Details

Данная работа посвящена анализу характеристик метанольных и этанольных топливных элементов. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Обзор различных видов топливных элементов; 2. Обзор топливных элементов прямого окисления спиртов; 3. Расчет термодинамических показателей химических процессов в топливных элементах; 4. Получение уравнения, описывающего вольтамперные характеристики метанольного и этанольного топливных элементов; 5. Расчет мощности, тепловыделения и коэффициента полезного действия; 6. Сравнение полученных характеристик метанольного и этанольного топливных элементов. В работе представлен обзор различных видов топливных элементов, их основных характеристик, областей применения, преимуществ и недостатков. Отдельно рассмотрены топливные элементы прямого окисления спиртов. Расчеты проводились на основе вольтамперных характеристик топливных элементов, представленных в литературе. Объектами исследования являются метанольный топливный элемент с мембранно-электродным блоком (МЭБ) на основе мембраны Nafion 115 и этанольный топливный элемент с МЭБ на основе мембраны Nafion 117. Для данных топливных элементов была проведена аппроксимация вольтамперных характеристик, представленных в литературе, уравнениями Тафеля. В работе произведен расчет термодинамических показателей химических реакций в топливных элементах данного типа, тепловыделения, КПД, расхода топлива и окислителя. Проанализирована возможность использования чистых спиртов, а не растворов в топливных элементах. Проанализирована зависимость мощности от силы тока, построен соответствующий график. Произведен сравнительный анализ полученных данных с экспериментальными, подтверждающий корректность проведенных расчетов.

This work is devoted to the analysis of the characteristics of methanol and ethanol fuel cells. Tasks that were solved during the research: 1. Study and review of the characteristics of various types of fuel cells; 2. Study and review of fuel cells for direct oxidation of alcohols; 3. Calculation of thermodynamic parameters of processes in fuel cells; 4. Obtaining an equation describing the voltage characteristics of methanol and ethanol fuel cells; 5. Calculation of heat dissipation and efficiency; 6. Comparison of the obtained characteristics of methanol and ethanol fuel cells. The paper provides an overview of the following. Thus, the object of the study was a methanol fuel cell with an OIE based on the Nafion 115 membrane and an ethanol fuel cell with an OIE based on the Nafion 117 membrane. For these fuel cells, the voltage characteristics were approximated. The equations describing the dependence of the fuel cell voltage on the current density are obtained. The paper calculates the thermodynamic parameters of processes in fuel cells of this type, heat generation, efficiency. The possibility of using pure alcohol rather than solutions in fuel cells is analyzed. The dependence of power on current strength is analyzed, and a corresponding graph is constructed. A comparative analysis of the obtained data with experimental data is performed, confirming the correctness of the calculations performed.

• ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
  • 1.1 Общие сведения о топливных элементах
  • 1.2. Классификация топливных элементов
  • 1.3. Принципы работы топливных элементов различных видов
    • 1.3.1. Топливные элементы с твердым полимерным электролитом (ТПТЭ)
    • 1.3.2. Щелочные топливные элементы
    • 1.3.3. Топливные элементы с расплавленным карбонатным электролитом (РКТЭ)
    • 1.3.4. Топливные элементы с фосфорнокислым электролитом (ФКТЭ)
    • 1.3.5. Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ)
  • 1.4. Топливные элементы прямого окисления спиртов
    • 1.4.1 Общие сведения
    • 1.4.2 Полимерные электролиты в топливных элементах с прямым окислением спиртов
• 2. СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАНОЛЬНОГО И ЭТАНОЛЬНОГО ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
  • 2.1 Расчет температуры кипения растворов
  • 2.2. Температурная зависимость термодинамических параметров химических реакций окисления метанола и этанола
  • 2.3 Аппроксимация вольтамперных характеристик ТЭ
    • 2.3.1. Метанольный топливный элемент
    • 2.3.2. Этанольный топливный элемент
    • 2.3.3. Погрешность оцифровки экспериментальных данных
  • 2.4 Расчеты полной и электрической мощности, тепловыделения, скорости образования продуктов реакции и КПД
    • 2.4.1 Метанольный топливный элемент
    • 2.4.2 Этанольный топливный элемент
  • 2.5 Зависимость мощности топливного элемента от силы тока
    • 2.5.1 Метанольный ТЭ
    • 2.5.2 Этанольный ТЭ
  • 2.6 Расход топлива и окислителя
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ