Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 1 Лекция 16 фосфорно-кислотные топливные элементы Средне- и высокотемпературные ТЭ Принцип работы ФКТЭ История развития Типы конструкций Рабочие параметры

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 2 Средне- и высокотемпературные ТЭ Почему хороши высокие температуры: Скорость ЭХР выше, ниже активационные потери, не обязательно использовать катализаторы из благородных металлов Есть высокопотенциальное тепло для конверсии УВ в водород. Отходящие газы имеют высокую температуру. Это тепло можно утилизировать, например, для обогрева. Высокопотенциальное тепло можно использовать в турбинах для получения дополнительного электричества, что повышает электрический кпд. Типы ВТТЭ фосфорно-кислотные ТЭ (все же нужны благородные катализаторы) Растворно-карбонатные ТЭ Твердооксидные ТЭ ! ВТТЭ не рационально рассматривать только как ТЭ – всегда как систему, включающую конверсию топлива и систему утилизации тепла

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 3 Что дает комбинация ТЭ с утилизатором теплоты? G=H-TS, η т =ΔG/ΔH При комнатной Т: η к =ΔG к /ΔH При рабочей Т: η р =ΔG р /ΔH Т рS – тепловой эффект реакции КПД цикла Карно: (Т р -Т к )/Т р Доп. полезная работа, которую можно получить: Т рS(Т р -Т к )/Т р = (Т р -Т к ) S Полная полезная работа= ΔG р + (Т р -Т к ) S = ΔG р +Т рS -Т кS =H- Т кS = ΔG к Η р полн. =ΔG к /ΔH= η к Зависимость КПД от Т

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 4 Фосфорно – кислотный ТЭ На аноде На катоде Полная реакция

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 5 1.Реакция разложения ФК 2.Сольватация протона 3.При Т>150 С и 100% ФК полимеризуется в пирофосфорную к-ту 4.ПФК имеет степень ионизации выше Активационное перенапряжение на катоде снижается при высоких Т, т.к. анионы ПФК адсорбируются на Pt хуже, чем анионы ФК Омическое перенапряжение ниже, т.к. проводимость ПФК выше

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 6 Влияние давления уменьшение диффузионной поляризации Увеличение обратимого потенциала Уменьшение активационной поляризации на катоде из-за увеличения парциального давления кислорода Увеличение парц. давления воды (при образовании ПФК их ФК) – увеличение проводимости, увеличение тока обмена, снижение омических потерь

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 7 Влияние температуры Слабо влияет на скорость окисления Н2 Снижается количество адсорбированного на аноде СО При увеличении Т повышается скорость спекания катализатора, коррозия элементов, деградация и испарение электролита Т=207 С – компромисс, позволяющий достичь времени жизни часов

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 8 Влияние состава реагентов и степени использования окислитель Для воздуха Для кислорода

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 9 Топливо (водород) увеличение анодной поляризации определяется уменьшением парц. Давл. Н2 СО – отравление Pt катализатора: замещение молекулы Н2 двумя молекулами СО на пов-ти Pt Отношение тока обмена в присутствии СО к току обмена в чистом Н2 Θ СО - степень покрытия

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 10 Влияние примесей серосодержащих соединений

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 11 Коррозия электродов

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 12 Параметры современных ФКТЭ

Кафедра ВЭПТ Технологии производства элементов водородной энергетики 13