Топливный элемент-это электрохимическое устройство, позволяющее преобразовать внутреннюю энергию топлива в электрическую. В отличие от классического подхода к получению электроэнергии - преобразования энергии топлива в тепловую, тепловой в механическую, а механической в электрическую, топливный элемент работает без посредников, за счёт чего он может достигать больших КПД. Современные топливные элементы используются достаточно широко: в транспорте, малых беспилотных системах, системах накопления энергии и небольших электростанциях. Для понравившейся вам области применения опишите требования, предъявляемые 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: автомобильный транспорт.

Требования к топливному элементу:

1. Высокий КПД для обеспечения эффективности работы автомобиля.
2. Низкий уровень выбросов вредных веществ для соблюдения экологических стандартов.
3. Долгий срок службы и надежность работы для обеспечения безопасности и экономической целесообразности использования.

Экологичный топливный элемент, удовлетворяющий этим требованиям, может быть водородным топливным элементом.

Строение и принцип работы: Водородный топливный элемент состоит из анода, катода и электролита. На аноде происходит окисление водорода с образованием протонов и электронов. Протоны проходят через электролит к катоду, а электроны идут по внешней цепи, создавая электрический ток. На катоде протоны и электроны реагируют с кислородом из воздуха, образуя воду.

Способ получения топлива: Водород для топливного элемента можно получать из воды электролизом или из природного газа.

Достоинства:

1. Нулевой уровень выбросов вредных веществ.
2. Высокий КПД.
3. Тихая работа.
4. Большой запас хода.

Недостатки:

1. Высокая стоимость.
2. Ограниченная инфраструктура для заправки.
3. Опасность в обращении с водородом.

Теоретический КПД водородного топливного элемента составляет около 60-70%. Экспериментальные значения могут колебаться в зависимости от конкретной конструкции и условий эксплуатации.