កោសិកាឥន្ធនៈ កោសិកាឥន្ធនៈគឺជាប្រភពថាមពលគីមី។ ពួកគេអនុវត្តការបំប្លែងដោយផ្ទាល់នៃថាមពលឥន្ធនៈទៅជាអគ្គិសនី ដោយឆ្លងកាត់ដំណើរការចំហេះដែលមិនមានប្រសិទ្ធភាព និងការបាត់បង់ខ្ពស់។ ឧបករណ៍អេឡិចត្រូគីមីនេះដែលជាលទ្ធផលនៃចំហេះ "ត្រជាក់" មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ បង្កើតចរន្តអគ្គិសនីដោយផ្ទាល់។
ជីវគីមីវិទ្យាបានបង្កើតថាកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន-អុកស៊ីហ្សែនជីវសាស្រ្តត្រូវបាន "បង្កើតឡើងនៅក្នុង" រាល់កោសិកាដែលមានជីវិត (សូមមើលជំពូកទី 2) ។
ប្រភពនៃអ៊ីដ្រូសែននៅក្នុងរាងកាយគឺជាអាហារ - ខ្លាញ់ប្រូតេអ៊ីននិងកាបូអ៊ីដ្រាត។ នៅក្នុងក្រពះ ពោះវៀន និងកោសិកា វានៅទីបំផុត decompose ទៅ monomers ដែលបន្ទាប់ពីការផ្លាស់ប្តូរគីមីជាបន្តបន្ទាប់ ផ្តល់អ៊ីដ្រូសែនភ្ជាប់ទៅនឹងម៉ូលេគុលក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន។
អុកស៊ីសែនពីខ្យល់ចូលក្នុងឈាមតាមសួត រួមផ្សំជាមួយអេម៉ូក្លូប៊ីន ហើយបញ្ជូនទៅគ្រប់ជាលិកា។ ដំណើរការនៃការផ្សំអ៊ីដ្រូសែនជាមួយអុកស៊ីសែនគឺជាមូលដ្ឋាននៃជីវថាមពលរបស់រាងកាយ។ នៅទីនេះ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌស្រាល (សីតុណ្ហភាពក្នុងបន្ទប់ សម្ពាធធម្មតា បរិយាកាសក្នុងទឹក) ថាមពលគីមីដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ត្រូវបានបំប្លែងទៅជាកម្ដៅ មេកានិច (ចលនាសាច់ដុំ) អគ្គិសនី (ផ្លូវឡើងអគ្គិសនី) ពន្លឺ (សត្វល្អិតបញ្ចេញពន្លឺ)។
បុរសម្នាក់បានធ្វើម្តងទៀតនូវឧបករណ៍សម្រាប់ការទទួលបានថាមពលដែលបង្កើតឡើងដោយធម្មជាតិ។ ទន្ទឹមនឹងនេះការពិតនេះបង្ហាញពីការរំពឹងទុកនៃទិសដៅ។ ដំណើរការទាំងអស់នៅក្នុងធម្មជាតិគឺសមហេតុផលខ្លាំងណាស់ ដូច្នេះជំហានឆ្ពោះទៅរកការប្រើប្រាស់ពិតប្រាកដនៃកោសិកាឥន្ធនៈជំរុញឱ្យមានក្តីសង្ឃឹមសម្រាប់អនាគតថាមពល។
ការរកឃើញនៅឆ្នាំ 1838 នៃកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន - អុកស៊ីហ្សែនជាកម្មសិទ្ធិរបស់អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអង់គ្លេស W. Grove ។ ការស៊ើបអង្កេតការបំបែកទឹកទៅជាអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែន គាត់បានរកឃើញផលប៉ះពាល់មួយ - អេឡិចត្រូលីស័រផលិតចរន្តអគ្គិសនី។
តើមានអ្វីឆេះនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ?
ឥន្ធនៈហ្វូស៊ីល (ធ្យូងថ្ម ឧស្ម័ន និងប្រេង) ភាគច្រើនជាកាបូន។ កំឡុងពេលចំហេះ អាតូមឥន្ធនៈបាត់បង់អេឡិចត្រុង ហើយអាតូមអុកស៊ីសែនខ្យល់ទទួលបានវា។ ដូច្នេះនៅក្នុងដំណើរការនៃការកត់សុីអាតូមកាបូននិងអុកស៊ីហ៊្សែនត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាទៅក្នុងផលិតផលចំហេះ - ម៉ូលេគុលកាបូនឌីអុកស៊ីត។ ដំណើរការនេះគឺខ្លាំងក្លា៖ អាតូម និងម៉ូលេគុលនៃសារធាតុដែលពាក់ព័ន្ធនឹងការចំហេះទទួលបានល្បឿនលឿន ហើយនេះនាំទៅរកការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពរបស់វា។ ពួកគេចាប់ផ្តើមបញ្ចេញពន្លឺ - អណ្តាតភ្លើងលេចឡើង។
ប្រតិកម្មគីមីនៃការឆេះកាបូនមានទម្រង់៖
C + O2 = CO2 + កំដៅ
នៅក្នុងដំណើរការនៃការចំហេះ ថាមពលគីមីត្រូវបានបំប្លែងទៅជាថាមពលកម្ដៅ ដោយសារតែការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រុងរវាងអាតូមនៃឥន្ធនៈ និងសារធាតុអុកស៊ីតកម្ម។ ការផ្លាស់ប្តូរនេះកើតឡើងដោយចៃដន្យ។
ការចំហេះគឺជាការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រុងរវាងអាតូម ហើយចរន្តអគ្គីសនីគឺជាចលនាដឹកនាំរបស់អេឡិចត្រុង។ ប្រសិនបើនៅក្នុងដំណើរការនៃប្រតិកម្មគីមីអេឡិចត្រុងត្រូវបានបង្ខំឱ្យធ្វើការងារនោះសីតុណ្ហភាពនៃដំណើរការចំហេះនឹងថយចុះ។ នៅក្នុង FC អេឡិចត្រុងត្រូវបានយកចេញពី reactants នៅអេឡិចត្រូតមួយ បោះបង់ថាមពលរបស់ពួកគេក្នុងទម្រង់ជាចរន្តអគ្គិសនី ហើយចូលរួមជាមួយ reactants នៅម្ខាងទៀត។
មូលដ្ឋាននៃ HIT ណាមួយគឺជាអេឡិចត្រូតពីរដែលតភ្ជាប់ដោយអេឡិចត្រូលីតមួយ។ កោសិកាឥន្ធនៈមាន anode មួយ cathode និង electrolyte (សូមមើលជំពូក 2) ។ កត់សុីនៅ anode, i.e. បរិច្ចាគអេឡិចត្រុង ភ្នាក់ងារកាត់បន្ថយ (CO ឬ H2 ឥន្ធនៈ) អេឡិចត្រុងឥតគិតថ្លៃពី anode ចូលទៅក្នុងសៀគ្វីខាងក្រៅ ហើយអ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមានត្រូវបានរក្សាទុកនៅចំណុចប្រទាក់ anode-electrolyte (CO+, H+) ។ ពីចុងម្ខាងទៀតនៃខ្សែសង្វាក់ អេឡិចត្រុងចូលទៅជិត cathode ដែលប្រតិកម្មកាត់បន្ថយកើតឡើង (ការបន្ថែមអេឡិចត្រុងដោយភ្នាក់ងារកត់សុី O2-)។ បន្ទាប់មក អ៊ីយ៉ុងអុកស៊ីតកម្មត្រូវបានបញ្ជូនដោយអេឡិចត្រូលីតទៅ cathode ។
នៅក្នុង FC បីដំណាក់កាលនៃប្រព័ន្ធរូបវិទ្យាត្រូវបានបញ្ចូលគ្នា:
ឧស្ម័ន (ឥន្ធនៈ, អុកស៊ីតកម្ម);
អេឡិចត្រូលីត (ចំហាយនៃអ៊ីយ៉ុង);
អេឡិចត្រូតដែក (ចំហាយនៃអេឡិចត្រុង) ។
នៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ ថាមពលនៃប្រតិកម្ម redox ត្រូវបានបំប្លែងទៅជាថាមពលអគ្គិសនី ហើយដំណើរការនៃអុកស៊ីតកម្ម និងការកាត់បន្ថយត្រូវបានបំបែកជាចំហរដោយអេឡិចត្រូលីត។ អេឡិចត្រូត និងអេឡិចត្រូលីតមិនចូលរួមក្នុងប្រតិកម្មទេ ប៉ុន្តែនៅក្នុងការរចនាជាក់ស្តែង ពួកវាក្លាយទៅជាកខ្វក់ជាមួយនឹងភាពមិនបរិសុទ្ធនៃឥន្ធនៈតាមពេលវេលា។ ្រំមហះគីមីអាចដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពទាប និងអនុវត្តដោយមិនមានការខាតបង់។ នៅលើរូបភព។ p087 បង្ហាញពីស្ថានភាពដែលល្បាយនៃឧស្ម័ន (CO និង H2) ចូលទៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ ពោលគឺឧ។ វាអាចដុតឥន្ធនៈឧស្ម័ន (សូមមើលជំពូកទី 1)។ ដូច្នេះ TE ប្រែទៅជា "omnivorous" ។
ការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈមានភាពស្មុគស្មាញដោយការពិតដែលថាឥន្ធនៈត្រូវតែ "រៀបចំ" សម្រាប់ពួកគេ។ សម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈ អ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានទទួលដោយការបំប្លែងឥន្ធនៈសរីរាង្គ ឬឧស្ម័នធ្យូងថ្ម។ ដូច្នេះដ្យាក្រាមប្លុកនៃរោងចក្រថាមពលនៅលើកោសិកាឥន្ធនៈ បន្ថែមពីលើថ្មនៃកោសិកាឥន្ធនៈ ឧបករណ៍បំលែង DC ទៅ AC (សូមមើលជំពូកទី 3) និងឧបករណ៍ជំនួយ រួមមានអង្គភាពផលិតអ៊ីដ្រូសែន។
ទិសដៅពីរនៃការអភិវឌ្ឍន៍ FC
មានផ្នែកពីរនៃការអនុវត្តកោសិកាឥន្ធនៈៈ ថាមពលស្វយ័ត និងថាមពលខ្នាតធំ។
សម្រាប់ការប្រើប្រាស់ស្វយ័ត លក្ខណៈជាក់លាក់ និងភាពងាយស្រួលនៃការប្រើប្រាស់គឺជាកត្តាចម្បង។ តម្លៃនៃថាមពលដែលបានបង្កើតមិនមែនជាសូចនាករសំខាន់ទេ។
សម្រាប់ការផលិតថាមពលធំ ប្រសិទ្ធភាពគឺជាកត្តាសម្រេចចិត្ត។ លើសពីនេះ ការដំឡើងត្រូវតែប្រើប្រាស់បានយូរ មិនមានសម្ភារៈថ្លៃៗ និងប្រើប្រាស់ឥន្ធនៈធម្មជាតិ ជាមួយនឹងការចំណាយលើការរៀបចំតិចតួចបំផុត។
អត្ថប្រយោជន៍ដ៏អស្ចារ្យបំផុតត្រូវបានផ្តល់ជូនដោយការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈនៅក្នុងឡាន។ នៅទីនេះ ដូចជាកន្លែងផ្សេងទៀត ការបង្រួមនៃកោសិកាឥន្ធនៈនឹងមានឥទ្ធិពល។ ជាមួយនឹងការទទួលអគ្គិសនីដោយផ្ទាល់ពីឥន្ធនៈការសន្សំនៃក្រោយនឹងមានប្រហែល 50% ។
ជាលើកដំបូងគំនិតនៃការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈក្នុងវិស្វកម្មថាមពលទ្រង់ទ្រាយធំត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអាល្លឺម៉ង់ W. Oswald ក្នុងឆ្នាំ 1894 ។ ក្រោយមកគំនិតនៃការបង្កើតប្រភពថាមពលស្វយ័តប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពដោយផ្អែកលើកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានបង្កើតឡើង។
បន្ទាប់ពីនោះការព្យាយាមម្តងហើយម្តងទៀតត្រូវបានធ្វើឡើងដើម្បីប្រើធ្យូងថ្មជាសារធាតុសកម្មនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ។ នៅទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1930 អ្នកស្រាវជ្រាវជនជាតិអាឡឺម៉ង់ E. Bauer បានបង្កើតគំរូមន្ទីរពិសោធន៍នៃកោសិកាឥន្ធនៈដែលមានអេឡិចត្រូលីតរឹងសម្រាប់ការកត់សុី anodic ដោយផ្ទាល់នៃធ្យូងថ្ម។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះដែរកោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីសែន - អ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានសិក្សា។
នៅឆ្នាំ 1958 នៅប្រទេសអង់គ្លេស F. Bacon បានបង្កើតរោងចក្រអុកស៊ីសែន - អ៊ីដ្រូសែនដំបូងដែលមានសមត្ថភាព 5 kW ។ ប៉ុន្តែវាមានភាពលំបាកដោយសារតែការប្រើប្រាស់សម្ពាធឧស្ម័នខ្ពស់ (2 ... 4 MPa) ។
ចាប់តាំងពីឆ្នាំ 1955 K. Kordesh បាននិងកំពុងបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីហ្សែន-អ៊ីដ្រូសែនសីតុណ្ហភាពទាបនៅសហរដ្ឋអាមេរិក។ ពួកគេបានប្រើអេឡិចត្រូតកាបូនជាមួយនឹងកាតាលីករប្លាទីន។ នៅប្រទេសអាឡឺម៉ង់ E. Yust បានធ្វើការលើការបង្កើតកាតាលីករដែលមិនមែនជាផ្លាទីន។
បន្ទាប់ពីឆ្នាំ 1960 គំរូបាតុកម្ម និងការផ្សាយពាណិជ្ជកម្មត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ការអនុវត្តជាក់ស្តែងដំបូងនៃកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានរកឃើញនៅលើយានអវកាសអាប៉ូឡូ។ ពួកគេគឺជារោងចក្រថាមពលដ៏សំខាន់សម្រាប់ផ្តល់ថាមពលដល់ឧបករណ៍នៅលើយន្តហោះ និងផ្តល់ទឹក និងកំដៅដល់អវកាសយានិក។
ផ្នែកសំខាន់នៃការប្រើប្រាស់សម្រាប់ការដំឡើង FC ក្រៅបណ្តាញគឺជាកម្មវិធីយោធា និងកងទ័ពជើងទឹក។ នៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 បរិមាណនៃការស្រាវជ្រាវលើកោសិកាឥន្ធនៈបានថយចុះ ហើយបន្ទាប់ពីទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1980 វាបានកើនឡើងម្តងទៀតទាក់ទងនឹងថាមពលទ្រង់ទ្រាយធំ។
VARTA បានបង្កើត FCs ដោយប្រើអេឡិចត្រូតបញ្ចេញឧស្ម័នទ្វេ។ អេឡិចត្រូដនៃប្រភេទនេះត្រូវបានគេហៅថា "Janus" ។ Siemens បានបង្កើតអេឡិចត្រូតដែលមានដង់ស៊ីតេថាមពលរហូតដល់ 90 W/kg ។ នៅសហរដ្ឋអាមេរិក ការងារលើកោសិកាអុកស៊ីហ្សែន-អ៊ីដ្រូសែនកំពុងត្រូវបានអនុវត្តដោយ United Technology Corp.
នៅក្នុងឧស្សាហកម្មថាមពលខ្នាតធំ ការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈសម្រាប់ការស្តុកទុកថាមពលទ្រង់ទ្រាយធំ ឧទាហរណ៍ ការផលិតអ៊ីដ្រូសែន (សូមមើលជំពូកទី 1) គឺពិតជាមានជោគជ័យណាស់។ (ព្រះអាទិត្យ និងខ្យល់) ត្រូវបានបែកខ្ចាត់ខ្ចាយ (សូមមើល Ch. 4) ។ ការប្រើប្រាស់ដ៏ធ្ងន់ធ្ងររបស់ពួកគេ ដែលជាការមិនអាចខ្វះបាននាពេលអនាគត គឺមិនអាចនឹកស្មានដល់ដោយគ្មានថ្មដែលមានសមត្ថភាពផ្ទុកថាមពលក្នុងទម្រង់មួយ ឬមួយផ្សេងទៀត។
បញ្ហានៃការកកកុញគឺពាក់ព័ន្ធរួចទៅហើយនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ: ការប្រែប្រួលប្រចាំថ្ងៃនិងប្រចាំសប្តាហ៍នៅក្នុងបន្ទុកនៃប្រព័ន្ធថាមពលកាត់បន្ថយប្រសិទ្ធភាពរបស់វាយ៉ាងខ្លាំងហើយទាមទារនូវអ្វីដែលហៅថាសមត្ថភាពដែលអាចបត់បែនបាន។ ជម្រើសមួយក្នុងចំណោមជម្រើសសម្រាប់ការរក្សាទុកថាមពលអេឡិចត្រូគីមីគឺកោសិកាឥន្ធនៈដែលរួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយអេឡិចត្រូលីស័រនិងអ្នកកាន់ឧស្ម័ន*។
* អ្នកកាន់ហ្គាស [ហ្គាស + ភាសាអង់គ្លេស។ អ្នកកាន់] - ការផ្ទុកសម្រាប់បរិមាណឧស្ម័នច្រើន។
ជំនាន់ទីមួយនៃ TE
កោសិកាឥន្ធនៈសីតុណ្ហភាពមធ្យមនៃជំនាន់ទី 1 ដែលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាព 200...230°C លើឥន្ធនៈរាវ ឧស្ម័នធម្មជាតិ ឬអ៊ីដ្រូសែនបច្ចេកទេស* បានឈានដល់ភាពល្អឥតខ្ចោះនៃបច្ចេកវិទ្យាដ៏អស្ចារ្យបំផុត។ អេឡិចត្រូលីតនៅក្នុងពួកវាគឺអាស៊ីតផូស្វ័រដែលបំពេញម៉ាទ្រីសកាបូន porous ។ អេឡិចត្រូតត្រូវបានផលិតពីកាបូន ហើយកាតាលីករគឺផ្លាទីន (ប្លាទីនត្រូវបានគេប្រើក្នុងបរិមាណតាមលំដាប់នៃថាមពលពីរបីក្រាមក្នុងមួយគីឡូវ៉ាត់)។
* អ៊ីដ្រូសែនពាណិជ្ជកម្មគឺជាផលិតផលបំប្លែងឥន្ធនៈហ្វូស៊ីលដែលមានភាពមិនបរិសុទ្ធតិចតួចនៃកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត។
រោងចក្រថាមពលបែបនេះត្រូវបានដាក់ឱ្យដំណើរការនៅក្នុងរដ្ឋកាលីហ្វ័រញ៉ាក្នុងឆ្នាំ 1991 ។ វាមានអាគុយចំនួនដប់ប្រាំបីដែលមានទម្ងន់ 18 តោននីមួយៗ ហើយត្រូវបានដាក់ក្នុងប្រអប់មួយដែលមានអង្កត់ផ្ចិតជាង 2 ម៉ែត្រ និងកម្ពស់ប្រហែល 5 ម៉ែត្រ។ ដំណើរការនៃការផ្លាស់ប្តូរថ្មត្រូវបានគេគិតគូរដោយប្រើរចនាសម្ព័ន្ធស៊ុមដែលផ្លាស់ទីតាមបណ្តោយផ្លូវរថភ្លើង។
សហរដ្ឋអាមេរិកបានប្រគល់រោងចក្រថាមពលចំនួនពីរទៅប្រទេសជប៉ុនទៅប្រទេសជប៉ុន។ ទីមួយនៃពួកគេត្រូវបានដាក់ឱ្យដំណើរការនៅដើមឆ្នាំ 1983 ។ ដំណើរការប្រតិបត្តិការរបស់ស្ថានីយ៍ត្រូវគ្នាទៅនឹងការគណនាដែលបានគណនា។ នាងបានធ្វើការជាមួយបន្ទុកពី 25 ទៅ 80% នៃឈ្មោះបន្ទាប់បន្សំ។ ប្រសិទ្ធភាពឈានដល់ 30...37% - នេះគឺនៅជិតរោងចក្រថាមពលកំដៅដ៏ធំទំនើប។ ពេលវេលាចាប់ផ្តើមរបស់វាពីស្ថានភាពត្រជាក់គឺពី 4 ម៉ោងទៅ 10 នាទីហើយរយៈពេលនៃការផ្លាស់ប្តូរថាមពលពីសូន្យទៅពេញគឺត្រឹមតែ 15 វិនាទីប៉ុណ្ណោះ។
ឥឡូវនេះនៅក្នុងផ្នែកផ្សេងៗនៃសហរដ្ឋអាមេរិក រោងចក្រកំដៅ និងថាមពលរួមបញ្ចូលគ្នាតូចៗដែលមានសមត្ថភាព 40 kW ជាមួយនឹងកត្តាប្រើប្រាស់ឥន្ធនៈប្រហែល 80% កំពុងត្រូវបានសាកល្បង។ ពួកគេអាចកំដៅទឹកបានដល់ទៅ 130°C ហើយត្រូវបានគេដាក់ក្នុងកន្លែងបោកគក់ កន្លែងកីឡា ចំណុចទំនាក់ទំនង។ល។ ការដំឡើងប្រហែលមួយរយបានដំណើរការរួចហើយសម្រាប់សរុបរាប់រយរាប់ពាន់ម៉ោង។ ភាពស្និទ្ធស្នាលបរិស្ថាននៃរោងចក្រថាមពល FC អនុញ្ញាតឱ្យពួកគេដាក់ដោយផ្ទាល់នៅក្នុងទីក្រុង។
រោងចក្រថាមពលឥន្ធនៈដំបូងគេនៅទីក្រុងញូវយ៉កដែលមានសមត្ថភាព 4.5 MW កាន់កាប់ផ្ទៃដី 1.3 ហិកតា។ ឥឡូវនេះ សម្រាប់រោងចក្រថ្មីដែលមានសមត្ថភាពផលិតបានពីរដងកន្លះទៀត ទីតាំងដែលមានទំហំ 30x60 ម៉ែត្រគឺត្រូវការ។ រោងចក្រអគ្គិសនីដែលមានកម្លាំង 11 MW កំពុងត្រូវបានសាងសង់។ រយះពេលសាងសង់(7ខែ) និងផ្ទៃដី(30x60ម) ដែលកំពុងកាន់កាប់ដោយរោងចក្រអគ្គិសនីកំពុងទាក់ទាញ។ អាយុកាលសេវាកម្មប៉ាន់ស្មាននៃរោងចក្រថាមពលថ្មីគឺ 30 ឆ្នាំ។
TE ជំនាន់ទីពីរនិងទីបី
លក្ខណៈល្អបំផុតគឺត្រូវបានរចនារួចជាស្រេចនូវរុក្ខជាតិម៉ូឌុលដែលមានសមត្ថភាព 5 MW ជាមួយនឹងកោសិកាឥន្ធនៈសីតុណ្ហភាពមធ្យមនៃជំនាន់ទីពីរ។ ពួកវាដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាព 650...700 អង្សាសេ។ anodes របស់ពួកគេត្រូវបានផលិតចេញពីភាគល្អិត sintered នៃ nickel និង chromium, cathodes ត្រូវបានផលិតចេញពីអាលុយមីញ៉ូម sintered និង oxidized ហើយ electrolyte គឺជាល្បាយនៃ lithium និង potassium carbonates ។ សីតុណ្ហភាពកើនឡើងជួយដោះស្រាយបញ្ហាអេឡិចត្រូគីមីសំខាន់ពីរ៖
កាត់បន្ថយ "ការពុល" នៃកាតាលីករដោយកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត;
បង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃដំណើរការនៃការកាត់បន្ថយអុកស៊ីតកម្មនៅ cathode ។
កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់នៃជំនាន់ទី 3 ដែលមានអេឡិចត្រូលីតនៃអុកស៊ីដរឹង (ជាចម្បង zirconium dioxide) នឹងកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព។ សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការរបស់ពួកគេគឺរហូតដល់ 1000 អង្សាសេ។ ប្រសិទ្ធភាពនៃរោងចក្រថាមពលដែលមានកោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះគឺជិត 50% ។ នៅទីនេះផលិតផលនៃឧស្ម័ននៃធ្យូងថ្មរឹងដែលមានមាតិកាសំខាន់នៃកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីតក៏សមរម្យជាឥន្ធនៈផងដែរ។ មានសារៈសំខាន់ដូចគ្នាដែរ កំដៅកាកសំណល់ពីរុក្ខជាតិដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់អាចប្រើសម្រាប់ផលិតចំហាយទឹក ដើម្បីជំរុញទួរប៊ីនសម្រាប់ម៉ាស៊ីនភ្លើង។
Vestingaus បាននៅក្នុងអាជីវកម្មកោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរឹងចាប់តាំងពីឆ្នាំ 1958 ។ វាអភិវឌ្ឍរោងចក្រថាមពលដែលមានសមត្ថភាព 25 ... 200 kW ដែលក្នុងនោះឥន្ធនៈឧស្ម័នពីធ្យូងថ្មអាចត្រូវបានប្រើ។ ការដំឡើងពិសោធន៍ដែលមានសមត្ថភាពផលិតមេហ្គាវ៉ាត់ជាច្រើនកំពុងត្រូវបានរៀបចំសម្រាប់ការធ្វើតេស្ត។ ក្រុមហ៊ុនអាមេរិកមួយផ្សេងទៀតគឺ Engelgurd កំពុងរចនាកោសិកាឥន្ធនៈ 50 kW ដែលដំណើរការលើមេតាណុលជាមួយនឹងអាស៊ីតផូស្វ័រជាអេឡិចត្រូលីត។
ក្រុមហ៊ុនកាន់តែច្រើនឡើង ៗ នៅទូទាំងពិភពលោកបានចូលរួមក្នុងការបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈ។ បច្ចេកវិទ្យាអាមេរិក United និងជប៉ុន Toshiba បានបង្កើតសាជីវកម្មកោសិកាឥន្ធនៈអន្តរជាតិ។ នៅទ្វីបអឺរ៉ុប សម្ព័ន្ធក្រុមហ៊ុនបែលហ្ស៊ិក-ហូឡង់ Elenko ក្រុមហ៊ុនអាល្លឺម៉ង់ខាងលិច Siemens ក្រុមហ៊ុន Italian Fiat និងអង់គ្លេស Jonson Metju បានចូលរួមនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ។
Victor LAVRUS ។
ប្រសិនបើអ្នកចូលចិត្តសម្ភារៈនេះ នោះយើងផ្តល់ជូនអ្នកនូវការជ្រើសរើសសម្ភារៈដ៏ល្អបំផុតនៅលើគេហទំព័ររបស់យើងយោងទៅតាមអ្នកអានរបស់យើង។ អ្នកអាចស្វែងរកជម្រើសមួយ - TOP អំពីបច្ចេកវិទ្យាដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន វិទ្យាសាស្រ្តថ្មី និងការរកឃើញវិទ្យាសាស្រ្តដែលជាកន្លែងដែលវាងាយស្រួលបំផុតសម្រាប់អ្នក
កោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែនបំប្លែងថាមពលគីមីនៃឥន្ធនៈទៅជាអគ្គិសនី ដោយឆ្លងកាត់ដំណើរការចំហេះដែលមិនមានប្រសិទ្ធភាព និងការបាត់បង់ខ្ពស់ និងការបំប្លែងថាមពលកម្ដៅទៅជាថាមពលមេកានិច។
ការពិពណ៌នា៖
កោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែនបំប្លែងថាមពលគីមីនៃឥន្ធនៈទៅជាអគ្គិសនី ដោយឆ្លងកាត់ដំណើរការចំហេះដែលមិនមានប្រសិទ្ធភាព និងការបាត់បង់ខ្ពស់ និងការបំប្លែងថាមពលកម្ដៅទៅជាថាមពលមេកានិច។ កោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែនគឺ អេឡិចត្រូគីមីឧបករណ៍ដែលជាលទ្ធផលនៃការចំហេះ "ត្រជាក់" មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់នៃឥន្ធនៈបង្កើតចរន្តអគ្គិសនីដោយផ្ទាល់។ កោសិកាឥន្ធនៈខ្យល់អ៊ីដ្រូសែន (PEMFC) ភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង គឺជាបច្ចេកវិទ្យាឥន្ធនៈដ៏ជោគជ័យបំផុតមួយ។ ធាតុ.
ភ្នាសប៉ូលីម៊ែរដែលផលិតដោយប្រូតុង បំបែកអេឡិចត្រូតពីរគឺ អាណូត និង cathode ។ អេឡិចត្រូតនីមួយៗគឺជាបន្ទះកាបូន (ម៉ាទ្រីស) ដែលស្រោបដោយកាតាលីករ។ នៅលើកាតាលីករ anode ម៉ូលេគុលអ៊ីដ្រូសែន dissociates និងបរិច្ចាគអេឡិចត្រុង។ អ៊ីដ្រូសែន cations ត្រូវបានធ្វើឡើងតាមរយៈភ្នាសទៅ cathode ប៉ុន្តែអេឡិចត្រុងត្រូវបានផ្តល់ឱ្យទៅសៀគ្វីខាងក្រៅចាប់តាំងពីភ្នាសមិនអនុញ្ញាតឱ្យអេឡិចត្រុងឆ្លងកាត់។
នៅលើកាតាលីករ cathode ម៉ូលេគុលអុកស៊ីហ៊្សែនរួមបញ្ចូលគ្នាជាមួយអេឡិចត្រុង (ដែលត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ពីសៀគ្វីអគ្គិសនី) និងប្រូតុងដែលចូលមកហើយបង្កើតជាទឹកដែលជាផលិតផលប្រតិកម្មតែមួយគត់ (ក្នុងទម្រង់ជាចំហាយនិង / ឬរាវ) ។
ប្លុក Membrane-electrode ត្រូវបានផលិតចេញពីកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន ដែលជាធាតុបង្កើតសំខាន់នៃប្រព័ន្ធថាមពល។
គុណសម្បត្តិនៃកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន បើប្រៀបធៀបទៅនឹងដំណោះស្រាយបែបប្រពៃណី៖
- បង្កើនអាំងតង់ស៊ីតេថាមពលជាក់លាក់ (500 ÷ 1000 W * h / គីឡូក្រាម),
– ជួរសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការបន្ថែម (-40 0 C / +40 0 C),
- អវត្ដមាននៃកន្លែងកំដៅ សំលេងរំខាន និងរំញ័រ
– ភាពជឿជាក់នៃការចាប់ផ្តើមត្រជាក់
- អនុវត្តរយៈពេលផ្ទុកថាមពលគ្មានដែនកំណត់ (មិនបញ្ចេញដោយខ្លួនឯង)
– សមត្ថភាពក្នុងការផ្លាស់ប្តូរអាំងតង់ស៊ីតេថាមពលនៃប្រព័ន្ធដោយការផ្លាស់ប្តូរចំនួនប្រអប់បញ្ចូលប្រេងដែលផ្តល់នូវស្វ័យភាពស្ទើរតែគ្មានដែនកំណត់។
- សមត្ថភាពក្នុងការផ្តល់នូវអាំងតង់ស៊ីតេថាមពលសមហេតុផលស្ទើរតែទាំងអស់នៃប្រព័ន្ធដោយការផ្លាស់ប្តូរសមត្ថភាពផ្ទុកអ៊ីដ្រូសែន។
– ការប្រើប្រាស់ថាមពលខ្ពស់។
- ភាពធន់នឹងការមិនបរិសុទ្ធនៅក្នុងអ៊ីដ្រូសែន
– ជីវិតសេវាកម្មបានយូរ,
- ភាពស្និទ្ធស្នាលបរិស្ថាន និងប្រតិបត្តិការគ្មានសំឡេង។
កម្មវិធី៖
– ប្រព័ន្ធផ្គត់ផ្គង់ថាមពលសម្រាប់ UAVs,
– ឧបករណ៍សាកថ្មចល័ត,
– ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលដែលមិនអាចរំខានបាន,
– ឧបករណ៍ដទៃទៀត។
កោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន Nissan
គ្រឿងអេឡិចត្រូនិចចល័តកំពុងមានភាពប្រសើរឡើងជារៀងរាល់ឆ្នាំ កាន់តែរីករាលដាល និងអាចចូលប្រើបានកាន់តែច្រើន៖ PDAs កុំព្យូទ័រយួរដៃ ឧបករណ៍ចល័ត និងឌីជីថល ស៊ុមរូបថត។ល។ ពួកវាទាំងអស់ត្រូវបានអាប់ដេតជានិច្ចជាមួយនឹងមុខងារថ្មីៗ ម៉ូនីទ័រធំជាងមុន ទំនាក់ទំនងឥតខ្សែ ដំណើរការកាន់តែរឹងមាំ ខណៈពេលដែលមានការថយចុះនៅក្នុង ទំហំ.. បច្ចេកវិជ្ជាថាមពល មិនដូចបច្ចេកវិទ្យា semiconductor ទេ មិនមែនចេះតែលោតផ្លោះនោះទេ។
អាគុយ និងឧបករណ៍ផ្ទុកដែលមានសម្រាប់ផ្តល់ថាមពលដល់សមិទ្ធិផលនៃឧស្សាហកម្មនេះកំពុងមិនគ្រប់គ្រាន់ ដូច្នេះបញ្ហានៃប្រភពជំនួសគឺធ្ងន់ធ្ងរណាស់។ កោសិកាឥន្ធនៈគឺជាទិសដៅដ៏ជោគជ័យបំផុត។ គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការរបស់ពួកគេត្រូវបានរកឃើញត្រឡប់មកវិញនៅឆ្នាំ 1839 ដោយលោក William Grove ដែលបានបង្កើតអគ្គិសនីដោយការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូលីសនៃទឹក។
វីដេអូ៖ ឯកសារ កោសិកាឥន្ធនៈសម្រាប់ការដឹកជញ្ជូន៖ អតីតកាល បច្ចុប្បន្នកាល អនាគតកាល
កោសិកាឥន្ធនៈមានការចាប់អារម្មណ៍ចំពោះក្រុមហ៊ុនផលិតរថយន្ត ហើយអ្នកបង្កើតយានអវកាសក៏ចាប់អារម្មណ៍នឹងពួកគេផងដែរ។ នៅឆ្នាំ 1965 ពួកគេថែមទាំងត្រូវបានសាកល្បងដោយអាមេរិចលើយាន Gemini 5 ដែលបាញ់បង្ហោះទៅកាន់ទីអវកាស ហើយក្រោយមកទៀតគឺនៅលើ Apollo ។ លុយរាប់លានដុល្លារត្រូវបានវិនិយោគក្នុងការស្រាវជ្រាវកោសិកាឥន្ធនៈ សូម្បីតែសព្វថ្ងៃនេះ នៅពេលដែលមានបញ្ហាទាក់ទងនឹងការបំពុលបរិស្ថាន ការបង្កើនការបំភាយឧស្ម័នផ្ទះកញ្ចក់ពីការឆេះនៃឥន្ធនៈហ្វូស៊ីល ទុនបំរុងក៏មិនមានទីបញ្ចប់ដែរ។
កោសិកាឥន្ធនៈ ដែលជារឿយៗគេហៅថាជាម៉ាស៊ីនភ្លើងគីមី ដំណើរការក្នុងលក្ខណៈដែលបានពិពណ៌នាខាងក្រោម។
ដូចជា accumulators និង batteries ជាកោសិកា galvanic ប៉ុន្តែមានភាពខុសប្លែកគ្នាដែលសារធាតុសកម្មត្រូវបានរក្សាទុកនៅក្នុងវាដោយឡែកពីគ្នា។ ពួកគេមកអេឡិចត្រូតដូចដែលពួកគេត្រូវបានគេប្រើ។ ឥន្ធនៈធម្មជាតិ ឬសារធាតុណាមួយដែលទទួលបានពីវាឆេះនៅលើអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន ដែលអាចជាឧស្ម័ន (ឧទាហរណ៍ អ៊ីដ្រូសែន និងកាបូនម៉ូណូអុកស៊ីត) ឬរាវ ដូចជាអាល់កុលជាដើម។ នៅអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន, ជាក្បួន, អុកស៊ីសែនមានប្រតិកម្ម។
ប៉ុន្តែគោលការណ៍សកម្មភាពដែលមើលទៅសាមញ្ញមិនងាយបកប្រែទៅជាការពិតនោះទេ។
កោសិកាឥន្ធនៈ DIY
វីដេអូ៖ កោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន DIY
ជាអកុសល យើងមិនមានរូបថតនៃធាតុឥន្ធនៈនេះគួរមើលទៅដូចអ្វីទេ យើងសង្ឃឹមសម្រាប់ការស្រមើលស្រមៃរបស់អ្នក។
កោសិកាឥន្ធនៈថាមពលទាបដោយដៃរបស់អ្នកផ្ទាល់អាចផលិតបានសូម្បីតែនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍សាលាក៏ដោយ។ វាចាំបាច់ក្នុងការស្តុកទុកនៅលើរបាំងឧស្ម័នចាស់បំណែកជាច្រើននៃ plexiglass អាល់កាឡាំងនិងដំណោះស្រាយ aqueous នៃជាតិអាល់កុល ethyl (សាមញ្ញជាងនេះទៅទៀត vodka) ដែលនឹងបម្រើជា "ឥន្ធនៈ" សម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈ។
ដំបូងអ្នកត្រូវការលំនៅដ្ឋានសម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈដែលត្រូវបានផលិតល្អបំផុតពី plexiglass ដែលមានកម្រាស់យ៉ាងតិចប្រាំមីលីម៉ែត្រ។ ភាគថាសខាងក្នុង (ប្រាំផ្នែកខាងក្នុង) អាចត្រូវបានធ្វើឱ្យស្តើងជាងនេះបន្តិច - 3 សង់ទីម៉ែត្រ។ សម្រាប់ការបិទភ្ជាប់ plexiglass កាវនៃសមាសភាពដូចខាងក្រោមត្រូវបានប្រើ: បន្ទះសៀគ្វី plexiglass ចំនួនប្រាំមួយក្រាមត្រូវបានរំលាយនៅក្នុងមួយរយក្រាមនៃ chloroform ឬ dichloroethane (ពួកវាធ្វើការនៅក្រោមក្រណាត់មួយ។ )
នៅជញ្ជាំងខាងក្រៅឥឡូវនេះចាំបាច់ត្រូវខួងរន្ធដែលអ្នកត្រូវបញ្ចូលបំពង់កែវបង្ហូរដែលមានអង្កត់ផ្ចិត 5-6 សង់ទីម៉ែត្រតាមរយៈជ័រកៅស៊ូ។
អ្នករាល់គ្នាដឹងថានៅក្នុងតារាងតាមកាលកំណត់នៅជ្រុងខាងឆ្វេងខាងក្រោមមានលោហៈសកម្មបំផុត ហើយលោហៈធាតុនៃសកម្មភាពខ្ពស់គឺស្ថិតនៅក្នុងតារាងនៅជ្រុងខាងលើខាងស្តាំ ពោលគឺឧ។ សមត្ថភាពបរិច្ចាគអេឡិចត្រុងកើនឡើងពីកំពូលទៅបាត និងពីស្តាំទៅឆ្វេង។ ធាតុដែលអាចបង្ហាញខ្លួនថាជាលោហធាតុ ឬលោហធាតុស្ថិតនៅចំកណ្តាលតារាង។
ឥឡូវនេះនៅក្នុងផ្នែកទី 2 និងទី 4 យើងចាក់កាបូនដែលបានធ្វើឱ្យសកម្មពីរបាំងឧស្ម័ន (រវាងភាគទីមួយនិងទីពីរក៏ដូចជាទីបីនិងទីបួន) ដែលនឹងដើរតួជាអេឡិចត្រូត។ ដូច្នេះធ្យូងថ្មមិនហៀរចេញតាមរន្ធទេ វាអាចត្រូវបានដាក់ក្នុងក្រណាត់នីឡុង (ស្រោមដៃនីឡុងរបស់ស្ត្រីនឹងធ្វើ)។ អេ
ឥន្ធនៈនឹងចរាចរនៅក្នុងបន្ទប់ទីមួយហើយនៅក្នុងបន្ទប់ទី 5 គួរតែមានអ្នកផ្គត់ផ្គង់អុកស៊ីសែន - ខ្យល់។ វានឹងមានអេឡិចត្រូតរវាងអេឡិចត្រូត ហើយដើម្បីការពារវាពីការលេចធ្លាយចូលទៅក្នុងបន្ទប់ខ្យល់ វាចាំបាច់ក្នុងការត្រាំវាជាមួយនឹងដំណោះស្រាយនៃប្រេងប៉ារាហ្វីនក្នុងប្រេងសាំង (សមាមាត្រនៃប្រេងប៉ារ៉ាហ្វីន 2 ក្រាមទៅកន្លះកែវនៃប្រេងសាំង) ។ មុនពេលបំពេញអង្គជំនុំជម្រះទីបួនដោយធ្យូងថ្មសម្រាប់អេឡិចត្រូលីតខ្យល់។ នៅលើស្រទាប់ធ្យូងអ្នកត្រូវដាក់បន្ទះទង់ដែង (ចុចបន្តិច) ដែលខ្សភ្លើងត្រូវបានលក់។ តាមរយៈពួកវាចរន្តនឹងត្រូវបានបង្វែរចេញពីអេឡិចត្រូត។
វានៅសល់តែដើម្បីសាកធាតុប៉ុណ្ណោះ។ សម្រាប់ការនេះ vodka ត្រូវបានគេត្រូវការជាចាំបាច់ដែលត្រូវតែត្រូវបានពនឺជាមួយទឹកក្នុង 1: 1 ។ បន្ទាប់មកដោយប្រុងប្រយ័ត្នបន្ថែមប៉ូតាស្យូម caustic បីរយទៅបីរយហាសិបក្រាម។ សម្រាប់អេឡិចត្រូលីត 70 ក្រាមនៃប៉ូតាស្យូម caustic ត្រូវបានរំលាយក្នុងទឹក 200 ក្រាម។
កោសិកាឥន្ធនៈរួចរាល់សម្រាប់ការធ្វើតេស្ត។ឥឡូវនេះអ្នកត្រូវចាក់ប្រេងឥន្ធនៈក្នុងពេលដំណាលគ្នាទៅក្នុងបន្ទប់ទីមួយ ហើយអេឡិចត្រូលីតចូលទៅក្នុងបន្ទប់ទីបី។ voltmeter ដែលភ្ជាប់ទៅនឹងអេឡិចត្រូតគួរតែបង្ហាញពី 07 វ៉ុលទៅ 0.9 ។ ដើម្បីធានាបាននូវប្រតិបត្តិការជាបន្តបន្ទាប់នៃធាតុ វាចាំបាច់ក្នុងការបង្ហូរប្រេងឥន្ធនៈដែលបានចំណាយ (បង្ហូរចូលទៅក្នុងកែវ) និងបន្ថែមឥន្ធនៈថ្មី (តាមរយៈបំពង់កៅស៊ូ) ។ អត្រាចំណីត្រូវបានគ្រប់គ្រងដោយការច្របាច់បំពង់។ នេះជារបៀបដែលដំណើរការនៃកោសិកាឥន្ធនៈមើលទៅក្នុងលក្ខខណ្ឌមន្ទីរពិសោធន៍ ដែលថាមពលរបស់វាតូចល្មម។
វីដេអូ៖ កោសិកាប្រេងឥន្ធនៈ ឬថ្មអស់កល្បជានិច្ចនៅផ្ទះ
ដើម្បីធ្វើឱ្យថាមពលកាន់តែខ្លាំង អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានធ្វើការលើបញ្ហានេះអស់រយៈពេលជាយូរមកហើយ។ កោសិកាឥន្ធនៈមេតាណុល និងអេតាណុលមានទីតាំងនៅលើដែកអភិវឌ្ឍន៍សកម្ម។ ប៉ុន្តែជាអកុសល រហូតមកដល់ពេលនេះ គ្មានមធ្យោបាយណាអាចអនុវត្តបានឡើយ។
ហេតុអ្វីបានជាកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានជ្រើសរើសជាប្រភពថាមពលជំនួស
កោសិកាឥន្ធនៈមួយត្រូវបានជ្រើសរើសជាប្រភពថាមពលជំនួស ចាប់តាំងពីផលិតផលចុងក្រោយនៃការឆេះអ៊ីដ្រូសែននៅក្នុងវាគឺជាទឹក។ បញ្ហាគឺមានតែក្នុងការស្វែងរកមធ្យោបាយដែលមានតំលៃថោក និងមានប្រសិទ្ធភាពក្នុងការផលិតអ៊ីដ្រូសែនប៉ុណ្ណោះ។ មូលនិធិដ៏ច្រើនសន្ធឹកសន្ធាប់ដែលបានបណ្តាក់ទុកក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍ម៉ាស៊ីនបង្កើតអ៊ីដ្រូសែន និងកោសិកាឥន្ធនៈមិនអាចបរាជ័យក្នុងការបង្កើតផលបានទេ ដូច្នេះរបកគំហើញបច្ចេកវិទ្យា និងការប្រើប្រាស់ជាក់ស្តែងរបស់ពួកគេក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃគឺគ្រាន់តែជាបញ្ហានៃពេលវេលាប៉ុណ្ណោះ។
ថ្ងៃនេះ សត្វចម្លែកនៃឧស្សាហកម្មរថយន្ត៖ក្រុមហ៊ុន General Motors, Honda, Dreimler Koisler, Ballard បង្ហាញរថយន្តក្រុង និងរថយន្តដែលដំណើរការលើកោសិកាឥន្ធនៈដែលមានថាមពលរហូតដល់ 50 kW ។ ប៉ុន្តែបញ្ហាដែលទាក់ទងនឹងសុវត្ថិភាព ភាពជឿជាក់ ការចំណាយរបស់ពួកគេ មិនទាន់ត្រូវបានដោះស្រាយនៅឡើយ។ ដូចដែលបានរៀបរាប់រួចមកហើយ មិនដូចប្រភពថាមពលប្រពៃណីទេ - អាគុយ និងអាគុយ ក្នុងករណីនេះ អុកស៊ីតកម្ម និងឥន្ធនៈត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ពីខាងក្រៅ ហើយកោសិកាឥន្ធនៈគ្រាន់តែជាអន្តរការីក្នុងប្រតិកម្មដែលកំពុងបន្តដុតឥន្ធនៈ និងបំប្លែងថាមពលដែលបានបញ្ចេញទៅជាអគ្គិសនី។ . "ការដុត" កើតឡើងលុះត្រាតែធាតុបញ្ជូនចរន្តទៅបន្ទុក ដូចជាម៉ាស៊ីនភ្លើងម៉ាស៊ូត ប៉ុន្តែដោយគ្មានម៉ាស៊ីនភ្លើង និងម៉ាស៊ូត ហើយដោយគ្មានសំលេង ផ្សែង និងកំដៅខ្លាំងពេក។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះប្រសិទ្ធភាពគឺខ្ពស់ជាងច្រើនព្រោះមិនមានយន្តការកម្រិតមធ្យមទេ។
វីដេអូ៖ រថយន្តកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន
ក្តីសង្ឃឹមដ៏អស្ចារ្យត្រូវបានដាក់លើការប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាណាណូ និងសម្ភារៈណាណូដែលនឹងជួយបង្រួមកោសិកាឥន្ធនៈ ខណៈពេលដែលបង្កើនថាមពលរបស់វា។ មានរបាយការណ៍ដែលថាកាតាលីករដែលមានប្រសិទ្ធភាពជ្រុលត្រូវបានបង្កើតឡើង ក៏ដូចជាការរចនាកោសិកាឥន្ធនៈដែលមិនមានភ្នាស។ នៅក្នុងពួកវារួមជាមួយអុកស៊ីតកម្មឥន្ធនៈ (ឧទាហរណ៍មេតាន) ត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ទៅធាតុ។ ដំណោះស្រាយគឺគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍ ដែលអុកស៊ីហ្សែនរលាយក្នុងទឹកត្រូវបានប្រើជាភ្នាក់ងារអុកស៊ីតកម្ម ហើយសារធាតុមិនបរិសុទ្ធសរីរាង្គដែលកកកុញក្នុងទឹកកខ្វក់ត្រូវបានប្រើជាឥន្ធនៈ។ ទាំងនេះគឺជាកោសិកាជីវឥន្ធនៈ។
យោងតាមអ្នកជំនាញ កោសិកាឥន្ធនៈអាចចូលទីផ្សារដ៏ធំក្នុងប៉ុន្មានឆ្នាំខាងមុខនេះ
កោសិកាឥន្ធនៈ- តើវាជាអ្វី? តើគាត់បង្ហាញខ្លួននៅពេលណា និងដោយរបៀបណា? ហេតុអ្វីបានជាវាត្រូវការ ហើយហេតុអ្វីបានជាពួកគេនិយាយជាញឹកញាប់ដូច្នេះនៅក្នុងសម័យរបស់យើង? តើវិសាលភាព លក្ខណៈ និងលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វាមានអ្វីខ្លះ? វឌ្ឍនភាពដែលមិនអាចបញ្ឈប់បានទាមទារចម្លើយចំពោះសំណួរទាំងអស់នេះ!
តើកោសិកាឥន្ធនៈជាអ្វី?
កោសិកាឥន្ធនៈ- នេះគឺជាប្រភពចរន្តគីមី ឬជាម៉ាស៊ីនភ្លើងគីមី ដែលជាឧបករណ៍បំប្លែងថាមពលគីមីទៅជាថាមពលអគ្គិសនី។ នៅក្នុងជីវិតសម័យទំនើប ប្រភពចរន្តគីមីត្រូវបានប្រើប្រាស់គ្រប់ទីកន្លែង និងជាថ្មសម្រាប់ទូរសព្ទដៃ កុំព្យូទ័រយួរដៃ ភីឌីអេ ក៏ដូចជាថ្មនៅក្នុងរថយន្ត ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលដែលមិនអាចរំខានបាន។ល។ ដំណាក់កាលបន្ទាប់ក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍តំបន់នេះនឹងជាការរីករាលដាលនៃកោសិកាឥន្ធនៈ ហើយនេះជាការពិតដែលមិនអាចប្រកែកបាន។
ប្រវត្តិនៃកោសិកាឥន្ធនៈ
ប្រវត្តិនៃកោសិកាឥន្ធនៈ គឺជារឿងមួយទៀតអំពីរបៀបដែលលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់រូបធាតុ ដែលធ្លាប់ត្រូវបានរកឃើញនៅលើផែនដី ត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងលំហ ហើយនៅវេននៃសហស្សវត្សរ៍ ពួកគេបានត្រលប់ពីឋានសួគ៌មកផែនដីវិញ។
វាទាំងអស់បានចាប់ផ្តើមនៅឆ្នាំ 1839នៅពេលដែលគីមីវិទូជនជាតិអាឡឺម៉ង់ Christian Schönbein បានបោះពុម្ពគោលការណ៍នៃកោសិកាឥន្ធនៈនៅក្នុងទិនានុប្បវត្តិទស្សនវិជ្ជា។ ក្នុងឆ្នាំដដែលនោះ ជនជាតិអង់គ្លេសម្នាក់ដែលបានបញ្ចប់ការសិក្សានៅ Oxford ឈ្មោះ William Robert Grove បានរចនាក្រឡាកាល់វ៉ានិច ដែលក្រោយមកគេហៅថា Grove galvanic cell ដែលត្រូវបានគេទទួលស្គាល់ថាជាកោសិកាឥន្ធនៈដំបូងផងដែរ។ ឈ្មោះ "កោសិកាឥន្ធនៈ" ត្រូវបានផ្តល់ទៅឱ្យការបង្កើតនៅឆ្នាំនៃខួបរបស់វា - នៅឆ្នាំ 1889 ។ Ludwig Mond និង Karl Langer គឺជាអ្នកនិពន្ធនៃពាក្យនេះ។
មុននេះបន្តិច ក្នុងឆ្នាំ 1874 លោក Jules Verne នៅកោះអាថ៌កំបាំង បានទស្សន៍ទាយស្ថានភាពថាមពលបច្ចុប្បន្ន ដោយសរសេរថា "ថ្ងៃណាមួយទឹកនឹងត្រូវប្រើប្រាស់ជាឥន្ធនៈ អ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែន ដែលវាត្រូវបានផ្សំឡើង នឹងត្រូវប្រើប្រាស់"។
ទន្ទឹមនឹងនេះ បច្ចេកវិជ្ជាផ្គត់ផ្គង់ថាមពលថ្មីត្រូវបានកែលម្អជាបណ្តើរៗ ហើយចាប់ផ្តើមពីទសវត្សរ៍ទី 50 នៃសតវត្សទី XX មិនមែនមួយឆ្នាំបានកន្លងផុតទៅដោយគ្មានការប្រកាសពីការច្នៃប្រឌិតថ្មីបំផុតនៅក្នុងតំបន់នេះទេ។ នៅឆ្នាំ 1958 ត្រាក់ទ័រដំបូងដែលដំណើរការដោយកោសិកាឥន្ធនៈបានបង្ហាញខ្លួននៅសហរដ្ឋអាមេរិកក្នុងឆ្នាំ 1959 ។ ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពល 5KW សម្រាប់ម៉ាស៊ីនផ្សារត្រូវបានបញ្ចេញ។ល។ នៅទសវត្សរ៍ទី 70 បច្ចេកវិទ្យាអ៊ីដ្រូសែនបានចូលទៅក្នុងលំហៈ យន្តហោះ និងម៉ាស៊ីនរ៉ុក្កែតបានបង្ហាញខ្លួននៅលើអ៊ីដ្រូសែន។ នៅទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 RSC Energia បានបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈសម្រាប់កម្មវិធីព្រះច័ន្ទសូវៀត។ កម្មវិធី Buran ក៏មិនបានធ្វើដោយគ្មានពួកវាដែរ: កោសិកាឥន្ធនៈអាល់កាឡាំង 10 kW ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ហើយឆ្ពោះទៅចុងបញ្ចប់នៃសតវត្ស កោសិកាឥន្ធនៈបានឆ្លងកាត់រយៈកម្ពស់សូន្យពីលើនីវ៉ូទឹកសមុទ្រ - ផ្អែកលើពួកវាត្រូវបានអភិវឌ្ឍ ការផ្គត់ផ្គង់អគ្គិសនីនាវាមុជទឹកអាល្លឺម៉ង់។ ត្រឡប់មកផែនដីវិញនៅឆ្នាំ ២០០៩ ក្បាលរថភ្លើងដំបូងគេត្រូវបានដាក់ឱ្យដំណើរការនៅសហរដ្ឋអាមេរិក។ តាមធម្មជាតិនៅលើកោសិកាឥន្ធនៈ។
នៅក្នុងប្រវត្តិសាស្រ្តដ៏ស្រស់ស្អាតទាំងអស់នៃកោសិកាឥន្ធនៈ អ្វីដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍នោះគឺថាកង់នៅតែជាការច្នៃប្រឌិតដែលមិនអាចប្រៀបផ្ទឹមបានរបស់មនុស្សជាតិនៅក្នុងធម្មជាតិ។ រឿងនេះគឺថាកោសិកាឥន្ធនៈគឺស្រដៀងគ្នានៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធនិងគោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការរបស់ពួកគេទៅនឹងកោសិកាជីវសាស្រ្តដែលតាមការពិតគឺជាកោសិកាឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែន - អុកស៊ីហ្សែនខ្នាតតូច។ ជាលទ្ធផល មនុស្សបានបង្កើតឡើងវិញនូវអ្វីដែលធម្មជាតិបានប្រើប្រាស់អស់រាប់លានឆ្នាំមកហើយ។
គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈ
គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺជាក់ស្តែងសូម្បីតែពីកម្មវិធីសិក្សារបស់សាលាផ្នែកគីមីវិទ្យាហើយវាគឺជាគាត់ដែលត្រូវបានគេដាក់នៅក្នុងការពិសោធន៍របស់ William Grove ក្នុងឆ្នាំ 1839 ។ រឿងនេះគឺថាដំណើរការនៃការ electrolysis ទឹក (ទឹក dissociation) គឺបញ្ច្រាស។ដូចដែលវាជាការពិតដែលថានៅពេលដែលចរន្តអគ្គិសនីឆ្លងកាត់ទឹក ក្រោយមកទៀតត្រូវបានបំបែកទៅជាអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ៊្សែន ដូច្នេះការបញ្ច្រាសក៏ជាការពិតដែរ៖ អ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ៊្សែនអាចបញ្ចូលគ្នាដើម្បីផលិតទឹក និងអគ្គិសនី។ នៅក្នុងការពិសោធន៍របស់ Grove អេឡិចត្រូតពីរត្រូវបានដាក់នៅក្នុងបន្ទប់ដែលផ្នែកមានកំណត់នៃអ៊ីដ្រូសែនសុទ្ធ និងអុកស៊ីសែនត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ក្រោមសម្ពាធ។ ដោយសារបរិមាណឧស្ម័នតិចតួច ក៏ដូចជាដោយសារលក្ខណៈគីមីនៃអេឡិចត្រូតកាបូន ប្រតិកម្មយឺតបានកើតឡើងនៅក្នុងបន្ទប់ជាមួយនឹងការបញ្ចេញកំដៅ ទឹក ហើយសំខាន់បំផុតជាមួយនឹងការបង្កើតភាពខុសគ្នាដ៏មានសក្តានុពលរវាង អេឡិចត្រូត។
កោសិកាឥន្ធនៈដ៏សាមញ្ញបំផុតមានភ្នាសពិសេសដែលប្រើជាអេឡិចត្រូលីត ដែលនៅលើផ្នែកទាំងពីរនៃអេឡិចត្រូតម្សៅត្រូវបានអនុវត្ត។ អ៊ីដ្រូសែនចូលម្ខាង (អាណូត) ហើយអុកស៊ីសែន (ខ្យល់) ចូលមួយទៀត (កាតូដ) ។ អេឡិចត្រូតនីមួយៗមានប្រតិកម្មគីមីខុសៗគ្នា។ នៅ anode អ៊ីដ្រូសែនបំបែកទៅជាល្បាយនៃប្រូតុង និងអេឡិចត្រុង។ នៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈមួយចំនួន អេឡិចត្រូតត្រូវបានហ៊ុំព័ទ្ធដោយកាតាលីករ ដែលជាធម្មតាធ្វើពីផ្លាទីន ឬលោហធាតុដ៏ថ្លៃថ្នូផ្សេងទៀត ដើម្បីជួយក្នុងប្រតិកម្មបំបែក៖
2H 2 → 4H + + 4e -
ដែល H 2 គឺជាម៉ូលេគុលអ៊ីដ្រូសែន diatomic (ទម្រង់ដែលអ៊ីដ្រូសែនមានវត្តមានជាឧស្ម័ន); H + - អ៊ីយ៉ូដអ៊ីដ្រូសែន (ប្រូតុង); អ៊ី - - អេឡិចត្រុង។
នៅផ្នែកខាង cathode នៃកោសិកាឥន្ធនៈ ប្រូតុង (ឆ្លងកាត់អេឡិចត្រូលីត) និងអេឡិចត្រុង (ដែលឆ្លងកាត់បន្ទុកខាងក្រៅ) ផ្សំឡើងវិញ ហើយមានប្រតិកម្មជាមួយនឹងអុកស៊ីសែនដែលបានផ្គត់ផ្គង់ទៅ cathode ដើម្បីបង្កើតជាទឹក៖
4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O
ប្រតិកម្មរួមនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានសរសេរដូចខាងក្រោមៈ
2H 2 + O 2 → 2H 2 O
ប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺផ្អែកលើការពិតដែលថាអេឡិចត្រូលីតឆ្លងកាត់ប្រូតុងតាមរយៈខ្លួនវា (ឆ្ពោះទៅកាន់ cathode) ប៉ុន្តែអេឡិចត្រុងមិនមានទេ។ អេឡិចត្រុងផ្លាស់ទីឆ្ពោះទៅកាន់ cathode តាមបណ្តោយសៀគ្វីដឹកនាំខាងក្រៅ។ ចលនានៃអេឡិចត្រុងនេះគឺជាចរន្តអគ្គិសនីដែលអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់ឧបករណ៍ខាងក្រៅដែលភ្ជាប់ទៅនឹងកោសិកាឥន្ធនៈ (បន្ទុកដូចជាអំពូលភ្លើង)៖
នៅក្នុងការងាររបស់ពួកគេកោសិកាឥន្ធនៈប្រើឥន្ធនៈអ៊ីដ្រូសែននិងអុកស៊ីសែន។ មធ្យោបាយងាយស្រួលបំផុតគឺជាមួយអុកស៊ីសែន - វាត្រូវបានយកចេញពីខ្យល់។ អ៊ីដ្រូសែនអាចត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ដោយផ្ទាល់ពីធុងជាក់លាក់មួយ ឬដោយការបំបែកវាចេញពីប្រភពខាងក្រៅនៃឥន្ធនៈ (ឧស្ម័នធម្មជាតិ សាំង ឬជាតិអាល់កុលមេទីល - មេតាណុល)។ ក្នុងករណីប្រភពខាងក្រៅ វាត្រូវតែបំប្លែងគីមីដើម្បីទាញយកអ៊ីដ្រូសែន។ បច្ចុប្បន្ននេះ បច្ចេកវិទ្យាកោសិកាឥន្ធនៈភាគច្រើនត្រូវបានបង្កើតឡើងសម្រាប់ឧបករណ៍ចល័តប្រើប្រាស់មេតាណុល។
លក្ខណៈកោសិកាឥន្ធនៈ
ពួកវាដំណើរការតែដរាបណាប្រេងឥន្ធនៈ និងសារធាតុអុកស៊ីតកម្មត្រូវបានផ្គត់ផ្គង់ពីប្រភពខាងក្រៅ (ឧ. ពួកគេមិនអាចរក្សាទុកថាមពលអគ្គិសនី)
សមាសធាតុគីមីនៃអេឡិចត្រូលីតមិនផ្លាស់ប្តូរកំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ (កោសិកាឥន្ធនៈមិនចាំបាច់បញ្ចូលថ្ម)
ពួកវាឯករាជ្យទាំងស្រុងពីអគ្គិសនី (ខណៈពេលដែលថ្មធម្មតារក្សាទុកថាមពលពីមេ) ។
កោសិកាឥន្ធនៈមានលក្ខណៈស្រដៀងគ្នាទៅនឹងថ្មដែលមានស្រាប់ក្នុងន័យថាក្នុងករណីទាំងពីរថាមពលអគ្គិសនីត្រូវបានទទួលពីថាមពលគីមី។ ប៉ុន្តែក៏មានភាពខុសគ្នាជាមូលដ្ឋានផងដែរ៖
កោសិកាឥន្ធនៈនីមួយៗបង្កើត វ៉ុលក្នុង 1V. វ៉ុលកាន់តែច្រើនត្រូវបានសម្រេចដោយការភ្ជាប់ពួកវាជាស៊េរី។ ការកើនឡើងនៃថាមពល (បច្ចុប្បន្ន) ត្រូវបានដឹងតាមរយៈការតភ្ជាប់ប៉ារ៉ាឡែលនៃកោសិកាឥន្ធនៈដែលភ្ជាប់ជាស៊េរី។
សម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈ គ្មានដែនកំណត់ពិបាកលើប្រសិទ្ធភាពដូចជាសម្រាប់ម៉ាស៊ីនកំដៅ (ប្រសិទ្ធភាពនៃវដ្ត Carnot គឺជាប្រសិទ្ធភាពអតិបរមាដែលអាចធ្វើទៅបានក្នុងចំណោមម៉ាស៊ីនកំដៅទាំងអស់ដែលមានសីតុណ្ហភាពអប្បបរមា និងអតិបរមាដូចគ្នា)។
ប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។សម្រេចបានតាមរយៈការបំប្លែងដោយផ្ទាល់នៃថាមពលឥន្ធនៈទៅជាអគ្គិសនី។ ប្រសិនបើឥន្ធនៈត្រូវបានដុតជាលើកដំបូងនៅក្នុងសំណុំម៉ាស៊ីនម៉ាស៊ូត នោះចំហាយ ឬឧស្ម័នដែលជាលទ្ធផលប្រែទៅជាទួរប៊ីន ឬចង្កឹះរបស់ម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុង ដែលវាប្រែជាម៉ាស៊ីនភ្លើង។ លទ្ធផលគឺប្រសិទ្ធភាពអតិបរមា 42% ច្រើនតែប្រហែល 35-38% ។ លើសពីនេះទៅទៀត ដោយសារតែតំណភ្ជាប់ជាច្រើន ក៏ដូចជាដោយសារតែដែនកំណត់នៃទែរម៉ូឌីណាមិកលើប្រសិទ្ធភាពអតិបរមានៃម៉ាស៊ីនកំដៅ ប្រសិទ្ធភាពដែលមានស្រាប់ទំនងជាមិនត្រូវបានលើកឡើងខ្ពស់ជាងនេះទេ។ សម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានស្រាប់ ប្រសិទ្ធភាព 60-80%,
ប្រសិទ្ធភាពស្ទើរតែ មិនអាស្រ័យលើកត្តាផ្ទុក,
សមត្ថភាពគឺខ្ពស់ជាងច្រើនដងជាងថ្មដែលមានស្រាប់
បញ្ចប់ គ្មានការបំភាយឧស្ម័នដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ដល់បរិស្ថាន. មានតែចំហាយទឹកស្អាត និងថាមពលកម្ដៅប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានបញ្ចេញ (មិនដូចម៉ាស៊ីនម៉ាស៊ូត ដែលមានការបំភាយបំពុល និងតម្រូវឱ្យយកចេញ)។
ប្រភេទនៃកោសិកាឥន្ធនៈ
កោសិកាឥន្ធនៈ ចាត់ថ្នាក់លើហេតុផលដូចខាងក្រោមៈ
ដោយប្រេងឥន្ធនៈដែលបានប្រើ
សម្ពាធការងារនិងសីតុណ្ហភាព,
នេះបើយោងតាមលក្ខណៈនៃកម្មវិធី។
ជាទូទៅមានដូចខាងក្រោម ប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈ:
កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរឹង (SOFC);
កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (កោសិកាឥន្ធនៈភ្នាសប្តូរប្រូតូន - PEMFC);
កោសិកាឥន្ធនៈដែលអាចផ្លាស់ប្តូរបាន (RFC);
កោសិកាឥន្ធនៈមេតាណុលផ្ទាល់ (Direct-methanol fuel cell - DMFC);
កោសិកាឥន្ធនៈកាបូនរលាយ (កោសិកាឥន្ធនៈ Molten-carbonate - MCFC);
កោសិកាឥន្ធនៈអាស៊ីតផូស្វ័រ (PAFC);
កោសិកាឥន្ធនៈអាល់កាឡាំង (AFC) ។
កោសិកាឥន្ធនៈមួយប្រភេទដែលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាព និងសម្ពាធធម្មតាដោយប្រើអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែន គឺជាធាតុដែលមានភ្នាសផ្លាស់ប្តូរអ៊ីយ៉ុង។ ទឹកជាលទ្ធផលមិនរលាយ អេឡិចត្រូលីតរឹង ហូរចុះក្រោម ហើយងាយដកចេញ។
បញ្ហាកោសិកាឥន្ធនៈ
បញ្ហាចម្បងនៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺទាក់ទងទៅនឹងតម្រូវការសម្រាប់អ៊ីដ្រូសែន "ខ្ចប់" ដែលអាចទិញបានដោយសេរី។ ជាក់ស្តែងបញ្ហាគួរតែត្រូវបានដោះស្រាយតាមពេលវេលាប៉ុន្តែរហូតមកដល់ពេលនេះស្ថានភាពបណ្តាលឱ្យញញឹមបន្តិច: តើអ្វីមកមុន - សាច់មាន់ឬស៊ុត? កោសិកាឥន្ធនៈមិនទាន់មានភាពជឿនលឿនគ្រប់គ្រាន់ក្នុងការសាងសង់រុក្ខជាតិអ៊ីដ្រូសែនទេ ប៉ុន្តែការរីកចំរើនរបស់ពួកវាគឺមិនអាចនឹកស្មានដល់ប្រសិនបើគ្មានរុក្ខជាតិទាំងនេះ។ នៅទីនេះយើងក៏កត់សម្គាល់បញ្ហានៃប្រភពអ៊ីដ្រូសែនផងដែរ។ បច្ចុប្បន្នអ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានផលិតចេញពីឧស្ម័នធម្មជាតិ ប៉ុន្តែការកើនឡើងតម្លៃថាមពលនឹងធ្វើឱ្យតម្លៃអ៊ីដ្រូសែនកើនឡើងផងដែរ។ ទន្ទឹមនឹងនេះដែរ វត្តមានរបស់ CO និង H 2 S (អ៊ីដ្រូសែនស៊ុលហ្វីត) គឺជៀសមិនរួចនៅក្នុងអ៊ីដ្រូសែនពីឧស្ម័នធម្មជាតិ ដែលបំពុលកាតាលីករ។
កាតាលីករផ្លាទីនធម្មតាប្រើលោហៈមានតម្លៃថ្លៃ និងមិនអាចជំនួសបាននៅក្នុងធម្មជាតិ - ផ្លាទីន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បញ្ហានេះត្រូវបានគេគ្រោងនឹងដោះស្រាយដោយប្រើកាតាលីករដោយផ្អែកលើអង់ស៊ីម ដែលជាសារធាតុដែលមានតម្លៃថោក និងងាយស្រួលផលិត។
កំដៅក៏ជាបញ្ហាដែរ។ ប្រសិទ្ធភាពនឹងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំងប្រសិនបើកំដៅដែលបានបង្កើតត្រូវបានដឹកនាំទៅឆានែលដែលមានប្រយោជន៍ - ដើម្បីផលិតថាមពលកំដៅសម្រាប់ប្រព័ន្ធផ្គត់ផ្គង់កំដៅដើម្បីប្រើវាជាកំដៅកាកសំណល់ក្នុងការស្រូបយក។ ម៉ាស៊ីនត្រជាក់ល។
កោសិកាឥន្ធនៈមេតាណុល (DMFC)៖ កម្មវិធីពិត
Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) មានចំណាប់អារម្មណ៍ជាក់ស្តែងខ្ពស់បំផុតនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។ កុំព្យូទ័រយួរដៃ Portege M100 ដែលដំណើរការលើកោសិកាប្រេងឥន្ធនៈ DMFC មើលទៅដូចនេះ៖
សៀគ្វី DMFC ធម្មតាមានបន្ថែមលើ anode, cathode និងភ្នាស សមាសធាតុបន្ថែមមួយចំនួនទៀត៖ ប្រអប់បញ្ចូលប្រេង ឧបករណ៏មេតាណុល ម៉ាស៊ីនបូមឈាមរត់ ស្នប់ខ្យល់ ឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកំដៅ។ល។
ជាឧទាហរណ៍ ពេលវេលាប្រតិបត្តិការរបស់កុំព្យូទ័រយួរដៃ បើប្រៀបធៀបទៅនឹងថ្មត្រូវបានគ្រោងនឹងកើនឡើង 4 ដង (រហូតដល់ 20 ម៉ោង) ទូរសព្ទចល័តរហូតដល់ 100 ម៉ោងក្នុងរបៀបសកម្ម និងរហូតដល់ប្រាំមួយខែនៅក្នុងរបៀបរង់ចាំ។ ការបញ្ចូលថ្មឡើងវិញនឹងត្រូវធ្វើឡើងដោយបន្ថែមផ្នែកនៃមេតាណុលរាវ។
ភារកិច្ចចម្បងគឺស្វែងរកជម្រើសសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ដំណោះស្រាយមេតាណុលជាមួយនឹងកំហាប់ខ្ពស់បំផុតរបស់វា។ បញ្ហាគឺថា មេតាណុល គឺជាថ្នាំពុលដ៏ខ្លាំងមួយ ដែលអាចសម្លាប់មនុស្សក្នុងកម្រិតរាប់សិបក្រាម។ ប៉ុន្តែការប្រមូលផ្តុំនៃមេតាណុលដោយផ្ទាល់ប៉ះពាល់ដល់រយៈពេលនៃការងារ។ ប្រសិនបើដំណោះស្រាយមេតាណុល 3-10% ត្រូវបានគេប្រើពីមុន នោះទូរសព្ទចល័ត និង PDA ដែលប្រើដំណោះស្រាយ 50% បានបង្ហាញខ្លួនរួចហើយ ហើយនៅឆ្នាំ 2008 នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌមន្ទីរពិសោធន៍ កោសិកា MTI MicroFuel Cells ហើយបន្តិចក្រោយមក Toshiba ទទួលបានកោសិកាឥន្ធនៈដែលដំណើរការ។ នៅលើមេតាណុលសុទ្ធ។
កោសិកាឥន្ធនៈគឺជាអនាគត!
ជាចុងក្រោយ ការពិតដែលអង្គការអន្តរជាតិ IEC (International Electrotechnical Commission) ដែលកំណត់ស្តង់ដារឧស្សាហកម្មសម្រាប់ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកបានប្រកាសរួចហើយអំពីការបង្កើតក្រុមការងារដើម្បីអភិវឌ្ឍស្តង់ដារអន្តរជាតិសម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈខ្នាតតូច និយាយអំពីអនាគតដ៏អស្ចារ្យនៃឥន្ធនៈ។ កោសិកា។
ផ្នែកទី 1
អត្ថបទនេះពិភាក្សាលម្អិតបន្ថែមទៀតអំពីគោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈ ការរចនា ចំណាត់ថ្នាក់ គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិ វិសាលភាព ប្រសិទ្ធភាព ប្រវត្តិនៃការបង្កើត និងការរំពឹងទុកទំនើបសម្រាប់ការប្រើប្រាស់។ នៅក្នុងផ្នែកទីពីរនៃអត្ថបទដែលនឹងត្រូវបានបោះពុម្ពផ្សាយនៅក្នុងទស្សនាវដ្តី ABOK លើកក្រោយ ផ្តល់នូវឧទាហរណ៍នៃគ្រឿងបរិក្ខារដែលប្រភេទផ្សេងៗនៃកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាប្រភពនៃកំដៅ និងអគ្គិសនី (ឬតែអគ្គិសនីប៉ុណ្ណោះ)។
សេចក្តីផ្តើម
កោសិកាឥន្ធនៈគឺជាមធ្យោបាយដ៏មានប្រសិទ្ធភាព គួរឱ្យទុកចិត្ត ប្រើប្រាស់បានយូរ និងងាយស្រួលដល់បរិស្ថានដើម្បីបង្កើតថាមពល។
ដំបូងឡើយត្រូវបានប្រើប្រាស់តែនៅក្នុងឧស្សាហកម្មអវកាសប៉ុណ្ណោះ កោសិកាឥន្ធនៈឥឡូវនេះត្រូវបានប្រើប្រាស់កាន់តែខ្លាំងឡើងនៅក្នុងតំបន់ផ្សេងៗគ្នា - ដូចជារោងចក្រថាមពលស្ថានីយ៍ ប្រភពនៃកំដៅ និងថាមពលស្វយ័តសម្រាប់អគារ ម៉ាស៊ីនយានយន្ត ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលសម្រាប់កុំព្យូទ័រយួរដៃ និងទូរសព្ទចល័ត។ ឧបករណ៍ទាំងនេះខ្លះជាគំរូមន្ទីរពិសោធន៍ ខ្លះកំពុងឆ្លងកាត់ការធ្វើតេស្តស៊េរីមុន ឬប្រើសម្រាប់គោលបំណងបង្ហាញ ប៉ុន្តែម៉ូដែលជាច្រើនត្រូវបានផលិត និងប្រើប្រាស់ក្នុងគម្រោងពាណិជ្ជកម្ម។
កោសិកាឥន្ធនៈ (ម៉ាស៊ីនភ្លើងគីមី) គឺជាឧបករណ៍ដែលបំប្លែងថាមពលគីមីនៃឥន្ធនៈ (អ៊ីដ្រូសែន) ទៅជាថាមពលអគ្គិសនីកំឡុងពេលប្រតិកម្មគីមីដោយផ្ទាល់ មិនដូចបច្ចេកវិទ្យាបុរាណដែលប្រើការចំហេះនៃឥន្ធនៈរឹង រាវ និងឧស្ម័ន។ ការបំប្លែងអេឡិចត្រូគីមីដោយផ្ទាល់នៃឥន្ធនៈមានប្រសិទ្ធភាព និងទាក់ទាញខ្លាំងពីទិដ្ឋភាពបរិស្ថាន ដោយសារបរិមាណជាតិពុលអប្បបរមាត្រូវបានបញ្ចេញក្នុងអំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ ហើយមិនមានសំឡេងរំខាន និងរំញ័រខ្លាំងឡើយ។
តាមទស្សនៈជាក់ស្តែង កោសិកាឥន្ធនៈមួយប្រហាក់ប្រហែលនឹងថ្ម galvanic ធម្មតា។ ភាពខុសគ្នាគឺស្ថិតនៅត្រង់ថាដំបូងឡើយថ្មត្រូវបានសាក ពោលគឺពោរពេញទៅដោយ "ឥន្ធនៈ"។ ក្នុងអំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ "ប្រេងឥន្ធនៈ" ត្រូវបានប្រើប្រាស់ហើយថ្មត្រូវបានរំសាយចេញ។ មិនដូចថ្មទេ កោសិកាឥន្ធនៈប្រើឥន្ធនៈដែលផ្គត់ផ្គង់ពីប្រភពខាងក្រៅ ដើម្បីផលិតថាមពលអគ្គិសនី (រូបភាពទី 1)។
សម្រាប់ការផលិតថាមពលអគ្គិសនី មិនត្រឹមតែអាចប្រើប្រាស់អ៊ីដ្រូសែនសុទ្ធប៉ុណ្ណោះទេ ថែមទាំងមានវត្ថុធាតុដើមដែលមានផ្ទុកអ៊ីដ្រូសែនផ្សេងទៀត ដូចជាឧស្ម័នធម្មជាតិ អាម៉ូញាក់ មេតាណុល ឬប្រេងសាំង។ ខ្យល់ធម្មតាត្រូវបានគេប្រើជាប្រភពនៃអុកស៊ីសែន ដែលចាំបាច់សម្រាប់ប្រតិកម្មផងដែរ។
នៅពេលដែលអ៊ីដ្រូសែនសុទ្ធត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាឥន្ធនៈ ផលិតផលប្រតិកម្ម បន្ថែមពីលើថាមពលអគ្គិសនីគឺកំដៅ និងទឹក (ឬចំហាយទឹក) ពោលគឺគ្មានឧស្ម័នណាមួយត្រូវបានបញ្ចេញទៅក្នុងបរិយាកាសដែលបណ្តាលឱ្យមានការបំពុលខ្យល់ ឬបណ្តាលឱ្យមានផលប៉ះពាល់ផ្ទះកញ្ចក់ឡើយ។ ប្រសិនបើចំណីដែលមានផ្ទុកអ៊ីដ្រូសែន ដូចជាឧស្ម័នធម្មជាតិ ត្រូវបានប្រើជាឥន្ធនៈ ឧស្ម័នផ្សេងទៀត ដូចជាអុកស៊ីដកាបូន និងអាសូត នឹងក្លាយជាផលិតផលនៃប្រតិកម្ម ប៉ុន្តែបរិមាណរបស់វាទាបជាងពេលដុតដូចគ្នា បរិមាណឧស្ម័នធម្មជាតិ។
ដំណើរការនៃការបំប្លែងគីមីនៃឥន្ធនៈដើម្បីផលិតអ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានគេហៅថាកំណែទម្រង់ហើយឧបករណ៍ដែលត្រូវគ្នាត្រូវបានគេហៅថាកំណែទម្រង់។
គុណសម្បត្តិ និងគុណវិបត្តិនៃកោសិកាឥន្ធនៈ
កោសិកាឥន្ធនៈមានប្រសិទ្ធភាពថាមពលច្រើនជាងម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុង ពីព្រោះមិនមានការកំណត់ទេម៉ូឌីណាមិកលើប្រសិទ្ធភាពថាមពលសម្រាប់កោសិកាឥន្ធនៈ។ ប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺ 50% ខណៈពេលដែលប្រសិទ្ធភាពនៃម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុងគឺ 12-15% ហើយប្រសិទ្ធភាពនៃរោងចក្រថាមពលទួរប៊ីនចំហាយទឹកមិនលើសពី 40% ។ ដោយប្រើកំដៅនិងទឹកប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានកើនឡើងបន្ថែមទៀត។
ជាឧទាហរណ៍ ផ្ទុយទៅនឹងម៉ាស៊ីនចំហេះខាងក្នុង ប្រសិទ្ធភាពនៃកោសិកាឥន្ធនៈនៅតែខ្ពស់ខ្លាំង ទោះបីជាវាមិនដំណើរការពេញថាមពលក៏ដោយ។ លើសពីនេះទៀតថាមពលនៃកោសិកាឥន្ធនៈអាចត្រូវបានកើនឡើងដោយគ្រាន់តែបន្ថែមប្លុកដាច់ដោយឡែកខណៈពេលដែលប្រសិទ្ធភាពមិនផ្លាស់ប្តូរពោលគឺការដំឡើងធំគឺមានប្រសិទ្ធភាពដូចឧបករណ៍តូចៗ។ កាលៈទេសៈទាំងនេះអនុញ្ញាតឱ្យមានជម្រើសដែលអាចបត់បែនបាននៃសមាសភាពឧបករណ៍ស្របតាមការចង់បានរបស់អតិថិជន ហើយទីបំផុតនាំទៅរកការកាត់បន្ថយតម្លៃឧបករណ៍។
អត្ថប្រយោជន៍សំខាន់នៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺភាពស្និទ្ធស្នាលបរិស្ថានរបស់ពួកគេ។ ការបំភាយខ្យល់ចេញពីកោសិកាឥន្ធនៈមានកម្រិតទាប ដូច្នេះនៅតំបន់ខ្លះនៃសហរដ្ឋអាមេរិក ពួកគេមិនទាមទារការអនុញ្ញាតពិសេសពីភ្នាក់ងារគុណភាពខ្យល់របស់រដ្ឋាភិបាលទេ។
កោសិកាឥន្ធនៈអាចត្រូវបានដាក់ដោយផ្ទាល់នៅក្នុងអាគារដូច្នេះកាត់បន្ថយការខាតបង់ក្នុងអំឡុងពេលដឹកជញ្ជូនថាមពលហើយកំដៅដែលបង្កើតដោយប្រតិកម្មអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីផ្គត់ផ្គង់កំដៅឬទឹកក្តៅដល់អាគារ។ ប្រភពស្វយ័តនៃកំដៅ និងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលអាចមានអត្ថប្រយោជន៍យ៉ាងខ្លាំងនៅក្នុងតំបន់ដាច់ស្រយាល និងក្នុងតំបន់ដែលត្រូវបានកំណត់ដោយការខ្វះខាតអគ្គិសនី និងការចំណាយខ្ពស់របស់វា ប៉ុន្តែនៅពេលជាមួយគ្នានោះមានទុនបម្រុងនៃវត្ថុធាតុដើមដែលមានអ៊ីដ្រូសែន (ប្រេង ឧស្ម័នធម្មជាតិ) .
គុណសម្បត្តិនៃកោសិកាឥន្ធនៈក៏ជាភាពអាចរកបាននៃឥន្ធនៈ ភាពជឿជាក់ (មិនមានផ្នែកផ្លាស់ទីនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ) ភាពធន់ និងភាពងាយស្រួលនៃប្រតិបត្តិការ។
ចំនុចខ្វះខាតសំខាន់មួយនៃកោសិកាឥន្ធនៈសព្វថ្ងៃនេះគឺការចំណាយខ្ពស់របស់ពួកគេ ប៉ុន្តែការខ្វះខាតនេះអាចត្រូវបានយកឈ្នះក្នុងពេលឆាប់ៗនេះ - ក្រុមហ៊ុនកាន់តែច្រើនឡើងផលិតគំរូពាណិជ្ជកម្មនៃកោសិកាឥន្ធនៈ ពួកគេត្រូវបានកែលម្អឥតឈប់ឈរ ហើយការចំណាយរបស់ពួកគេកំពុងថយចុះ។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការប្រើប្រាស់អ៊ីដ្រូសែនសុទ្ធដ៏មានប្រសិទ្ធភាពបំផុតជាឥន្ធនៈ នេះនឹងតម្រូវឱ្យមានការបង្កើតហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធពិសេសសម្រាប់ផលិតកម្ម និងការដឹកជញ្ជូនរបស់វា។ បច្ចុប្បន្ននេះការរចនាពាណិជ្ជកម្មទាំងអស់ប្រើប្រាស់ឧស្ម័នធម្មជាតិ និងឥន្ធនៈស្រដៀងគ្នា។ យានជំនិះអាចប្រើប្រាស់សាំងធម្មតា ដែលនឹងអនុញ្ញាតឱ្យរក្សាបាននូវបណ្តាញស្ថានីយ៍ប្រេងឥន្ធនៈដែលបានអភិវឌ្ឍដែលមានស្រាប់។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការប្រើប្រាស់ឥន្ធនៈបែបនេះនាំឱ្យមានការបំភាយឧស្ម័នដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ទៅក្នុងបរិយាកាស (ទោះបីជាមានកម្រិតទាបក៏ដោយ) និងធ្វើឱ្យមានភាពស្មុគស្មាញ (ហើយដូច្នេះបង្កើនថ្លៃដើម) កោសិកាឥន្ធនៈ។ នៅពេលអនាគត លទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ប្រភពថាមពលកកើតឡើងវិញដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន (ឧទាហរណ៍ ថាមពលព្រះអាទិត្យ ឬថាមពលខ្យល់) កំពុងត្រូវបានពិចារណាដើម្បីបំប្លែងទឹកទៅជាអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែនដោយអេឡិចត្រូលីស ហើយបន្ទាប់មកបំប្លែងឥន្ធនៈលទ្ធផលនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈ។ រុក្ខជាតិរួមបញ្ចូលគ្នាបែបនេះដែលដំណើរការក្នុងវដ្តបិទអាចជាប្រភពថាមពលដែលមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន ដែលអាចទុកចិត្តបាន ប្រើប្រាស់បានយូរ និងមានប្រសិទ្ធភាព។
លក្ខណៈពិសេសមួយទៀតនៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺថាពួកវាមានប្រសិទ្ធភាពបំផុតនៅពេលប្រើទាំងថាមពលអគ្គិសនីនិងកំដៅក្នុងពេលតែមួយ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ លទ្ធភាពនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលកំដៅមិនមាននៅគ្រប់កន្លែងទាំងអស់នោះទេ។ នៅក្នុងករណីនៃការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈសម្រាប់តែការបង្កើតថាមពលអគ្គិសនី ប្រសិទ្ធភាពរបស់ពួកគេថយចុះ ទោះបីជាវាលើសពីប្រសិទ្ធភាពនៃការដំឡើង "ប្រពៃណី" ក៏ដោយ។
ប្រវត្តិ និងការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈទំនើប
គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានរកឃើញនៅឆ្នាំ 1839 ។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអង់គ្លេស William Robert Grove (1811-1896) បានរកឃើញថា ដំណើរការនៃអេឡិចត្រូលីត - ការបំបែកទឹកទៅជាអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ៊្សែនដោយចរន្តអគ្គិសនី - អាចបញ្ច្រាស់បាន ពោលគឺអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ៊្សែនអាចបញ្ចូលគ្នាជាម៉ូលេគុលទឹកដោយមិនឆេះ ប៉ុន្តែ ជាមួយនឹងការបញ្ចេញកំដៅនិងចរន្តអគ្គិសនី។ Grove បានហៅឧបករណ៍ដែលប្រតិកម្មបែបនេះត្រូវបានអនុវត្ត "ថ្មឧស្ម័ន" ដែលជាកោសិកាឥន្ធនៈដំបូង។
ការអភិវឌ្ឍន៍យ៉ាងសកម្មនៃបច្ចេកវិទ្យាកោសិកាឥន្ធនៈបានចាប់ផ្តើមបន្ទាប់ពីសង្គ្រាមលោកលើកទីពីរ ហើយវាត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងឧស្សាហកម្មអវកាស។ នៅពេលនោះ ការស្វែងរកត្រូវបានធ្វើឡើងសម្រាប់ប្រសិទ្ធភាព និងអាចទុកចិត្តបាន ប៉ុន្តែនៅពេលជាមួយគ្នានេះ ប្រភពថាមពលបង្រួមតូច។ ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 អ្នកឯកទេសរបស់ NASA (National Aeronautics and Space Administration, NASA) បានជ្រើសរើសកោសិកាឥន្ធនៈជាប្រភពថាមពលសម្រាប់យានអវកាស Apollo (ការហោះហើរមនុស្សទៅកាន់ឋានព្រះច័ន្ទ) កម្មវិធី Apollo-Soyuz, Gemini និង Skylab ។ អាប៉ូឡូបានប្រើបីគ្រឿង 1.5 kW (ថាមពលកំពូល 2.2 kW) ដោយប្រើអ៊ីដ្រូសែន cryogenic និងអុកស៊ីសែនដើម្បីផលិតអគ្គិសនី កំដៅ និងទឹក។ ម៉ាស់នៃការដំឡើងនីមួយៗគឺ 113 គីឡូក្រាម។ កោសិកាទាំងបីនេះដំណើរការស្របគ្នា ប៉ុន្តែថាមពលដែលបង្កើតដោយឯកតាគឺគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ការត្រឡប់មកវិញប្រកបដោយសុវត្ថិភាព។ ក្នុងអំឡុងពេលហោះហើរចំនួន 18 កោសិកាឥន្ធនៈបានប្រមូលផ្តុំសរុប 10,000 ម៉ោងដោយមិនមានការបរាជ័យណាមួយឡើយ។ បច្ចុប្បន្ននេះកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានប្រើប្រាស់នៅក្នុងយានអវកាស "Space Shuttle" ដែលប្រើប្រាស់បីគ្រឿងដែលមានថាមពល 12 W ដែលបង្កើតថាមពលអគ្គិសនីទាំងអស់នៅលើយានអវកាស (រូបភាពទី 2) ។ ទឹកដែលទទួលបានជាលទ្ធផលនៃប្រតិកម្មគីមី ត្រូវបានគេប្រើជាទឹកផឹក ក៏ដូចជាសម្រាប់ឧបករណ៍ត្រជាក់។
នៅក្នុងប្រទេសរបស់យើង ការងារក៏កំពុងដំណើរការដើម្បីបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងវិស័យអវកាស។ ជាឧទាហរណ៍ កោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានប្រើប្រាស់ដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់យានអវកាស Buran របស់សូវៀត។
ការអភិវឌ្ឍន៍វិធីសាស្រ្តសម្រាប់ការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈពាណិជ្ជកម្មបានចាប់ផ្តើមនៅពាក់កណ្តាលទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 ។ ការអភិវឌ្ឍន៍ទាំងនេះត្រូវបានផ្តល់មូលនិធិដោយផ្នែកដោយអង្គការរដ្ឋាភិបាល។
បច្ចុប្បន្ននេះការអភិវឌ្ឍន៍នៃបច្ចេកវិទ្យាសម្រាប់ការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈដំណើរការក្នុងទិសដៅជាច្រើន។ នេះគឺជាការបង្កើតរោងចក្រថាមពលស្ថានីយ៍នៅលើកោសិកាឥន្ធនៈ (ទាំងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលកណ្តាល និងវិមជ្ឈការ) រោងចក្រថាមពលនៃយានជំនិះ (គំរូរថយន្ត និងឡានក្រុងនៅលើកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានបង្កើតឡើង រួមទាំងនៅក្នុងប្រទេសរបស់យើង) (រូបភាពទី 3) និង ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលសម្រាប់ឧបករណ៍ចល័តផ្សេងៗ (កុំព្យូទ័រយួរដៃ ទូរស័ព្ទចល័ត។ល។) (រូបភាពទី 4)។
ឧទាហរណ៍នៃការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈក្នុងវិស័យផ្សេងៗត្រូវបានផ្តល់ឱ្យក្នុងតារាង។ មួយ។
គំរូពាណិជ្ជកម្មដំបូងនៃកោសិកាឥន្ធនៈដែលត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់កំដៅស្វយ័ត និងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលនៃអគារគឺ PC25 Model A ដែលផលិតដោយសាជីវកម្ម ONSI (ឥឡូវ United Technologies, Inc.)។ កោសិកាឥន្ធនៈនេះដែលមានថាមពលបន្ទាប់បន្សំនៃ 200 kW ជាកម្មសិទ្ធិរបស់ប្រភេទនៃកោសិកាដែលមានអេឡិចត្រូលីតដោយផ្អែកលើអាស៊ីតផូស្វ័រ (កោសិកាប្រេងឥន្ធនៈអាស៊ីតផូស្វ័រ, PAFC) ។ លេខ "25" នៅក្នុងឈ្មោះនៃម៉ូដែលមានន័យថាលេខស៊េរីនៃការរចនា។ ភាគច្រើននៃម៉ូដែលមុនគឺជាបំណែកពិសោធន៍ ឬសាកល្បង ដូចជាម៉ូដែល 12.5 kW "PC11" ដែលបានបង្ហាញខ្លួនក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ។ ម៉ូដែលថ្មីបានបង្កើនថាមពលដែលយកចេញពីកោសិកាឥន្ធនៈតែមួយ ហើយថែមទាំងកាត់បន្ថយថ្លៃដើមក្នុងមួយគីឡូវ៉ាត់នៃថាមពលដែលបានផលិតផងដែរ។ បច្ចុប្បន្ននេះ ម៉ូដែលពាណិជ្ជកម្មដ៏មានប្រសិទ្ធភាពបំផុតមួយគឺ កោសិកាប្រេងឥន្ធនៈ PC25 Model C ។ ដូចម៉ូដែល "A" នេះគឺជាកោសិកាឥន្ធនៈប្រភេទ PAFC 200 kW ដោយស្វ័យប្រវត្តិយ៉ាងពេញលេញ ដែលត្រូវបានរចនាឡើងសម្រាប់ការដំឡើងដោយផ្ទាល់លើវត្ថុដែលបានផ្តល់សេវា ដែលជាប្រភពឯករាជ្យនៃកំដៅ និងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពល។ កោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះអាចត្រូវបានដំឡើងនៅខាងក្រៅអាគារ។ ខាងក្រៅវាជាប៉ារ៉ាឡែលប៉ីបដែលមានប្រវែង 5.5 ម៉ែត្រ ទទឹង 3 ម៉ែត្រ និងកម្ពស់ 3 ម៉ែត្រ ទម្ងន់ 18,140 គីឡូក្រាម។ ភាពខុសគ្នាពីម៉ូដែលមុនគឺការកែទម្រង់ដែលប្រសើរឡើង និងដង់ស៊ីតេបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ជាង។
| តារាងទី 1 វិសាលភាពនៃកោសិកាឥន្ធនៈ |
|||||||||||||||
|
នៅក្នុងប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈមួយចំនួន ដំណើរការគីមីអាចបញ្ច្រាស់បាន៖ ដោយអនុវត្តភាពខុសគ្នាដ៏មានសក្តានុពលចំពោះអេឡិចត្រូត ទឹកអាចត្រូវបាន decomposed ទៅជាអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ៊្សែន ដែលត្រូវបានប្រមូលនៅលើអេឡិចត្រូត porous ។ នៅពេលដែលបន្ទុកត្រូវបានភ្ជាប់ កោសិកាឥន្ធនៈដែលបង្កើតឡើងវិញបែបនេះនឹងចាប់ផ្តើមបង្កើតថាមពលអគ្គិសនី។
ទិសដៅដ៏ជោគជ័យមួយសម្រាប់ការប្រើប្រាស់កោសិកាឥន្ធនៈគឺការប្រើប្រាស់របស់វាដោយភ្ជាប់ជាមួយប្រភពថាមពលកកើតឡើងវិញ ដូចជាបន្ទះ photovoltaic ឬទួរប៊ីនខ្យល់។ បច្ចេកវិទ្យានេះអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកជៀសវាងការបំពុលបរិយាកាសទាំងស្រុង។ ប្រព័ន្ធស្រដៀងគ្នានេះត្រូវបានគ្រោងនឹងបង្កើតជាឧទាហរណ៍ នៅមជ្ឈមណ្ឌលបណ្តុះបណ្តាល Adam Joseph Lewis ក្នុងទីក្រុង Oberlin (សូមមើល ABOK, 2002, លេខ 5, ទំព័រ 10)។ បច្ចុប្បន្ន បន្ទះស្រូបពន្លឺព្រះអាទិត្យត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាប្រភពថាមពលមួយនៅក្នុងអគារនេះ។ រួមគ្នាជាមួយអ្នកឯកទេសណាសា គម្រោងមួយត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីប្រើប្រាស់បន្ទះ photovoltaic ដើម្បីផលិតអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែនពីទឹកដោយអេឡិចត្រូលីស។ បន្ទាប់មក អ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានប្រើប្រាស់ក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈដើម្បីបង្កើតអគ្គិសនី និងទឹកក្តៅ។ នេះនឹងអនុញ្ញាតឱ្យអគាររក្សាដំណើរការនៃប្រព័ន្ធទាំងអស់ក្នុងអំឡុងពេលថ្ងៃដែលមានពពកនិងនៅពេលយប់។
គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈ
ចូរយើងពិចារណាគោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈដោយប្រើធាតុសាមញ្ញបំផុតជាមួយនឹងភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (Proton Exchange Membrane, PEM) ជាឧទាហរណ៍។ ធាតុបែបនេះមានភ្នាសវត្ថុធាតុ polymer ដែលដាក់នៅចន្លោះ anode (អេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន) និង cathode (អេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន) រួមជាមួយកាតាលីករ anode និង cathode ។ ភ្នាសវត្ថុធាតុ polymer ត្រូវបានប្រើជាអេឡិចត្រូលីត។ ដ្យាក្រាមនៃធាតុ PEM ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ ៥.
ភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (PEM) គឺជាសមាសធាតុសរីរាង្គរឹង (ប្រហែល 2-7 សន្លឹកនៃក្រដាសធម្មតា) ។ ភ្នាសនេះមានមុខងារជាអេឡិចត្រូលីត៖ វាបំបែកសារធាតុទៅជាអ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមានដែលមានផ្ទុកទឹក។
ដំណើរការអុកស៊ីតកម្មកើតឡើងនៅ anode ហើយដំណើរការកាត់បន្ថយកើតឡើងនៅ cathode ។ anode និង cathode នៅក្នុងកោសិកា PEM ត្រូវបានផលិតចេញពីវត្ថុធាតុ porous ដែលជាល្បាយនៃភាគល្អិតនៃកាបូន និងផ្លាទីន។ ប្លាទីនដើរតួជាកាតាលីករដែលជំរុញប្រតិកម្មនៃការបំបែក។ anode និង cathode ត្រូវបានបង្កើតឡើង porous សម្រាប់ការឆ្លងកាត់ដោយសេរីនៃអ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីសែនតាមរយៈពួកវារៀងគ្នា។
anode និង cathode ត្រូវបានដាក់នៅចន្លោះបន្ទះដែកពីរ ដែលផ្គត់ផ្គង់អ៊ីដ្រូសែន និងអុកស៊ីហ្សែនទៅ anode និង cathode ហើយយកកំដៅ និងទឹក ក៏ដូចជាថាមពលអគ្គិសនី។
ម៉ូលេគុលអ៊ីដ្រូសែនឆ្លងកាត់បណ្តាញនៅក្នុងចានទៅកាន់ anode ដែលម៉ូលេគុល decompose ទៅជាអាតូមនីមួយៗ (រូបភាព 6) ។
រូបភាពទី 5 () ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃកោសិកាឥន្ធនៈផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (PEM) |
|
រូបភាពទី 6 () ម៉ូលេគុលអ៊ីដ្រូសែនតាមរយៈបណ្តាញនៅក្នុងចានចូលទៅក្នុង anode ដែលម៉ូលេគុលត្រូវបាន decomposed ទៅជាអាតូមបុគ្គល |
|
រូបភាពទី 7 () ជាលទ្ធផលនៃការស្រូបយកគីមីនៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករអាតូមអ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានបំលែងទៅជាប្រូតុង។ |
|
រូបភាពទី 8 () អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមាន សាយភាយតាមភ្នាសទៅ cathode ហើយលំហូរអេឡិចត្រុងត្រូវបានដឹកនាំទៅ cathode តាមរយៈសៀគ្វីអគ្គិសនីខាងក្រៅដែលបន្ទុកត្រូវបានតភ្ជាប់។ |
|
រូបភាពទី 9 () អុកស៊ីសែនដែលបានផ្គត់ផ្គង់ទៅ cathode នៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករមួយចូលទៅក្នុងប្រតិកម្មគីមីជាមួយអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនពីភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុងនិងអេឡិចត្រុងពីសៀគ្វីអគ្គិសនីខាងក្រៅ។ ទឹកត្រូវបានបង្កើតឡើងជាលទ្ធផលនៃប្រតិកម្មគីមី |
បន្ទាប់មក ជាលទ្ធផលនៃការស្រូបយកគីមីនៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករ អាតូមអ៊ីដ្រូសែន ដែលនីមួយៗបរិច្ចាគអេឡិចត្រុងមួយ អ៊ី - ប្រែទៅជាអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមាន H + ពោលគឺ ប្រូតុង (រូបភាពទី 7) ។
អ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមាន (ប្រូតុង) សាយភាយតាមរយៈភ្នាសទៅ cathode ហើយលំហូរអេឡិចត្រុងត្រូវបានដឹកនាំទៅ cathode តាមរយៈសៀគ្វីអគ្គិសនីខាងក្រៅដែលបន្ទុក (អ្នកប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គិសនី) ត្រូវបានតភ្ជាប់ (រូបភាព 8) ។
អុកស៊ីសែនដែលបានផ្គត់ផ្គង់ទៅ cathode នៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករមួយចូលទៅក្នុងប្រតិកម្មគីមីជាមួយអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែន (ប្រូតុង) ពីភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុងនិងអេឡិចត្រុងពីសៀគ្វីអគ្គិសនីខាងក្រៅ (រូបភាព 9) ។ ជាលទ្ធផលនៃប្រតិកម្មគីមីទឹកត្រូវបានបង្កើតឡើង។
ប្រតិកម្មគីមីនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទផ្សេងទៀត (ឧទាហរណ៍ជាមួយអេឡិចត្រូលីតអាស៊ីតដែលជាដំណោះស្រាយនៃអាស៊ីតផូស្វ័រ H 3 PO 4) គឺពិតជាដូចគ្នាបេះបិទទៅនឹងប្រតិកម្មគីមីនៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈដែលមានភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង។
នៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈណាមួយ ផ្នែកនៃថាមពលនៃប្រតិកម្មគីមីមួយត្រូវបានបញ្ចេញជាកំដៅ។
លំហូរនៃអេឡិចត្រុងនៅក្នុងសៀគ្វីខាងក្រៅគឺជាចរន្តផ្ទាល់ដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីធ្វើការងារ។ ការបើកសៀគ្វីខាងក្រៅឬការបញ្ឈប់ចលនានៃអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនបញ្ឈប់ប្រតិកម្មគីមី។
បរិមាណថាមពលអគ្គិសនីដែលផលិតដោយកោសិកាឥន្ធនៈអាស្រ័យលើប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈ ទំហំធរណីមាត្រ សីតុណ្ហភាព សម្ពាធឧស្ម័ន។ កោសិកាឥន្ធនៈតែមួយផ្តល់ EMF តិចជាង 1.16 V. វាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបង្កើនទំហំនៃកោសិកាឥន្ធនៈ ប៉ុន្តែក្នុងការអនុវត្តកោសិកាជាច្រើនត្រូវបានប្រើប្រាស់ ដោយភ្ជាប់ជាមួយថ្ម (រូបភាព 10)។
ឧបករណ៍កោសិកាឥន្ធនៈ
ចូរយើងពិចារណាឧបករណ៍កោសិកាឥន្ធនៈនៅលើឧទាហរណ៍នៃម៉ូដែល PC25 Model C ។ គ្រោងការណ៍នៃកោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ ដប់មួយ
កោសិកាឥន្ធនៈ "PC25 Model C" មានបីផ្នែកសំខាន់ៗគឺផ្នែកដំណើរការប្រេងឥន្ធនៈ ផ្នែកផលិតថាមពលពិតប្រាកដ និងឧបករណ៍បំលែងវ៉ុល។
ផ្នែកសំខាន់នៃកោសិកាឥន្ធនៈ - ផ្នែកផលិតថាមពល - គឺជាជង់មួយដែលមានកោសិកាឥន្ធនៈនីមួយៗចំនួន 256 ។ សមាសធាតុនៃអេឡិចត្រូតកោសិកាឥន្ធនៈរួមមានកាតាលីករប្លាទីន។ តាមរយៈកោសិកាទាំងនេះ ចរន្តអគ្គិសនីផ្ទាល់ 1,400 អំពែរ ត្រូវបានបង្កើតនៅវ៉ុល 155 វ៉ុល។ វិមាត្រនៃថ្មមានប្រវែងប្រហែល 2.9 ម៉ែត្រ និងទទឹង 0.9 ម៉ែត្រ។
ចាប់តាំងពីដំណើរការអេឡិចត្រូគីមីកើតឡើងនៅសីតុណ្ហភាព 177 ° C វាចាំបាច់ក្នុងការកំដៅថ្មនៅពេលចាប់ផ្តើមហើយដកកំដៅចេញពីវាកំឡុងពេលប្រតិបត្តិការ។ ដើម្បីធ្វើដូចនេះកោសិកាឥន្ធនៈរួមបញ្ចូលសៀគ្វីទឹកដាច់ដោយឡែកហើយថ្មត្រូវបានបំពាក់ដោយបន្ទះត្រជាក់ពិសេស។
ដំណើរការឥន្ធនៈអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកបំលែងឧស្ម័នធម្មជាតិទៅជាអ៊ីដ្រូសែនដែលចាំបាច់សម្រាប់ប្រតិកម្មគីមី។ ដំណើរការនេះត្រូវបានគេហៅថាកំណែទម្រង់។ ធាតុសំខាន់នៃដំណើរការឥន្ធនៈគឺអ្នកកែទម្រង់។ នៅក្នុងម៉ាស៊ីនកែទម្រង់ ឧស្ម័នធម្មជាតិ (ឬឥន្ធនៈដែលមានអ៊ីដ្រូសែនផ្សេងទៀត) មានប្រតិកម្មជាមួយនឹងចំហាយទឹកនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ (900 °C) និងសម្ពាធខ្ពស់នៅក្នុងវត្តមាននៃកាតាលីករនីកែលមួយ។ ប្រតិកម្មគីមីខាងក្រោមកើតឡើង៖
CH 4 (មេតាន) + H 2 O 3H 2 + CO
(ប្រតិកម្ម endothermic ជាមួយនឹងការស្រូបយកកំដៅ);
CO + H 2 O H 2 + CO 2
(ប្រតិកម្មគឺ exothermic ជាមួយនឹងការបញ្ចេញកំដៅ) ។
ប្រតិកម្មរួមត្រូវបានបង្ហាញដោយសមីការ៖
CH 4 (មេតាន) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2
(ប្រតិកម្ម endothermic ជាមួយនឹងការស្រូបយកកំដៅ) ។
ដើម្បីផ្តល់នូវសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលត្រូវការសម្រាប់ការបំប្លែងឧស្ម័នធម្មជាតិ ផ្នែកមួយនៃប្រេងឥន្ធនៈដែលបានចំណាយពីជង់កោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានបញ្ជូនទៅឧបករណ៍ដុតដែលរក្សាឧបករណ៍កែទម្រង់នៅសីតុណ្ហភាពដែលចង់បាន។
ចំហាយទឹកដែលត្រូវការសម្រាប់ការកែទម្រង់ត្រូវបានបង្កើតចេញពី condensate ដែលបង្កើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលប្រតិបត្តិការនៃកោសិកាឥន្ធនៈ។ ក្នុងករណីនេះកំដៅដែលបានដកចេញពីជង់កោសិកាឥន្ធនៈត្រូវបានប្រើ (រូបភាព 12) ។
ជង់កោសិកាឥន្ធនៈបង្កើតចរន្តផ្ទាល់មិនទៀងទាត់ដែលត្រូវបានកំណត់ដោយវ៉ុលទាបនិងចរន្តខ្ពស់។ ឧបករណ៍បំលែងវ៉ុលត្រូវបានប្រើដើម្បីបំប្លែងវាទៅជា AC ស្តង់ដារឧស្សាហកម្ម។ លើសពីនេះ អង្គភាពបំប្លែងវ៉ុលរួមបញ្ចូលឧបករណ៍បញ្ជាផ្សេងៗ និងសៀគ្វីសុវត្ថិភាពអន្តរកម្ម ដែលអនុញ្ញាតឱ្យកោសិកាប្រេងឥន្ធនៈត្រូវបានបិទក្នុងករណីមានការបរាជ័យផ្សេងៗ។
នៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះប្រហែល 40% នៃថាមពលនៅក្នុងឥន្ធនៈអាចត្រូវបានបំលែងទៅជាថាមពលអគ្គិសនី។ បរិមាណប្រហាក់ប្រហែលគ្នាប្រហែល 40% នៃថាមពលឥន្ធនៈអាចបំប្លែងទៅជាថាមពលកំដៅដែលបន្ទាប់មកត្រូវបានគេប្រើជាប្រភពកំដៅសម្រាប់កំដៅការផ្គត់ផ្គង់ទឹកក្តៅនិងគោលបំណងស្រដៀងគ្នា។ ដូច្នេះប្រសិទ្ធភាពសរុបនៃរុក្ខជាតិបែបនេះអាចឈានដល់ 80% ។
អត្ថប្រយោជន៍ដ៏សំខាន់នៃប្រភពកំដៅ និងអគ្គិសនីបែបនេះ គឺលទ្ធភាពនៃប្រតិបត្តិការដោយស្វ័យប្រវត្តិរបស់វា។ សម្រាប់ការថែទាំ ម្ចាស់គ្រឿងបរិក្ខារដែលដំឡើងកោសិកាឥន្ធនៈ មិនចាំបាច់ថែទាំបុគ្គលិកដែលបានទទួលការបណ្តុះបណ្តាលពិសេសនោះទេ ការថែទាំតាមកាលកំណត់អាចត្រូវបានអនុវត្តដោយនិយោជិតនៃអង្គការប្រតិបត្តិការ។
ប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈ
បច្ចុប្បន្ននេះប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈជាច្រើនត្រូវបានគេស្គាល់ដែលខុសគ្នានៅក្នុងសមាសភាពនៃអេឡិចត្រូលីតដែលបានប្រើ។ បួនប្រភេទខាងក្រោមគឺរីករាលដាលបំផុត (តារាងទី 2)៖
1. កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC) ។
2. កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានមូលដ្ឋានលើអាស៊ីត orthophosphoric (phosphoric) (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC) ។
3. កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនដែលរលាយ (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC) ។
4. កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរឹង (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) ។ បច្ចុប្បន្ននេះ កោសិកាឥន្ធនៈដ៏ធំបំផុតត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា PAFC ។
លក្ខណៈសំខាន់មួយនៃប្រភេទផ្សេងគ្នានៃកោសិកាឥន្ធនៈគឺសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការ។ នៅក្នុងវិធីជាច្រើនវាគឺជាសីតុណ្ហភាពដែលកំណត់វិសាលភាពនៃកោសិកាឥន្ធនៈ។ ជាឧទាហរណ៍ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់មានសារៈសំខាន់សម្រាប់កុំព្យូទ័រយួរដៃ ដូច្នេះកោសិកាឥន្ធនៈភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុងដែលមានសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការទាបកំពុងត្រូវបានបង្កើតឡើងសម្រាប់ផ្នែកទីផ្សារនេះ។
សម្រាប់ការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលស្វយ័តនៃអគារ កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានសមត្ថភាពដំឡើងខ្ពស់ត្រូវបានទាមទារ ហើយក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ វាអាចប្រើប្រាស់ថាមពលកម្ដៅបាន ដូច្នេះហើយកោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទផ្សេងទៀតក៏អាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់គោលបំណងទាំងនេះផងដែរ។
កោសិកាប្រេងឥន្ធនៈផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង (PEMFC)
កោសិកាឥន្ធនៈទាំងនេះដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការទាប (60-160 ° C) ។ ពួកវាត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់ អនុញ្ញាតឱ្យអ្នកលៃតម្រូវថាមពលទិន្នផលបានយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងអាចបើកបានយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ គុណវិបត្តិនៃធាតុប្រភេទនេះគឺតម្រូវការខ្ពស់សម្រាប់គុណភាពឥន្ធនៈ ដោយសារឥន្ធនៈដែលមានជាតិពុលអាចធ្វើឱ្យខូចភ្នាស។ ថាមពលបន្ទាប់បន្សំនៃកោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទនេះគឺ 1-100 kW ។
កោសិកាឥន្ធនៈភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុងត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយសាជីវកម្ម General Electric ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 សម្រាប់ NASA ។ កោសិកាឥន្ធនៈប្រភេទនេះប្រើអេឡិចត្រូលីតប៉ូលីម៉ីលរដ្ឋរឹងហៅថា Proton Exchange Membrane (PEM) ។ ប្រូតុងអាចផ្លាស់ទីតាមរយៈភ្នាសផ្លាស់ប្តូរប្រូតុង ប៉ុន្តែអេឡិចត្រុងមិនអាចឆ្លងកាត់វាបានទេ ដែលបណ្តាលឱ្យមានភាពខុសគ្នារវាង cathode និង anode ។ ដោយសារតែភាពសាមញ្ញ និងភាពជឿជាក់របស់វា កោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាប្រភពថាមពលនៅលើយានអវកាស Gemini។
កោសិកាឥន្ធនៈប្រភេទនេះត្រូវបានប្រើជាប្រភពថាមពលសម្រាប់ឧបករណ៍ជាច្រើនប្រភេទ រួមទាំងគំរូ និងគំរូពីទូរសព្ទចល័ត រហូតដល់ឡានក្រុង និងប្រព័ន្ធថាមពលស្ថានីយ៍។ សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការទាបអនុញ្ញាតឱ្យប្រើកោសិកាបែបនេះដើម្បីផ្តល់ថាមពលដល់ប្រភេទផ្សេងៗនៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកស្មុគស្មាញ។ ប្រសិទ្ធភាពតិចជាងគឺការប្រើប្រាស់របស់ពួកគេជាប្រភពនៃកំដៅ និងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលសម្រាប់អគារសាធារណៈ និងឧស្សាហកម្ម ដែលថាមពលកំដៅច្រើនត្រូវបានទាមទារ។ ទន្ទឹមនឹងនេះដែរធាតុបែបនេះកំពុងសន្យាថាជាប្រភពស្វយ័តនៃការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលសម្រាប់អគារលំនៅដ្ឋានតូចៗដូចជាខ្ទមដែលត្រូវបានសាងសង់នៅក្នុងតំបន់ដែលមានអាកាសធាតុក្តៅ។
| តារាង 2 ប្រភេទកោសិកាឥន្ធនៈ |
||||||||||||||||||||
|
កោសិកាឥន្ធនៈអាស៊ីតផូស្វ័រ (PAFC)
ការធ្វើតេស្តកោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទនេះត្រូវបានអនុវត្តរួចហើយនៅដើមទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ។ ជួរសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការ - 150-200 ° C ។ តំបន់សំខាន់នៃកម្មវិធីគឺជាប្រភពស្វយ័តនៃកំដៅនិងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលនៃថាមពលមធ្យម (ប្រហែល 200 kW) ។
អេឡិចត្រូលីតដែលប្រើក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈទាំងនេះគឺជាដំណោះស្រាយនៃអាស៊ីតផូស្វ័រ។ អេឡិចត្រូតត្រូវបានធ្វើពីក្រដាសដែលស្រោបដោយកាបូនដែលក្នុងនោះកាតាលីករប្លាទីនត្រូវបានបែកខ្ញែក។
ប្រសិទ្ធភាពអគ្គិសនីនៃកោសិកាឥន្ធនៈ PAFC គឺ 37-42% ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារកោសិកាឥន្ធនៈទាំងនេះដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់គ្រប់គ្រាន់ វាអាចប្រើចំហាយទឹកដែលបានបង្កើតជាលទ្ធផលនៃប្រតិបត្តិការ។ ក្នុងករណីនេះប្រសិទ្ធភាពសរុបអាចឈានដល់ 80% ។
ដើម្បីបង្កើតថាមពល ចំណីដែលមានផ្ទុកអ៊ីដ្រូសែនត្រូវតែបំប្លែងទៅជាអ៊ីដ្រូសែនសុទ្ធ តាមរយៈដំណើរការកែទម្រង់។ ជាឧទាហរណ៍ ប្រសិនបើប្រេងសាំងប្រើជាឥន្ធនៈ នោះសមាសធាតុស្ពាន់ធ័រត្រូវតែយកចេញ ព្រោះស្ពាន់ធ័រអាចបំផ្លាញកាតាលីករផ្លាទីន។
កោសិកាឥន្ធនៈ PAFC គឺជាកោសិកាឥន្ធនៈពាណិជ្ជកម្មដំបូងគេដែលមានភាពត្រឹមត្រូវខាងសេដ្ឋកិច្ច។ ម៉ូដែលទូទៅបំផុតគឺកោសិកាប្រេងឥន្ធនៈ 200 kW PC25 ផលិតដោយសាជីវកម្ម ONSI (ឥឡូវ United Technologies, Inc.) (រូបភាព 13) ។ ជាឧទាហរណ៍ ធាតុទាំងនេះត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាប្រភពនៃកំដៅ និងអគ្គិសនីនៅក្នុងស្ថានីយ៍ប៉ូលីសនៅ Central Park នៃទីក្រុងញូវយ៉ក ឬជាប្រភពថាមពលបន្ថែមសម្រាប់អគារ Conde Nast & Four Times Square ។ រោងចក្រដ៏ធំបំផុតនៃប្រភេទនេះកំពុងត្រូវបានសាកល្បងជារោងចក្រថាមពល 11 MW ដែលមានទីតាំងនៅប្រទេសជប៉ុន។
កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានមូលដ្ឋានលើអាស៊ីតផូស្វ័រក៏ត្រូវបានគេប្រើជាប្រភពថាមពលនៅក្នុងយានជំនិះផងដែរ។ ជាឧទាហរណ៍ ក្នុងឆ្នាំ 1994 ក្រុមហ៊ុន H-Power Corp. សាកលវិទ្យាល័យ Georgetown និងក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិកបានបំពាក់ឡានក្រុងជាមួយនឹងរោងចក្រថាមពល 50 kW ។
កោសិកាឥន្ធនៈកាបូនដែលរលាយ (MCFC)
កោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទនេះដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ណាស់ - 600-700 ° C ។ សីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការទាំងនេះអនុញ្ញាតឱ្យប្រើឥន្ធនៈដោយផ្ទាល់នៅក្នុងកោសិកាដោយខ្លួនវាផ្ទាល់ដោយមិនចាំបាច់មានអ្នកកែទម្រង់ដាច់ដោយឡែក។ ដំណើរការនេះត្រូវបានគេហៅថា "កំណែទម្រង់ផ្ទៃក្នុង" ។ វាអនុញ្ញាតឱ្យធ្វើឱ្យការរចនានៃកោសិកាឥន្ធនៈមានភាពសាមញ្ញយ៉ាងសំខាន់។
កោសិកាឥន្ធនៈដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនម៉ូលេគុល ត្រូវការពេលវេលាចាប់ផ្តើមដ៏សំខាន់ ហើយមិនអនុញ្ញាតឱ្យកែតម្រូវថាមពលទិន្នផលបានលឿនទេ ដូច្នេះតំបន់សំខាន់នៃកម្មវិធីរបស់ពួកគេគឺជាប្រភពកំដៅ និងអគ្គិសនីដ៏ធំ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ពួកគេមានមុខងារបំប្លែងឥន្ធនៈខ្ពស់ ប្រសិទ្ធភាពអគ្គិសនី 60% និងប្រសិទ្ធភាពសរុបរហូតដល់ 85%។
នៅក្នុងកោសិកាឥន្ធនៈប្រភេទនេះ អេឡិចត្រូលីតមានផ្ទុកនូវសារធាតុប៉ូតាស្យូមកាបូណាត និងអំបិលលីចូមកាបូណាត ដែលកម្តៅដល់ប្រហែល 650 អង្សាសេ។ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌទាំងនេះ អំបិលស្ថិតក្នុងសភាពរលាយ បង្កើតបានជាអេឡិចត្រូលីត។ នៅ anode អ៊ីដ្រូសែនធ្វើអន្តរកម្មជាមួយ CO 3 ions បង្កើតជាទឹក កាបូនឌីអុកស៊ីត និងបញ្ចេញអេឡិចត្រុងដែលត្រូវបានបញ្ជូនទៅសៀគ្វីខាងក្រៅ ហើយនៅ cathode អុកស៊ីសែនធ្វើអន្តរកម្មជាមួយកាបូនឌីអុកស៊ីត និងអេឡិចត្រុងពីសៀគ្វីខាងក្រៅ បង្កើតជា CO 3 ions ម្តងទៀត។
គំរូមន្ទីរពិសោធន៍នៃកោសិកាឥន្ធនៈនៃប្រភេទនេះត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1950 ដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រហូឡង់ G. H. J. Broers និង J. A. A. Ketelaar ។ ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 វិស្វករ Francis T. Bacon ដែលជាកូនចៅរបស់អ្នកនិពន្ធ និងអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រអង់គ្លេសដ៏ល្បីល្បាញនៅសតវត្សទី 17 បានធ្វើការជាមួយធាតុទាំងនេះ ដែលជាមូលហេតុដែលកោសិកាឥន្ធនៈ MCFC ជួនកាលត្រូវបានគេហៅថា Bacon ។ កម្មវិធី Apollo, Apollo-Soyuz, និង Scylab របស់ NASA បានប្រើកោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះជាប្រភពថាមពល (រូបភាព 14)។ ក្នុងឆ្នាំដដែលនោះ នាយកដ្ឋានយោធាអាមេរិកបានសាកល្បងគំរូកោសិកាឥន្ធនៈ MCFC ជាច្រើនដែលផលិតដោយ Texas Instruments ដែលក្នុងនោះប្រេងសាំងថ្នាក់កងទ័ពត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាឥន្ធនៈ។ នៅពាក់កណ្តាលទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1970 ក្រសួងថាមពលសហរដ្ឋអាមេរិកបានចាប់ផ្តើមស្រាវជ្រាវដើម្បីបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈកាបូនដែលរលាយនៅស្ថានីដែលសមរម្យសម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែង។ ក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 ការដំឡើងពាណិជ្ជកម្មមួយចំនួនដែលមានថាមពលដល់ទៅ 250 kW ត្រូវបានដាក់ឱ្យដំណើរការ ដូចជានៅស្ថានីយ៍ទ័ពជើងទឹកអាមេរិក Miramar ក្នុងរដ្ឋកាលីហ្វ័រញ៉ា។ នៅឆ្នាំ 1996 FuelCell Energy, Inc. បានដាក់ដំណើរការរោងចក្រផលិតស៊េរីមុនទំហំ 2 MW នៅ Santa Clara រដ្ឋ California ។
កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរដ្ឋរឹង (SOFC)
កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរដ្ឋរឹងមានលក្ខណៈសាមញ្ញក្នុងការរចនា និងដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ខ្លាំង - 700-1000 °C ។ សីតុណ្ហភាពខ្ពស់បែបនេះអនុញ្ញាតឱ្យប្រើឥន្ធនៈ "កខ្វក់" ដែលមិនចម្រាញ់។ លក្ខណៈពិសេសដូចគ្នានឹងកោសិកាឥន្ធនៈដែលមានមូលដ្ឋានលើកាបូនរលាយកំណត់តំបន់ស្រដៀងគ្នានៃកម្មវិធី - ប្រភពធំនៃកំដៅនិងអគ្គិសនី។
កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរឹងមានរចនាសម្ព័ន្ធខុសពីកោសិកាឥន្ធនៈដោយផ្អែកលើបច្ចេកវិទ្យា PAFC និង MCFC ។ anode, cathode និង electrolyte ត្រូវបានផលិតពីសេរ៉ាមិចថ្នាក់ពិសេស។ ភាគច្រើនជាញឹកញាប់ ល្បាយនៃ zirconium oxide និង calcium oxide ត្រូវបានគេប្រើជាអេឡិចត្រូលីត ប៉ុន្តែអុកស៊ីដផ្សេងទៀតអាចត្រូវបានប្រើ។ អេឡិចត្រូលីតបង្កើតជាបន្ទះគ្រីស្តាល់ដែលស្រោបលើភាគីទាំងសងខាងជាមួយនឹងសម្ភារៈអេឡិចត្រូតដែលមានរន្ធ។ តាមរចនាសម្ព័ន ធាតុបែបនេះត្រូវបានផលិតក្នុងទម្រង់ជាបំពង់ ឬក្តាររាបស្មើ ដែលធ្វើឱ្យវាអាចប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាដែលប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឧស្សាហកម្មអេឡិចត្រូនិចក្នុងការផលិតរបស់ពួកគេ។ ជាលទ្ធផល កោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរដ្ឋរឹងអាចដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ដែលធ្វើឱ្យពួកវាមានគុណសម្បត្តិសម្រាប់ផលិតថាមពលអគ្គិសនី និងកម្ដៅ។
នៅសីតុណ្ហភាពប្រតិបត្តិការខ្ពស់ អ៊ីយ៉ុងអុកស៊ីហ៊្សែនត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅ cathode ដែលធ្វើចំណាកស្រុកតាមរយៈបន្ទះគ្រីស្តាល់ទៅកាន់ anode ដែលពួកគេធ្វើអន្តរកម្មជាមួយអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែន បង្កើតជាទឹក និងបញ្ចេញអេឡិចត្រុងសេរី។ ក្នុងករណីនេះអ៊ីដ្រូសែនត្រូវបានបញ្ចេញចេញពីឧស្ម័នធម្មជាតិដោយផ្ទាល់នៅក្នុងកោសិកា ពោលគឺមិនចាំបាច់មានអ្នកកែទម្រង់ដាច់ដោយឡែកនោះទេ។
មូលដ្ឋានគ្រឹះទ្រឹស្តីសម្រាប់ការបង្កើតកោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរដ្ឋរឹង ត្រូវបានដាក់ត្រឡប់មកវិញនៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1930 នៅពេលដែលអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រស្វីស Bauer (Emil Bauer) និង Preis (H. Preis) ពិសោធន៍ជាមួយ zirconium, yttrium, cerium, lanthanum និង tungsten ដោយប្រើពួកវា។ ជាអេឡិចត្រូលីត។
គំរូដំបូងនៃកោសិកាឥន្ធនៈបែបនេះត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1950 ដោយក្រុមហ៊ុនអាមេរិក និងហូឡង់មួយចំនួន។ ក្រុមហ៊ុនទាំងនេះភាគច្រើនមិនយូរប៉ុន្មានបានបោះបង់ចោលការស្រាវជ្រាវបន្ថែមដោយសារតែការលំបាកផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា ប៉ុន្តែមួយក្នុងចំណោមក្រុមហ៊ុនទាំងនោះគឺ Westinghouse Electric Corp. (ឥឡូវ "Siemens Westinghouse Power Corporation") បានបន្តការងារ។ បច្ចុប្បន្នក្រុមហ៊ុនកំពុងទទួលយកការបញ្ជាទិញជាមុនសម្រាប់គំរូពាណិជ្ជកម្មនៃកោសិកាឥន្ធនៈអុកស៊ីដរឹង tubular topology ដែលរំពឹងទុកនៅឆ្នាំនេះ (រូបភាពទី 15)។ ផ្នែកទីផ្សារនៃធាតុបែបនេះគឺជាការដំឡើងស្ថានីសម្រាប់ការផលិតកំដៅនិងថាមពលអគ្គិសនីដែលមានសមត្ថភាពពី 250 kW ទៅ 5 MW ។
កោសិកាឥន្ធនៈប្រភេទ SOFC បានបង្ហាញពីភាពជឿជាក់ខ្ពស់ណាស់។ ជាឧទាហរណ៍ កោសិកាឥន្ធនៈគំរូ Siemens Westinghouse បានចូលដំណើរការ 16,600 ម៉ោង និងបន្តដំណើរការ ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាកោសិកាប្រេងឥន្ធនៈបន្តបានយូរបំផុតនៅលើពិភពលោក។
សីតុណ្ហភាពខ្ពស់ របៀបប្រតិបត្តិការ សម្ពាធខ្ពស់នៃកោសិកាឥន្ធនៈ SOFC អនុញ្ញាតឱ្យបង្កើតរុក្ខជាតិកូនកាត់ ដែលការបំភាយកោសិកាឥន្ធនៈជំរុញឱ្យទួរប៊ីនឧស្ម័នដែលប្រើដើម្បីបង្កើតអគ្គិសនី។ រោងចក្រកូនកាត់ដំបូងបង្អស់នេះកំពុងដំណើរការនៅទីក្រុង Irvine រដ្ឋ California។ ថាមពលដែលបានវាយតម្លៃរបស់រោងចក្រនេះគឺ 220 kW ដែលក្នុងនោះ 200 kW ពីកោសិកាឥន្ធនៈ និង 20 kW ពីម៉ាស៊ីន microturbine ។
