Щелочные топливные элементы были одними из первых топливных элементов, разработанных в начале 1960-х годов. Они были первыми топливными элементами, использованными в американской космической программе челноков Аполлон для обеспечения электрической энергией. В качестве электролита  используется концентрированная 85 %вес щелочь калия (КОН) в топливных элементах, работающих при высоких температурах (выше 250°С), и менее концентрированная (35-50 %вес) КОН работы при низких температурах. Недавно разработанные системы могут работать при температурах ниже 100°С. Восстановление кислорода в щелочной среде происходит намного быстрее, чем в кислотной среде как в PEMFC топливном элементе. Таким образом, становится возможным использовать, в дополнение к катализаторам из благородных металлов, другие электрокатализаторы, например, Ni, Ag, оксиды металлов, шпинели. Недорогие катализаторы, такие как  никель и серебро фирмы  Raney, были исследованы на ранних стадиях разработок  AFC топливных элементов. Реакции, протекающие на электродах, показаны ниже:

Анодное окисление водорода:

H₂ + 2OH^- 2H₂O + 2e^-

Катодное восстановление кислорода:

½O₂ + H₂O + 2e^- 2OH^-

Суммарная  AFC реакция:

H₂ + ½O₂ H₂O

Проводящими ионами в AFC  топливных элементах являются ионы гидроксила (ОН^-) вместо протонов, которые работают в PEMFC и PAFC  топливных элементах. В качестве топлива может использоваться только чистый водород и в качестве окислителя – чистый кислород. Моноокись углерода отравляет катализатор, двуокись углерода реагирует с электролитом (КОН) с образованием К₂СО₃ (твердая соль), изменяя таким образом состав электролита. Даже малые количества СО₂ в воздухе приводят к повреждению щелочного топливного элемента. В этом случае образуются карбонаты в соответствии с реакцией, приведенной ниже:

CO₂ + 2OH^- (CO₃)^2- + H₂O

В первых космических AFC системах  КОН электролит  содержался в матрице. Дальнейшие разработки использовали циркуляцию электролита, что обеспечивало лучший барьер против утечки газа, повышало время жизни электролита, а жидкость могла быть использована для охлаждения сборки топливных элементов. В силу активной катодной кинетики в AFC топливных элементах в них реализуется отличное использование водорода и кислорода. В космических применениях была достигнута эффективность порядка 60%. Это много больше, чем для других типов топливных элементов.

В последнее время интерес к  щелочным топливным элементам значительно снизился. Практические проблемы экономически эффективного удаления СО₂ в воздухе, поставляемом на катод, ограничивают практическое использование щелочных элементов в самолетах и в подводных лодках. Британская компания  Zetek на протяжении некоторого времени занималась разработками по применению щелочных топливных элементов в автомобилях, (смотри рисунки ниже). В 2002 году эти разработки приостановлены из-за недостатка в финансировании.

Общественный транспорт на AFC топливном элементе фирмы  Zevko.

Лондонское такси на AFC топливном элементе фирмы  Zevko.

Мотоцикл фирмы Kordesh.

К началу

Copyright © 2004-2006 Fuel Cell Norway ANS