Электрохимические генераторы (ЭХГ)

Устройство, в котором часть энергии, возникающей в результате электрохимической реакции, поддерживаемой непрерывным поступлением химических реагентов, превращается в электрическую, называют электрохимическим генератором (ЭХГ) и топливным элементом. (ТЭ).

В электроды поступают соответственно топливо-восстановитель и окислитель. Топливом в ТЭ могут служить водород, углеводороды, спирты и некоторые металлы, а окислителем - кислород, воздух, хлор или различные кислоты.

В качестве электролита могут применяться растворы едкого калия, расплавленные и твердые электролиты. Принцип работы (рисунок 6.3) поясним на примере водородно-кислородного элемента. На аноде 2, содержащем соответствующие катализаторы, молекулы поступающего водорода Н₂ распадаются на атомы «Н», а из последних образуются положительно заряженные ионы Н⁺ и электроны «е». Электроны воспринимаются металлом анода, а катионы К⁺ располагаются на границе анод - электролит.

В результате анод приобретает отрицательный потенциал. На катоде с помощью катализаторов, молекулы поступающего кислорода О₂ распадаются на атомы «О». Атомы кислорода присоединяют электроны катода 4 и превращаются в отрицательно заряженные ионы .

Теряя электроны, катод приобретает положительный потенциал. Ионы , взаимодействуя с молекулами воды (Н₂О) образуют отрицательные ионы ОН , которые располагаются на границе электролит - катод.

При замкнутой внешней цепи электроны под действием разности потенциалов будут двигаться от анода к катоду, а ионы ОН под действием возникающего в электролите электрического поля будут двигаться к водородному электроду.

Большая часть ионов водорода и гидроокислов в процессе работы ТЭ соединяются у анода в молекулы воды и удаляются. Электроны, проходящие от водородного электрода к кислородному через нагрузку R производят полезную работу. Выходное напряжение одного элемента 1-2В. Для получения более высокого напряжения их соединяют последовательно.

Для работы ТЭ необходимы системы хранения и подачи реагентов, отвода от ТЭ продуктов сгорания, перекачивающие насосы и устройства управления и регулирования. КПД у ТЭ достигает 80%.

ТЭ являются перспективными для использования в ГЭУ благодаря их высокому КПД и отсутствию шумности, высокой надежности и долговечности. ГЭУ с ЭХГ состоит из электрогенерирующей части, щита и двигателя электродвижения и отбора части мощности от ГЭУ к судовым потребителям.

Управление скоростью судна может осуществляться путем изменения напряжения ЭХГ за счет воздействия на его рабочие параметры, а также путем регулирования скорости вращения ГЭД обычными методами. Схема отличается надежностью и простотой конструкции, занимает меньший объем по сравнению с традиционными ГЭУ.