Способ преобразования энергии химического вещества в энергию переменного электрического тока

Изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую и может быть использовано в источниках тока. Согласно изобретению способ получения электрической энергии переменного тока включает образование симметричной электрохимической пары газопроницаемых инертных электродов, разделенных слоем электролита (ионообменной мембраной), каждый из которых поочередно работает топливным и окислительным электродом. Техническим результатом изобретения является повышение КПД процесса преобразования и увеличение ресурса. 2 ил.

 

Изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую и может быть использовано в источниках тока.

Известен способ преобразования химической энергии вещества в электрическую (Н.В.Коровин "Электрохимические генераторы", Изд-во "Энергия", Москва, 1974, стр.5-12), при котором образуют пару химически активных электродов, разделенных слоем электролита, подают реагенты и отводят продукты реакции.

Недостатки известного способа заключаются в следующем.

Использование проводника с ионной проводимостью связано с переносом вещества электролита, его разрушением и поляризацией электродов. Другим, не менее существенным недостатком является использование окислителя и восстановителя высокой химической чистоты, так как даже незначительные примеси загрязняют топливный элемент, снижают КПД и сокращают срок его службы.

В основу заявляемого изобретения положена задача создания способа преобразования энергии химического вещества в электрическую энергию, обеспечивающего повышение эффективности процесса.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого способа, состоит в повышении КПД процесса преобразования, значительном увеличении срока службы топливного элемента (ТЭ), снижении стоимости топлива и окислителя, в получении непосредственно в ТЭ переменного тока с возможностью его дальнейшей трансформации.

Сущность предлагаемого способа преобразования химической энергии топлива в электрическую заключается в следующем:

Образуют электрохимическую пару газопроницаемых инертных электродов, выполненных из материала с электронной проводимостью, разделенных слоем электролита, камеры окислителя и восстановителя, коммутационные соединения, систему функционального обеспечения и подают реагенты в зоны протекания электрохимических реакций, отводя продукты сгорания, поочередно меняя местами катод и анод, в результате чего поляризация электродов ускоряет ход электрохимического процесса, не оказывая на него отрицательного влияния, а ионы электролита совершают колебательные движения в объеме электролита, не сопровождающиеся переносом вещества электролита.

Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема устройства для обеспечения смены полярности электродов, а на фиг.2 - график изменения тока.

Процессы адсорбции реагентов и реакции электрохимического горения на электродах ТЭ, выполненных из материала с электронной проводимостью, способного к разложению и ионизации как топлива, так и окислителя в равной мере, замкнутых электрической цепью на внешнюю нагрузку, ведут к появлению электрического тока в цепи, сопровождающегося снижением напряженности электрического поля между электродами. При смене реагентов на электродах (либо смене электродами камер) имеет место аналогичный процесс, но с изменением направления движения электрического тока на противоположный. Причем электролит работает бесконечно долго, так как ионы электролита совершают колебательные движения в объеме электролита, не сопровождающегося переносом вещества.

Конструкцию и материалы симметричной электрохимической пары, включающей в себя два инертных газопроницаемых электрода, разделенных слоем электролита (ионообменной мембраной), коммутационные соединения, системы функционального обеспечения выбираются таким образом, чтобы отклонения максимального амплитудного значения тока в противофазах работы генератора были равны по величине либо отличались не более чем на 25%.

Схема устройства для обеспечения смены полярности электродов выполняется, например, на вращающемся роторе (фиг.1).

В качестве топлива может использоваться водород, метан и другие газообразные углеводороды, пары спиртов или жидкого углеводородного топлива, продукты неполного сгорания или газовой конверсии и т.п., а в качестве окислителя - кислород, воздух, перекись водорода и другие окислители.

Пример осуществления способа:

Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, изображенного на фиг.1.

Ротор 1 электрохимического генератора (ЭХГ), изготовленный из диэлектрического материала и имеющий ось вращения, состоит из отдельных симметричных топливных элементов, объединенных в группы по количеству фаз коммутационными соединениями с возможностью токосъема в каждой группе, каждый из которых состоит из пластинки твердого электролита 2 с нанесенными токовыводами 3 и напыленными на нее с обеих сторон платиновыми электродами 4.

Статор ЭХГ состоит из камер окислителя и восстановителя (в зонах по количеству фаз), зон стабилизации и системы функционального обеспечения.

При подаче реагентов на электроды в зоне 1 протекает реакция электрохимического горения с токосъемом наиболее активной составляющей (фиг.2) (зона 1А) и со стабилизацией продуктов реакции при разомкнутой внешней цепи (зона 1Б). При входе этой группы электродов в зону 2 имеет место аналогичный процесс, но с изменением направления движения электрического тока на противоположный.

Преимуществом заявляемого способа является возможность получения переменного электрического тока непосредственно в ТЭ, значительного увеличения срока службы и использование реагентов низкой химической чистоты.

Способ преобразования энергии топлива и окислителя в энергию переменного электрического тока в электрохимическом генераторе, состоящем из ротора и статора, при котором симметричные топливные элементы, каждый из которых состоит из твердого электролита с токовыводами и электродами, объединяют в группы и размещают на роторе, а на статоре размещают камеры окислителя и восстановителя, системы функционального обеспечения, отличающийся тем, что каждый электрод выполнен из активного материала, способного к разложению и ионизации как топлива, так и окислителя, а электроды поочередно выполняют функции топливного и окислительного электродов при смене реагентов на электродах за счет их вращения.