Как считают КПД топливного элемента

Для ТЭ определяют термодинамический (идеальный или термохимический) и реальный КПД. Под идеальным КПД понимают отношение максимальной работы, которую можно получить в устройстве, к энтальпии реакции, т. е.
n_и = dG/dH = 1 - TdS/dH
Применительно к ТОТЭ иногда η_и представляют в виде
n_и = -nFE_cp/dH
где n — количество электронов, участвующих в реакции; F — постоянная Фарадея; Е_ср — средняя разность равновесных электродных потенциалов элемента при полном использовании топлива или электродвижущая сила, Е_ср = -dG/nF
В ТЭ протекают реакции, у которых dН < 0, а значение dS может быть как отрицательным, так и положительным. При dН < 0 и dS < 0 следует, что n < 1, при dН < 0 и dS = 0 n = 1, а при dН < 0 и dS > 0 n > 1. Как видно, при таком методе расчета идеальный КПД некоторых элементов может быть больше единицы, что противоречит сложившимся представлениям об этом показателе, но не противоречит второму началу термодинамики.
Это обусловлено тем, что при S > 0 топливные элементы теоретически могут поглощать тепло из окружающей среды. Причем при малой нагрузке это явление может носить более выраженный характер.
Для реального ТЭ определяют также Фарадеевский КПД и электрический КПД. Под фарадеевским КПД понимают отношение количества электричества, реально полученного в ТЭ от моля восстановителя q_p (определяется экспериментально) к теоретическому количеству электричества, определяемому законом Фарадея q_t = zF
n_F = q_p/q_t
Электрический КПД ТЭ равен отношению напряжения на элементе U к среднему значению ЭДС системы (ТЭ + нагрузка) E_cp
n_э = U/E_cp
или n_э = R/R + r , где R - сопротивление нагрузки, r - внутреннее сопротивление ТЭ.
Как видно электрический КПД ТЭ подключенного к нагрузке будет меньше единицы. Даже если и создадут электронные и ионные сверхпроводники, КПД никак не превысит 1.
Реальный (общий) КПД ТЭ определяется как произведение всех его составляющих:
n_о = n_иn_Fn_э