Тяговые аккумуляторы дают возможность автомобилю проехать без подзаряда 100—130 км. Однако и тут есть свои неприятности. Их много, а главная состоит в том, что заряд аккумулятора — процесс длительный. Для полного заряда свинцового аккумулятора требуется 16— 20 ч. Это время можно существенно уменьшить, и все же мы не согласимся проводить на заправочной станции по 2—3 ч после каждых 100 км пробега. В чем здесь причина? В аккумулятор не добавляется топливо. Оно лишь восстанавливается при протекании электрического тока. Как было бы заманчиво создать гальванический элемент, в который добавляют топливо по мере его расходования и в качестве топлива используют легкодоступные и дешевые вещества.
В 1839 году английский исследователь У. Гров пропускал электрический ток через два платиновых электрода, опущенных в раствор серной кислоты. В результате на одном из электродов выделялся водород, а на втором — кислород. Гров заметил, что после отключения источника тока между электродами сохраняется небольшое напряжение, и если замкнуть их проволочкой,, то по ней течет электрический ток. Того же эффект (Можно добиться, если получать кислород и водород неврезультате разложения электролита (электролиз), а подводить эти газы к электродам по трубкам.
Происходящие здесь реакции не составляют для нас ничего нового. Если опустить два электрода в раствор щелочи и обдувать их: один — водородом, а другой ки-
слородом, то на водородном (отрицательном) электроде будет происходить реакция H2-f-20H_'^> Н20 + 2е. Два электрона освобождаются в результате реакции и переходят в раствор. Мы теперь знаем, почему. Потому что энергия электрона в атоме водорода выше, чем энергия электрона в кристаллической решетке металла. Водород теряет электроны, т. е. окисляется, сгорает. На кислородном электроде происходит реакция '/2024-+Н20+2е *20Н_. Реакция идет с присоединением двух электронов, т. е. электрод заряжается положительно. Все остальные детали мы уже обсуждали.
После опытов Грова стало ясно, что кислород можно добывать из обычного воздуха, а водород — из различных природных видов топлива, например природного газа. Отсюда в 1889 году возникло название «топливный элемент».
В 1894 году известный немецкий физикохимик В. Оствальд впервые высказал идею о том, что использовать топливо в топливных элементах намного выгоднее, чем-в тепловых электростанциях, поскольку кпд топливных элементов значительно больше (до 80%).
В 1947 году советский иследователь О. К. Давтян опубликовал первую монографию по топливным элементам. В 1958 году Ф. Бэкон в Англии создал установку мощностью 5 кВт на основе кислородно-водородных элементов. Кислородно-водородные установки с топливными элементами (электрохимические генераторы) использовались на борту американских космических кораблей «Джемини» и «Аполлон». Они снабжали космонавтов не только электроэнергией, но и водой.
В конце 60-х годов американская фирма «Юнион кар-байд» продемонстрировала четырехместный легковой электромобиль, оборудованный водородно-воздушным электрохимическим генератором мощностью 6 кВт. Запас водорода в баллонах обеспечивал пробег до 320 км при скорости около 60 км/ч. В 1973 году в нашей стране был создан электрокар с электрохимическим генератором, работающим на водороде и воздухе.
Хотя до сих пор промышленностью еще не выпускаются электрохимические генераторы, есть все основания полагать, что выпуск их и широкое использование в самых различных областях начнутся в обозримом будущем. Какие трудности стоят на этом пути? Их несколько, и среди них выделяются две главные. Первая состоит в том, что водород как топливо хотя и не дефицитен — его можно получать, например, из воды, но достаточно дорог. Можно добывать водород из обычного топлива, если измельченный уголь обрабатывать водяным паром. Происходит реакция С+Н20—*СО+Н2. Полученную смесь СО и Н2 еще раз обрабатывают водяным паром, после чего образуется двуокись углерода С02 и дополнительный водород. Но подобная добыча водорода сопряжена с затратами энергии, поэтому кпд электрохимических генераторов, работающих с такими видами топлива, как уголь и природный газ, оказывается не более 40%.
Но это еще полбеды. Хуже обстоит дело со второй трудностью. О ней мы должны были бы сказать в самом начале обсуждения принципа действия гальванических элементов. Не случилось этого потому, что, поскольку речь шла о батарейках для карманных фонариков и магнитофонов, нас мало интересовал, скажем, максимальный ток, который создает элемент, или все тот же кпд.