Топливный элемент - это электрохимическое устройство, позволяющее преобразовывать внутреннюю энергию топлива в электрическую. В отличие от классического подхода к получению электроэнергии - преобразования энергии топлива в тепловую, тепловой в механическую, a механической в электрическую, топливный элемент работает без "посредников", за счёт чего он может достигать больших КПД. Для понравившейся вам области применения (можете выбрать из перечисленных или предложить свою) опишите требования, предьявляемые к используемому в ней топливному элементу. Предложите экологичный топливный элемент, удовлетворяющий этим требованиям. Опишите строение и принцип его работы, а также укажите способ получения топлива. Не забудьте подробно описать его достоинства и недостатки. Дополнительно рассчитайте теоретический КПД этого элемента и, по возможности, приведите экспериментальное значение.

Область применения: автомобильная промышленность.

Требования к топливному элементу:

1. Высокий КПД для обеспечения эффективной работы автомобиля.
2. Надежность и долговечность для обеспечения безопасности и длительного срока службы.
3. Экологичность для снижения вредного воздействия на окружающую среду.
4. Доступность и экономичность топлива для снижения эксплуатационных расходов.

Экологичный топливный элемент для автомобильной промышленности - водородный топливный элемент. Он состоит из анода, катода и электролита, обычно используется полимерный электролит мембраны. Принцип работы основан на окислении водорода на аноде и редукции кислорода на катоде, с образованием воды и выделением электрической энергии.

Способ получения топлива для водородного топливного элемента может быть электролизом воды, при котором вода разлагается на водород и кислород под воздействием электрического тока.

Достоинства:

1. Высокий КПД - до 60%.
2. Экологичность - единственным продуктом сгорания является вода.
3. Тихая работа и отсутствие вредных выбросов.
4. Высокая энергетическая плотность.

Недостатки:

1. Высокая стоимость производства.
2. Необходимость инфраструктуры для заправки водородом.
3. Опасность хранения и транспортировки водорода.

Теоретический КПД водородного топливного элемента составляет около 60%. Экспериментальные значения КПД варьируются в зависимости от конкретной конструкции и условий эксплуатации, но обычно составляют от 50% до 60%.