Описание создание рабочего РОТЭ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................................................................................................3

Основная часть................................................................................................4

Заключение.....................................................................................................11

Список используемой литературы...............................................................12

Введение

В отчете представлены результаты разработки регенерируемого топливного элемента. Данный тип топливного элемента сложно отнести к определенному типу элементов ввиду особенностей его принципа работы и конструкционных особенностей. Для реализации данного проекта нами было разработано своё теоретическое обоснование работы и проведены экспе-рименты подтверждающие теорию. В отчете представлена следующая информация:

1) Общий принцип работы регенерируемого органоокисного топливного элемента (РОТЭ).

2) Описание создание рабочего РОТЭ.

3) Описание эксперимента по нанесению катализатора.

4) Описание эксперимента по улучшению устойчивости характеристик.

5) Описание опытов по увеличению КПД.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Разработка регенерируемого органоокисного топливного элемента

Общий принцип работы регенерируемого органоокисного топливного элемента (РОТЭ)

Для решения задачи по замене литиевого электропитания была запущена научно-исследовательская работа по созданию регенерируемого органоокисного топливного элемента (РОТЭ), предназначенного для преобразования энергии окислительно-восстановительных процессов в электрическую энергию. На данный момент существует несколько типов топливных элементов, в каждом из которых в качестве топлива используется чистый водород. По сути, данные топливные элементы отличаются друг от друга лишь видом используемого электролита и типом протонообменной мембраны. Общую схему работы топливных элементов можно увидеть на рис.1.

Рис. 1. Общая схема работы топливного элемента.

Обычно в низкотемпературных топливных элементах в качестве реагентов используются: водород со стороны анода и кислород на стороне катода (водородный элемент) или метанол и кислород воздуха. В отличие от топливных элементов, одноразовые гальванические элементы и аккумуляторы содержат расходуемые твёрдые или жидкие реагенты, масса которых ограничена объёмом батарей. Когда электрохимическая реакция прекращается, они должны быть заменены на новые либо электрически перезаряжены, чтобы запустить обратную химическую реакцию или, по крайней мере, в них нужно поменять израсходованные электроды и загрязнённый электролит. В топливном элементе реагенты втекают, продукты реакции вытекают, и реакция может протекать так долго, как поступают в неё реагенты, и сохраняется реакционная способность компонентов самого топливного элемента, чаще всего определяемая их «отравлением» побочными продуктами недостаточно чистых исходных веществ.

РОТЭ же представляет собой систему, состоящую из двух угольных цилиндров, внутри каждого из которых находится сквозной канал. В одном канале находится органическое топливо, в другом – окислитель. Данная система помещена в герметичную оболочку. От каждого угольного цилин-дра, который по своей сути является электродом, отходит вывод для снятия напряжения. В качестве реакционной среды используется сильный электролит: насыщенный раствор хлорида натрия. Топливом служил этанол, как одно из самых доступных и малотоксичных органических веществ. На первых этапах работы был проведён ряд экспериментов для выбора наиболее подходящего окисляющего реагента. Принципиальная схема РОТЭ представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема РОТЭ

Описание создание рабочего РОТЭ

В первых лабораторных образцах, в качестве материала для каналов и электродов, используется активированный уголь.

Активированный уголь выбран по следующим причинам:

1) высокая протонная проводимость активированного угля дает возможность перехода протонов, образующихся при дегидрировании этанола, в реакционную среду;

2) активированный уголь является катализатором реакции дегидрирования этанола;

3) доступность и относительная дешевизна.

Работа проектируемого топливного элемента основана на простейших окислительно-восстановительных процессах, а именно на реакции каталитического дегидрирования одноатомных спиртов:

C₂H₅OH CH₃COH + H₂.

Образовавшийся в результате реакции водород диффундирует через высокопористые стенки цилиндра, и, проходя через раствор электролита, взаимодействует с окислителем. Этаналь, образующейся в результате реакции дегидрирования, удаляется через специальное отверстие в нижней части цилиндра. В дальнейшем возможна регенерация отходов топлива при взаимодействии с чистым водородом.

В настоящее время существуют разработки топливных элементов с использованием водородного топлива, а также с применением дорогих металлов подгруппы платины в качестве материалов для создания электродов. Основным недостатком существующих образцов является использование чистого водорода в качестве топлива, что влечет за собой проблему его получения и хранения. РОТЭ лишен данного недостатка, поскольку топливом является этанол, и получение необходимого водорода происходит в результате непосредственной работы топливного элемента. Кроме того, использование дорогих и редких металлов подгруппы платины в качестве электродных материалов существенно снижает доступность существующих образцов топливных элементов.

Отличительной особенностью РОТЭ является использование активированного угля как электродного материала и полное отсутствие труднодоступных конструкционных материалов. Безопасность в эксплуатации РОТЭ также является очевидным конкурентным преимуществом, поскольку практически полностью исключена вероятность взрыва водорода (данная проблема имеет место во всех существующих проектах топливных элементов). Доступность используемого топлива (этанола), который не относится к группе сильно действующих и ядовитых веществ, в отличие от метанола, который используется в ряде проектов, также является преимуществом проекта.

Кроме того, стоит отметить безотходность производства самого РОТЭ и используемого топлива, долговечность и экологичность производства. Ещё одно из важнейших конкурентных преимуществ – прямое (без дополнительной переработки) дешёвое производство топлива.