Знакомство с 5 типами топливных элементов

Топливный элемент с протонообменной мембраной использует протонообменную мембрану в качестве электролита. В топливном элементе этого типа газообразный водород подается через анод, а газообразный кислород подается на катод, при этом протонообменная мембрана выступает в качестве электролита между ними. Во время электрохимической реакции газообразный водород на аноде расщепляется на протоны и электроны. Пока протоны проходят через протонообменную мембрану, электроны проходят через внешнюю цепь, генерируя электрическую энергию. На катоде кислород соединяется с протонами и электронами, образуя в качестве побочного продукта водяной пар. PEMFC обладают такими преимуществами, как высокая удельная мощность, быстрое время запуска и высокоэффективное преобразование, что делает их широко используемыми в транспортных средствах, таких как автомобили и легкие грузовики.

Щелочной топливный элемент использует раствор гидроксида калия в качестве электролита. В AFC газообразный водород разлагается на ионы водорода и электроны на аноде. Ионы водорода проходят через раствор гидроксида калия, а электроны проходят через внешнюю цепь, генерируя электроэнергию. На катоде кислород соединяется с ионами водорода и электронами, в результате чего в качестве побочного продукта образуется вода. AFC демонстрируют высокую эффективность преобразования и долговечность, но из-за коррозионной активности раствора гидроксида калия они находят широкое применение в конкретных областях, таких как аэрокосмическая и оборонная промышленность.

В топливном элементе на фосфорной кислоте в качестве электролита используется фосфорная кислота. В PAFC газообразный водород расщепляется на протоны и электроны на аноде. Протоны мигрируют через электролит фосфорной кислоты, а электроны проходят через внешнюю цепь, генерируя электрическую энергию. На катоде кислород соединяется с протонами и электронами, образуя воду в качестве побочного продукта. PAFC обеспечивают высокоэффективное преобразование и стабильность, обычно применяются в генераторных установках и когенерационных системах.

В твердооксидном топливном элементе в качестве электролита используется твердый оксидный материал. В ТОТЭ газообразный водород разлагается на протоны и электроны на аноде. Протоны мигрируют через твердооксидный электролит, а электроны проходят через внешнюю цепь, генерируя электроэнергию. На катоде кислород подвергается окислению, поскольку он соединяется с протонами и электронами, образуя ионы кислорода. Эти ионы кислорода проходят через твердооксидный электролит обратно к аноду, где они реагируют с газообразным водородом, образуя водяной пар в качестве побочного продукта. ТОТЭ обладают такими преимуществами, как высокоэффективное преобразование, гибкость использования топлива и длительный срок службы, что делает их широко используемыми в генераторных установках и когенерационных системах.

Топливный элемент с расплавленным карбонатом (MCFC) также представляет собой высокотемпературный топливный элемент, в котором в качестве электролита используется расплавленный карбонат. В MCFC топливный газ обычно состоит из смеси водорода и углекислого газа. Эти газы разлагаются на карбонат-ионы и электроны в анодной реакционной зоне. Ионы карбоната могут мигрировать через расплавленный карбонатный электролит при высоких температурах и в катодной реакционной зоне соединяться с кислородом с образованием воды, диоксида углерода и электронов. Электроны проходят через внешнюю цепь, производя электрическую энергию. Рабочая температура MCFC обычно колеблется от 600 до 700 градусов Цельсия.