USD 99.4215

-3.96

EUR 106.304

-3.48

Brent 71.12

+0.06

Природный газ 3.076

-0.01

, Обновлено 10 ноября 11:35
22354

Твердооксидный топливный элемент ТОТЭ

Прямое преобразование химической энергии в электрическую открывает широкие перспективы

Твердооксидный топливный элемент ТОТЭ

Твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ, Solid-oxide fuel cells, SOFC)

ТОТЭ - разновидность топливных элементов (ТЭ), электролитом в которых является керамический материал, проницаемый для ионов кислорода.
ТОТЭ конструктивно прост:
  • в одном корпусе собрано несколько слоев ТОТЭ;
  • у каждого элемента есть анод и катод, со стороны анода к нему подведено топливо, а со стороны катода - воздух.
ТОТЭ - это устройства для прямого преобразования химической энергии в электрическую:
  • структура: катод, анод и мембрана между ними;
  • технология:
    • со стороны анода в топливный элемент подается топливо,
    • со стороны катода - окислитель,
    • мембрана пропускает через себя окислитель,
    • на аноде на поверхности катализатора топливо окисляется,
  • при окислении:
    • возникает ток, который можно использовать для питания потребителей,
    • выделяется тепло, которое можно использовать и для отопления помещений;
  • в качестве топлива для ТОТЭ проще всего использовать водород
Эти элементы работают при высокой температуре (700 - 1000 °C) и применяются для стационарных установок мощностью от 1 кВт и выше.
Их отработанные газы могут быть использованы для приведения в действия газовой турбины, чтобы повысить общий коэффициент полезного действия (КПД).
КПД такой гибридной установки может достигать 70 %.
КПД ТОТЭ:
  • более 50% по выходу э/энергии;
  • до 90% - при учете теплового выхода.
Поскольку они преобразуют химическую энергию в электричество электрохимическим путем, они более эффективны, чем тепловые электростанции (ТЭС), работающие на сжигании, из-за термодинамических ограничений циклов сгорания и имеют более низкую интенсивность использования углерода.
Срок службы без обслуживания - до 4 лет, в отличие от дизельных генераторов.
ТОТЭ не отравляются монооксидом углерода (СО), и в них могут использоваться разные виды топлива.
ТОТЭ может использовать разные виды топлива:
  • чистый водород;
  • угарный газ;
  • различные углеводородных соединений, в частности метан, пропан, бутан, биогаз.
Одним из основных недостатков ТОТЭ является то, что они со временем разрушаются, скорость деградации зависит от различных условий эксплуатации.
При работе в режиме постоянной мощности (наиболее распространенный способ производства энергии базовой нагрузки) скорость деградации высока, так что срок службы стека ТОТЭ составляет примерно1/10 срока службы в режиме постоянного напряжения (в котором выходная мощность стека ТОТЭ уменьшается).

Применение ТОТЭ:

  • гибридные энергоустановки: объединение высокотемпературных ТОТЭ и газотурбинной установки (ГТУ):
    • теплота отработавших газов ТОТЭ используется в цикле ГТУ или парогазовой установок,
    • более высокая температура работы ТОТЭ позволяет использовать высокопотенциальное тепло в газотурбинном цикле с большей эффективностью;
  • применение ТОТЭ в сочетании с возобновляемыми источниками энергии: ветряными электростанциями (ВЭС) и солнечными (СЭС):
  • ТОТЭ с рабочим диапазоном температур 500-700°C - среднетемпературные (СТ) ТОТЭ:
    • могут использоваться в переносных устройствах, автомобилях (в качестве основного или вспомогательного двигателя) и на обеспечение теплом и электроэнергией отдельных помещений,
    • с понижением температуры ТОТЭ быстрее включается и выключается,
    • уменьшается коррозия металлических деталей,
    • уменьшается деградация керамических компонентов,
    • повышается срок службы ТОТЭ, что их удешевляет.
ТОТЭ пока дороги.
Ученые работают с целью удешевить технологии до рентабельной коммерческой стоимости.

В январе 2023 г. ученые ИК СО РАН сообщили о возможном применении катализаторовдля создания важных приложений водородной энергетики, в тч использовании протонно-обменных мембран (ПОМ) в ТОТЭ.
В апреле 2023 г. дерзкие ученые Института катализа СО РАН сообщили о том, что перовскиты могут быть использованы в качестве электродных материалов в ТОТЭ.
Перовскиты - это соединения с кристаллической решеткой, в которые можно поместить до 90% известных химических элементов.
Новости СМИ2




Подпишитесь на общую рассылку

лучших материалов Neftegaz.RU

* Неверный адрес электронной почты

Нажимая кнопку «Подписаться» я принимаю «Соглашение об обработке персональных данных»