Топливные элементы

В последнее время ведутся исследования направленные на создание элементов, при работе которых расходовались бы дешевые вещества, такие как природный газ, керосин, водород и др. Такие химические элементы называются топливными.

Схема топливного элемента

Топливные элементы осуществляют превращение энергии топлива в электрическую, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимические устройства в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию. В топливных элементах химическая энергия восстановителя (топлива) и окислителя превращаются в электрическую. Открытие в 1838 г. водородно-кислородного топливного элемента принадлежит английскому ученому В. Грову.

Вильям Гров (1811-1896)

Исследуя разложение воды на водород и кислород он обнаружил побочный эффект – электролизер вырабатывал электрический ток. Схему такого элемента можно представить в следующем виде: (-) Ni, H₂/ раствоp KOH / O₂, Ni (+).

На отрицательном электроде протекает реакция 2H₂ + 4OH^- - 4е = 4H₂O,

на положительном O₂ + 2H₂O + 4 e = 4OH^-.

Суммарное уравнение реакции: O₂ + 2H₂ = 2H₂O. Электроны перемещаются от анода к катоду, а в растворе происходит движение ионов ОН^- от катода к аноду.

Биохимики установили, что биологический водородно-кислородный топливный элемент «вмонтирован» в каждую живую клетку. Источником водорода в организме служит пища – жиры, белки и углеводы. В желудке, кишечнике, клетках она в конечном итоге превращается до мономеров, которые, в свою очередь, после ряда химических превращений дают водород, присоединенный к молекуле–носителю. Кислород из воздуха попадает в кровь через легкие, соединяется с гемоглобином и разносится по всем тканям. Процесс соединения водорода с кислородом составляет основу биоэнергетики организма. Здесь, в мягких условиях (комнатная температура, нормальное давление, водная среда), химическая энергия с высоким КПД преобразуется в тепловую, механическую (движение мышц), электричество (электрический скат), свет (насекомые, излучающие свет).

Для большинства топливных элементов э.д.с. составляет 1,0 - 1,5 В. Топливные элементы уже сейчас используются в спутниках и космических кораблях, перспективно их использование вместо двигателей внутреннего сгорания на транспорте, в большой энергетике и т.п. Человек, в который раз повторил созданное природой устройство для получения энергии. Топливные элементы вселяют надежду на энергетическое будущее.