Одними из перспективных для широкого применения являются твердополимерные топливные элементы. Это связано с тем, что они обладают высокой плотностью мощности и достигли наивысшей технологической готовности. В то же время, основным барьером для их использования является более высокая стоимость, чем у традиционных устройств, вырабатывающих энергию.
Для успешной коммерциализации твердополимерных ТЭ необходимо улучшить их технические характеристики (обеспечить достижение необходимых удельных параметров, КПД, стоимости и ресурса работоспособности), а также параметры входящих в них элементов (мембрано-электродных блоков).
Современные МЭБ имеют достаточно высокие характеристики при довольно низком расходе платины. Однако их стоимость остается на высоком уровне (1,5 – 3 тыс. долларов за кВт). Разработка более дешевых МЭБ с приемлемыми характеристиками требует создания новых материалов и активных электрокатализаторов.
Щелочные топливные элементы (ЩТЭ) – получили широкое практическое применение в системах энергоснабжения пилотируемых космических кораблей.
Положительными сторонами данного вида топливных элементов являются более высокий КПД (может превышать 60%), чем у других низкотемпературных ТЭ при той же плотности тока, либо более высокая плотность тока при одинаковом КПД. Это имеет весьма существенное значение при разработке энергетических установок на основе ЩТЭ – более длительное время их работы при одинаковом количестве реагентов, по сравнению с батареей твердополимерных ТЭ.
Одним из достоинств ЩТЭ является то, что в качестве топлива, эффективно окисляемого непосредственно на аноде ЩТЭ, может использоваться этанол (биоэтанол).Также ЩТЭ располагают достаточным потенциалом снижения стоимости и конкурентоспособности. Низкая стоимость ЩТЭ даже при небольших объемах производства позволяет использовать их в соответствующих нишах рынка до того, как будет налажено массовое производство других конкурентоспособных ТЭ.
Основными проблемами, сдерживающими коммерциализацию ЩТЭ, являются их низкие удельные характеристики и все еще недостаточный ресурс функционирования, в том числе из–за вредного влияния примесей углекислого газа в воздухе и водороде.
Полученные к настоящему времени данные по характеристикам ЩТЭ (с проточным и матричным электролитом) и твердополимерных ТЭ не позволяют пока еще отдать предпочтение какому–либо из этих двух типов ТЭ для принятия решения об их преимуществах и перспективных сегментах рынка.
Твердооксидные ТЭ (ТОТЭ) — еще одно перспективное направление в области топливных элементов, которое активно разрабатывается в последнее время.
Важными преимуществами ТОТЭ по сравнению с другими типами ТЭ являются гибкость в выборе топлива, способность работать с обычным углеводородным топливом, почти полное отсутствие благородных металлов, а также то, что они генерируют не только электроэнергию, но и высокопотенциальное тепло.
Чтобы ТОТЭ стали экономически конкурентоспособными на рынке, необходимо преодолеть ряд технических и технологических проблем и, в первую очередь, снизить рабочую температуру ТОТЭ до 600–7000С, обеспечив при этой температуре высокую ионную проводимость используемых твердых электролитов.
В настоящее время активно разрабатываются три основные конструкции ТОТЭ: планарная, трубчатая и блочная или монолитная.