Топливные элементы (ТЭ) являются электрохимическими элементами, которые вырабатывают электричество посредством окислительно-восстановительного преобразования реагентов, поступающих извне. В процессе работы топливного элемента электролит и электроды не расходуются и не подвергаются никаким изменениям.
Источником электрической энергии ТЭ является химическая энергия. Простой водородный топливный элемент, использующий чистый водород и чистый кислород. Водород разлагается и ионизируется на аноде (рис. 1) [1].
Составной частью ТЭ является ионный проводник (электролит) и два электронных проводника (электроды), контактирующих с электролитом и отвечающих за перенос заряда ионами водорода.
По технологии используемого электролита ТЭ классифицируются на: твердооксидные, с расплавленным карбонатом, щелочные, твердополимерные; в зависимости от рабочей температуры разделяются на высоко-, средне- и низкотемпературные.
Поступление окислителя и используемого топлива происходит постоянно к электродам (аноду и катоду), также постоянно происходит отвод продуктов реакции. Два иона водорода и два электрона образуются из молекул водорода. Молекулы водорода с кислородом образуют воду. Водяной пар выбрасывается в атмосферу вместо большого количества углекислого газа, образующегося при эксплуатации обычных тепловых электростанций.
В карбонатных и твердооксидных ТЭ CO является топливом, в то время как щелочные, твердополимерные и фосфорные электролиты к нему очень чувствительны. Чувствительность щелочных элементов к СО2 также очень высока, но СО2 не влияет на свойства других ТЭ. Высокую степень чувствительности к примесям, таким как H2S и COS, проявляют все топливные элементы. Если топливный элемент выходит из строя из-за отравления электродов, примесь классифицируется как токсичная. Срок службы топливного элемента при этом уменьшается.
В качестве примера было рассмотрено применение теплоэнергетической установки на карбонатных топливных элементах в с. Новый Порт. Село находится на полуострове Ямал. Серьезной проблемой в рассматриваемом регионе является доставка топлива.