Протонообменные мембраны для топливных элементов

1.1 обзор

Проблема нехватки энергии становится все более серьезной во всем мире.Ибо традиционное ископаемое топливо не возобновляемо, а использование процесса вызвало серьезное загрязнение окружающей среды.Однако большая часть преобразования энергии достигается за счет процесса теплового двигателя, который неэффективен.За последние 30 лет использование ископаемого топлива сократилось, а спрос на чистую энергию увеличился.Серьезной задачей, стоящей перед человечеством в 21 веке, является поиск экологически чистых возобновляемых источников энергии.Поэтому, ввиду вышеупомянутых проблем, вызванных традиционной энергетикой, исследования по повышению эффективности преобразования энергии и поиску чистой новой энергии становятся все более и более обширными.

Топливный элемент — это новый тип энергетической технологии, который напрямую преобразует химическую энергию топлива в электричество посредством электрохимической реакции.При этом она не ограничена географическими и географическими условиями.В последние годы топливные элементы получили быстрое развитие и нашли применение в различных областях.

1.2 Топливные элементы

Топливные элементы не ограничены циклом Карно и имеют высокую теоретическую скорость преобразования энергии (80% эффективности при температурах ниже 200°C). На практике КПД в два-три раза выше, чем у обычных двигателей внутреннего сгорания. В качестве топлива используется водород, метанол, углеводороды и другие вещества, богатые водородом, что является экологически чистым.Поэтому топливные элементы имеют широкие перспективы применения.Специально представлены следующие три аспекта состава, классификации и характеристик топливных элементов:

1.2.1 Состав топливных элементов

Топливный элемент по сути является обратным устройством для электролиза воды.В топливном элементе водород и кислород вступают в химическую реакцию с образованием воды и выделением электричества.Базовая структура топливного элемента состоит из анода, катода и электролита.Обычно анод и катод содержат определенное количество катализатора для ускорения электрохимической реакции на электроде.Между двумя полюсами находятся электролиты, которые можно разделить на пять типов: основные, фосфатные, твердые оксиды, расплавленные карбонаты и протонообменные мембраны.Возьмем в качестве примера топливный элемент H/O (рис. 1-1): H поступает в анодную часть топливного элемента, а слой платины на аноде преобразует водород в протоны и электроны.Промежуточный электролит позволяет протонам проходить только к катодной части топливного элемента.Электроны текут через внешнюю цепь к катоду, образуя ток.Кислород поступает в катод топливного элемента и соединяется с протонами и электронами, образуя воду.