Твердооксидный топливный элемент
К одним из наиболее перспективных для широкого применения в качестве альтернативных источников энергии относятся твердополимерные топливные элементы. Это вызвано высокой плотностью мощности и достижением наивысшей с точки зрения технологии готовностью. Однако такие топливные элементы никак не могут выйти на большой рынок вследствие своей высокой стоимости по сравнению с традиционными устройствами, вырабатывающими энергию.
Чтобы поднять спрос на твердополимерные топливные элементы необходимо улучшить их технические характеристики, такие как необходимое значение всех удельных параметров, высокий КПД, стоимость, а также длительность использования. Помимо этого необходимо изменить параметры всех входящих мембрано-электродных блоков.
На данный момент мембрано-электродные блоки показывают высокие характеристики, расходуя при этом минимум платины. Но, не смотря на это, стоимость не снижается и останавливается на уровне от 1,5 до 3 тыс. долларов за 1 кВт электричества. Чтобы разработать дешевые МЭБ со всеми необходимыми характеристиками необходима разработка новейших материалов, а также открытие современных активных электрокатализаторов.
Щелочные топливные элементы или ЩТЭ – нашли свое применение и встраиваются в системы энергоснабжения всех современных пилотируемых космических кораблей.
К плюсам подобных топливных элементов, несомненно, следует отнести высокий КПД, который может быть выше даже 60%, чем не могут похвастаться низкотемпературные ТЭ, имеющие ту же плотность тока. Такой КПД они могут показать лишь при более высокой плотности тока. На это смотрят при создании новых ЩТЭ, так как важно выяснить какое время они смогут проработать при том же количестве реагентов, что и у твердополимерных ТЭ. ЩТЭ при равных условиях сможет дать большую производительность чем ПТЭ.
Также к плюсам в использовании ЩТЭ следует отнести и то, что роль топлива, которое будет окисляться на самом аноде ЩТЭ, отлично выполняет этанол или биоэтанол в зависимости от возможностей. Благодаря своей технологии изготовления ЩТЭ пока еще имеют возможность снижать свою стоимость и конкурентоспособность в условиях рынка. А сравнительно низкая стоимость ЩТЭ пусть даже при малых объемах производства позволит наладить работу в необходимых нишах рынка, перед тем как будет налажено конвейерное производство остальных конкурентоспособных ТЭ.
Основными проблемами, которые не дает возможности для широкого распространения ЩТЭ, являются невысокие удельные характеристики, а также недостаточная длительность эксплуатации, вызванная и вредным влиянием углекислого газа, как в воздухе, так и в водороде.
Полученные совсем недавно данные по основным характеристикам ЩТЭ и с проточным, и с матричным электролитом, а также по твердополимерным ТЭ не мсогли решить вопроса ученых и пока точно не определенно каким ТЭ следует отдать лидерство в производстве.
Существуют еще и твердооксидные ТЭ, сокращенно ТОТЭ, развитие которых также достаточно перспективно. Это направление в области топливных элементов на данный момент активно разрабатывается.
Отличительной особенностью ТОТЭ по сравнению с другими видами ТЭ является свободный выбор топлива, а также способность к работе с обычными видами топлива (газ, нефть, уголь). Помимо этого ТОТЭ почти не требуют наличия благородных металлов в качестве катализаторов, а генерация происходит не только необходимого электричества, но и высокопотенциального тепла.
Для того чтобы вывести ТОТЭ на рынок требуется суметь снизить цифры рабочих температур хотя бы до 600-7000 градусов, а также суметь создать при этой температуре достаточно высокую ионную проводимость для всех применяемых твердых электролитов.
Сейчас ученые создали три различных основных конструкций ТОТЭ — это планарная, трубчатая и блочная или монолитная установки, у которых скорее всего будет большое будущее.