукты реакции непрерывно выводятся из топливного элемента. Химические реакции в топливном элементе идут на специальных пористых электронпроводящих электродах (например, платиновых), разделенных ионпроводящим электролитом (например, концентрированным раствором щелочи KOH). В рассматриваемом примере водород окисляется на аноде, кислород восстанавливается на катоде:
2H2 + 4ОН– – 4е – 4H2O; (1)
O2 + 2H2О + 4е – 4ОН– . (2)
Гидроксид-ионы ОН– двигаются в электролите от катода к аноду, а электроны е – во внешней цепи – от анода к катоду. Суммируя уравнения реакций (1) и (2), получим уравнение токообразующей реакции:
2H2 + O2 2H2O