Вид применяемого топлива. В топливных элементах в принципе может использоваться любое топливо. Однако возможность создания практически работоспособного топливного элемента в значительной мере определяется легкостью электрохимического окисления топлива. По этому признаку возможные виды топлива могут быть представлены в следующей последовательности: водород, гидразин, аммиак, метанол, углеводородные топлива.
В последние годы разрабатываются следующие типы топливных элементов: водородно-кислородные, спиртокислородные, на углеводородных газах и жидких нефтепродуктах. К настоящему времени наиболее изученным является водородно-кислородный топливный элемент, который является единственным типом топливных элементов, воплощенным в реально действующие образцы.
Вид окислителя. В топливных элементах в качестве окислителя используется кислород. Однако существуют два пути снабжения топливного элемента кислородом. Первый — использование кислорода из атмосферного воздуха. Второй — использование чистого кислорода, запас которого хранится в специальных баллонах.
Разработанные водородно-кислородные топливные элементы могут продолжительное время устойчиво работать лишь с использованием чистого кислорода.
Вес и объем на единицу мощности. В автомобильном двигателе внутреннего сгорания мощность соответствует высшей точке его характеристики; это максимальная мощность, которую вообще может развивать данный двигатель. Понятие мощности электрических машин (двигателей и генераторов) не столь определенно. Например, для электродвигателей различают: продолжительную мощность, кратковременную (часовую, двухчасовую, тридцатиминутную и т. п.) и мощность предельную при коротких перегрузках. Электрические машины для различных случаев применения имеют критерии, определяющие номинальный режим, например, нагрев, скорость вращения и т. д. Соответственно режиму работы электрическую машину характеризуют различной мощностью. Например, тяговые электродвигатели электромобилей обычно характеризуются часовой мощностью. Для топливных элементов не только в случае их применения на электромобиле, но и для любого другого случая критерии номинальной рабочей точки еще не определились. Поэтому удельный вес (кг/кВт) топливных элементов дается для разных режимов нагрузки, которая характеризуется плотностью тока на единицу поверхности электродов (ма/см2).
На рис. 3 дана зависимость выходной мощности батареи топливных элементов от плотности тока. Этот график характеризует батарею топливных элементов с «номинальной» выходной мощностью 2,5 кВт, что соответствует плотности тока около 50 мА/см2 (данные относятся к высокотемпературной батарее топливных элементов, разрабатываемых английской фирмой Shell.) Как видно из рисунка, мощность батареи может быть кратковременно повышена примерно на 60% (до 4,0 кВт). Большинство значений удельного веса батарей топливных элементов, приведенных в литературе, также относится к режимам работы, когда развиваемая мощность меньше максимальной на 30—60%.
Рис. 3. Зависимость мощности батареи топливных элементов от плотности тока.
Весовые и объемные параметры батарей топливных элементов быстро улучшаются (табл. 15, составленная по данным Кардеша). В настоящее время удельный вес водородно-кислородных топливных элементов равен 15—20 кг/кВт, а в скором времени можно ожидать, что он будет снижен до нескольких килограммов на 1 кВт (по различным данным до 2—5 кг/кВт). Для сравнения можно сказать, что удельный вес современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания равен 2—6 кг/кВт.
