Сер Вільям Гроу (1811-1896), англійський фізик, провів кілька експериментів з електролізу ще в 19 столітті. У 1839 році, експериментуючи, він зрозумів, що електроліз є оборотним процесом. За допомогою двох електродів він провів до одного розчин, що містить водень, до іншого - розчин, що містить кисень, і виміряв напругу між електродами. Сер Вільям Гроу призначив результати своїх досліджень паливних елементів для суперництва з паровою машиною.

елементів

У 1889 році Чарльз Лангер і Людвіг Мондд далі розробляли паливний елемент, відкритий Гроу.

У 1930-х роках Френсіс Бекон розробив попередню процедуру Лангера і Монда, а в 1932 р. Представив лужну електролітичну нікелеву електродну комірку.

У 1950-х рр. Він відкрив паливний елемент з мембранною протонообмінною програмою під назвою General Electric.

У 1959 році Бекон експлуатував агрегат потужністю 5 кВт, і того ж року Гаррі Карл Іріг представив трактор на паливних елементах потужністю 15 кВт.

До 60-х років NASA вже використовувало паливний елемент як портативний пристрій у своїх космічних програмах.

У 1970-х роках дослідження в галузі паливних елементів посилились ще більше внаслідок нафтової кризи, що розгорнулася на той час.

У 80-ті роки ВМС США використовували паливні елементи для живлення підводних човнів.

У 1990-х роках з’явилися великі стаціонарні паливні елементи для промислового та комерційного використання.

У 2007 році з’явилися паливні елементи, які служили джерелом безперебійного живлення в комерційних пристроях.

У 2008 році Honda випустила автомобіль на паливних елементах під назвою FCX Clarity.

У 2009 році акумулятори на паливних елементах будуть доступні для все більшої кількості портативних побутових приладів.

9.1. У нас також є паливний елемент?

Паливний елемент - це джерело енергії, яке виробляє електроенергію з хімічної енергії за допомогою окислювально-відновної реакції. Газ водню окислюється на аноді, під час якого виділяється електрон, який проходить через зовнішній контур до катода, створюючи тим самим електричний струм і виконуючи електричні роботи. Тим часом відновлення відбувається на катоді, де кисень, позитивний іон водню та електрон з’єднуються, перетворюючись у воду. Розкладання водню, що використовується як паливо, на іони та електрони, здійснюється каталізатором. Наприклад, платина може бути використана як анодний електрод, а нікель - як катод. Передача позитивно заряджених іонів водню від анода до катода забезпечується електролітом між двома електродами, який передає лише іони, а не електрони.

Під час роботи матеріал електродів не витрачається і не перетворюється. Хімічна реакція може підтримуватися до тих пір, поки в електроди вводиться газоподібне або рідке паливо.

Переваги використання паливних елементів вже були продемонстровані в 1960-х роках в рамках програми НАСА «Аполлон»:

не містить рухомих частин

нечутливий до космічного випромінювання з посиленими ефектами в космосі

нечутливий до змін гравітації та коливань температури

невелика вага, невеликий розмір

водень і кисень, необхідні для роботи паливного елемента, знаходяться на космічному кораблі як рушій

Забезпечення воднем є критично важливим для роботи паливного елемента, оскільки кисень доступний в будь-якій точці атмосфери.

Водневий газ виробляється з вуглеводнів паровими риформерами в промисловості, оскільки він становить приблизно Він може працювати з ефективністю 80%, якщо чисті вуглеводні, наприклад використовується природний газ або метан. При високій температурі приблизно 700-1100 ° C, водяна пара реагує ендотермічно з метаном, в результаті чого утворюється чадний газ та водень. Подальшою реакцією, при температурі нижчій за попередню, прибл. 130 ° С, утворений раніше оксид вуглецю реагує з водяною парою. В результаті цього екзотермічного процесу при виділенні вуглекислого газу може утворюватися додатковий водень.

Критичним моментом у процесі виробництва водню є обробка вуглекислого газу, що утворюється під час реакції, оскільки викид вуглекислого газу в навколишнє середовище побічно призведе до позбавлення транспортних засобів, що використовують водень, екологічного рейтингу. Оскільки водень виробляється на заводі, теоретично можна відокремити вуглекислий газ, впорскувати вуглекислий газ у нафтові або газові резервуари, але цей процес зберігання вуглецю ще не набув широкого поширення, в цій галузі тривають дослідження.

З цих причин замість водню кілька дослідників, таких як Дьєрдж Олах та ін., Досліджують виробництво метилового спирту та його похідних як енергоносіїв та їх використання в паливних елементах. На додаток до переваг безпечного рідкого палива, принциповою перевагою є те, що метиловий спирт (та його похідні) також може вироблятися з вуглекислого газу. З екологічної точки зору зменшення глобального потепління, спричиненого діоксидом вуглецю, є величезними витратами у всьому світі. Крім усього іншого, цей фактор підкреслює можливість використання вуглекислого газу в якості сировини.

9.2. Угорський аспект розвитку паливних елементів

Обговорюючи питання паливних елементів, я вважаю важливим згадати професора Нобелівської премії Дьєрджі Олаха з Науково-дослідного інституту вуглеводнів Локера, Університет Південної Каліфорнії, який отримав Нобелівську премію в 1994 році за досягнення у своїх дослідженнях хімії вуглецю. Дьєрдь Олах займається розробкою метанольних паливних елементів. Паливо, метанол, добувається з природного газу.