Технология топливных элементов на основе фосфорной кислоты

Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (ТЭФК) работают при температурах от 150 до 200^oC. Как следует из их названия, в ТЭФК в качестве электролита используется фосфорная кислота . Положительно заряженные ионы водорода мигрируют через электролит от анода к катоду. Электроны, генерируемые на аноде, перемещаются по внешней цепи, обеспеченивая электроэнергией включенный в нее потребитель, и возвращаются к катоду. Там электроны, ионы водорода и кислород образуют воду, которая удаляется из элемента. Платиновый катализатор на электродах увеличивает скорость реакции.

Образование окиси углерода (CO) вокруг электродов "отравляет" топливный элемент. Одним из преимуществ ТЭФК является то, что при 200^oС они выдерживают концентрацию CO около 1,5 процентов. Еще одно преимущество состоит в том, что электролит из концентрированной фосфорной кислоты может работать выше точки кипения воды, в то время как другие кислотные электролиты нуждаются в воде для проводимости. Кислотный характер электролита требует, однако, чтобы все компоненты ячейки были устойчивы к коррозии.

Водород для топливных элементов извлекается из углеводородного топлива путем реформинга. Если углеводородное топливо представляет собой бензин, то из него должна быть удалена сера, отравляющая электродный катализатор. КПД ТЭФК составляет в среднем от 40 до 50 процентов, но он может увеличиться примерно до 80 процентов, если отработанное тепло повторно используется в системе когенерации. ТЭФК мощностью до 200 кВт находятся в коммерческой эксплуатации, а устройства мощностью 11 МВт уже прошли испытания.

Применение топливных элементов на основе фосфорной кислоты

Энергетический кризис 1970-х годов побудил исследователей из Лос-Аламосской национальной лаборатории приступить к изучению топливных элементов. Предвосхищая создание электромобилей, они разработали карт, питающийся от топливных элементов на основе фосфорной кислоты.

H-Power из Джорджтаунского университета и Министерство энергетики США приспособили ТЭФК мощностью 50 кВт от Fuji Electric для транзитных автобусов, которые начали использоваться в 1994 году. Четыре года спустя компания Nova Bus из Джорджтауна и Министерство транспорта США начали испытания автобуса с питанием от ТЭФК мощностью 100 кВт. Этот ТЭФК производился International Fuel Cells Corporation (совместное предприятие Toshiba и United Technologies). Однако современные ТЭФК требуют длительного прогрева, поэтому их применение в частных автомобилях остается ограниченным.

ТЭФК используются как стационарные источники энергии уже более 10 лет. Электростанция модели PC25 от корпорации ONSI применяется как дополнительный источник энергии в новом здании Conde Nast на Таймс-сквер 4 в Нью-Йорке. Последующее отключение электроэнергии в Нью-Йорке, когда это здание оставалось освещенным, придало топливным элементам высокую популярность. Кроме того, предприятие Йонкерс по очистке сточных вод в Нью-Йорке с 1997 года питается от блока ONSI мощностью 200 кВт. Эти очистные сооружения используют для получения топлива реформинг метана из сточных вод. Батареи имеют расчетный срок службы от 5 до 6 лет (их стоимость около $100000).

Опубликовано 28.03.2010