Протонообмінні мембрани для паливних елементів

1.1 огляд

Проблема нестачі енергії стає все більш серйозною в усьому світі.Оскільки традиційне викопне паливо не є відновлюваним, і використання цього процесу спричинило серйозне забруднення навколишнього середовища.Однак більша частина перетворення енергії досягається процесом теплового двигуна, який є неефективним.За останні 30 років кількість викопного палива скоротилася, а попит на чисту енергію зріс.Пошук екологічно чистих відновлюваних джерел енергії є серйозним завданням, яке стоїть перед людьми в 21 столітті.Тому, з огляду на вищезазначені проблеми, спричинені традиційною енергетикою, дослідження щодо підвищення ефективності перетворення енергії та пошуку нової чистої енергії стають все більш масштабними.

Паливні елементи - це новий тип енергетичної технології, яка безпосередньо перетворює хімічну енергію палива в електрику за допомогою електрохімічної реакції.Причому вона не обмежена географічними та географічними умовами.В останні роки паливні елементи швидко розвиваються і застосовуються в різних областях.

1.2 Паливні елементи

Паливні елементи не обмежені циклом Карно і мають високий теоретичний коефіцієнт перетворення енергії (80% ККД нижче 200°C). На практиці ефективність у два-три рази перевищує ефективність звичайних двигунів внутрішнього згоряння. В якості палива використовується водень, метанол, вуглеводні та інші речовини, багаті воднем, що є екологічно чистим.Тому паливні елементи мають широкі перспективи застосування.Особливо введено наступні три аспекти складу, класифікації та характеристик паливних елементів:

1.2.1 Склад паливних елементів

Паливний елемент, по суті, є зворотним пристроєм для електролізу води.У паливному елементі водень і кисень вступають у хімічну реакцію, утворюючи воду та вивільняючи електрику.Основна структура паливного елемента складається з анода, катода та електроліту.Зазвичай анод і катод містять певну кількість каталізатора для прискорення електрохімічної реакції на електроді.Між двома полюсами знаходяться електроліти, які можна розділити на п'ять типів: основні, фосфатні, тверді оксидні, розплавлені карбонатні та протонообмінні мембрани.Візьмемо як приклад H/O паливний елемент (Малюнок 1-1): Н входить в анодну частину паливного елемента, а шар платини на аноді перетворює водень на протони та електрони.Проміжний електроліт пропускає протони лише до катодної частини паливного елемента.Електрони течуть через зовнішній контур до катода, утворюючи струм.Кисень потрапляє в катод паливного елемента і з’єднується з протонами й електронами, утворюючи воду.