Реферат: Топливные элементы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Топливные элементы

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 618 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

19 Топливные элементы Булатов Г.Р. УГАТУ, группа ИИТ-122 Топливные элементы. В настоящее время основной долей энергии, используемой человечест вом, является химическая энергия реакции горения природного топлива: топливо + кислород = продукты о кисления топлива (1) Химическая энергия этой реа кции затем превращается либо в механическую (двигатели внутреннего сго рания), либо в электрическую (тепловые электростанции) по схеме Химическая энергия теплота механическая энергия электрическая энергия В двигателях внутреннего сг орания процесс идет до генерации механической энергии, на тепловых элек тростанциях – до электрической. Недостатком существующих методов преобразования энергии является мал ый КПД. Особенно большие потери энергии происходят на стадии превращени я теплоты в механическую работу. В силу специфической особенности тепло ты она может лишь частично превращаться в работу, основная часть теплоты бесполезно рассеивается в окружающем пространстве. Поэтому фактическ ий КПД электростанций составляет 30-40%, а транспортных установок в городск их условиях 10-15%. Таким образом, 60-90% химической энергии топлива бесполезно р ассеивается в окружающее пространство. Поэтому особый интерес предста вляет прямой путь превращения энергии окисления топлива в электрическ ую энергию: Химическая энергия электрическая энергия. Это электрохимический путь , осуществляемый с помощью топливных элементов. Топливными элементами называются устройства, в которых химическая эне ргия окисления топлива превращается непосредственно в электрическую э нергию. Для этого реакция (1) в топливном элементе разбивается на стадии: · анодное окисление топлив а · катодное восстановление окислителя (кислорода) · движение ионов в растворе электролита · движение электронов от ан ода к катоду (электрический ток) Идея использования химичес кой энергии окисления (сжигания) горючих веществ, в частности природного топлива, для непосредственного получения электроэнергии в гальваниче ском элементе уже давно привлекает внимание исследователей. В настояще е время к группе топливных элементов относят не только элементы, использ ующие в качестве активных материалов кислород, уголь или другие горючие материалы, но и все гальванические системы, в которых активные материалы вводятся в элемент извне по мере их расходования. В настоящее время достигнуты успехи в области исследования и изготовле ния топливных элементов. Например, топливные элементы были применены на космическом корабле системы Джеминай в США. Принцип действия топливного элемента (ТЭ) Рассмотрим работу топливно го элемента на примере водородно-кислородного элемента. В этом элементе происходит превращение химической энергии реакции горения водорода (4) в электрическую. Химическая энергия реакции (4), равная 284 кДж/моль (при = 1 атм. и = 1 атм. и температуре 298К) может быть с невысоким К ПД превращена в тепловых машинах через теплоту в электрическую энергию. Другой путь - электрохимический – может быть осуществлен в топливном эл ементе, схема которого приведена на рисунке: N электрич еская - + Н 2 К + О 2 Н 2 О 2 Н 2 О ОН - Н 2 H 2 O + Н 2 О Анод Катод (2) 2Н 2 + 4ОН - 4Н 2 О+4е О 2 + 2Н 2 О + 4е 4ОН - (3) Суммарная реакция 2Н 2 + О 2 2 Н 2 О + N электр (4) Рисунок 1. Принцип действия топливного элемента. Как и гальванический элемен т, ТЭ состоит из анода и катода. К аноду подается топливо (восстановитель) в данном случае водород, к катоду – окислитель, обычно чистый кислород и ли кислород воздуха. Между электродами находится электролит, в качестве которого для рассматриваемого водородно-кислородного элемента исполь зуется раствор щелочи. Схема водородно-кислородного ТЭ может быть записана в виде (5) где Ме – проводник первого рода, играющий роль катализатора электродног о процесса и токоотвода. На аноде идет реакция окисл ения водорода (2), а на катоде протекает восстановление кислорода (3). Во внешней цепи происходит движение электронов от анода к катоду, а в рас творе – движение ионов ОН - от катода к аноду. Суммированием реакций (2) и (3) получаем реакцию (4). Таким образом, в результат е протекания реакции (4) в цепи генерируется постоянный ток. Химическая эн ергия реакции (4) непосредственно превращается в электрическую энергию. Рассмотрение водородно-кислородного ТЭ показывает, что в принципе он ра ботает как гальванический элемент. Отличием ТЭ от гальванического элем ента является то, что восстановитель и окислитель не заложены заранее в элемент, а непрерывно подводятся к электродам в процессе работы. В связи с этим электроды элемента в процессе работы не изменяются, и ТЭ в принцип е может работать непрерывно, пока подводятся реагенты и выводятся проду кты реакции, в то время как гальванические элементы могут работать огран иченное время, определенное запасом активных реагентов. В качестве топл ива в ТЭ наряду с водородом используются гидразин ( N 2 H 4 ) , метано л ( CH 3 OH ) и некоторые углеводороды. Согласно первому началу термодинамики полезная внешняя работа, котора я может быть произведена телом при изобарном переходе некоторой систем ы из состояния 1 в состояние 2, определяется формулой A = Q 1-2 + H 1 – H 2 (6) где Q 1-2 – теплота, подведенная в процессе 1-2; Н – энт альпия. Химические реакции чаще все го рассматриваются как изотермические, ибо в этом случае возможно прове сти химическую реакцию обратимо, используя какой-либо единственный ист очник тепла с температурой Т (в частном случае окружающую среду с темпер атурой Т 0 ). Для такого изобарно-изотермического обратимого процесса полезная рабо та окажется максимальной, а уравнение (6) примет вид А = Т( S 2 – S 1 ) – ( H 2 – H 1 ) = - G , (7) где G = G 2 – G 1 , G – энергия Гиббса системы. При необратимом процессе, о существляемом между начальными и конечными состояниями 1 и 2, полезная вн ешняя работа меньше максимальной на положительную величину Т 0 S , равную произведению абсолютной температуры окр ужающей среды Т 0 на прирост энтропии всей сис темы (производящего работу тела и окружающей среды). Поскольку работа в ТЭ проявляется в виде электрической работы, то ее мож но записать в виде произведения ЭДС (равновесного напряжения) на количес тво прошедшего через цепь электричества А = Eq э . (8) По закону Фарадея при элект рохимическом превращении 1 грамм-эквивалента вещества через систему пр отекает один Фарадей электричества, т.е. количество электричества, отнес енное к 1 грамм-молю реагирующего вещества, равно q э = zF , (9) где F = 96500 А с/(г экв) = 26,8 А ч/(г экв) – число Фарадея, z - число электронов, участвующих при эл ектрохимическом превращении одной молекулы вещества. Значение ЭДС обр атимого топливного элемента можно записать (10) где Н – энтальпия р еакции , S – энтропия реакции, Т – температура, а значение максимальной по лезной работы реакции при замене в выражении для G энтропии S уравнением и ( 11) Это уравнение известно как уравнение Гиббса-Гельмгольца. Так как при постоянных р и Т G =- A max и H =- Q p – тепловому эффекту реакции, происходящей в ТЭ, то уравнение (9) может быть представлено , а выражение для ЭДС Второй член правой части ра вен теплоте, поглощаемой (выделяемой) при работе ТЭ (эта величина отнюдь н е равна Q p ) . В зависимости от знака , т.е. от характера реакции, возможны три вид а ТЭ: а) работающие с выделением теплоты во внешнюю среду S >0, E > ; б) без выделения или поглощения теплоты (адиабатический ре жим) S =0, E = ; в) с поглощением теплоты из внешней среды S <0, E < . Это уравнение представляет со бой математическое выражение двух основных законов термодинамики и яв ляется весьма важным для расчетов, связанных с химическим равновесием. При сжигании топлива в современных тепловых электростанциях, раб отающих по схеме: паровой котел турбина электрогенератор, суммарный коэффициент полез ного действия (КПД) едва достигает 20%. Окисление топлива в гальваническом элементе может быть проведено с КПД близким к 100%. Максимальный коэффициен т полезного действия макс = (12) Поскольку энтропия может иметь как положительное, так и отрицатель ное значение, в принципе макс может быть даже более единицы ( > 100%). В этом случае топливный элемент будет работать охлаждаясь и и спользуя тепло окружающей среды. Максимальный КПД соответствует полно му использованию веществ, вступающих в реакцию в согласии с законом Фара дея и теоретической ЭДС элемента (5). Так как энтропия газообразных веществ обычно выше энтропи и жидких и твердых веществ, то основной вклад в энтропию реакции вносят г азообразные реагенты и продукты реакции. Можно в первом приближении оце нить знак
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
– Только потеряв голову, женщина способна любить по-настоящему.
– Конечно, болеть-то нечему…
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru