|
В топливных элементах химическая энергия топлива (водорода, бензина и т. п.) преобразуется непосредственно в электроэнергию. Топливный элемент подобен батарейке, которую можно снова и снова заполнять топливом. Как и батарейка, он состоит из двух электродов и электролита между ними. На катоде ионизируется кислород, его ионы через электролит проходят к аноду, где при участии катализатора реагируют с топливом (с образованием углекислого газа и воды). Движение ионов создает электрический ток, химическая реация на аноде — тепло. Эксперименты по использованию топливных элементов на транспорте проводятся во многих странах, в том числе и в России.
Традиционные топливные элементы, работающие на водороде, не так уж и безвредны для экологии Земли. Чтобы получить чистый водород и доставить сжиженный газ на заправочные станции, нужно сжечь немало органического топлива, внеся посильную лепту в загрязнение атмосферы парниковыми газами. Топливный элемент, разработанный в Северо-Западном университете США, решает эту проблему.Как сообщает EurekAlert, речь идет об очередной попытке перенести водородный завод прямо на борт автомобиля. Точнее говоря — осуществлять «добычу» водорода непосредственно в высокотемпературном топливном элементе, расчетная энергетическая эффективность которого должна достигать 50%. Для сравнения, КПД современного двигателя внутреннего сгорания по схеме «от скважины до двигателя» составляет всего 10–15%, а современных водородных топливных элементов и гибридных двигателей — около 30%.
Разработка профессора Скотта Барнетта (Scott A. Barnett) и его аспиранта Жоньляня Чжана (Zhongliang Zhan) представляет собой твердо-оксидный топливный элемент (solid oxide fuel cell, SOFC), вырабатывающий электроэнергию и попутно преобразующий жидкий изооктан в водород и использующий этот газ для получения энергии. Топливные элементы этого типа работают при весьма высоких температурах (от 600 до 800 градусов Цельсия), достаточных для запуска процесса риформинга водорода.
Ключевое звено разработанного Барнеттом и Чжаном топливного элемента — специальный тонкопленочный катализатор, сквозь который просачивается углеводородное топливо, чтобы достичь анода. Именно в этом пористом слое, в состав которого входит стабилизированный цирконий и небольшое количество рутения и церия, происходит процесс химически чистого превращения изооктана в водород.
По словам Барнетта, главная проблема любого SOFC-элемента — постепенное загрязнение анода углеродом, выделяющимся в процессе реакции из углеводородного топлива. Введение в схему упомянутого катализатора, а также добавление небольшого количества кислорода устраняет этот углеродный налет и, таким образом, делает твердо-оксидные топливные элементы вполне жизнеспособной частью будущей «водородной экономики».
