Топливные элементы: общие сведения
Топливный элемент — электрохимический генератор, устройство, обеспечивающее прямое преобразование химической энергии в электрическую.
Основные отличия топливных элементов от электрических аккумуляторов заключаются в следующем:
1) они функционируют до тех пор, пока топливо и окислитель поступают из внешнего источника;
2) химический состав электролита в процессе работы не изменяется, т. е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.
Принцип действия
Топливный элемент (рис. 1) состоит из двух электродов, разделенных электролитом, и систем подвода топлива на один электрод и окислителя на другой, а также системы для удаления продуктов реакции. В большинстве случаев для ускорения химической реакции используются катализаторы. Внешней электрической цепью топливный элемент соединен с нагрузкой, которая потребляет электроэнергию.
Рисунок 1. Водородно-кислородный топливный элемент
Эти элементы непрерывно снабжаются кислородом и водородом для получения электрической энергии в результате постоянно поддерживающейся химической реакции.
В изображенном на рис. 1 топливном элементе с кислым электролитом водород подается через полый анод и поступает в электролит через очень мелкие поры в материале электрода. При этом происходит разложение молекул водорода на атомы, которые в результате хемосорбции, отдавая каждый по одному электрону, превращаются в положительно заряженные ионы. Этот процесс может быть описан следующими уравнениями:
Ионы водорода диффундируют через электролит к положительной стороне элемента. Подаваемый на катод кислород переходит в электролит и также реагирует на поверхности электрода с участием катализатора. При соединении его с ионами водорода и электронами, которые поступают из внешней цепи, образуется вода:
½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O
В топливных элементах со щелочным электролитом (обычно это концентрированные гидроксиды натрия или калия) протекают сходные химические реакции. Водород проходит через анод и реагирует в присутствии катализатора с имеющимися в электролите ионами гидроксила (OH–) с образованием воды и электрона:
H2 + 2OH- → 2H2O+2e-.
На катоде кислород вступает в реакцию с водой, содержащейся в электролите, и электронами из внешней цепи. В последовательных стадиях реакций образуются ионы гидроксила (а также пергидроксила O2H–). Результирующую реакцию на катоде можно записать в виде:
½ O2 + H2O + 2e- → 2OH-.
Поток электронов и ионов поддерживает баланс заряда и вещества в электролите. Образующаяся в результате реакции вода частично разбавляет электролит. В любом топливном элементе часть энергии химической реакции превращается в тепло. Поток электронов во внешней цепи представляет собой постоянный ток, который используется для совершения работы. Большинство реакций в топливных элементах обеспечивают ЭДС около 1 В. Размыкание цепи или прекращение движения ионов останавливает работу топливного элемента.
Процесс, происходящий в водородно-кислородном топливном элементе, по своей природе является обратным хорошо известному процессу электролиза, в котором происходит диссоциация воды при прохождении через электролит электрического тока. Действительно, в некоторых типах топливных элементов процесс может быть обращен – приложив к электродам напряжение, можно разложить воду на водород и кислород, которые могут быть собраны на электродах. Если прекратить зарядку элемента и подключить к нему нагрузку, такой регенеративный топливный элемент сразу начнет работать в своем нормальном режиме.
Теоретически размеры топливного элемента могут быть сколь угодно большими. Однако на практике несколько элементов объединяются в небольшие модули или батареи, которые соединяются либо последовательно, либо параллельно.
Типы топливных элементов
Существуют различные типы топливных элементов. Их можно классифицировать, например, по используемому топливу, рабочему давлению и температуре, по характеру применения.
Элементы на водородном топливе
В этом типичном описанном выше элементе водород и кислород переходят в электролит через микропористые углеродные или металлические электроды. Высокая плотность тока достигается в элементах, работающих при повышенной температуре (около 250° С) и высоком давлении. Элементы, использующие водородное топливо, получаемое при переработке углеводородного топлива, например природного газа или нефтепродуктов, по-видимому, найдут наиболее широкое коммерческое применение. Объединяя большое число элементов, можно создавать мощные энергетические установки. В этих установках постоянный ток, вырабатываемый элементами, преобразуется в переменный со стандартными параметрами.
Новым типом элементов, способных работать на водороде и кислороде при нормальных температуре и давлении, являются элементы с ионообменными мембранами (рис. 2). В этих элементах вместо жидкого электролита между электродами располагается полимерная мембрана, через которую свободно проходят ионы. В таких элементах наряду с кислородом может использоваться воздух. Образующаяся при работе элемента вода не растворяет твердый электролит и может быть легко удалена.
Рисунок 2. Толпивный элемент с ионообменной мембраной
Элементы на углеводородном и угольном топливах
Топливные элементы, которые могут превращать химическую энергию таких широко доступных и сравнительно недорогих топлив, как пропан, природный газ, метиловый спирт, керосин или бензин, непосредственно в электричество, являются предметом интенсивного исследования. Однако пока не достигнуто заметных успехов в создании топливных элементов, работающих на газах, получаемых из углеводородного топлива, при нормальной температуре.
Для повышения скорости реакции углеводородного и угольного топлива приходится повышать рабочую температуру топливного элемента. Электролитами служат расплавы карбонатов или других солей, которые заключаются в пористую керамическую матрицу. Топливо «расщепляется» внутри элемента с образованием водорода и оксида углерода, которые поддерживают протекание токообразующей реакции в элементе.
Элементы, работающие на других видах топлива
В принципе реакции в топливных элементах не обязательно должны быть реакциями окисления обычных топлив. В перспективе могут быть найдены и другие химические реакции, которые позволят осуществить эффективное непосредственное получение электричества. В некоторых устройствах электроэнергия получается при окислении, например, цинка, натрия или магния, из которых изготавливаются расходуемые электроды.
Коэффициент полезного действия
Превращение энергии обычных топлив (угля, нефти, природного газа) в электричество было до сих пор многоступенчатым процессом. Сжигание топлива, позволяющее получить пар или газ, необходимые для работы турбины или двигателя внутреннего сгорания, которые, в свою очередь, вращают электрический генератор, – процесс не очень эффективный. Действительно, коэффициент использования энергии такого превращения ограничен по второму закону термодинамики, и его вряд ли можно существенно поднять выше существующего уровня.
Коэффициент использования энергии топлива самых современных паротурбинных энергетических установок не превышает 40%. Для топливных элементов нет термодинамического ограничения коэффициента использования энергии. В существующих топливных элементах от 60 до 70% энергии топлива непосредственно превращается в электричество, и энергетические установки на топливных элементах, использующие водород из углеводородного топлива, проектируются на КПД 40–45%.
Аккумуляторы и топливные элементы — в чём у них принципиальная разница?
Иногда аккумулятор и топливный элемент (или топливную ячейку, например, водородную) воспринимают за устройство с эквивалентной функциональностью. Однако разница между ними существенная. И она заключается в прямом назначении каждого типа устройства.
- • аккумуляторная батарея накапливает энергию;
- • топливная ячейка вырабатывает энергию, преобразовывая доступное топливо.
Они могут друг друга дополнять. Если топливный элемент оснащают аккумулятором, то в последнем будет накапливается энергия, вырабатываемая топливной ячейкой. Но это далеко не всё, что нужно знать о них.
Топливный элемент, аккумулятор и генератор
Даже самый компактный генератор никогда не влезет в смартфон — это нонсенс. Топливный элемент тоже не сможет заменить аккумулятор. У них у всех разные назначения. А значит и функциональность.
В аккумуляторную батарею электроэнергия поступает из электрической сети. Например, от бытовой розетки. Нужно найти источник электричества, чтобы зарядить её.
Аккумулятор накапливает энергию и нуждается в электричестве извне для зарядки.
Топливный элемент преобразует водород, пропан, дизельное топливо или природный газ в электрическую энергию. Топливо содержится в ёмкости, и его нужно пополнять. Зато нет зависимости от розетки.
Топливный элемент преобразует топливо, чтобы получить электричество.
Генератор выполняет похожую функцию. Однако двигатели внутреннего сгорания мало изменились с тех пор, как были изобретены более ста лет назад. Сжигая топливо для получения электричества, генераторы создают много шума, дыма, выхлопных газов и токсичных паров. Они большие, тяжёлые и громоздкие. Хотя и выполняют ту же задачу, что и топливный элемент.
Генератор сжигает топливо, чтобы получить электричество.
Топливный элемент преобразует химическую энергию топлива, а не сжигает топливо (как это делает генератор). Например, распространённые сейчас водородные топливные элементы вырабатывают электричество, воду и тепло из водорода и кислорода.
Аккумуляторы просто накапливают энергию и нуждаются в источнике электричества для подзарядки. Но в отличие от систем заправки топливных элементов, инфраструктура для зарядки батареи значительно более развита.
Теперь вы знаете, в чём именно заключается разница между аккумуляторной батареей и топливной ячейкой. Да, оба устройства могут использоваться в качестве автономных элементов питания. Но их функциональные особенности принципиально отличаются.
Оставляйте вопросы в комментарии или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.
Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.
Как работают топливные элементы и какие они бывают
Топливные элементы – это устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива (обычно водорода) в электрическую энергию. Эта технология может стать одним из ключевых элементов экологически чистой энергетики, так как топливные элементы работают практически бесшумно, без выбросов вредных веществ и при производстве энергии используются недорогие и доступные ресурсы. В этой статье мы рассмотрим различные типы топливных элементов и их основные принципы работы.
Наряду с батарейками (гальваническими элементами) и аккумуляторами, давно существует еще один тип химических источников тока, называемый топливным элементом.
В отличие от аккумуляторов и гальванических элементов, топливный элемент требует непрерывной подачи в него химических реагентов, при этом химический состав электролита, в процессе работы такого источника, принципиально не изменяется.
Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, непосредственно преобразующее химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. В основном это гальванический элемент, состоящий из двух электродов, разделенных мембраной или электролитом.
Топливо подается к отрицательному электроду (аноду), а окислитель к положительному электроду (катоду). Два вещества затем каталитически объединяются в пространстве между электродами.
Топливный элемент теоретически может работать непрерывно до тех пор, пока подача топлива или окислителя к электродам не будет прервана, поскольку электроды каталитически и реактивно стабильны.
Существует много комбинаций горючего и окислителя. Например, кислородно-водородная ячейка использует водород в качестве топлива и кислород в качестве окислителя, производя чистую воду в качестве отходов.
Другие ячейки используют в качестве топлива углеводороды и спирты. Вместо чистого кислорода в качестве окислителей можно использовать, например, двуокись хлора.
Водородный топливный элемент
Данный метод прямого преобразования химической энергии в электрическую впервые был продемонстрирован в 1838 году английским химиком Уильямом Робертом Грове (1811 — 1896), открывшим явление возникновения ЭДС в цепи из двух платиновых электродов, один из которых омывался кислородом, а второй — водородом.
Этот устройство, названное Грове топливным элементом, было первым примером водородно-кислородного топливного элемента, который считается классическим типом топливного элемента. Однако из-за высокой стоимости платины и низкой мощности топливного элемента, его изобретение не получило широкого распространения и признания в течение долгого времени.
Уильям Роберт Грове
Начиная с 40-х годов 20 века интерес к данной теме сильно возрос, в том числе и в СССР, где с 1966 года для советской лунной программы разрабатывали фосфорнокислотный топливный элемент. А в период с 1987 по 2005 годы на РКК «Энергия» произвели около 100 топливных элементов.
Советские топливные элементы были успешно применены в космической программе, в том числе для обеспечения электроснабжения лунных модулей «Луноход-1» и «Луноход-2», а также для запуска спутников «Космос-605» и «Космос-782»2. Кроме того, топливные элементы использовались для питания бортовых систем космического корабля «Буран», который совершил один беспилотный полет в 1988 году. Для него был разработан специальный щелочной элемент номинальной мощностью 10 кВт.
Фосфорнокислотный топливный элемент имеет электролит на основе концентрированной фосфорной кислоты, а щелочной топливный элемент — на основе раствора гидроксида калия или натрия. Оба типа топливных элементов работают при высоких температурах (около 200 °C) и имеют высокий КПД (до 60 %).
Один топливный элемент (одна ячейка) генерирует постоянный ток при напряжении от 0,6 до 0,9 вольт и способен обеспечить мощность от 0,3 до 0,6 Вт. Из отдельных элементов собирают большие батареи.
Максимальный ток, который можно получить от такой батареи, зависит от общей активной площади поверхности анода и катода. Для понимания габаритов: при мощности батареи топливных элементов до 50 кВт, она без особых трудностей уместится в легковом автомобиле.
Для увеличения напряжения и мощности батареи топливных элементов, отдельные элементы соединяются последовательно или параллельно. Последовательное соединение увеличивает напряжение, а параллельное — ток.
Обычно батарея топливных элементов состоит из нескольких групп элементов, соединенных последовательно, а затем параллельно. Таким образом, можно получить нужные значения напряжения и тока для различных приложений.
Батарея топливных элементов имеет ряд преимуществ перед другими источниками электроэнергии, такими как аккумуляторы или генераторы. Она имеет высокий КПД, низкий уровень шума и вибрации, долгий срок службы и малый вес. Она также экологически чиста, так как не выделяет вредных веществ в атмосферу.
Батарея топливных элементов может быть использована для электропитания различных устройств, таких как автомобили, лодки, поезда, самолеты, дроны и другие.
Существует множество типов топливных элементов, которые отличаются по виду топлива и окислителя, по материалу и температуре электролита, по мощности и напряжению выходного тока. Наиболее распространенные виды топливных элементов описаны ниже.
Топливный элемент с кислым электролитом
Рассмотрим в общих чертах принцип действия топливного элемента, использующего водород и кислород в сочетании с кислым электролитом.
Здесь есть два полых электрода — резервуара — анод и катод, покрытые специальным материалом — катализатором (например платиной).
Анод имеет в своей структуре мельчайшие поры, так что, если через такой анод начать прокачивать водород (являющийся в данном случае топливом), то, по мере просачивания сквозь поры в кислый электролит, молекулы водорода разделятся на атомы, каждый из двух атомов отдаст при этом аноду по одному электрону.
Ионизированный ион водорода попадет в электролит, где станет диффундировать в сторону катода. Одновременно с пропусканием через полый анод водорода, через полый катод пропускают кислород (окислитель).
В свою очередь, просачивается в электролит через поры своего электрода, при этом, контактируя с катализатором электрода, соединяется с электронами, приходящими к катоду по внешней цепи нагрузки, а также с ионами водорода. Здесь и образуется вода.
В качестве примера топливного элемента с кислым электролитом можно привести фосфорнокислотный топливный элемент, в котором переносчиком протонов от анода к катоду (электролитом) выступает ортофосфорная кислота.
Ортофосфорную кислоту необходимо как-то удержать и предотвратить ее испарение. В 60-е годы для решения этой задачи пробовали использовать асбестовые и кремниевые матрицы, которые удерживали кислоту подобно тому, как поролоновая губка удерживает воду. Идея себя не оправдала, кислота обильно вытекала, требовались дополнительные меры по ее удержанию.
Поли[2,20-(m-фенил)-5,50-бибензимидазол] и его аналоги, в качестве удерживающих кислый электролит матриц, помогли исследователям выйти из затруднительного положения; с ними время работы фосфорнокислотных элементов получилось довести до 30000 часов.
Средняя температура для топливных элементов данного типа — до 200 °C, а КПД их достигает 80%. Такие элементы используются для снабжения электроэнергией автономных зданий.
Топливный элемент с щелочным электролитом
Кроме кислотных, существуют топливные элементы с щелочным электролитом (обычно такими электролитами выступают концентрированные гидроксиды).
В них водород взаимодействует на аноде с гидроксид-ионом — образуется молекула воды. Молекула воды приходит и к катоду, одновременно с этим во внешнюю цепь отдается электрон.
На катоде же кислород взаимодействует с молекулой воды из электролита, здесь же из внешней цепи приходит электрон, — образуется гидроксид-ион.
Топливные элементы данного типа являются весьма эффективными, их КПД доходит до 70%. Именно щелочные элементы использовались в итоге в лунной программе СССР. Их рабочая температура — до 100 °C.
Яркий пример топливного элемента с щелочным электролитом — элемент на основе гирдроксида калия, заключенного в пористый материал-матрицу между электродами.
Здесь существует особенность: гидроксид калия легко соединяется с углекислым газом из воздуха с образованием карбоната, засоряющего поры электродов, и тем самым снижающего эффективность топливного элемента. Поэтому щелочной топливный элемент не может получать кислород для своей работы напрямую из воздуха, а должен питаться только чистым кислородом (чтобы исключить это самое карбонатное отравление топливного элемента).
Два основных вида щелочных элементов: иммобилизованные ячейки с насыщенным гидроксидом калия асбестовым сепаратором и проточные ячейки с открытой матрицей, через которую электролит прокачивается так, что не успевает застояться.
Топливный элемент с ионообменной мембраной и микробный топливный элемент
Наконец, третий, перспективный тип топливных элементов, работающих на водороде и кислороде при нормальных условиях, — топливный элемент, в котором вместо электролита выступает ионообменная (протонообменная) мембрана — полимерная мембрана, свободно пропускающая через себя ионы только в одну сторону.
В качестве источника кислорода может использоваться воздух, а образующаяся при работе элемента вода, никак не мешая мембране, легко удаляется без особых дополнительных мер. Вопрос лишь в том, чтобы найти подходящий материал для мембраны и недорогие катализаторы.
Как вариант, в качестве источника топлива могут выступать даже сточные воды городов и предприятий. Например, микробы могут прокачиваться вместе со сточными водами прямо через анодную камеру с подходящей анаэробной средой, а катод при этом — аэробный.
Сами микробы отрывают электроны от субстрата, передают их на анод, они движутся по внешней цепи к катоду, где образуется вода. Вместе с отрывом электронов образуются ионы водорода, направляющиеся через мембрану к катоду, где они вместе с электронами участвуют в образовании воды (см. необычные способы получения электроэнергии).
Топливный элемент с электролитом из расплавленного карбоната
Топливный элемент с электролитом из расплавленного калиево-литиевого карбоната отличается рабочей температурой до 650 °C. Здесь допускается использовать водород с примесями углерода. Такие элементы применяются для запуска паровых турбин и в обогреве зданий.
Топливный элемент с твердооксидным электролитом
Вместо электролита — керамический материал, а образующаяся на аноде вода — в состоянии пара, перегретого до температуры около 1000 °C, что объясняет потребность такого рода элементов в дорогостоящих термостойких материалах вроде диоксида циркония.
Керамический материал в данном случае проницаем для ионов кислорода, которые соединяются с водородом на аноде. Принципиально элементы данного типа способны работать на метане, пропане, бутане и биогазе.
Применяется они для запуска паровых турбин, в качестве источника тока и в обогреве зданий. КПД около 60%. На базе твердооксидных топливных элементов сегодня выпускаются стационарные установки различного назначения, мощностью до 1 МВт, в том числе — для энергообеспечения водного транспорта.
Топливный элемент на основе метанола
Метаноловый топливный элемент прямого действия имеет в качестве электролита полимерную мембрану. Водород получается из метанола: метанол реагирует с водой — образуется углекислый газ и водород.
Но здесь требуется платиновый катализатор, общий КПД низкий — 40%, к тому же метанол — яд. Зато его удобно хранить и по энергоемкости он плотнее, чем тот же сжатый водород. По этой причине, несмотря на все минусы, метаноловые топливные элементы все же рассматриваются в качестве перспективных для электрокаров.
Батарея водородных топливных элементов Hyundai
Hyundai является одним из производителей, наиболее активно использующих топливные элементы. Компания представила свой первый электромобиль на топливных элементах еще в 2000 году — Hyundai Santa Fe FCEV, а в 2013 году компания выпустила свой первый серийный водородный автомобиль, ix35 FCEV.
Все это является частью дорожной карты под названием «Fuel Cell Vision 2030», целью которой является производство к 2030 году 700 тысяч топливных элементов для автомобильной промышленности в год, а также для неавтомобильных секторов: лодок и поездов.
Используя систему топливных элементов Hyundai, швейцарская компания GRZ Technologies планирует создать стационарную систему электроснабжения с использованием водородных электрогенераторов, которая будет использоваться для выработки электроэнергии в часы пик.
Система электроснабжения от GRZ Technologies будет состоять из нескольких модулей, каждый из которых будет иметь мощность 1 кВт и способность хранить до 100 литров водорода под давлением 200 бар. Модули будут работать в режиме топливных элементов, когда потребление электроэнергии будет высоким, и в режиме электролиза, когда потребление будет низким. Таким образом, система будет обеспечивать стабильное и экологически чистое электроснабжение для различных потребителей, таких как жилые и коммерческие здания, промышленные объекты и сельскохозяйственные участки.
GRZ Technologies сотрудничает с Hyundai в рамках программы «Hydrogen to Power», которая направлена на развитие и продвижение технологий водородной энергетики в Европе. Компания планирует запустить первый пилотный проект системы электроснабжения в Швейцарии в 2024 году и расширить его в другие страны в последующие годы.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Аккумуляторы, топливные элементы и их роль в современном мире
Предлагаемый курс рассказывает об аккумуляторных батареях, топливных элементах и их роли в современном обществе и мировой экономике.
- О курсе
- Формат
- Информационные ресурсы
- Требования
- Программа курса
- Результаты обучения
- Формируемые компетенции
- Направления подготовки
- Отзывы о курсе
О курсе
В курсе рассказывается об аккумуляторах, топливных элементах и их роли в современном обществе. Для наглядного представления роли химических источников тока основной фокус делается на электромобилях. В начале курса проводится краткий экскурс в историю для изучения причин экономической неудачи технологий, которые всеми рассматривались как наиболее перспективными. Затем рассматриваются основные причины их возрождения (экологические, экономические и политические) и то какое влияние это окажет на развитие технологий аккумуляторов и топливных элементов. Затем проведется сравнение основных технологий и материалов химических источниках тока.
Формат
Еженедельное изучение курса включает:
- просмотр видеолекций с изложением теоретических положений, видеодемонстраций решений практико-ориентированных задач;
- работу с электронным учебником;
- выполнение тренировочных учебных заданий с комментариями ответов, тестов, домашних заданий и проекта.
После изучения всех материалов курса предусматривается итоговое тестирование.
Окончательная оценка достигнутых результатов обучения формируется с учетом итогового тестирования и данных еженедельного контроля.
В курсе Вам доступна на бесплатной основе первая неделя курса для ознакомления с материалами и структурой курса для принятия решения о его полном освоении. Для получения доступа ко всем материалам курса с прохождением итоговой аттестации с прокторингом и получением подтвержденного сертификата, Вам необходимо провести оплату в размере 2800 рублей.
Информационные ресурсы
- Скундин А.М., Воронков Г.Я. Химические источники тока: 210 лет / А.М. Скундин, Г.Я. Воронков. М.: Издательский центр «Поколение», 2010. 349 с.
- Багоцкий В.С., Скундин А.М., Химические источники тока / В.С. Багоцкий, А.М. Скундин. М.: Энерго-издат, 1981
Требования
Курс «Аккумуляторы, топливные элементы и их роль в современном мире» является вводным, рассчитан на общую аудиторию и не требует каких-либо специальных знаний.
Однако, усвоение материала будет более эффективным, если обучающиеся будут обладать элементарными знаниями по направлениям:
- химия – раздел «Неорганическая химия» в объёме среднего общего образования;
- физика – раздел «Электричество и магнетизм» в объёме среднего общего образования;
Программа курса
Раздел 1. Немного истории электромобилей.
Тема 1.1. Уроки истории. Рассвет электромобилей
Тема 1.2. Уроки истории. Закат электромобилей
Тема 1.3. Уроки истории. Забвение
Тема 1.4. Кстати. Чем электромобили лучше
Тема 1.5. Кстати. Электромобили и зима
Тема 1.6. Сегодня. Возрождение
Раздел 2. Причины перемен и возрождения электромобилей.
Тема 2.1. Причины перемен. Экология – загрязнение воздуха
Тема 2.2. Причины перемен. Экология – другие загрязнения
Тема 2.3. Причины перемен. Политика
Тема 2.4. Причины перемен. Экономика
Тема 2.5. Причины перемен. Век электричества
Тема 2.6. Экологичность
Тема 2.7. Пик добычи нефти
Раздел 3. Электромобили и аккумуляторы.
Тема 3.1. Электромобили и гибриды. Классификация.
Тема 3.2. Пять основных параметров аккумулятора.
Тема 3.3. Электроавтобусы.
Тема 3.4. Электрические грузовики, корабли и самолеты.
Тема 3.5. Смежные технологии. Мотор-колесо.
Тема 3.6. Смежные технологии. Беспроводная зарядка.
Тема 3.7. Смежные технологии. Автономное вождение.
Тема 3.8. Производители аккумуляторов.
Раздел 4. Химические источники тока.
Тема 4.1. Принцип работы электрохимической ячейки.
Тема 4.2. опливные элементы. Для чего?
Тема 4.3. Топливные элементы. Классификация.
Тема 4.4. Топливные элементы. Сравнение.
Тема 4.5. Топливные элементы. Дополнительная информация.
Тема 4.6. Ионисторы (суперконденсаторы).
Тема 4.7. Краткая история электрохимии.
Раздел 5. Основные виды современных аккумуляторов.
Тема 5.1. Свинцово-кислотные аккумуляторы.
Тема 5.2. Никель кадмиевые, никель-железные и никель-металлгидридные аккумуляторы.
Тема 5.3. Литий-ионные аккумуляторы.
Тема 5.4. Классические и твердотельные аккумуляторы.
Раздел 6. Электродные материалы.
Тема 6.1. Материалы для положительных электродов. LCO, NMC, NCA и другие материалы со слоистой структурой.
Тема 6.2. Материалы для положительных электродов. LMO и LNMO со структурой шпинели.
Тема 6.3. Материалы для положительных электродов. LFP со структурой оливина.
Тема 6.4. Материалы для отрицательных электродов. Материалы на основе углерода.
Тема 6.5. Материалы для отрицательных электродов. LTO со структурой шпинели.
Тема 6.6. Что дальше?
Результаты обучения
После освоения курса обучающийся будет способен:
- Понимать и правильно формулировать причины роста популярности химических источников тока и электромобилей.
- Оценивать риски, оказывающие влияние на рост доли электромобилей и альтернативной энергетики
- Описывать типы гибридных транспортных средств и основные параметры аккумуляторов
- Определять сильные и слабые стороны различных типов химических источников тока
- Выбирать наиболее подходящий тип аккумуляторов в зависимости от области применения
Формируемые компетенции
Результатом обучения в рамках дисциплины является формирование у студента следующих компетенций:
- навык поиска, оценивания и использования информации по вопросам изучаемых дисциплин (ОК-1);
- способности соотносить вопросы профессиональной деятельности (в соответствии с профилем подготовки), проблематику исследования с философскими и социогуманитарными знаниями; рассматривает вопросы, связанные с профессиональной деятельностью, с позиции научного мировоззрения (ОК-1);
- способности к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);
- способность сознавать социальную значимость химических источников тока, обладать мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности (ОПК-1);
- способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий базовый научный аппарат (ОПК-2);
- способность осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий (ОПК-6).