Топливные элементы работают за счет химических реакций окисления (горения) газообразного и жидкого топлива, подводимого извне в пористые электроды элемента, между которыми циркулирует электролит.

В настоящее время практическое применение нашли топливные водородно-кислородные элементы, в которых топливом (восстановителем) является водород, а окислителем – кислород из воздуха: то есть в один из электродов нагнетается водород, а в другой – воздух. При их взаимодействии в электролите образуется вода: происходит процесс, обратный электролизу воды в кислород и водород.

Газы подводят под таким давлением, чтобы они соприкасались с электролитом в порах внутри электродов. Для нормальной работы элемента необходимо поддерживать постоянной его температуру (несколько сотен градусов у водородно-кислородного элемента), регулировать подачу газов, напряжения на электродах и т.д. Топливный элемент и вспомогательное оборудование к нему называют электрохимическим генератором.

Коэффициент полезного действия водородно-кислородных элементов приближается к 80%. Они имеют большой срок службы, так как их электроды мало изнашиваются.

В воздушно-цинковом элементе один из электродов-угольный пористый-работает, как топливном элементе: в него из воздуха свободно поступает кислород, выполняющий роль окислителя. Восстановителем является цинковый электрод, который здесь изнашивается (растворяется) более интенсивно, чем в обычном гальваническом элементе. Поэтому у перспективных воздушно-цинковых элементов цинковый электрод после износа будет заменяться запасным.

Воздушно – цинковые генераторы – значительно более мощные источники тока (до нескольких десятков кВт), которые могут найти применение для электромобилей, являются как бы комбинацией обычного гальванического элемента, аккумулятора и топливного элемента. Катод здесь выполнен, как в топливном элементе, и подача воздуха (кислорода) к нему осуществляется принудительно. А анод устроен, как цинковый элемент гальванического элемента.

Схема устройства воздушно – цинкового генератора изображена на рисунке №1. Электролит постоянно циркулирует сквозь элементы и уносит с собой окись цинка, которая накапливается в фильтре. При заряде эта окись поступает обратно в элемент и восстанавливается в цинк на положительных электродах, а кислород, выделяющийся на катодах, возвращается в атмосферу.

Масса такой батареи, приходящаяся на единицу энергии, в 4…5 раз меньше, чем аналогичная характеристика современных свинцовых тяговых аккумуляторных батарей, и составляет 7…9 кг/кВтч. Трудности их производства заключаются в сложности изготовления высококачественного электрода воздушной деполяризации.

Рисунок №1

1-химические элементы, 2-насос для подачи элемента в электролиты, 3-разервуан с электролитом,4- фильтры для очистки электролита, 5- сепаратор для отделения воздуха от электролита, 6- воздушный компрессор.