Вследствие низкого уровня рабочих температур в ТПТЭ, скорость протекаю­щих в них реакций неприемлемо мала, если не использовать специальные ката­лизаторы В качестве катализаторов обычно используются дорогостоящие бла­городные металлы, что существенно повышает стоимость ТЭ. Были приложены начительные усилия, чтобы снизить количество используемых катализаторов. В ранних моделях ТЭ использование платинового катализатора в количестве ври мерно 4 мг/см2 добавляло более 500 долл, к стоимости каждого квадратного :тра активной поверхности ТЭ. К счастью, в настоящее время активно исполь - ется методика, позволяющая уменьшить почти на порядок количество требу­емой платины, а в исследованиях Лос-Аламосской национальной лаборатории зал ось добиться более значительного снижения количества платины. Английская ; .ірма Johnson and Matthey, которая производит каталитические нейтрализаторы .работавших газов для обычных автомобилей, проводит совместно с компани-

Ballard исследования, направленные на снижение стоимости катализаторов в I 1ТЭ. Один из способов уменьшения количества используемой платины свя­ті с тем фактом, что каталитическими свойствами обладает только поверхность материала. При уменьшении размера частиц платины увеличивается удельная поверхность материала, а значит, при одном и том же значении площади ката­литической поверхности потребуется меньшее его количество.

Другой подход заключается в использовании маленьких частиц графита, на ' оверхность которых нанесен тонкий слой платины. Уменьшить количество пла­тины можно также путем ее легирования более дешевым рутением, обладающим * талитическими свойствами и большей устойчивостью в монооксиду углерода. Действительно, одной из проблем при использовании катализаторов является их вствительность к определенным содержащимся в потоке водорода примесям, особенно к монооксиду углерода. Если в ТЭ подается водород, полученный из т леводородного сырья, например метана или метанола, то в таком водороде не - збежмо будет содержаться некоторое (1-2 %) количество монооксида углерода СО, Для нормальной работы ТЭ необходимо, чтобы концентрация СО была су-

щественно ниже. Снижение концентрации СО ниже 100 промилле может о заться дорогостоящей операцией.

Удалить большую часть примесей из продукта конверсии углеводородов мо но, если пропустить их через палладиевый фильтр. В Лос-Аламосской на нальной лаборатории изготовили такой фильтр, представляющий собой тон танталовую пластину, с обеих сторон которой нанесен слой палладия. Ко нией Idatech была создана система топливоподготовки, которая производит дород высокой степени чистоты благодаря применению палладиевых филь (см. гл. 9). Были рассмотрены и другие типы катализаторов, возможно та использование для этой цели ферментов.

При использовании водорода, содержащего небольшое количество мо - сида углерода (например, 100 промилле), радикально снижается КПД ни температурных топливных элементов с платиновым катализатором (рис. 7.1 Однако, если добавить в топливо небольшое количество кислорода, кого соединится с молекулами монооксида углерода, КПД ТЭ практически о нется прежним.

С ростом температуры чувствительность платинового катализатора к м оксиду углерода СО снижается. При 80 °С концентрация СО должна быть выше 10 промилле. При 90 °С (уровень температуры, при котором работают фирмы Ballard) допустимы более высокие значения концентрации. Катали ры-сплавы (например, Pt+Ru) менее чувствительны к монооксиду углерода, было показано для ТЭ компании Ballard, в качестве топлива можно испот

гзть продукты конверсии углеводородов, содержащие до 2 % СО, если предва - - [тельно пропустить их над платино-алюминиевым катализатором, а на аноде пользовать катализатор из сплава Pt+Ru.

Существует возможность совсем отказаться от использования дорогостоящих t ализаторов на основе платины. В анодной реакции молекула водорода разла­ется на два протона и два электрона (см. формулу (3)), ту же самую реакцию іч}шествляют анаэробные бактерии (см. гл. 11) с помощью ферментов, которые ^’ываются гидрогеназами. Синтетические гидрогеназы были получены Робертом Гечбре в Университете Небраски г. Линкольн, с использованием соединений гения и железа. Рутений, стоимость которого существенно ниже стоимости патины, может быть перспективным катализатором для низкотемпературных • шливных элементов.

При отравлении катализатора в топливном элементе его функции можно вос - I повить, если подать в ТЭ на короткое время чистый водород.

уіонооксид углерода — это не единственных отравляющий катализатор газ, і тгорый необходимо удалять. ТПТЭ имеют высокую чувствительность также к. динениям серы (например, H2S) и аммиаку (NH3).