Достоинства и недостатки электромобилей.

К началу XXI века заметно обозначился интерес к электромобилям, работающим на электроэнергии от аккумуляторных батарей. Доступность электромобильного транспорта обеспечивается прежде всего развитием технологий хранения энергии, которые позволили бы увеличить срок работы батарей между подзарядками и сократить время самой подзарядки - увеличить срок жизни аккумуляторов и снизить их стоимость.

Пока источником энергии в электромобиле служат в основном свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Это наименее дорогой из всех типов батарей. Однако пробег электромобиля, работающего на подобных батареях без подзарядки, составляет не более 150 км, и менять аккумуляторы приходится минимум раз в три года. Существуют и более передовые технологии хранения энергии, позволяюнще увеличить срок работы батарей. Но они пока слишком дороги. В целом, как и прежде, цена электромобилей значительно превышает цену бензинового аналога.

Понятие о топливных элементах

во всем мире ведутся интенсивные исследования по созданию и коммерциализации энергоустановок на основе топливных элементов (ТЭ) - электрохимических генераторов (ЭХГ). Это обусловлено, прежде всего, очевидными преимуществами ЭХГ перед традиционными источниками электроэнергии. Важнейшими из них являются: высокий КПД превращения химической энергии топлива в электроэнергию; низкий уровень вредных выбросов; бесшумность в работе; модульность конструкции, что позволяет легко и быстро строить ЭХГ разной мощности в рамках одной и той же технологии.

Принципиально, топливный элемент представляет электрохимическую ячейку, в котором два электрода из пористого углерода с нанесённым катализатором разделены полимерной мембраной.

Схема топливного элемента приведена на рисунке 8.

1 - электроды; 2 — катализатор; 3 - мембрана

Рисунок 8 - Схема ячейки топливного элемента

К аноду топливного элемента подводится водород, а к катоду — кислород воздуха. Роль электролита между ними играет мембрана РЕМ, обеспечивающая переход протонов. Мембрана изготовлена из полимера, покрытого тонким слоем благородного металла. Подача газов осуществляется под давлением в 1,5—2,7 атм.

Подаваемый под давлением водород взаимодействует на катоде с ионами гидроксида с образованием воды и выделением свободных электронов. На аноде кислород из воздуха взаимодействует с ионами водорода и поступающими от катода в виде тока электронами. При таком электро-химическом процессе выделяется тепло и образуются вода и электрический ток.

Реакция электрохимического окисления Нг в ТЭ для получения элек-троэнергии происходит следующим образом:

2Н2 + 02 = 2Н20-4е.

Несмотря на кажущуюся простоту, электрохимические процессы и явления электропереноса в ТЭ чрезвычайно сложны. Средний КПД водородно-воздушных ЭХГ (ТЭ) находится на уровне 75%. Средняя стоимость ТЭ составляет 250 дол. /кВт мощности.

Мощность и массогабаритные показатели ТЭ зависят от скорости генерации электрического тока, увеличение которого в свою очередь достигается путём повышения температуры и давления подаваемого топлива, а также с помощью применения соответствующих катализаторов для электродов.

История их создания

Впервые превращение химической энергии в электрическую при реакции водорода с кислородом наблюдалсь ещё в 1839 г. Гровом и Шонбайном. Практическая реализация процесса была осуществлена сравнительно недавно при создании космической техники. Чтобы можно было приступить к разработке автомобилей с топливными элементами, пришлось преодолевать самые разные технические проблемы, ряд которых ещё не доведен до промышленно-приемлемого решения. В первых конструкциях использовался водород в баллонах. Затем появились автомобили с водородом, химически связанном в метиловом спирте (метаноле). В 2002 г. продемонстрированы первые варианты машин, в которых водород генерируется из бензина.

В настоящее время разработка и внедрение эффективных ТЭ испытывают подлинный расцвет, связанный с реальным использованием их для электромобилей. Во многих странах именно с прогрессом в области создании топливных элементов, хотя они все еще остаются достаточно дорогими устройствами, связано совершенствование систем энергоснабжения (электро- и теплоснабжения) различных объектов — от сотовых телефонов и автомобилей до жилых домов и целых городов. Есть все основания полагать, что развитие энергетики на базе топливных элементов будет одним из главных приоритетов мировой экономики в XXI веке.

Один из первых в мире водородных автомобилей на топливных эле-ментах был создан в российском НПО "Квант". РКК "Энергия" создала ге-нератор на низкотемпературных В России уже созданы автомобили «Лада» и «ГАЗ», работающие на водородных топливных элементах. щелочных топливных элементах для де-централизованного энергообеспечения