Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

лет для этих целей созданы десятки типов галь­ванических элементов и аккумуляторов, доста­точно мощных и энергоемких.

Но как бы ни были совершенны гальвани­ческие элементы и аккумуляторы, если можно воспользоваться электроэнергией от сети, кон­курировать с электрогенераторами они не в си­лах. Поэтому наметилось совершенно четкое деление способов выработки и потребления энер­гии: в «большой энергетике» электрическая энергия вырабатывается на электростанциях и распределяется по сетям к потребителю, в «малой энергетике» применяют автономные, малогабаритные, но и относительно маломощ­ные источники электроэнергии для питания аппаратуры, которая не может быть присоеди­нена к электросети.

И в той и в другой области электроэнергию получают за счет химической энергии окисле­ния топлива. В электрохимических источниках тока превращение происходит прямо и непо­средственно, с большим к. п. д. Тепловым стан­циям, как мы уже убедились, свойственно много­ступенчатое превращение энергии, и к. п. д. там невысок. Создается парадоксальное поло­жение: энергетика отдает предпочтение не простому и выгодному электрохимическому ме­тоду, а сложному и неэффективному много­ступенчатому превращению.

Парадокс этот вызван прежде всего эконо­мическими соображениями. В котельных теп­ловых электростанций сжигают дешевое при­родное топливо; в электрохимических же источ­никах тока издавна использовали такие экзо­тические (с экономической точки зрения) виды «топлива», как цинк, магний, свинец или в луч­шем случае железо. Ясно, что никакой к. п. д. не окупит расходы на такое «топливо». Кроме того, тепловая энергетика пользуется даровым окислителем — кислородом воздуха, а электро­химические источники тока требуют в качестве окислителей все ту же «экзотику», например двуокись марганца, а иногда даже окись серебра.

Вторым существенным недостатком электро­химических элементов была прерывистость их действия. В элемент заложен определенный запас активных материалов («топлива» и окис­лителя), рассчитанный на выработку какого-то количества электрической энергии. Запас израсходован, и элемент надо заменять другим или перезаряжать. Тепловая же машина рабо­тает непрерывно, топливо и окислитель подво­дят к ней без перебоев.

Как же преодолеть эти противоречия? Очевидно, надо подумать над тем, как применить электрохимический метод к обычному топливу и как сделать процесс непрерывным. Если бы все это удалось, расход топлива на производ­ство электроэнергии сократился бы в полтора, а то и в два раза.

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Вот уже почти столетие ученые многих стран ищут пути прямого преобразования химиче­ской энергии дешевого топлива в электриче­скую. Создать топливные элементы оказалось чрезвычайно трудно. Во-первых, обычное топ­ливо так медленно поддавалось электрохими­ческому окислению, что о мало-мальски прием­лемой мощности не могло быть и речи. Во-вто­рых, топливные элементы были чрезвычайно недолговечными. Их свойства быстро ухудша­лись, электрические характеристики падали, и элементы теряли всякую работоспособность. До середины текущего столетия проблема созда­ния надежных и эффективных топливных эле­ментов многим казалась почти неразрешимой и бесперспективной.

Но энтузиасты-исследователи продолжали развивать теоретические основы электрохимии, они искали новые материалы и новые катали­заторы, и их исследования увенчались успехом. Теперь они говорят с полной уверенностью: проблема будет решена и решена сравнительно скоро. Об этом свидетельствуют новые образ­цы топливных элементов.

Как же они устроены?

Топливный элемент существенно отличается от обычного гальванического элемента старого типа. Топливо и окислитель, необходимые для электрохимической реакции, не закладываются в него заранее, а непрерывно подводятся к нему в процессе работы. Для удобства подвода ком­понентов желательно, чтобы они были в газо­образном или жидком состоянии. От тепловой Машины топливный элемент отличается тем, что окисление происходит в нем не химическим путем (путем горения), а электрохимическим.

При обычном химическом окислении элек­троны с молекул топлива переходят на частицы окислителя. Если бы этот переход был упорядо­чен, т. е. совершался преимущественно в одном направлении, мы получили бы электрический ток. Но в пламени частицы топлива и окисли­теля перемешаны и электронный переход совер­шается хаотично, во всех направлениях. Энер­гия процесса рассеивается в виде тепла.

408