Отклонение от обратимости приводит к потерям, которые про-

зяются в виде тепла. При условии термического равновесия, интенсивность ■овыделения равна разности между обшей мощностью, выделяющейся в ходе •щии, и электрической мощностью, подаваемой на нагрузку. При протекании

и системы в расчете на 1 кмоль продукта реакции, а N — скорость образова - продукта реакции. Если интенсивность тепловыделения обозначить Ртеш, іектрическую мощность на нагрузке — PL, то

В реальных топливных элементах реализуется несколько механизмов те рации теплоты:

1. Термодинамическая тепловая мощность, Ртер.......... ( = Т|ДУ| N. Эта тепл

мощность выделяется (реже поглощается) даже в обратимом топли элементе.

2. Тепловая мощность, обусловленная разницей между обратимым напряже

К>бр и напряжением холостого хода Vx. Эта величина (Вт) Рк = (Еобр - 1 х

3. Теплота, выделяющаяся на внутреннем сопротивлении топливного мента, РДж = 1%нутр.

4. Теплота, обусловленная отклонением Kextra напряжения топливного мента от значения, отвечающего уравнению VL = Ух - /Лвн>тр, вслед - других причин. Эти причины могут быть связаны с наличием нап ния активации К(ктив или с падением напряжения вследствие сниж концентрации электролита, как упоминалось выше. Тепловая мощн обусловленная этими причинами, Pextra = Fextra/.

5. Теплота конденсации водяного пара Яконл, который является прод' реакции, Якоил = |д/гКО|1Л| N. Если в качестве Ah используется знач- для реакции образования водяного пара и получившийся в реакции дянои пар удаляется без изменения агрегатного состояния или в качес Ah используется значение для образования воды в жидком состоянг вода удаляется из ТЭ в виде жидкости, в обоих случаях РКОИД необхс принять равной нулю.

Пример 4

Рассмотрим ТЭ фирмы Ballard, ВАХ которого изображена на рис. 7.28. Какова мак. мальная электрическая мощность, которую может генерировать этот элемент, и і ак количество теплоты он при этом будет выделять? Чему равен КПД этого элем Будем использовать ВАХ, соответствующую температуре 70 °С, а чтобы у просі, задачу, будем считать, что все процессы протекают при нормальных условиях. В образующаяся в процессе работы ТЭ, отводится из него в виде пара. Вольт-амперная характеристика элемента описывается соотношением

VL = 0,913-49,3 Ю”6/ ,

и, следовательно, его выходная мощность (Вт/м2)

PL = VLJ = 0,9137 -49,3 10“6/2.

Это выражение определяет мощность, которая передается на нагрузку с 1 м2 актив поверхности электродов топливного элемента. Максимальная мощность элече - определяется из условия

ГЇ Р

— = 0,913 -98,6-Ю-6/ = 0, а/

При таком значении плотности тока мощность топливного элемента будет равна 4230 Вт/м2.

Если коэффициент использования тока равен 100 %, то интенсивность образования воды

9260

qneNQ 1.60 -10“19 - 2 6.02 -1026 Таким образом, общая мощность, выделяемая в реакции.

/>общ = Д/г А' = 242 • 106 • 48 • КГ6 = 11600 Вт/м2. (123)

Из этой мощности 4230 Вт/м2 выделяется в виде электрической энергии на нагрузке, поэтому мощность тепловыделения ТЭ равна 11600-4230 = 7370 Вт/м2.

Отметим, что потери на джоулево тепловыделение внутри ТЭ составляют:

/дж = Дшутр-f2 = 49,3 10-6 ■ 92602 = 4220 Вт/м2. (124)

Очевидно, что эта величина равна мощности, подаваемой на нагрузку, так как мак­симальное значение мощности может быть получено только при условии равенства сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению источника тока. Термодинамическая тепловая мощность равна

-^ермод = Т |ДТ| 7V = 298 • 44,4 ■ 103 • 48 ■ 1СГ6 = 635 Вт/м2. (125)

Потери, связанные с тем, что значение Vx меньше, чем Лбр , составляют Рх = (Лбр - К)1 = (1,185 -0.913)9260 = 2519 Вт/м2. Безусловно, должно выполняться равенство

D = р. Р.р. р

общ термод X ' Дж •

Коэффициент полезного действия этого топливного элемента

= 0,365-

В рассмотренном выше примере ток, генерируемый топливным элементом 9260 А/м2), превышает максимальное значение плотности тока (7000 А/м2), казанное производителем. Это, вероятно, означает, что топливный элемент не ожет работать на полную мощность, т. е. не может рассеивать 7400 Вт/м2 теп - гы, генерируемой в этом режиме работы.

Коэффициент полезного действия этого элемента при условии работы на г* лее низком уровне мощности будет существенно выше, чем при работе в

экстремальном режиме, как было принято для расчета в рассмотренном примере. Действительно, при плотности тока J = 7000 А/м2 КПД будет р примерно 45 %.