СН3ОН + Н2О – 6е → СО2 + 6Н+ (14)

Чистый Pt – катализатор быстро отравляется про­межуточными продуктами реакции (14). Поэтому ведутся фундаментальные исследования механиз­ма и катализаторов реакции (14) [3]. Предложены катализаторы на основе сплавов Pt–Ru, Pt–Ru–Re, Pt–Ru–WO3 и др. К настоящему времени созданы лабораторные образцы метанольных ТЭ, однако срок их службы пока не превышает сотни часов.

В рассмотренных до сих пор видах ТЭ применя­ются Pt и ее сплавы. Массовое производство ЭЭУ на основе ТЭ будет лимитироваться запасами Pt, которые относительно невелики. Поэтому большое внимание уделяется разработке высокотемператур­ных ТЭ, которые не содержат Pt–катализаторов.

В одном из них, работающем при температурах 650–700°С применяется электролит из расплава карбоната лития и натрия (Li2CO3 + Na2CO3), нахо­дящийся в порах керамической матрицы (LiAlO2). Материалом анода служит никель, легированный хромом; катода – дотированный оксид никеля (NiO + Li2O). Реакция, протекающая на аноде ТЭ:

Н2 + СO32- – 2е → СО2 + Н2О,

СО + СO32- – 2е → 2СО2 на катоде ТЭ:

2СО2 + О2 + 4е → СO32-

В последние годы было установлено, что в высоко­температурных ТЭ можно окислить и метан, если в элементе проводить его внутреннюю конверсию по уравнению (8). Основная проблема ТЭ с расплав­ленным карбонатным электролитом заключается в увеличении ресурса, поскольку в расплаве в присут­ствии О2 и СО2 происходит коррозия материала ка­тода. К настоящему времени созданы ЭЭУ мощно­стью от нескольких киловатт до 2 МВт. Установки имеют КПД 60% и выше. Во втором типе высоко­температурных ТЭ применяется твердый электро­лит (ZrO2 + Y2O3), аноды – из Ni + ZrO2, катоды – из полупроводников на основе La1-x CaxMnO3. На электродах протекают следующие реакции:

Н2 + СO2- – 2е – Н2О и

СО + О2 – 2е → СО2 (анод),

О2 + 4е – 2О2 (катод).

Элементы работают при температуре 1000°С. Созданы и испытаны ЭЭУ мощностью до 20 кВт. Основной проблемой этого типа ТЭ является созда­ние недорогой технологии многослойных керами­ческих ТЭ и батарей ТЭ.

Таким образом, к настоящему времени разрабо­таны пять типов ТЭ и большое число ЭЭУ на их ос­нове. Энергоустановки на основе ТЭ имеют многие преимущества по сравнению с традиционными энергоустановками: более высокий КПД (в 1,5–2 ра­за выше), экологическая чистота, практическая бесшумность, широкий диапазон мощностей и применяемого топлива, возможности когенерации тепла [3]. Эти ЭЭУ не потребляют воду, при необ­ходимости можно даже использовать воду, которая является продуктом реакции. Пока основным тор­мозом для их широкого применения являются от­носительно высокая стоимость (в 2–3 раза) по сравнению с традиционными установками, а также недостаточный срок службы. После преодоления этих недостатков системы на основе ТЭ найдут ши­рокое применение как автономные маломощные и транспортные энергоустановки, так и стационар­ные мощные станции. Можно ожидать, что в начале следующего века энергоустановки на основе ТЭ бу­дут вносить весомый вклад в генерацию энергии и решение экологических проблем транспорта и энергетики.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курс общей химии / Под ред. Н.В. Коровина. М.: Высш. шк., 1990. 446 с.

2. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1991. 264с.

3. Коровин Н.В. II Изв. РАН. Энергетика. 1997. № 9. С. 49-65.

4. Давтян O.K. Проблема непосредственного превра­щения химической энергии топлива в электрическую. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 150 с.

5. Худяков С.А., Поспелов B.C. // Наука и жизнь. 1990. № 9. С. 60-65.

6. Чизмаджев Ю.А., Маркин B.C., Тарасевич М.Р., Чир­ков Ю.Г. Макрокинетика процессов в пористых сре­дах. М.: Наука, 1971. 364 с.