Как отмечалось выше, выгодной альтернативой хранению чнс го водорода в качестве топлива на транспортном средстве с топливным эле том является использование веществ — переносчиков водорода, т. е. веш из которых при необходимости водород может быть легко получен с пом некоторых химических процессов. Метанол является наиболее подходящи ществом для применения на транспорте в качестве переносчика водорода нако необходимость использования отдельной системы топливоподготовки транспортном средстве увеличивает стоимость и сложность всей системы, видным решением проблемы является создание топливных элементов, ков работают на метаноле непосредственно При этом отпадает необходим дополнительных операциях по приготовлению топлива.

Лаборатория Jet Propulsion провела серьезную работу по разработке мета ных топливных элементов (МТЭ).

В качестве топлива используется 3 %-ный водный раствор метанола, а лителем является воздух.

Реакция на аноде

СН, ОН + Н20 -> С02 + 6Н+ + 6е-

Катодная реакция

6Н+ + 6е~ + — О, -> ЗН20 .

2 1 1

Таким образом, уравнение общей реакции имеет вид

СН3ОН +|02 -» С02 + 2Н20 .

В работе Халперта (1997 г.) было получено, что при температуре 90 °С и лении воздуха 2,4 атм из 1 л метанола в топливном элементе можно пол 5,0 МДж энергии. Это означает, что КПД ТЭ составляет 28 %, если относ; полученную энергию к высшей теплоте сгорания метанола, или 32 %, если считывать КПД по низшей теплоте сгорания.

Метанольный топливный элемент лаборатории Jet Propulsion представляет собой твердополимерный топливный элемент, в котором мембрана изготовлена • з нафиона-117, а катализатор имеет достаточно высокое содержание благород­ных металлов (от 2 до 3 г/см2 сплава Pt+Ru). Использование нафиона совмест­но с большим количеством дорогостоящего катализатора приводит к высокой стоимости ТЭ. Поиск более эффективного катализатора анодной реакции мо - ает быть ускорен с помощью методики, предложенной Реддингтоном в 1998 г. Методика позволяет проводить параллельные испытания большого количества •'разцов катализатора (см. также журнал Service, 1998).

Одним из преимуществ МТЭ является непосредственный контакт анода водой, таким образом проблема осушения мембраны не возникает, а посто - 1ный поток жидкости упрощает отвод тепла из ТЭ. Проблемы загрязнения жаюшей среды при использовании МТЭ также не столь остры, так как в щессе работы ТЭ производятся только диоксид углерода и вода, тогда как и преобразовании метанола в водород для питания ТЭ других типов образу - монооксид углерода.

«Кроссовер» метанола (т. е. перенос метанола от анода к катоду через мемб - из нафиона) немного уменьшает эффективность ТЭ. В упомянутом выше Э лаборатории Jet Propulsion из-за «кроссовера» теряется около 20 % топлива, настоящее время разрабатываются новые, дешевые мембраны, в меньшей степе­подверженные этому недостатку. Уже получены мембраны, в которых потери гвляют не более 10 %. Малые потери на «кроссовер» позволяют использовать лее концентрированный раствор метанола, тем самым повышая эффективность Исследователи лаборатории Jet Propulsion уверены, что смогут разработать МТЭ 'мним КПД 40 %. «Кроссовер» приводит к уменьшению эффективности ТЭ не жо вследствие потери некоторой части топлива, но также и потому, что мета - . который попадает на катод, подвергается той же реакции, что протекает на де (уравнение (28)), при этом вырабатывается противоток, снижающий выход - напряжение на нагрузке. Международной корпорацией топливных элементов р получен патент на катализатор, который поддерживает реакцию, описываемую пением (29), но не способствует протеканию реакции (28)11. в настоящее время рассматриваются варианты использования МТЭ для менения на транспорте, а также для питания портативных электронных уст - ств. Для второй области применения важной особенностью является «воз - 'Ь с соавторами из Исследовательской лаборатории Армии США разработали катализатор из мнения железа, кобальта, тетрафенила и порфирина. который поддерживает реакцию ования воды, но не обладает каталитическими свойствами при реакции окисления - нола (уравнение (28)). В силу этого свойства данный катализатор может использо - к'я в качестве катодного катализатора в МТЭ. Если метанол в прикатодной области не ідуется, то имеется возможность снова использовать его в качестве топлива. Для этого шлимо сконденсировать пар раствора метанола, который поступает с продуктами реакции лкатодной области.

душное дыхание» МТЭ, т. е. подача воздуха к катоду только за счет дифф зи без использования насосов.

Данные Доле с соавторами.

Соединения

Мембраьа

Соединения

Вместо привычной биполярной схемы соединения элементов в батарее мс нольные топливные элементы для питания мобильных телефонов, ноутбука других портативных электронных устройств соединяют в плоском корпусе, показано на рис. 7.20 (вверху), или в корпусе из двух обечаек (рис. 7.20, вни ■

о позволяет получить форму батареи элементов, совместимую с теми устрой - ми, в которых она должна использоваться.