ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ важнейшая
составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое
преобразование хим. энергии (реагентов - топлива и окислителя) в
электрическую. Основу Т. э. составляют два электрода, разделённые твёрдым
или жидким электролитом (см. рис.). Топливо и окислитель подаются
в полости, граничащие с электродами; на поверхности раздела электролит
- электрод в присутствии катализатора происходят реакции окисления и восстановления
(см. Окисление-восстановление). В результате этих реакций образуются
ионы (рекомбинирующие затем
до конечного продукта реакции АВ) и выделяется (или поглощается)
тепло
Q. Освободившиеся при реакции окисления топлива электроны создают на соответствующем
электроде (аноде) избыточный отрицат. заряд; на катоде в результате
реакции восстановления окислителя создаётся избыточный положит. заряд.
При замыкании внеш. цепи в ней появляется электрич. ток, совершающий полезную
работу Е

Электролит в Т. э. не только содержит вещества, участвующие в электрохимич.
реакциях, но и обеспечивает пространственнее разделение процессов окисления
и восстановления. Для эффективной работы Т. э. необходимы развитая
поверхность электродов (до сотен м² на г вещества),
рациональная организация процессов адсорбции и ионизации молекул
реагирующих веществ и отвода электронов и продуктов реакции, высокая чистота
реагентов.

Идея создания Т. э. была высказана
в нач. 19 в. англ. физиком У. Р. Гровом, однако её практич. реализация
осуществлена (почти одновременно в СССР, США, Франции и Великобритании)
лишь
в 60-х гг. 20 в. В сер. 70-х гг. известно много Т. э. разных типов, различающихся
рабочими темп-рами (от комнатной до1200 К), а также видом используемого
топлива (водород, водородсодержащие вещества, металлы и т. д.),
окислителя (кислород, кислородсодержащие вещества, хлор и т. д.),
катализатора (платина, палладий, серебро, никель, уголь и т. д.) и
электролита (щёлочи или кислоты, твёрдые окислы металлов, расплавы солей,
ионообменные полимеры и т. д.).

Практич. применение получили гл. обр.
Т. э., в к-рых в качестве топлива, окислителя и электролита используют
соответственно водород, кислород и щёлочь (или ионообменный полимер).
Такие Т. э. работают при невысоких темп-рах (до 100 °С), что обеспечивает
им длительный (до неск. тыс. ч) ресурс работы; их рабочее напряжение
1 е. Однако топливом в Т. э. принципиально может служить любое вещество,
реагирующее при рабочей темп-ре с кислородом или галогенами. Перспективны
Т. э. с прямым окислением углеводородов (пропана, бензина), спиртов,
аммиака и т. д. Одна из осн. проблем, стоящих на пути их создания,- разработка
теории катализа и практич. методов получения катализаторов, обладающих
достаточной активностью и коррозионной стойкостью и не подверженных отравляющему
действию продуктов реакции. См. также Грове элемент.

Лит.: Феттер К., Электрохимическая
кинетика, пер. с нем., М., 1967; Фильштих В., Топливные элементы, пер.
с нем., М., 1968; Лидоренко Н. С., Мучник Г. Ф., Перспективы и научные
проблемы применения методов непосредственного получения электроэнергии
из химических топлив, "Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт", 1973, № 2.

Н. С. Лидоренко, Г. Ф. Мучник.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я