Наиболее ранний из известных экспериментов с топливным элементом был выполнен в 1842 году британским физиком и юристом сэром William R. Grove (1811-1896). Соединив водородный анод и кислородный катод, он произвел электрический ток на установке, показанной справа. Grove был первым, кто сделал реальный топливный элемент, но идея эффекта, лежащего в основе топливного элемента принадлежит немецкому ученому Chistian Friedrich Schoenbein (1799-1868).  Уже в январе 1839 года он опубликовал данные о получении тока при соединении водорода и кислорода. Grove в это время также работал над этим явлением и они продолжили работу в этом направлении вместе. В то время как Schoenbein был сконцентрирован на теоретической части этого открытия, Grove выполнял инженерную работу. Первый электрический генератор мощности, основанный на топливном элементе, был продемонстрирован Grove в 1844/1845 годах (смотри рисунок ниже). Он состоял из десяти ячеек, соединенных последовательно, и запитывался водородом, получаемым в процессе коррозии цинка в кислоте. Однако того раннего внедрения энергетического преобразователя на базе топливного элемента не произошло, так как в 1866 году была изобретена динамо-машина (Werner von Siemens), которая затмила изобретение топливного элемента.

Wilhelm Ostwald (позднее нобелевский лауреат) сказал в 1884 году: ”Топливный элемент есть большее изобретение для цивилизации, чем паровая машина и очень скоро задвинет динамо-машину  Сименса в музейный экспонат. В 1905 году он и Nernst развили общую теорию топливного элемента.

В силу более легкой доступности и большого количества нефти а, а также изобретения двигателя внутреннего сгорания (Carl Friedrich Benz и Gottlieb Daimler) топливные элементы были забыты до середины 20 века. В космической программе США (Аполлон) топливные элементы испытали свой первый ренессанс в 1960-х годах. В полете 21 августа 1965 года корабля Gemini 5 был впервые использован топливный элемент на полимерной мембране, который заменил электрические батарейки в качестве источника питания. Благодаря лучшему практическому исполнению в программе Аполлон и в полетах на Луну в 1969 году были использованы щелочные топливные элементы.

AЩелочные топливные элементы в программе Аполлон.

Гибель дирижабля Гинденбург в 1937 г.

Первый нефтяной кризис 1973 года привел ко второму ренессансу топливных элементов, особенно возрос интерес к электростанциям большой мощности, основанных на высокотемпературных топливных элементах. Профессор Karl Kordesch из Университета города Грац (Австрия) был одним из пионеров топливных элементов. Он и его сотрудники разработали в 1970-х годах мотоцикл и автомобиль на щелочных топливных элементах. Сталкиваясь с проблемами загрязнения окружающей среды, мировое сообщество было вынуждено последние два-три десятилетия  искать более чистые энергетические технологии, и по этой причине интерес к топливным элементам стал возрастать экспоненциально.

Развитие технологий основанных на топливных элементах сдерживается страхом перед водородом как топливом.  Общепризнанно, что водород чрезвычайно взрывоопасный газ. Большая часть этого признания основана на событиях 1937 года, когда заполненный водородом дирижабль Гинденбург загорелся и потерпел катастрофу в районе Lakehurst (США). 35 из 97 пассажиров погибли.  Было  признанно, что это явилось следствием взрыва  водорода. Реальной же причиной пожара был взрыв смеси красок, состоящей из алюминия, железа и кислорода. Большинство людей погибло не в результате пожара, а при  выскакивании из дирижабля. В отличие от большинства других соединений водород легче воздуха, поэтом он быстро рассеивается до не взрывоопасной смеси, когда происходит его утечка. Водород не токсичен и труднее возгораем, чем бензин.

Ориентация на окружающую среду и проблемы загрязнений в течение последних десятилетий привели мир к поиску более чистых энергетических технологий. Наряду с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как фотовольтаические, гидроэлектрические и ветровая энергия топливные элементы стали предметом возрастающего интереса правительств и промышленности. Проблемы, связанные с эмиссией углекислого газа и его влияния на глобальное потепление, вынудили автомобильную промышленность искать альтернативные подходы, способные заменить двигатель внутреннего сгорания. Несколько миллиардов долларов расходуется ежегодно на исследования в этой области. Прототипы для разного рода практических применений были разработаны, чтобы продемонстрировать технологическую и экономическую приемлемость. Однако предстоит еще длинный путь до того момента, когда топливные элементы станут достоянием мирового рынка.

Перспективы будущего «Водородного общества» с позиции фирмы Statoil, Норвегия.

Источник для изобретения топливных элементов:

К началу

Copyright © 2004-2006 Fuel Cell Norway ANS