ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, устройства, вырабатывающие электрич. энергию за счет энергии окислит.-восстановит. р-ций жидких или газообразных реагентов, непрерывно поступающих к электродам извне. Являются химическими источниками тока непрерывного действия.
топливные элементы протекают токообразующие электрохим. реакции: на отрицательном-с участием восстановителя (топлива), на положительном-с участием окислителя (чаще всего О2 или воздуха). Скорость поступления реагентов к электродам регулируется пропорционально токовой нагрузке, продукты токообразующей реакции непрерывно выводятся из топливные элементы Т. обр., топливные элементы способен работать практически неограниченное время, пока в него поступают реагенты и происходит отвод продуктов. Для обеспечения подачи реагентов и его регулирования, отвода продуктов и тепла требуются разл. вспо-могат. устройства; совокупность этих устройств и батареи топливные элементы наз. электрохим. генератором.
В нач. 20 в. предполагалось создать топливные элементы для прямого превращения энергии прир. видов топлива-прир. газа. нефтепродуктов или оксида углерода. получаемого газификацией углей (отсюда назв.),-в электрическую как альтернативу тепловым машинам, кпд которых ограничен вторым началом термодинамики. Задача оказалась трудной из-за инертности этих топлив к электрохим. реакциям. В 60-х гг. 20 в. были разработаны водородно-кислородные топливные элементы с использованием щелочного раствора электролита (обычно 30-40 %-ный водный раствор КОН) и в качестве топлива-водорода высокой степени чистоты. Эти топливные элементы (рабочая температура от 20 до 100°С, в отдельных вариантах до 160°С) предназначены для космич. кораблей, автономных устройств связи и т.д. В них используются т. наз. газодиффузионные электроды-пористые никелевые или угольные электроды с нанесенными катализаторами (дисперсные Pt, Ni, Ag и т.д.), которые, с одной стороны, контактируют с электролитом, с другой-с реагирующим газом. На отрицат. электроде водород электрохимически окисляется (Н2 + 2OH- : 2Н2О + 2е-), на положительном-восстанавливается кислород (1/2О2 + + Н2О + 2е- : 2ОН-). Образующаяся вода поступает в электролит (что требует рециркуляции электролита и удаления воды с помощью внеш. устройств) либо испаряется с пов-сти электродов (при рабочих температурах выше 60 °С). Эдс кислородно-водородной цепи при давлении газов 0,1 МПа (1 атм) и 25 °С равна 1,229 В, а при 100 °С равна 1,162 В; напряжение разомкнутой цепи около 1,1 В; номинальная плотн. тока 500-2000 А/м2 (катализатор-скелетный Ni), 4-8 кА/м2 (Pt). Срок службы водородно-кислородных элементов до 10 тыс. часов.
В дальнейшем началась разработка среднетемпературных (180-230°С) топливные элементы с фосфорнокислым электролитом и высокотемпературных топливные элементы с электролитом в виде расплава разл. карбонатов (рабочая температура 600-700 °С) или с твердым оксидным электролитом (900-1000 °С). В отличие от топливные элементы со щелочным электролитом, в последних вариантах м. б. использован техн. Н2, получаемый паровой конверсией природного углеводородного топлива. На базе среднетемпературных топливные элементы в США и Японии созданы опытные электростанции мощностью ок. 10 МВт.
Лит.: Багоцкий B.C., Скувдин А. М., Химические источники тока, М., 1981. B.C. Багоцкий.
