Можно предполагать, что в ближайшие годы появятся автобусы на аккумуляторах, сочетающихся с двигателем внутреннего сгорания. По городу они будут ходить на аккумуляторах, а за городом — на двигателе, который будет заодно использоваться для подзарядки аккумуляторов. Уже сейчас на ВАЗе делают опытные партии «Жигулей» на аккумуляторах.
Электрохимические аккумуляторы применяются сейчас весьма широко: они служат для питания аппаратуры на самолетах, для освещения, сигнализации, связи и электро-106
блокировки в метро, как резервные источники тока в вагонах поездов на железных дорогах, в подводных лодках. Они являются основным тяговым средством в шахтах и все шире и шире применяются в аэропортах. Интерес к аккумуляторам не ослабевает: количество патентов на аккумуляторы не уменьшается, а их выпуск пока растет.
Космическая электростанция
Еще до свинцового аккумулятора был создан элемент, в котором электрическая энергия генерировалась за счет окисления горючего. В 1839 г. английский исследователь Уильям Гроув (1811 —1896) доказал возможность получения электрического тока путем окисления водорода кислородом: электрический ток получался сразу же из химической энергии.
Много сил отдал химическим источникам тока Павел Николаевич Яблочков, впервые широко поставивший задачу о превращении химической энергии топлива в электрическую. Яблочков писал: «Уголь, сжигаемый в паровой машине, производит работу, которая, будучи превращена в электричество с помощью магнита электрических машин, дает электричество по гораздо более дешевой цене, чем все химические источники тока, существовавшие до нашего времени. Это соображение толкнуло меня на мысль получить электричество, химически действуя непосредственно на уголь». Для решения этой задачи Яблочков использовал гальванические элементы различной конструкции, составленные из сочетания угольного и железного электродов, погруженных в расплавленные нитраты или сульфаты. Может быть, такой элемент и окажется когда-нибудь перспективным, если будут преодолены некоторые технические трудности. Но еще более заманчивой является сама идея использовать химическую энергию топлива сразу же для получения электрического тока.
Сегодня переход химической энергии топлива в электрическую осуществляется в несколько стадий: химическая энергия — тепловая — механическая — электрическая. Особенно большие потери происходят на стадии перехода тепловой энергии в механическую. Даже по самому термодинамически выгодному циклу Карно коэффициент полезного действия турбин не превышает 45 процентов, дизельных установок — 30 и бензиновых двигателей — 20 процентов. Общий средний КПД большинства элект-
|
| Схема водородно-кислородного топливного элемента |
водородно-кислородные, или ливные элементы. Топливом
ростанций составляет всего 25 процентов. Если для производства 1 киловатт-часа энергии на тепловой электростанции требуется 1,5 килограмма угля, то в элементе, работающем по схеме химическая энергия — электричество, для этого понадобилось бы немногим более 500 граммов топлива.
Такие элементы, в которых химическая энергия преобразуется непосредственно в электрическую за счет электрохимического окисления обычного топлива, называют топливными элементами. История их разработки полна взлетов и падений, восторгов и разочарований.
В настоящее время лучше всего разработаны низкотемпературные, топ-в этих элементах служит
водород, а окислителем — кислород.
В таком элементе в электрическую энергию превращается та часть химической энергии, которая освобождается при окислении водорода до воды. Часть эта не так уж мала - около 90 процентов! Электроды в элементе сделаны из платины или из угля, пропитанного катализатором; электролитом служит раствор щелочи — гидрат окиси калия. В других конструкциях электролит заменен ионообменной мембраной, она является проводящей средой между электродами. Водородно-кислородный топливный элемент служит, кроме того, источником питьевой воды: воду, образующуюся в результате реакции в элементе, можно собирать в количестве примерно литр на 2 киловатт-часа выработанной энергии. К сожалению, водород пока не очень доступен, и водородно-кислородные топливные элементы еще очень дороги. Применяют их пока в особых случаях, например в космических аппаратах.