Protonų mainų membranos kuro elementams

1.1 apžvalga

Energijos trūkumo problema visame pasaulyje tampa vis rimtesnė.Tradicinis iškastinis kuras nėra atsinaujinantis, o šio proceso naudojimas sukėlė rimtą aplinkos taršą.Tačiau didžioji dalis energijos konvertuojama naudojant šilumos variklio procesą, kuris yra neefektyvus.Per pastaruosius 30 metų iškastinio kuro sumažėjo, o švarios energijos paklausa išaugo.21-ojo amžiaus žmonėms tenka rimta užduotis – ieškoti aplinkai nekenksmingos atsinaujinančios energijos.Todėl, atsižvelgiant į minėtas tradicinės energetikos problemas, energijos konversijos efektyvumo didinimo ir švarios naujos energijos siekimo tyrimai buvo atliekami vis plačiau.

Kuro elementas yra naujo tipo energijos technologija, kuri per elektrocheminę reakciją tiesiogiai paverčia kuro cheminę energiją į elektros energiją.Be to, jo neriboja geografinės ir geografinės sąlygos.Pastaraisiais metais kuro elementai buvo sparčiai vystomi ir pritaikomi įvairiose srityse.

1.2 Kuro elementai

Kuro elementų neriboja Carnot ciklas ir jų teorinis energijos konvertavimo greitis yra aukštas (80 % efektyvumas žemesnėje nei 200°C temperatūroje). Praktiškai efektyvumas yra du ar tris kartus didesnis nei įprastų vidaus degimo variklių. Naudojamas vandenilis, metanolis, angliavandeniliai ir kitos daug vandenilio turinčios medžiagos, nekenksmingos aplinkai.Todėl kuro elementai turi plačias pritaikymo perspektyvas.Konkrečiai pristatomi šie trys kuro elementų sudėties, klasifikacijos ir charakteristikų aspektai:

1.2.1 Kuro elementų sudėtis

Kuro elementas iš esmės yra atvirkštinis vandens elektrolizės įtaisas.Kuro elemente vandenilis ir deguonis chemiškai reaguoja sudarydami vandenį ir išskirdami elektros energiją.Pagrindinę kuro elemento struktūrą sudaro anodas, katodas ir elektrolitas.Paprastai anode ir katode yra tam tikras kiekis katalizatoriaus, kuris pagreitina elektrocheminę reakciją prie elektrodo.Tarp dviejų polių yra elektrolitai, kuriuos galima suskirstyti į penkis tipus: bazinį, fosfatinį, kietąjį oksidą, išlydytą karbonatą ir protonų mainų membraną.Kaip pavyzdį paimkite H/O kuro elementą (1-1 pav.): H patenka į kuro elemento anodo dalį, o ant anodo esantis platinos sluoksnis vandenilį paverčia protonais ir elektronais.Tarpinis elektrolitas leidžia protonams patekti tik į kuro elemento katodinę dalį.Elektronai teka per išorinę grandinę į katodą, sudarydami srovę.Deguonis patenka į kuro elemento katodą ir susijungia su protonais ir elektronais, sudarydamas vandenį.