В грамме − гектар
И нечему тут удивляться: эти черепашьи скорости процессов легко объяснить. Суть элементарного электрохимического акта в том, что находящийся в растворе электролита ион, скажем анион, отдает металлическому электроду один (или несколько) своих электронов.
А какая у электрона масса? Порядка 10-27 грамма. Заряд? 1,6∙10-19 кулона. Чего ждать от такой электрической крохи?
Технике нужны амперы? Значит, электроды (если из платины) топливного элемента должны быть по крайней мере многометровых размеров.
Платина дорога? Возьмем более дешевый никель; в рублях выиграли, но проиграли в скорости электрохимических превращений: теперь уже, чтобы получить тот же ампер, надо сооружать электроды площадью в сотни и даже тысячи квадратных метров.
Но такое техническое чудовище, конечно же, не оправдает потраченных на него усилий: игра не стоит свеч.
И все же эту, казалось бы, неразрешимую проблему удалось решить. С помощью специально изготовленных электродов − пористых.
Но прежде одно литературное отступление. Вспомним… Гулливера. Тот эпизод, когда его перевозили в столицу. 500 плотников построили по приказу императора огромную (по понятиям лилипутов!) телегу на 22 колесах. Чтобы водрузить на нее Гулливера, 900 отборных силачей были собраны со всех концов Лилипутии. 1500 самых крупных лошадей.
Лилипуты применили принцип: из малого − большое. Принцип, необычайно выгодный при решении целого ряда технических задач. Например: как вогнать громадную поверхность в малый объем? Эта задача и встала перед теми, кто занимался топливными элементами.
Надо было уменьшить в размере электроды и в то же время увеличить их поверхность. Так родилась идея пористых электродов. Она очень проста. Чем мельче в них поры, чем их больше, тем больше и внутренняя поверхность. Особенно показателен уголь: в одном его грамме заключены сотни и даже тысячи квадратных метров (гектары!) поверхности.
Откуда набегают такие цифры? Для ответа проще всего взять кубик (один сантиметр) любого вещества и начать его дробить.
Разделим кубик на тысячу более мелких, то есть каждое ребро исходного кубика делим на 10 равных частей, и подсчитаем их суммарную поверхность.
Легко видеть, что вместо начальных 6 квадратных сантиметров (поверхность исходного кубика) имеем теперь 60 квадратных сантиметров: число новых кубиков (103) умножаем на 6∙102 квадратного сантиметра.
Если продолжить этот процесс дробления до кубиков миллимикронных (ребра длиной в 10 ангстрем = 10-7 сантиметра), то набежит уже 6∙107 квадратных сантиметров, или 6000 квадратных метров. И вся эта уйма площади заключена все в том же кубическом сантиметре объема.
Продолжая эти школьно-арифметические упражнения, нетрудно подсчитать, что один грамм платины, раздробленной до частичек размером в десятки ангстрем, мог бы обеспечить токи в несколько тысяч ампер. Колоссальное количество электроэнергии! Да на такое дело и драгоценной платины было бы не жалко.
Проблема топливного элемента решена? Все еще нет.
Ваш отзыв
Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.