Топливные элементы электромобилей 1960-х годов и их основные характеристики — Часть 4 из 4: КПД, срок службы и стоимость на единицу мощности

Коэффициент полезного действия (КПД) топливного элемента определяется отношением вырабатываемой электрической энергии к изменению свободной энергии. В первом приближении КПД измеряется отношением действительного напряжения элемента к теоретическому значению э. д. с. Однако для сравнения с двигателем внутреннего сгорания используется КПД, определяемый отношением выработанной электрической энергии к теплотворной способности топлива. Для спиртов и углеводородов разница между КПД, основанным на свободной энергии, и КПД, основанным на теплотворной способности, невелика (около 5%).

Коэффициент полезного действия топливного элемента меняется от нагрузки. На рис. 4 показана зависимость КПД одного из топливных элементов фирмы Shell от плотности тока. Такой же характер зависимости КПД от нагрузки имеют все топливные элементы. Необходимо отметить, что в отличие от двигателей внутреннего сгорания КПД топливного элемента возрастает с уменьшением нагрузки.

Рис. 4. Зависимость КПД батареи топливных элементов от плотности тока.

В настоящее время при «номинальной» нагрузке КПД топливных элементов обычно составляет 60—70%, а при максимальной нагрузке — не более 40%. Для большинства применяемых в настоящее время топлив в топливных элементах ЭДС равна примерно 1 В (табл. 16). При нагрузке напряжение топливных элементов уменьшается. В этом топливные элементы очень похожи на обычные аккумуляторы.

В качестве примера на рис. 5 показаны вольт-амперные характеристики топливных элементов фирмы Union Carbide Co.

Рис. 5. Вольт-амперные характеристики топливных элементов: 1 — элемент при 60°C (электрод O₂—H₂), атмосферное давление; 2 — элемент при 25°C (электрод O₂—H₂), атмосферное давление; 3 — элемент при 25°C (электрод воздух — H₂), атмосферное давление; 4 — элемент при 25°C (электрод O₂—H₂), давление 100 мм рт. ст.

Срок службы. По сроку службы топливных элементов в настоящее время имеются лишь отдельные сообщения. Согласно этим сообщениям срок службы опытных образцов водородно-кислородных топливных элементов уже в настоящее время достиг 2—3 тыс. ч, что сопоставимо со сроком службы автомобильных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Ввиду отсутствия сильно нагруженных движущихся частей, срок службы топливных элементов может быть значительно больше срока службы автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Стоимость на единицу мощности. Достоверных данных о стоимости топливных элементов пока нет. В перспективе согласно литературным данным стоимость топливных элементов, отнесенная на единицу мощности, должна быть на уровне стоимости современных автомобильных дизельных двигателей.

Все части: 1 | 2 | 3 | 4