Ang sasakyang pinapagana ng tubig ay maaaring maging isang katotohanan sa lalong madaling panahon at ang mga hydrogen fuel cell ay mai-install sa maraming mga tahanan...

Ang teknolohiya ng hydrogen fuel cell ay hindi bago. Nagsimula ito noong 1776 nang unang natuklasan ni Henry Cavendish ang hydrogen habang tinutunaw ang mga metal sa dilute acids. Ang unang hydrogen fuel cell ay naimbento noong 1839 ni William Grove. Simula noon, ang mga hydrogen fuel cell ay unti-unting napabuti at ngayon ay inilalagay sa mga space shuttle, na nagbibigay sa kanila ng enerhiya at nagsisilbing pinagmumulan ng tubig. Ngayon, ang teknolohiya ng hydrogen fuel cell ay nasa bingit ng pag-abot sa mass market, sa mga kotse, bahay at mga portable na device.

Sa isang hydrogen fuel cell, ang kemikal na enerhiya (sa anyo ng hydrogen at oxygen) ay direktang binago (nang walang pagkasunog) sa elektrikal na enerhiya. Ang fuel cell ay binubuo ng isang cathode, electrodes at isang anode. Ang hydrogen ay pinapakain sa anode, kung saan ito ay nahahati sa mga proton at mga electron. Ang mga proton at electron ay may iba't ibang ruta patungo sa katod. Ang mga proton ay naglalakbay sa pamamagitan ng elektrod patungo sa katod, at ang mga electron ay naglalakbay sa paligid ng mga fuel cell upang makarating sa katod. Ang paggalaw na ito ay lumilikha ng kasunod na magagamit na elektrikal na enerhiya. Sa kabilang panig, ang mga hydrogen proton at mga electron ay pinagsama sa oxygen upang bumuo ng tubig.

Ang mga electrolyzer ay isang paraan upang kunin ang hydrogen mula sa tubig. Ang proseso ay karaniwang kabaligtaran ng kung ano ang nangyayari kapag ang isang hydrogen fuel cell ay nagpapatakbo. Ang electrolyzer ay binubuo ng isang anode, isang electrochemical cell at isang katod. Ang tubig at boltahe ay inilalapat sa anode, na naghahati sa tubig sa hydrogen at oxygen. Ang hydrogen ay dumadaan sa electrochemical cell patungo sa cathode at ang oxygen ay direktang ipinapasok sa cathode. Mula doon, ang hydrogen at oxygen ay maaaring makuha at maimbak. Sa mga oras na hindi kinakailangang gumawa ng kuryente, ang naipon na gas ay maaaring makuha mula sa imbakan at maipasa pabalik sa fuel cell.

Ang sistemang ito ay gumagamit ng hydrogen bilang gasolina, na marahil kung bakit maraming mga alamat tungkol sa kaligtasan nito. Matapos ang pagsabog ng Hindenburg, maraming mga tao na malayo sa agham at maging ang ilang mga siyentipiko ay nagsimulang maniwala na ang paggamit ng hydrogen ay lubhang mapanganib. Gayunpaman, ipinakita ng kamakailang pananaliksik na ang sanhi ng trahedyang ito ay dahil sa uri ng materyal na ginamit sa pagtatayo, at hindi sa hydrogen na ipinobomba sa loob. Matapos masuri ang kaligtasan ng imbakan ng hydrogen, nalaman na Ang imbakan ng hydrogen sa mga fuel cell ay mas ligtas kaysa sa pag-imbak ng gasolina sa tangke ng gasolina ng kotse.

Magkano ang halaga ng modernong hydrogen fuel cells?? Ang mga kumpanya ay kasalukuyang nag-aalok ng mga sistema ng gasolina ng hydrogen upang makagawa ng kapangyarihan para sa humigit-kumulang $3,000 bawat kilowatt. Ang pananaliksik sa merkado ay itinatag na kapag ang gastos ay bumaba sa $1,500 kada kilowatt, ang mga mamimili sa mass energy market ay magiging handa na lumipat sa ganitong uri ng gasolina.

Ang mga hydrogen fuel cell na sasakyan ay mas mahal pa rin kaysa sa mga combustion engine na sasakyan, ngunit ang mga tagagawa ay nag-e-explore ng mga paraan upang dalhin ang presyo sa isang maihahambing na antas. Sa ilang liblib na lugar kung saan walang mga linya ng kuryente, ang paggamit ng hydrogen bilang gasolina o autonomous na supply ng kuryente sa bahay ay maaaring mas matipid ngayon kaysa, halimbawa, sa pagtatayo ng imprastraktura para sa mga tradisyunal na carrier ng enerhiya.

Bakit hindi pa rin gaanong ginagamit ang mga hydrogen fuel cell? Sa ngayon, ang kanilang mataas na gastos ay ang pangunahing problema para sa pamamahagi ng mga hydrogen fuel cell. Ang mga sistema ng gasolina ng hydrogen ay walang mass demand sa ngayon. Gayunpaman, ang agham ay hindi tumitigil at sa malapit na hinaharap ang isang kotse na tumatakbo sa tubig ay maaaring maging isang tunay na katotohanan.

Fabrication, assembly, testing at testing ng fuel (hydrogen) cells/cells
Ginawa sa mga pabrika sa US at Canada

Mga cell/cell ng gasolina (hydrogen).

Ang kumpanyang Intech GmbH / LLC Intech GmbH ay nasa merkado ng mga serbisyo sa inhinyero mula noong 1997, ang opisyal para sa maraming taon ng iba't ibang kagamitang pang-industriya, ay nagdadala sa iyong pansin ng iba't ibang mga cell / cell ng gasolina (hydrogen).

Ang fuel cell/cell ay

Mga benepisyo ng fuel cell/cells

Ang fuel cell/cell ay isang device na mahusay na bumubuo ng direktang agos at init mula sa hydrogen-rich fuel sa pamamagitan ng electrochemical reaction.

Ang fuel cell ay katulad ng isang baterya dahil ito ay bumubuo ng direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon. Ang fuel cell ay may kasamang anode, isang cathode at isang electrolyte. Gayunpaman, hindi tulad ng mga baterya, ang mga fuel cell/cell ay hindi makakapag-imbak ng elektrikal na enerhiya, hindi naglalabas, at hindi nangangailangan ng kuryente para ma-recharge. Ang mga fuel cell/cells ay maaaring patuloy na makabuo ng kuryente hangga't mayroon silang supply ng gasolina at hangin.

Hindi tulad ng ibang mga power generator tulad ng mga internal combustion engine o turbine na pinapagana ng gas, coal, langis, atbp., ang mga fuel cell/cell ay hindi nagsusunog ng gasolina. Nangangahulugan ito na walang maingay na high pressure rotors, walang malakas na ingay sa tambutso, walang vibration. Ang mga fuel cell/cell ay bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng isang tahimik na electrochemical reaction. Ang isa pang tampok ng mga fuel cell/cells ay ang direktang pag-convert ng kemikal na enerhiya ng gasolina sa kuryente, init at tubig.

Ang mga fuel cell ay napakahusay at hindi gumagawa ng malalaking halaga ng greenhouse gases tulad ng carbon dioxide, methane at nitrous oxide. Ang tanging mga produkto na ibinubuga sa panahon ng operasyon ay tubig sa anyo ng singaw at isang maliit na halaga ng carbon dioxide, na hindi ibinubuga kung purong hydrogen ang ginagamit bilang gasolina. Ang mga fuel cell/cells ay pinagsama-sama sa mga assemblies at pagkatapos ay sa mga indibidwal na functional modules.

Kasaysayan ng pag-unlad ng fuel cell/cell

Noong 1950s at 1960s, isa sa mga pinakamalaking hamon para sa mga fuel cell ay ipinanganak mula sa pangangailangan ng National Aeronautics and Space Administration (NASA) para sa mga mapagkukunan ng enerhiya para sa pangmatagalang misyon sa kalawakan. Gumagamit ang Alkaline Fuel Cell/Cell ng NASA ng hydrogen at oxygen bilang gasolina, na pinagsasama ang dalawa sa isang electrochemical reaction. Ang output ay tatlong reaksyon sa pamamagitan ng mga produkto na kapaki-pakinabang sa spaceflight - kuryente upang palakasin ang spacecraft, tubig para sa inumin at mga sistema ng paglamig, at init upang panatilihing mainit ang mga astronaut.

Ang pagtuklas ng mga fuel cell ay nagsimula sa simula ng ika-19 na siglo. Ang unang katibayan ng epekto ng mga fuel cell ay nakuha noong 1838.

Noong huling bahagi ng 1930s, nagsimula ang trabaho sa alkaline fuel cells, at noong 1939 isang cell na gumagamit ng high pressure nickel-plated electrodes ay naitayo na. Noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang mga fuel cell/cell para sa mga submarino ng British Navy ay binuo at noong 1958 isang fuel assembly na binubuo ng mga alkaline fuel cell/cells na higit sa 25 cm ang lapad ay ipinakilala.

Tumaas ang interes noong 1950s at 1960s at gayundin noong 1980s nang ang industriyal na mundo ay nakaranas ng kakulangan sa fuel oil. Sa parehong panahon, ang mga bansa sa daigdig ay nabahala din tungkol sa problema ng polusyon sa hangin at isinasaalang-alang ang mga paraan upang makabuo ng elektrisidad na pangkalikasan. Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng fuel cell/cell ay sumasailalim sa mabilis na pag-unlad.

Paano gumagana ang mga fuel cell/cell

Ang mga fuel cell/cell ay bumubuo ng kuryente at init sa pamamagitan ng isang patuloy na electrochemical reaction gamit ang isang electrolyte, isang cathode at isang anode.

Ang anode at cathode ay pinaghihiwalay ng isang electrolyte na nagsasagawa ng mga proton. Matapos makapasok ang hydrogen sa anode at ang oxygen ay pumasok sa katod, nagsisimula ang isang kemikal na reaksyon, bilang isang resulta kung saan ang electric current, init at tubig ay nabuo.

Sa anode catalyst, ang molecular hydrogen ay naghihiwalay at nawawala ang mga electron. Ang mga hydrogen ions (protons) ay isinasagawa sa pamamagitan ng electrolyte patungo sa cathode, habang ang mga electron ay ipinapasa sa electrolyte at sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, na lumilikha ng isang direktang kasalukuyang na maaaring magamit sa mga kagamitan sa kuryente. Sa cathode catalyst, ang isang molekula ng oxygen ay pinagsama sa isang elektron (na ibinibigay mula sa mga panlabas na komunikasyon) at isang papasok na proton, at bumubuo ng tubig, na siyang tanging produkto ng reaksyon (sa anyo ng singaw at / o likido).

Nasa ibaba ang kaukulang reaksyon:

Anode reaksyon: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Mga uri at iba't ibang fuel cell/cells

Katulad ng pagkakaroon ng iba't ibang uri ng internal combustion engine, mayroong iba't ibang uri ng fuel cell - ang pagpili ng naaangkop na uri ng fuel cell ay depende sa aplikasyon nito.

Ang mga fuel cell ay nahahati sa mataas na temperatura at mababang temperatura. Ang mababang temperatura ng mga fuel cell ay nangangailangan ng medyo purong hydrogen bilang gasolina. Madalas itong nangangahulugan na ang pagpoproseso ng gasolina ay kinakailangan upang i-convert ang pangunahing gasolina (tulad ng natural na gas) sa purong hydrogen. Ang prosesong ito ay gumagamit ng karagdagang enerhiya at nangangailangan ng espesyal na kagamitan. Hindi kailangan ng mga high temperature fuel cell ang karagdagang procedure na ito, dahil maaari nilang "internally convert" ang fuel sa mataas na temperatura, ibig sabihin ay hindi na kailangang mamuhunan sa hydrogen infrastructure.

Mga fuel cell/cells sa molten carbonate (MCFC)

Ang molten carbonate electrolyte fuel cells ay mga high temperature fuel cell. Ang mataas na operating temperature ay nagbibigay-daan sa direktang paggamit ng natural na gas na walang fuel processor at mababang calorific value na fuel gas mula sa mga process fuel at iba pang pinagmumulan.

Ang operasyon ng RCFC ay iba sa ibang mga fuel cell. Gumagamit ang mga cell na ito ng electrolyte mula sa pinaghalong mga molten carbonate salt. Sa kasalukuyan, dalawang uri ng mixtures ang ginagamit: lithium carbonate at potassium carbonate o lithium carbonate at sodium carbonate. Upang matunaw ang mga carbonate salt at makamit ang mataas na antas ng mobility ng mga ions sa electrolyte, ang mga fuel cell na may molten carbonate electrolyte ay gumagana sa mataas na temperatura (650°C). Ang kahusayan ay nag-iiba sa pagitan ng 60-80%.

Kapag pinainit sa temperatura na 650°C, ang mga asin ay nagiging konduktor para sa mga carbonate ions (CO 3 2-). Ang mga ion na ito ay dumadaan mula sa katod patungo sa anode kung saan sila ay pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng tubig, carbon dioxide at mga libreng electron. Ang mga electron na ito ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit pabalik sa katod, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at init bilang isang by-product.

Anode reaksyon: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reaksyon sa katod: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (cathode) => H 2 O (g) + CO 2 (anode)

Ang mataas na operating temperatura ng molten carbonate electrolyte fuel cells ay may ilang mga pakinabang. Sa mataas na temperatura, ang natural na gas ay panloob na reporma, na inaalis ang pangangailangan para sa isang processor ng gasolina. Bilang karagdagan, ang mga bentahe ay kinabibilangan ng kakayahang gumamit ng mga karaniwang materyales ng konstruksiyon, tulad ng hindi kinakalawang na asero na sheet at nickel catalyst sa mga electrodes. Ang init ng basura ay maaaring gamitin upang makabuo ng mataas na presyon ng singaw para sa iba't ibang pang-industriya at komersyal na mga aplikasyon.

Ang mataas na temperatura ng reaksyon sa electrolyte ay mayroon ding mga pakinabang. Ang paggamit ng mataas na temperatura ay tumatagal ng malaking oras upang maabot ang pinakamainam na mga kondisyon ng pagpapatakbo, at ang sistema ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa pagkonsumo ng enerhiya. Ang mga katangiang ito ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga fuel cell system na may molten carbonate electrolyte sa pare-parehong kondisyon ng kuryente. Ang mataas na temperatura ay pumipigil sa pagkasira ng fuel cell ng carbon monoxide.

Ang mga molten carbonate fuel cell ay angkop para sa paggamit sa malalaking nakatigil na pag-install. Ang mga thermal power plant na may output na electric power na 3.0 MW ay ginagawa sa industriya. Ang mga planta na may output power na hanggang 110 MW ay ginagawa.

Fuel cell/cells batay sa phosphoric acid (PFC)

Ang mga fuel cell na nakabatay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ang unang fuel cell para sa komersyal na paggamit.

Ang mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay gumagamit ng electrolyte batay sa orthophosphoric acid (H 3 PO 4) na may konsentrasyon na hanggang 100%. Ang ionic conductivity ng phosphoric acid ay mababa sa mababang temperatura, para sa kadahilanang ito ang mga fuel cell na ito ay ginagamit sa mga temperatura hanggang sa 150–220°C.

Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay hydrogen (H+, proton). Ang isang katulad na proseso ay nangyayari sa proton exchange membrane fuel cells, kung saan ang hydrogen na ibinibigay sa anode ay nahahati sa mga proton at electron. Ang mga proton ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa oxygen mula sa hangin sa cathode upang bumuo ng tubig. Ang mga electron ay nakadirekta sa isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Nasa ibaba ang mga reaksyong nagdudulot ng kuryente at init.

Reaksyon sa anode: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang kahusayan ng mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay higit sa 40% kapag bumubuo ng elektrikal na enerhiya. Sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente, ang kabuuang kahusayan ay halos 85%. Bilang karagdagan, dahil sa mga temperatura ng pagpapatakbo, ang basurang init ay maaaring gamitin upang magpainit ng tubig at makabuo ng singaw sa atmospheric pressure.

Ang mataas na pagganap ng mga thermal power plant sa mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente ay isa sa mga pakinabang ng ganitong uri ng mga fuel cell. Ang mga halaman ay gumagamit ng carbon monoxide sa isang konsentrasyon na humigit-kumulang 1.5%, na lubos na nagpapalawak ng pagpili ng gasolina. Bilang karagdagan, ang CO 2 ay hindi nakakaapekto sa electrolyte at ang pagpapatakbo ng fuel cell, ang ganitong uri ng cell ay gumagana sa reformed natural fuel. Ang simpleng konstruksyon, mababang electrolyte volatility at mas mataas na katatagan ay mga pakinabang din ng ganitong uri ng fuel cell.

Ang mga thermal power plant na may output electric power na hanggang 500 kW ay ginagawa sa industriya. Ang mga pag-install para sa 11 MW ay nakapasa sa mga nauugnay na pagsubok. Ang mga halaman na may output power na hanggang 100 MW ay ginagawa.

Solid oxide fuel cells/cells (SOFC)

Ang solid oxide fuel cells ay ang mga fuel cell na may pinakamataas na operating temperature. Ang operating temperatura ay maaaring mag-iba mula 600°C hanggang 1000°C, na nagpapahintulot sa paggamit ng iba't ibang uri ng gasolina nang walang espesyal na pre-treatment. Upang mahawakan ang mga matataas na temperatura na ito, ang electrolyte na ginamit ay isang manipis na ceramic-based na solid metal oxide, kadalasang isang haluang metal ng yttrium at zirconium, na isang conductor ng oxygen (O 2-) ions.

Ang solid electrolyte ay nagbibigay ng hermetic gas transition mula sa isang electrode patungo sa isa pa, habang ang mga likidong electrolyte ay matatagpuan sa isang porous na substrate. Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay ang oxygen ion (O 2-). Sa cathode, ang mga molekula ng oxygen ay pinaghihiwalay mula sa hangin sa isang oxygen ion at apat na electron. Ang mga oxygen ions ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng apat na libreng electron. Ang mga electron ay nakadirekta sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at basurang init.

Reaksyon sa anode: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang kahusayan ng nabuong elektrikal na enerhiya ay ang pinakamataas sa lahat ng mga cell ng gasolina - mga 60-70%. Ang mataas na temperatura sa pagpapatakbo ay nagbibigay-daan para sa pinagsamang init at pagbuo ng kuryente upang makabuo ng mataas na presyon ng singaw. Ang pagsasama-sama ng isang mataas na temperatura na fuel cell na may turbine ay lumilikha ng isang hybrid na fuel cell upang mapataas ang kahusayan ng pagbuo ng kuryente hanggang sa 75%.

Ang mga solid oxide fuel cell ay gumagana sa napakataas na temperatura (600°C - 1000°C), na nagreresulta sa mahabang panahon upang maabot ang pinakamainam na kondisyon ng operating, at ang system ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa paggamit ng kuryente. Sa ganoong mataas na operating temperatura, walang converter ang kinakailangan upang mabawi ang hydrogen mula sa gasolina, na nagpapahintulot sa thermal power plant na gumana nang may medyo hindi malinis na mga gasolina mula sa coal gasification o mga basurang gas, at mga katulad nito. Gayundin, ang fuel cell na ito ay mahusay para sa mga high power na application, kabilang ang pang-industriya at malalaking central power plant. Mga module na ginawa sa industriya na may output na electrical power na 100 kW.

Mga fuel cell/cell na may direktang methanol oxidation (DOMTE)

Ang teknolohiya ng paggamit ng mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay sumasailalim sa isang panahon ng aktibong pag-unlad. Matagumpay itong naitatag ang sarili sa larangan ng pagpapagana ng mga mobile phone, laptop, gayundin sa paglikha ng mga portable power source. kung ano ang layunin ng hinaharap na aplikasyon ng mga elementong ito.

Ang istraktura ng mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay katulad ng mga fuel cell na may proton exchange membrane (MOFEC), i.e. ang isang polimer ay ginagamit bilang isang electrolyte, at ang isang hydrogen ion (proton) ay ginagamit bilang isang carrier ng singil. Gayunpaman, ang likidong methanol (CH 3 OH) ay na-oxidize sa pagkakaroon ng tubig sa anode, na naglalabas ng CO 2 , mga hydrogen ions at mga electron, na ginagabayan sa isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Ang mga hydrogen ions ay dumadaan sa electrolyte at tumutugon sa oxygen mula sa hangin at mga electron mula sa panlabas na circuit upang bumuo ng tubig sa anode.

Reaksyon sa anode: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reaksyon sa katod: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Ang bentahe ng ganitong uri ng mga cell ng gasolina ay ang kanilang maliit na sukat, dahil sa paggamit ng likidong gasolina, at ang kawalan ng pangangailangan na gumamit ng isang converter.

Alkaline fuel cell/cells (AFC)

Ang mga alkaline fuel cell ay isa sa mga pinaka mahusay na elemento na ginagamit upang makabuo ng kuryente, na may power generation efficiency na umaabot ng hanggang 70%.

Gumagamit ang mga alkaline fuel cell ng electrolyte, ibig sabihin, isang may tubig na solusyon ng potassium hydroxide, na nakapaloob sa isang porous, stabilized na matrix. Ang konsentrasyon ng potassium hydroxide ay maaaring mag-iba depende sa operating temperature ng fuel cell, na umaabot mula 65°C hanggang 220°C. Ang charge carrier sa isang SFC ay isang hydroxide ion (OH-) na lumilipat mula sa cathode patungo sa anode kung saan ito ay tumutugon sa hydrogen upang makabuo ng tubig at mga electron. Ang tubig na ginawa sa anode ay gumagalaw pabalik sa katod, muling bumubuo ng mga hydroxide ions doon. Bilang resulta ng seryeng ito ng mga reaksyon na nagaganap sa fuel cell, ang kuryente ay nagagawa at, bilang isang by-product, init:

Reaksyon sa anode: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Pangkalahatang reaksyon ng system: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang bentahe ng mga SFC ay ang mga fuel cell na ito ang pinakamurang paggawa, dahil ang katalista na kailangan sa mga electrodes ay maaaring alinman sa mga sangkap na mas mura kaysa sa mga ginagamit bilang mga catalyst para sa iba pang mga fuel cell. Gumagana ang mga SCFC sa medyo mababang temperatura at kabilang sa mga pinaka-epektibong fuel cell - ang mga katangiang ito ay maaaring makatutulong sa mas mabilis na pagbuo ng kuryente at mataas na kahusayan sa gasolina.

Ang isa sa mga katangian ng SHTE ay ang mataas na sensitivity nito sa CO 2, na maaaring nasa gasolina o hangin. Ang CO 2 ay tumutugon sa electrolyte, mabilis itong nilalason, at lubos na binabawasan ang kahusayan ng fuel cell. Samakatuwid, ang paggamit ng mga SFC ay limitado sa mga saradong espasyo tulad ng kalawakan at mga sasakyan sa ilalim ng dagat, dapat silang gumana sa purong hydrogen at oxygen. Bukod dito, ang mga molekula tulad ng CO, H 2 O at CH4, na ligtas para sa iba pang mga fuel cell at maging sa gasolina para sa ilan sa mga ito, ay nakakapinsala sa mga SFC.

Polymer electrolyte fuel cells/cells (PETE)

Sa kaso ng polymer electrolyte fuel cells, ang polymer membrane ay binubuo ng mga polymer fibers na may mga rehiyon ng tubig kung saan mayroong conduction ng water ions (H 2 O + (proton, red) na nakakabit sa molekula ng tubig). Ang mga molekula ng tubig ay nagpapakita ng problema dahil sa mabagal na pagpapalitan ng ion. Samakatuwid, ang isang mataas na konsentrasyon ng tubig ay kinakailangan kapwa sa gasolina at sa mga tambutso na electrodes, na naglilimita sa operating temperatura sa 100°C.

Solid acid fuel cells/cells (SCFC)

Sa solid acid fuel cells, ang electrolyte (CsHSO 4 ) ay hindi naglalaman ng tubig. Ang operating temperatura samakatuwid ay 100-300°C. Ang pag-ikot ng SO 4 2- oxy anion ay nagpapahintulot sa mga proton (pula) na gumalaw tulad ng ipinapakita sa figure. Karaniwan, ang solid acid fuel cell ay isang sandwich kung saan ang isang napakanipis na layer ng solid acid compound ay inilalagay sa pagitan ng dalawang mahigpit na naka-compress na mga electrodes upang matiyak ang magandang contact. Kapag pinainit, ang organikong bahagi ay sumingaw, na umaalis sa mga pores sa mga electrodes, na pinapanatili ang kakayahan ng maraming mga contact sa pagitan ng gasolina (o oxygen sa kabilang dulo ng cell), electrolyte at electrodes.

Ang mga makabagong enerhiya-nagtitipid na munisipal na init at mga planta ng kuryente ay karaniwang binuo sa solid oxide fuel cells (SOFCs), polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), phosphoric acid fuel cells (PCFCs), proton exchange membrane fuel cell (MPFCs) at alkaline fuel cells ( mga APFC) . Karaniwang mayroon silang mga sumusunod na katangian:

Ang mga solid oxide fuel cell (SOFC) ay dapat kilalanin bilang ang pinaka-angkop, na:

• gumana sa isang mas mataas na temperatura, na binabawasan ang pangangailangan para sa mga mamahaling mahalagang metal (tulad ng platinum)
• ay maaaring gumana sa iba't ibang uri ng hydrocarbon fuels, pangunahin sa natural gas
• magkaroon ng mas mahabang oras ng pagsisimula at samakatuwid ay mas angkop para sa pangmatagalang operasyon
• nagpapakita ng mataas na kahusayan ng pagbuo ng kuryente (hanggang sa 70%)
• dahil sa mataas na temperatura ng operating, ang mga unit ay maaaring pagsamahin sa mga heat recovery system, na dinadala ang pangkalahatang kahusayan ng system hanggang sa 85%
• may malapit-zero na mga emisyon, tahimik na gumagana at may mababang mga kinakailangan sa pagpapatakbo kumpara sa mga kasalukuyang teknolohiya ng pagbuo ng kuryente

Uri ng fuel cell	Temperatura ng pagtatrabaho	Kahusayan sa Pagbuo ng Power	Uri ng panggatong	Lugar ng aplikasyon
RKTE	550–700°C	50-70%		Katamtaman at malalaking pag-install
FKTE	100–220°C	35-40%	purong hydrogen	Mga malalaking pag-install
MOPTE	30-100°C	35-50%	purong hydrogen	Maliit na mga pag-install
SOFC	450–1000°C	45-70%	Karamihan sa mga hydrocarbon fuel	Maliit, katamtaman at malalaking pag-install
POMTE	20-90°C	20-30%	methanol	Portable
SHTE	50–200°C	40-70%	purong hydrogen	pananaliksik sa espasyo
PETE	30-100°C	35-50%	purong hydrogen	Maliit na mga pag-install

Dahil ang mga maliliit na thermal power plant ay maaaring ikonekta sa isang conventional gas supply network, ang mga fuel cell ay hindi nangangailangan ng isang hiwalay na sistema ng supply ng hydrogen. Kapag gumagamit ng maliliit na thermal power plant batay sa solid oxide fuel cells, ang nabuong init ay maaaring isama sa mga heat exchanger para sa pagpainit ng tubig at bentilasyon ng hangin, na nagpapataas ng pangkalahatang kahusayan ng system. Ang makabagong teknolohiyang ito ay pinakaangkop para sa mahusay na pagbuo ng kuryente nang hindi nangangailangan ng mamahaling imprastraktura at kumplikadong pagsasama ng instrumento.

Mga aplikasyon ng fuel cell/cell

Paglalapat ng mga fuel cell/cells sa mga sistema ng telekomunikasyon

Sa mabilis na pagkalat ng mga wireless na sistema ng komunikasyon sa buong mundo, at ang lumalagong panlipunan at pang-ekonomiyang mga benepisyo ng teknolohiya ng mobile phone, ang pangangailangan para sa maaasahan at cost-effective na backup na kapangyarihan ay naging kritikal. Ang mga pagkalugi ng grid sa buong taon dahil sa masamang panahon, mga natural na sakuna o limitadong kapasidad ng grid ay isang palaging hamon para sa mga operator ng grid.

Kasama sa tradisyonal na telecom power backup solution ang mga baterya (valve-regulated lead-acid battery cell) para sa panandaliang backup power at diesel at propane generator para sa mas mahabang backup na power. Ang mga baterya ay medyo murang pinagmumulan ng backup power sa loob ng 1 hanggang 2 oras. Gayunpaman, ang mga baterya ay hindi angkop para sa mas mahabang panahon ng pag-backup dahil ang mga ito ay mahal sa pagpapanatili, nagiging hindi maaasahan pagkatapos ng mahabang panahon ng paggamit, ay sensitibo sa mga temperatura, at mapanganib sa kapaligiran pagkatapos itapon. Ang mga generator ng diesel at propane ay maaaring magbigay ng tuluy-tuloy na backup na kapangyarihan. Gayunpaman, ang mga generator ay maaaring hindi mapagkakatiwalaan, nangangailangan ng malawak na pagpapanatili, at naglalabas ng mataas na antas ng mga pollutant at greenhouse gas sa atmospera.

Upang maalis ang mga limitasyon ng tradisyonal na backup na mga solusyon sa kapangyarihan, isang makabagong teknolohiyang green fuel cell ang binuo. Ang mga fuel cell ay maaasahan, tahimik, naglalaman ng mas kaunting mga gumagalaw na bahagi kaysa sa generator, may mas malawak na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo kaysa sa isang baterya mula -40°C hanggang +50°C at, bilang resulta, nagbibigay ng napakataas na antas ng pagtitipid sa enerhiya. Bilang karagdagan, ang panghabambuhay na halaga ng naturang halaman ay mas mababa kaysa sa isang generator. Ang mas mababang gastos sa bawat fuel cell ay resulta ng isang pagbisita lamang sa pagpapanatili bawat taon at makabuluhang mas mataas na produktibo ng halaman. Pagkatapos ng lahat, ang fuel cell ay isang environment friendly na solusyon sa teknolohiya na may kaunting epekto sa kapaligiran.

Nagbibigay ang mga fuel cell unit ng backup na kapangyarihan para sa mga kritikal na imprastraktura ng network ng komunikasyon para sa mga wireless, permanenteng at broadband na komunikasyon sa sistema ng telekomunikasyon, mula 250W hanggang 15kW, nag-aalok sila ng maraming walang kapantay na mga makabagong feature:

• MAAASAHAN– Kaunting mga gumagalaw na bahagi at walang standby discharge
• PAGTIPID NG ENERHIYA
• TAHIMIK– mababang antas ng ingay
• KAtatagan– saklaw ng pagpapatakbo mula -40°C hanggang +50°C
• KAKAYAHAN– panlabas at panloob na pag-install (lalagyan/proteksiyon na lalagyan)
• MATAAS NA KAPANGYARIHAN- hanggang sa 15 kW
• LOW MAINTENANCE NEED– pinakamababang taunang pagpapanatili
• EKONOMIYA- kaakit-akit na kabuuang halaga ng pagmamay-ari
• MALINIS NA ENERHIYA– mababang emisyon na may kaunting epekto sa kapaligiran

Nararamdaman ng system ang boltahe ng DC bus sa lahat ng oras at maayos na tumatanggap ng mga kritikal na pagkarga kung bumaba ang boltahe ng DC bus sa ibaba ng setpoint na tinukoy ng gumagamit. Ang sistema ay tumatakbo sa hydrogen, na pumapasok sa fuel cell stack sa isa sa dalawang paraan - alinman sa isang komersyal na pinagmumulan ng hydrogen, o mula sa isang likidong gasolina ng methanol at tubig, gamit ang isang on-board na reformer system.

Ang kuryente ay ginawa ng fuel cell stack sa anyo ng direktang kasalukuyang. Ang DC power ay ipinapadala sa isang converter na nagko-convert ng unregulated DC power mula sa fuel cell stack sa mataas na kalidad, regulated DC power para sa mga kinakailangang load. Ang pag-install ng fuel cell ay maaaring magbigay ng backup na power sa loob ng maraming araw, dahil ang tagal ay limitado lamang sa dami ng hydrogen o methanol/water fuel na available sa stock.

Nag-aalok ang mga fuel cell ng higit na kahusayan sa enerhiya, pinataas na pagiging maaasahan ng system, mas predictable na performance sa isang malawak na hanay ng mga klima, at maaasahang buhay ng serbisyo kumpara sa mga standard na industriya na valve regulated lead acid na mga baterya pack. Ang mga gastos sa lifecycle ay mas mababa din dahil sa makabuluhang mas kaunting mga kinakailangan sa pagpapanatili at pagpapalit. Nag-aalok ang mga fuel cell sa end user ng mga benepisyong pangkapaligiran dahil ang mga gastos sa pagtatapon at mga panganib sa pananagutan na nauugnay sa mga cell ng lead acid ay lumalaking alalahanin.

Ang pagganap ng mga de-koryenteng baterya ay maaaring maapektuhan ng isang malawak na hanay ng mga salik tulad ng antas ng singil, temperatura, mga cycle, habang-buhay at iba pang mga variable. Ang enerhiya na ibinigay ay mag-iiba depende sa mga salik na ito at hindi madaling hulaan. Ang pagganap ng isang proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) ay medyo hindi apektado ng mga salik na ito at maaaring magbigay ng kritikal na kapangyarihan hangga't magagamit ang gasolina. Ang tumaas na predictability ay isang mahalagang benepisyo kapag lumipat sa mga fuel cell para sa mission-critical backup power applications.

Ang mga fuel cell ay bumubuo lamang ng enerhiya kapag ang gasolina ay ibinibigay, tulad ng isang gas turbine generator, ngunit walang mga gumagalaw na bahagi sa generation zone. Samakatuwid, hindi tulad ng isang generator, hindi sila napapailalim sa mabilis na pagsusuot at hindi nangangailangan ng patuloy na pagpapanatili at pagpapadulas.

Ang panggatong na ginamit upang himukin ang Extended Duration Fuel Converter ay pinaghalong methanol at tubig. Ang methanol ay isang malawak na magagamit, komersyal na gasolina na kasalukuyang maraming gamit, kabilang ang windshield washer, mga plastik na bote, mga additives ng makina, at mga pintura ng emulsion. Ang methanol ay madaling dalhin, nahahalo sa tubig, may magandang biodegradability at walang sulfur. Ito ay may mababang pagyeyelo (-71°C) at hindi nabubulok sa mahabang imbakan.

Paglalapat ng mga fuel cell/cells sa mga network ng komunikasyon

Ang mga network ng seguridad ay nangangailangan ng mga maaasahang backup na solusyon sa kuryente na maaaring tumagal ng ilang oras o araw sa isang emergency kung ang power grid ay hindi magagamit.

Sa kaunting mga gumagalaw na bahagi at walang standby power reduction, ang makabagong fuel cell na teknolohiya ay nag-aalok ng isang kaakit-akit na solusyon kumpara sa kasalukuyang magagamit na backup power system.

Ang pinaka-nakakahimok na dahilan para sa paggamit ng fuel cell na teknolohiya sa mga network ng komunikasyon ay ang mas mataas na pangkalahatang pagiging maaasahan at seguridad. Sa panahon ng mga kaganapan tulad ng pagkawala ng kuryente, lindol, bagyo, at bagyo, mahalagang patuloy na gumana ang mga system at magkaroon ng maaasahang backup na supply ng kuryente sa mahabang panahon, anuman ang temperatura o edad ng backup na power system.

Ang hanay ng mga fuel cell power supply ay perpekto para sa pagsuporta sa mga secure na network ng komunikasyon. Salamat sa kanilang mga prinsipyo sa disenyong nakakatipid sa enerhiya, nagbibigay sila ng environment friendly, maaasahang backup na power na may pinahabang tagal (hanggang ilang araw) para magamit sa power range mula 250 W hanggang 15 kW.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga network ng data

Ang maaasahang supply ng kuryente para sa mga network ng data, tulad ng mga high-speed data network at fiber optic backbones, ay mahalagang kahalagahan sa buong mundo. Ang impormasyong ipinadala sa mga naturang network ay naglalaman ng mga kritikal na data para sa mga institusyon gaya ng mga bangko, airline o mga medikal na sentro. Ang pagkawala ng kuryente sa naturang mga network ay hindi lamang nagdudulot ng panganib sa ipinadalang impormasyon, kundi pati na rin, bilang panuntunan, ay humahantong sa makabuluhang pagkalugi sa pananalapi. Ang maaasahan at makabagong mga pag-install ng fuel cell na nagbibigay ng standby power ay nagbibigay ng pagiging maaasahan na kailangan mo upang matiyak ang walang patid na kapangyarihan.

Ang mga fuel cell unit na tumatakbo sa likidong pinaghalong gasolina ng methanol at tubig ay nagbibigay ng maaasahang backup na power supply na may pinahabang tagal, hanggang sa ilang araw. Bilang karagdagan, ang mga unit na ito ay nagtatampok ng makabuluhang pinababang mga kinakailangan sa pagpapanatili kumpara sa mga generator at baterya, na nangangailangan lamang ng isang pagbisita sa pagpapanatili bawat taon.

Mga tipikal na katangian ng application para sa paggamit ng mga pag-install ng fuel cell sa mga network ng data:

• Mga application na may mga power input mula 100 W hanggang 15 kW
• Mga application na may mga kinakailangan sa buhay ng baterya > 4 na oras
• Mga repeater sa fiber optic system (hierarchy ng synchronous digital system, high speed internet, voice over IP...)
• Mga node ng network ng high-speed data transmission
• WiMAX Transmission Nodes

Nag-aalok ang mga fuel cell standby installation ng maraming pakinabang para sa mga kritikal na imprastraktura ng network ng data kaysa sa tradisyonal na mga generator ng baterya o diesel, na nagbibigay-daan para sa mas mataas na paggamit sa site:

1. Niresolba ng teknolohiya ng likidong gasolina ang problema sa pag-iimbak ng hydrogen at nagbibigay ng halos walang limitasyong backup na kapangyarihan.
2. Salamat sa kanilang tahimik na operasyon, mababang timbang, paglaban sa mga pagbabago sa temperatura at halos walang vibration na operasyon, ang mga fuel cell ay maaaring i-install sa labas, sa mga pang-industriyang lugar/lalagyan o sa mga rooftop.
3. Ang mga paghahanda sa lugar para sa paggamit ng system ay mabilis at matipid, at mababa ang gastos sa pagpapatakbo.
4. Ang gasolina ay biodegradable at kumakatawan sa isang environment friendly na solusyon para sa urban na kapaligiran.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga sistema ng seguridad

Ang pinaka-maingat na idinisenyong sistema ng seguridad at komunikasyon ng gusali ay kasing maaasahan lamang ng kapangyarihang nagpapagana sa kanila. Bagama't ang karamihan sa mga system ay may kasamang ilang uri ng back-up na walang harang na sistema ng kuryente para sa panandaliang pagkawala ng kuryente, hindi sila nagbibigay ng mas mahabang pagkawala ng kuryente na maaaring mangyari pagkatapos ng mga natural na sakuna o pag-atake ng mga terorista. Ito ay maaaring maging isang kritikal na isyu para sa maraming mga ahensya ng korporasyon at gobyerno.

Ang mga mahahalagang sistema tulad ng CCTV monitoring at access control system (mga ID card reader, door closing device, biometric identification technology, atbp.), automatic fire alarm at fire extinguishing system, elevator control system at telecommunication network, ay nasa panganib kung walang maaasahang alternatibong mapagkukunan ng tuluy-tuloy na suplay ng kuryente.

Ang mga generator ng diesel ay maingay, mahirap hanapin, at alam na alam ang kanilang pagiging maaasahan at mga isyu sa pagpapanatili. Sa kaibahan, ang isang fuel cell back-up installation ay tahimik, maaasahan, may zero o napakababang emisyon, at madaling i-install sa rooftop o sa labas ng isang gusali. Hindi ito naglalabas o nawawalan ng kuryente sa standby mode. Tinitiyak nito ang patuloy na operasyon ng mga kritikal na sistema, kahit na matapos ang institusyong itigil ang operasyon at ang gusali ay inabandona ng mga tao.

Pinoprotektahan ng mga makabagong pag-install ng fuel cell ang mga mamahaling pamumuhunan sa mga kritikal na aplikasyon. Nagbibigay ang mga ito ng environment friendly, maaasahan, pangmatagalang backup power (hanggang sa maraming araw) para gamitin sa power range mula 250 W hanggang 15 kW, na sinamahan ng maraming hindi maunahang feature at, lalo na, isang mataas na antas ng energy saving.

Nag-aalok ang mga fuel cell power backup unit ng maraming pakinabang para sa mga kritikal na aplikasyon tulad ng seguridad at mga sistema ng pamamahala ng gusali kaysa sa tradisyonal na mga generator ng baterya o diesel. Nilulutas ng teknolohiya ng likidong gasolina ang problema sa pag-iimbak ng hydrogen at nagbibigay ng halos walang limitasyong backup na kapangyarihan.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa domestic heating at power generation

Ang mga solid oxide fuel cell (SOFCs) ay ginagamit upang bumuo ng maaasahan, matipid sa enerhiya at walang emisyon na thermal power plant upang makabuo ng kuryente at init mula sa malawak na magagamit na natural na gas at renewable fuel. Ang mga makabagong unit na ito ay ginagamit sa iba't ibang uri ng mga merkado, mula sa domestic power generation hanggang sa power supply hanggang sa malalayong lugar, pati na rin sa mga auxiliary power source.

Ang mga energy-saving unit na ito ay gumagawa ng init para sa espasyo at pagpainit ng tubig, gayundin ng kuryente na maaaring magamit sa bahay at ibalik sa power grid. Maaaring kabilang sa mga pinagmumulan ng distributed power generation ang photovoltaic (solar) cells at micro wind turbines. Ang mga teknolohiyang ito ay nakikita at malawak na kilala, ngunit ang kanilang operasyon ay nakadepende sa mga kondisyon ng panahon at hindi sila maaaring patuloy na makabuo ng kuryente sa buong taon. Sa mga tuntunin ng kapangyarihan, ang mga thermal power plant ay maaaring mag-iba mula sa mas mababa sa 1 kW hanggang 6 MW at higit pa.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga network ng pamamahagi

Ang maliliit na thermal power plant ay idinisenyo upang gumana sa isang distributed power generation network na binubuo ng malaking bilang ng maliliit na generator set sa halip na isang sentralisadong power plant.

Ipinapakita ng figure sa ibaba ang pagkawala ng kahusayan sa pagbuo ng kuryente kapag ito ay nabuo ng mga planta ng CHP at ipinadala sa mga tahanan sa pamamagitan ng mga tradisyunal na transmission network na kasalukuyang ginagamit. Ang pagkawala ng kahusayan sa pagbuo ng distrito ay kinabibilangan ng mga pagkalugi mula sa planta ng kuryente, mababa at mataas na boltahe na transmisyon, at pagkalugi sa pamamahagi.

Ipinapakita ng figure ang mga resulta ng pagsasama-sama ng mga maliliit na thermal power plant: ang kuryente ay nabuo na may kahusayan sa henerasyon na hanggang 60% sa punto ng paggamit. Bilang karagdagan, maaaring gamitin ng sambahayan ang init na nabuo ng mga fuel cell para sa pagpainit ng tubig at espasyo, na nagpapataas sa pangkalahatang kahusayan ng pagproseso ng enerhiya ng gasolina at nagpapabuti sa pagtitipid ng enerhiya.

Paggamit ng Mga Fuel Cell para Protektahan ang Kapaligiran - Paggamit ng Kaugnay na Petroleum Gas

Isa sa pinakamahalagang gawain sa industriya ng langis ay ang paggamit ng kaugnay na petrolyo gas. Ang mga umiiral na paraan ng paggamit ng nauugnay na petrolyo gas ay may maraming mga disadvantages, ang pangunahing isa ay na ang mga ito ay hindi mabubuhay sa ekonomiya. Ang nauugnay na petrolyo gas ay sumiklab, na nagdudulot ng malaking pinsala sa kapaligiran at kalusugan ng tao.

Ang mga makabagong fuel cell heat at mga planta ng kuryente na gumagamit ng nauugnay na petroleum gas bilang gasolina ay nagbubukas ng daan sa isang radikal at cost-effective na solusyon sa mga problema ng nauugnay na paggamit ng petrolyo gas.

1. Isa sa mga pangunahing bentahe ng mga pag-install ng fuel cell ay maaari silang gumana nang mapagkakatiwalaan at napapanatiling sa variable na komposisyon na nauugnay sa petrolyo gas. Dahil sa walang apoy na reaksiyong kemikal na pinagbabatayan ng pagpapatakbo ng fuel cell, ang pagbawas sa porsyento ng, halimbawa, ang methane ay nagdudulot lamang ng kaukulang pagbawas sa output ng kuryente.
2. Flexibility na may kaugnayan sa electrical load ng mga consumer, differential, load surge.
3. Para sa pag-install at koneksyon ng mga thermal power plant sa mga fuel cell, ang kanilang pagpapatupad ay hindi nangangailangan ng mga paggasta ng kapital, dahil Ang mga yunit ay madaling naka-mount sa hindi nakahanda na mga site malapit sa mga field, ay madaling patakbuhin, maaasahan at mahusay.
4. Ang mataas na automation at modernong remote control ay hindi nangangailangan ng patuloy na presensya ng mga tauhan sa planta.
5. Ang pagiging simple at teknikal na pagiging perpekto ng disenyo: ang kawalan ng mga gumagalaw na bahagi, friction, lubrication system ay nagbibigay ng makabuluhang pang-ekonomiyang benepisyo mula sa pagpapatakbo ng mga pag-install ng fuel cell.
6. Pagkonsumo ng tubig: wala sa ambient temperature hanggang +30 °C at bale-wala sa mas mataas na temperatura.
7. Outlet ng tubig: wala.
8. Bilang karagdagan, ang mga fuel cell thermal power plant ay hindi gumagawa ng ingay, hindi nag-vibrate,

Ang mga fuel cell ay isang paraan para electrochemically convert ang enerhiya ng hydrogen fuel sa kuryente, at ang tanging by-product ng prosesong ito ay tubig.

Ang hydrogen fuel na kasalukuyang ginagamit sa mga fuel cell ay kadalasang hinango mula sa steam reforming ng methane (ibig sabihin, pag-convert ng mga hydrocarbon na may singaw at init sa methane), bagama't maaaring mayroong mas green na diskarte, tulad ng electrolysis ng tubig gamit ang solar energy.

Ang mga pangunahing bahagi ng isang fuel cell ay:

• isang anode kung saan ang hydrogen ay na-oxidized;
• katod, kung saan ang oxygen ay nabawasan;
• isang polymer electrolyte membrane kung saan dinadala ang mga proton o hydroxide ions (depende sa medium) - hindi nito pinapayagang dumaan ang hydrogen at oxygen;
• daloy ng mga patlang ng oxygen at hydrogen, na responsable para sa paghahatid ng mga gas na ito sa elektrod.

Upang mapalakas, halimbawa, ang isang kotse, maraming mga fuel cell ang pinagsama sa isang baterya, at ang dami ng enerhiya na ibinibigay ng baterya na ito ay nakasalalay sa kabuuang lugar ng mga electrodes at ang bilang ng mga cell sa loob nito. Ang enerhiya sa isang fuel cell ay nabuo tulad ng sumusunod: ang hydrogen ay na-oxidized sa anode, at ang mga electron mula dito ay ipinadala sa katod, kung saan ang oxygen ay nabawasan. Ang mga electron na nakuha mula sa oksihenasyon ng hydrogen sa anode ay may mas mataas na potensyal na kemikal kaysa sa mga electron na nagpapababa ng oxygen sa katod. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga potensyal na kemikal ng mga electron ay ginagawang posible na kunin ang enerhiya mula sa mga fuel cell.

Kasaysayan ng paglikha

Ang kasaysayan ng mga fuel cell ay bumalik sa 1930s, nang ang unang hydrogen fuel cell ay idinisenyo ni William R. Grove. Ginamit ng cell na ito ang sulfuric acid bilang electrolyte. Sinubukan ni Grove na magdeposito ng tanso mula sa isang may tubig na solusyon ng tansong sulpate sa ibabaw ng bakal. Napansin niya na sa ilalim ng pagkilos ng isang electron current, ang tubig ay nabubulok sa hydrogen at oxygen. Pagkatapos ng pagtuklas na ito, si Grove at Christian Schoenbein, isang chemist sa Unibersidad ng Basel (Switzerland), na nagtrabaho sa parallel sa kanya, ay sabay na ipinakita noong 1839 ang posibilidad ng pagbuo ng enerhiya sa isang hydrogen-oxygen fuel cell gamit ang acidic electrolyte. Ang mga maagang pagtatangka na ito, bagama't medyo primitive sa kalikasan, ay nakakuha ng atensyon ng ilan sa kanilang mga kontemporaryo, kabilang si Michael Faraday.

Nagpatuloy ang pananaliksik sa mga fuel cell, at noong 1930s F.T. Ipinakilala ng Bacon ang isang bagong sangkap sa isang alkaline fuel cell (isa sa mga uri ng fuel cell) - isang lamad ng pagpapalitan ng ion upang mapadali ang transportasyon ng mga hydroxide ions.

Ang isa sa mga pinakatanyag na makasaysayang halimbawa ng paggamit ng mga alkaline fuel cell ay ang kanilang paggamit bilang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa panahon ng mga flight sa kalawakan sa programa ng Apollo.

Pinili sila ng NASA para sa kanilang tibay at teknikal na katatagan. Gumamit sila ng isang hydroxide-conducting membrane na mas mahusay sa kahusayan kaysa sa kapatid nitong proton-exchange.

Sa loob ng halos dalawang siglo mula nang likhain ang unang prototype ng fuel cell, maraming trabaho ang ginawa upang mapabuti ang mga ito. Sa pangkalahatan, ang panghuling enerhiya na nakuha mula sa isang fuel cell ay nakasalalay sa kinetics ng redox reaction, ang panloob na resistensya ng cell, at ang mass transfer ng mga gumagalaw na gas at ion sa catalytically active na mga bahagi. Sa paglipas ng mga taon, maraming mga pagpapabuti ang ginawa sa orihinal na ideya, tulad ng:

1) pagpapalit ng mga platinum wire na may mga electrodes batay sa carbon na may platinum nanoparticle; 2) ang pag-imbento ng mga lamad na may mataas na conductivity at selectivity, tulad ng Nafion, upang mapadali ang transportasyon ng ion; 3) pagsasama-sama ng catalytic layer, halimbawa, platinum nanoparticle, na ibinahagi sa ibabaw ng carbon base, na may ion-exchange na lamad, na nagreresulta sa isang membrane-electrode unit na may minimum na internal resistance; 4) paggamit at pag-optimize ng mga patlang ng daloy upang maghatid ng hydrogen at oxygen sa catalytic surface, sa halip na direktang diluting ang mga ito sa solusyon.

Ang mga ito at iba pang mga pagpapahusay ay nagresulta sa isang teknolohiya na sapat na mahusay para magamit sa mga sasakyan tulad ng Toyota Mirai.

Mga fuel cell na may mga lamad ng pagpapalitan ng hydroxide

Ang Unibersidad ng Delaware ay nagsasagawa ng pananaliksik sa pagbuo ng mga fuel cell na may hydroxide exchange membranes - HEMFCs (hydroxide exchange membrane fuel cells). Ang mga fuel cell na may hydroxide exchange membrane sa halip na mga proton exchange membranes - PEMFCs (proton exchange membrane fuel cells) - hindi gaanong nahaharap sa isa sa mga malalaking problema ng PEMFCs - ang problema ng catalyst stability, dahil marami pang base metal catalyst ang matatag sa isang alkaline na kapaligiran kaysa sa isang acidic. Ang katatagan ng mga catalyst sa mga solusyon sa alkalina ay mas mataas dahil sa katotohanan na ang paglusaw ng mga metal ay naglalabas ng mas maraming enerhiya sa mababang pH kaysa sa mataas na pH. Karamihan sa mga gawain sa laboratoryo na ito ay nakatuon din sa pagbuo ng mga bagong anodic at cathodic catalysts para sa hydrogen oxidation at oxygen reduction reactions upang mapabilis ang mga ito nang mas mahusay. Bilang karagdagan, ang laboratoryo ay gumagawa ng mga bagong hydroxide exchange membrane, dahil ang kondaktibiti at tibay ng naturang mga lamad ay hindi pa napabuti upang makipagkumpitensya sa mga lamad ng pagpapalitan ng proton.

Maghanap ng mga bagong catalyst

Ang dahilan para sa mga pagkalugi ng overvoltage sa reaksyon ng pagbabawas ng oxygen ay ipinaliwanag ng mga ugnayang linear scale sa pagitan ng mga intermediate na produkto ng reaksyong ito. Sa tradisyonal na mekanismo ng apat na elektron ng reaksyong ito, ang oxygen ay nababawasan nang sunud-sunod, na lumilikha ng mga intermediate na produkto - OOH*, O* at OH*, upang tuluyang mabuo ang tubig (H2O) sa catalytic surface. Dahil ang mga enerhiya ng adsorption ng mga intermediate na produkto sa isang indibidwal na katalista ay lubos na nakakaugnay sa isa't isa, wala pang nahanap na katalista na, hindi bababa sa teorya, ay hindi magkakaroon ng mga pagkalugi sa overvoltage. Bagama't mababa ang rate ng reaksyong ito, ang pagbabago mula sa isang acidic na medium patungo sa isang alkaline na medium, tulad ng sa HEMFC, ay hindi gaanong nakakaapekto dito. Gayunpaman, ang rate ng reaksyon ng hydrogen oxidation ay halos kalahati, at ang katotohanang ito ay nag-uudyok sa pananaliksik na naglalayong hanapin ang sanhi ng pagbaba na ito at ang pagtuklas ng mga bagong catalyst.

Mga kalamangan ng mga fuel cell

Sa kaibahan sa mga hydrocarbon fuel, ang mga fuel cell ay higit pa, kung hindi man perpekto, environment friendly at hindi gumagawa ng greenhouse gases bilang resulta ng kanilang mga aktibidad. Bukod dito, ang kanilang gasolina (hydrogen) sa prinsipyo ay nababago, dahil maaari itong makuha sa pamamagitan ng hydrolysis ng tubig. Kaya, ang mga hydrogen fuel cell sa hinaharap ay nangangako na magiging isang buong bahagi ng proseso ng paggawa ng enerhiya, kung saan ang solar at wind energy ay ginagamit upang makagawa ng hydrogen fuel, na pagkatapos ay ginagamit sa isang fuel cell upang makagawa ng tubig. Kaya, ang cycle ay sarado at walang carbon footprint ang natitira.

Hindi tulad ng mga rechargeable na baterya, ang mga fuel cell ay may kalamangan na hindi nila kailangang i-recharge - maaari silang agad na magsimulang magbigay ng enerhiya sa sandaling ito ay kinakailangan. Iyon ay, kung sila ay inilapat, halimbawa, sa larangan ng mga sasakyan, pagkatapos ay halos walang mga pagbabago sa bahagi ng mamimili. Hindi tulad ng solar energy at wind energy, ang mga fuel cell ay maaaring gumawa ng enerhiya nang tuluy-tuloy at hindi gaanong nakadepende sa mga panlabas na kondisyon. Sa turn, ang geothermal na enerhiya ay magagamit lamang sa ilang mga heyograpikong lugar, habang ang mga fuel cell ay wala pang ganitong problema.

Ang mga hydrogen fuel cell ay isa sa mga pinaka-promising na pinagmumulan ng enerhiya dahil sa kanilang portability at flexibility sa mga tuntunin ng sukat.

Pagiging kumplikado ng imbakan ng hydrogen

Bilang karagdagan sa mga problema sa mga pagkukulang ng kasalukuyang mga lamad at catalyst, ang iba pang mga teknikal na paghihirap para sa mga cell ng gasolina ay nauugnay sa imbakan at transportasyon ng hydrogen fuel. Ang hydrogen ay may napakababang tiyak na enerhiya sa bawat unit volume (ang dami ng enerhiya sa bawat unit volume sa isang partikular na temperatura at presyon) at samakatuwid ay dapat na nakaimbak sa napakataas na presyon upang magamit sa mga sasakyan. Kung hindi man, ang laki ng lalagyan para sa pag-iimbak ng kinakailangang halaga ng gasolina ay imposibleng malaki. Dahil sa mga limitasyon sa pag-iimbak ng hydrogen na ito, ang mga pagtatangka ay ginawa upang makahanap ng mga paraan upang makagawa ng hydrogen mula sa isang bagay maliban sa gaseous form nito, tulad ng sa mga metal hydride fuel cell. Gayunpaman, ang kasalukuyang mga aplikasyon ng consumer fuel cell, gaya ng Toyota Mirai, ay gumagamit ng supercritical hydrogen (hydrogen na nasa temperaturang higit sa 33 K at mga pressure sa itaas ng 13.3 atmospheres, iyon ay, sa itaas ng mga kritikal na halaga), at ito na ngayon ang pinakamaginhawang opsyon.

Mga pananaw ng rehiyon

Dahil sa umiiral na mga teknikal na kahirapan at mga problema sa pagkuha ng hydrogen mula sa tubig gamit ang solar energy, sa malapit na hinaharap, ang pananaliksik ay malamang na pangunahing tumutok sa paghahanap ng mga alternatibong mapagkukunan ng hydrogen. Ang isang popular na ideya ay ang paggamit ng ammonia (hydrogen nitride) nang direkta sa fuel cell sa halip na hydrogen, o gumawa ng hydrogen mula sa ammonia. Ang dahilan para dito ay ang ammonia ay hindi gaanong hinihingi sa mga tuntunin ng presyon, na ginagawang mas maginhawa upang mag-imbak at ilipat. Bilang karagdagan, ang ammonia ay kaakit-akit bilang isang mapagkukunan ng hydrogen dahil hindi ito naglalaman ng carbon. Nalulutas nito ang problema ng pagkalason ng catalyst dahil sa ilang CO sa hydrogen na ginawa mula sa mitein.

Sa hinaharap, ang mga fuel cell ay maaaring makahanap ng malawak na aplikasyon sa teknolohiya ng sasakyan at distributed energy generation, gaya ng sa mga residential na lugar. Sa kabila ng katotohanan na sa sandaling ito ang paggamit ng mga fuel cell bilang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya ay nangangailangan ng maraming pera, kung ang mas mura at mas mahusay na mga catalyst, ang mga matatag na lamad na may mataas na kondaktibiti at mga alternatibong mapagkukunan ng hydrogen ay matatagpuan, ang mga hydrogen fuel cell ay maaaring maging mataas. kaakit-akit sa ekonomiya.

Ang fuel cell ay isang electrochemical energy conversion device na nagpapalit ng hydrogen at oxygen sa kuryente sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon. Bilang resulta ng prosesong ito, ang tubig ay nabuo at ang isang malaking halaga ng init ay inilabas. Ang fuel cell ay halos kapareho sa isang baterya na maaaring singilin at pagkatapos ay ginagamit upang mag-imbak ng elektrikal na enerhiya.
Ang imbentor ng fuel cell ay si William R. Grove, na nag-imbento nito noong 1839. Sa fuel cell na ito, isang solusyon ng sulfuric acid ang ginamit bilang isang electrolyte, at ang hydrogen ay ginamit bilang gasolina, na pinagsama sa oxygen sa isang oxidizer medium . Dapat pansinin na, hanggang kamakailan, ang mga fuel cell ay ginagamit lamang sa mga laboratoryo at sa spacecraft.
Sa hinaharap, ang mga fuel cell ay maaaring makipagkumpitensya sa maraming iba pang mga sistema ng conversion ng enerhiya (kabilang ang mga gas turbine sa mga planta ng kuryente), mga panloob na makina ng pagkasunog sa mga kotse at mga de-koryenteng baterya sa mga portable na aparato. Ang mga internal combustion engine ay nagsusunog ng gasolina at ginagamit ang presyur na nilikha ng pagpapalawak ng mga gas ng pagkasunog upang magsagawa ng mekanikal na gawain. Ang mga baterya ay nag-iimbak ng elektrikal na enerhiya at pagkatapos ay i-convert ito sa kemikal na enerhiya, na maaaring i-convert pabalik sa elektrikal na enerhiya kung kinakailangan. Posible, ang mga fuel cell ay napakahusay. Noong 1824, pinatunayan ng French scientist na si Carnot na ang mga compression-expansion cycle ng isang internal combustion engine ay hindi masisiguro ang kahusayan ng pag-convert ng thermal energy (na ang kemikal na enerhiya ng nasusunog na gasolina) sa mekanikal na enerhiya na higit sa 50%. Ang fuel cell ay walang gumagalaw na bahagi (hindi bababa sa loob ng cell mismo), at samakatuwid ay hindi nila sinusunod ang batas ni Carnot. Naturally, magkakaroon sila ng higit sa 50% na kahusayan at lalong epektibo sa mababang pagkarga. Kaya, ang mga fuel cell na sasakyan ay nakahanda na (at napatunayan na) na mas matipid sa gasolina kaysa sa mga maginoo na sasakyan sa totoong mga kondisyon sa pagmamaneho.
Ang fuel cell ay bumubuo ng DC electrical current na maaaring magamit upang magmaneho ng electric motor, lighting fixtures, at iba pang electrical system sa isang sasakyan. Mayroong ilang mga uri ng mga fuel cell, na naiiba sa mga kemikal na proseso na ginamit. Ang mga fuel cell ay karaniwang inuuri ayon sa uri ng electrolyte na ginagamit nila. Ang ilang uri ng mga fuel cell ay nangangako na gamitin sa mga power plant, habang ang iba ay maaaring maging kapaki-pakinabang para sa maliliit na portable na device o para sa pagmamaneho ng mga sasakyan.
Ang alkaline fuel cell ay isa sa mga pinakaunang nabuong elemento. Ang mga ito ay ginamit ng US space program mula noong 1960s. Ang mga fuel cell na ito ay madaling kapitan ng kontaminasyon at samakatuwid ay nangangailangan ng napakadalisay na hydrogen at oxygen. Bilang karagdagan, ang mga ito ay napakamahal, at samakatuwid ang ganitong uri ng fuel cell ay malamang na hindi makahanap ng malawak na aplikasyon sa mga kotse.
Ang mga fuel cell na nakabatay sa phosphoric acid ay maaaring gamitin sa mga nakatigil na pag-install na may mababang kapangyarihan. Gumagana ang mga ito sa medyo mataas na temperatura at samakatuwid ay tumatagal ng mahabang oras upang magpainit, na ginagawang hindi rin mabisa para sa paggamit sa mga sasakyan.
Ang solid oxide fuel cell ay mas angkop para sa malalaking stationary power generator na maaaring magbigay ng kuryente sa mga pabrika o komunidad. Ang ganitong uri ng fuel cell ay gumagana sa napakataas na temperatura (mga 1000 °C). Ang mataas na operating temperatura ay lumilikha ng ilang mga problema, ngunit sa kabilang banda, mayroong isang kalamangan - ang singaw na ginawa ng fuel cell ay maaaring ipadala sa mga turbine upang makabuo ng mas maraming kuryente. Sa pangkalahatan, pinapabuti nito ang pangkalahatang kahusayan ng system.
Ang isa sa mga pinaka-promising na sistema ay ang proton exchange membrane fuel cell - POMFC (PEMFC - Protone Exchange Membrane Fuel Cell). Sa ngayon, ang ganitong uri ng fuel cell ay ang pinaka-promising dahil maaari itong magtulak ng mga kotse, bus at iba pang sasakyan.

Mga proseso ng kemikal sa isang fuel cell

Gumagamit ang mga fuel cell ng electrochemical na proseso upang pagsamahin ang hydrogen sa oxygen mula sa hangin. Tulad ng mga baterya, ang mga fuel cell ay gumagamit ng mga electrodes (solid electrical conductors) sa isang electrolyte (isang electrically conductive medium). Kapag ang mga molekula ng hydrogen ay nakipag-ugnayan sa negatibong elektrod (anode), ang huli ay nahahati sa mga proton at mga electron. Ang mga proton ay dumadaan sa proton exchange membrane (POM) patungo sa positive electrode (cathode) ng fuel cell, na gumagawa ng kuryente. Mayroong kemikal na kumbinasyon ng mga molekula ng hydrogen at oxygen na may pagbuo ng tubig, bilang isang by-product ng reaksyong ito. Ang tanging uri ng mga emisyon mula sa isang fuel cell ay singaw ng tubig.
Ang kuryenteng ginawa ng mga fuel cell ay maaaring gamitin sa electrical powertrain ng sasakyan (binubuo ng isang electrical power converter at isang AC induction motor) upang magbigay ng mekanikal na enerhiya upang itulak ang sasakyan. Ang trabaho ng power converter ay i-convert ang direct current na ginawa ng mga fuel cell sa alternating current, na ginagamit ng traction motor ng sasakyan.

Schematic diagram ng fuel cell na may proton-exchange membrane:
1 - anode;
2 - proton-exchange membrane (REM);
3 - katalista (pula);
4 - katod

Ang Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) ay gumagamit ng isa sa pinakasimpleng reaksyon ng anumang fuel cell.

Hiwalay na fuel cell

Isaalang-alang kung paano gumagana ang fuel cell. Ang anode, ang negatibong poste ng fuel cell, ay nagsasagawa ng mga electron, na pinalaya mula sa mga molekula ng hydrogen upang magamit sila sa isang panlabas na de-koryenteng circuit (circuit). Upang gawin ito, ang mga channel ay nakaukit dito, na namamahagi ng hydrogen nang pantay-pantay sa buong ibabaw ng katalista. Ang cathode (positibong poste ng fuel cell) ay may nakaukit na mga channel na namamahagi ng oxygen sa ibabaw ng catalyst. Ito rin ay nagsasagawa ng mga electron pabalik mula sa panlabas na circuit (circuit) patungo sa catalyst, kung saan maaari silang pagsamahin sa mga hydrogen ions at oxygen upang bumuo ng tubig. Ang electrolyte ay isang proton-exchange membrane. Ito ay isang espesyal na materyal, katulad ng ordinaryong plastik, ngunit may kakayahang magpasa ng mga positibong sisingilin na mga ion at harangan ang pagpasa ng mga electron.
Ang katalista ay isang espesyal na materyal na nagpapadali sa reaksyon sa pagitan ng oxygen at hydrogen. Ang katalista ay karaniwang ginawa mula sa platinum powder na idineposito sa isang napakanipis na layer sa carbon paper o tela. Ang katalista ay dapat na magaspang at buhaghag upang ang ibabaw nito ay maaaring makipag-ugnayan sa hydrogen at oxygen hangga't maaari. Ang platinum coated side ng catalyst ay nasa harap ng proton exchange membrane (POM).
Ang hydrogen gas (H 2 ) ay ibinibigay sa fuel cell sa ilalim ng presyon mula sa gilid ng anode. Kapag ang molekula ng H2 ay nakipag-ugnayan sa platinum sa catalyst, nahahati ito sa dalawang bahagi, dalawang ion (H+) at dalawang electron (e–). Ang mga electron ay isinasagawa sa pamamagitan ng anode kung saan sila ay dumaan sa isang panlabas na circuit (circuit) na gumagawa ng kapaki-pakinabang na gawain (hal. pagmamaneho ng isang de-koryenteng motor) at bumabalik mula sa bahagi ng katod ng fuel cell.
Samantala, mula sa cathode side ng fuel cell, ang oxygen gas (O 2 ) ay pinipilit sa pamamagitan ng catalyst kung saan ito ay bumubuo ng dalawang oxygen atoms. Ang bawat isa sa mga atom na ito ay may malakas na negatibong singil na umaakit ng dalawang H+ ions sa buong lamad, kung saan pinagsama ang mga ito sa isang atom ng oxygen at dalawang electron mula sa panlabas na loop (kadena) upang bumuo ng isang molekula ng tubig (H 2 O).
Ang reaksyong ito sa isang fuel cell ay gumagawa ng lakas na humigit-kumulang 0.7 watts. Upang mapataas ang kapangyarihan sa kinakailangang antas, kinakailangan na pagsamahin ang maraming indibidwal na mga fuel cell upang bumuo ng isang fuel cell stack.
Ang mga cell ng gasolina ng POM ay gumagana sa medyo mababang temperatura (mga 80°C), na nangangahulugan na mabilis silang mapainit sa temperatura ng pagpapatakbo at hindi nangangailangan ng mga mamahaling sistema ng paglamig. Ang patuloy na pagpapabuti sa teknolohiya at mga materyales na ginagamit sa mga cell na ito ay nagdala ng kanilang kapangyarihan na mas malapit sa isang antas kung saan ang isang baterya ng naturang mga fuel cell, na sumasakop sa isang maliit na bahagi ng trunk ng isang kotse, ay maaaring magbigay ng enerhiya na kailangan upang magmaneho ng kotse.
Sa nakalipas na mga taon, karamihan sa mga nangungunang tagagawa ng kotse sa mundo ay namuhunan nang malaki sa pagbuo ng mga disenyo ng kotse gamit ang mga fuel cell. Marami na ang nagpakita ng mga fuel cell na sasakyan na may kasiya-siyang lakas at dynamic na katangian, bagaman medyo mahal ang mga ito.
Ang pagpapabuti ng disenyo ng naturang mga kotse ay napaka-intensive.

Fuel cell vehicle, gumagamit ng power plant na matatagpuan sa ilalim ng sahig ng sasakyan

Ang NECAR V na sasakyan ay batay sa Mercedes-Benz A-class na sasakyan, kasama ang buong planta ng kuryente, kasama ang mga fuel cell, na matatagpuan sa ilalim ng sahig ng sasakyan. Ang ganitong nakabubuo na solusyon ay ginagawang posible upang mapaunlakan ang apat na pasahero at mga bagahe sa kotse. Dito, hindi hydrogen, ngunit methanol ang ginagamit bilang gasolina para sa kotse. Ang methanol sa tulong ng isang reformer (isang aparato na nagko-convert ng methanol sa hydrogen) ay na-convert sa hydrogen, na kinakailangan upang palakasin ang fuel cell. Ang paggamit ng isang reformer sa sakay ng isang kotse ay ginagawang posible na gamitin ang halos anumang hydrocarbon bilang isang gasolina, na ginagawang posible na muling mag-refuel ng isang fuel cell car gamit ang umiiral na network ng istasyon ng pagpuno. Sa teorya, ang mga fuel cell ay walang ginagawa kundi kuryente at tubig. Ang pag-convert ng gasolina (gasolina o methanol) sa hydrogen na kinakailangan para sa fuel cell ay medyo nakakabawas sa environmental appeal ng naturang sasakyan.
Ang Honda, na nasa negosyo ng fuel cell mula noong 1989, ay gumawa ng isang maliit na batch ng mga sasakyang Honda FCX-V4 noong 2003 gamit ang mga cell ng gasolina na uri ng proton-exchange membrane ng Ballard. Ang mga fuel cell na ito ay bumubuo ng 78 kW ng de-koryenteng kapangyarihan, at ang mga traksyon na motor na may lakas na 60 kW at isang metalikang kuwintas na 272 N m ay ginagamit upang himukin ang mga gulong sa pagmamaneho. Mayroon itong mahusay na dinamika, at ang supply ng compressed hydrogen ay ginagawang posible na tumakbo. hanggang 355 km.

Ang Honda FCX ay gumagamit ng fuel cell power upang itulak ang sarili nito.
Ang Honda FCX ay ang unang fuel cell na sasakyan sa mundo na nakatanggap ng sertipikasyon ng gobyerno sa United States. Ang kotse ay certified ng ZEV - Zero Emission Vehicle (zero pollution vehicle). Hindi pa ibebenta ng Honda ang mga sasakyang ito, ngunit umaarkila ng humigit-kumulang 30 kotse bawat yunit. California at Tokyo, kung saan mayroon nang hydrogen fueling infrastructure.

Ang Hy Wire concept car ng General Motors ay mayroong fuel cell power plant

Ang malaking pananaliksik sa pagbuo at paglikha ng mga fuel cell na sasakyan ay isinasagawa ng General Motors.

Hy Wire Vehicle Chassis

Nakatanggap ng 26 na patent ang GM Hy Wire concept car. Ang batayan ng kotse ay isang functional platform na may kapal na 150 mm. Sa loob ng platform ay mga hydrogen cylinder, isang fuel cell power plant at mga sistema ng pagkontrol ng sasakyan gamit ang pinakabagong electronic control-by-wire na teknolohiya. Ang chassis ng Hy Wire car ay isang manipis na platform na naglalaman ng lahat ng pangunahing elemento ng istruktura ng kotse: mga hydrogen cylinder, fuel cell, baterya, electric motors at control system. Ginagawang posible ng diskarteng ito sa disenyo na baguhin ang mga katawan ng kotse habang tumatakbo. Sinusubok din ng kumpanya ang mga pang-eksperimentong Opel fuel cell na sasakyan at nagdidisenyo ng planta ng produksyon ng fuel cell.

Disenyo ng isang "ligtas" na tangke ng gasolina para sa liquefied hydrogen:
1 - pagpuno ng aparato;
2 - panlabas na tangke;
3 - suporta;
4 - antas ng sensor;
5 - panloob na tangke;
6 - linya ng pagpuno;
7 - pagkakabukod at vacuum;
8 - pampainit;
9 - mounting box

Ang problema sa paggamit ng hydrogen bilang gasolina para sa mga kotse ay binibigyang pansin ng BMW. Kasama ang Magna Steyer, na kilala sa trabaho nito sa paggamit ng liquefied hydrogen sa pagsasaliksik sa kalawakan, ang BMW ay nakabuo ng isang liquefied hydrogen fuel tank na maaaring magamit sa mga kotse.

Kinumpirma ng mga pagsubok ang kaligtasan ng paggamit ng tangke ng gasolina na may likidong hydrogen

Ang kumpanya ay nagsagawa ng isang serye ng mga pagsubok sa kaligtasan ng istraktura ayon sa mga karaniwang pamamaraan at nakumpirma ang pagiging maaasahan nito.
Noong 2002, sa Frankfurt Motor Show (Germany), ipinakita ang Mini Cooper Hydrogen, na gumagamit ng liquefied hydrogen bilang gasolina. Ang tangke ng gasolina ng kotse na ito ay tumatagal ng parehong espasyo bilang isang maginoo na tangke ng gas. Ang hydrogen sa kotse na ito ay hindi ginagamit para sa mga fuel cell, ngunit bilang panggatong para sa mga internal combustion engine.

Ang unang mass-produce na kotse sa mundo na may fuel cell sa halip na baterya

Noong 2003, inihayag ng BMW ang paglulunsad ng unang mass-produce na fuel cell na sasakyan, ang BMW 750 hL. Ang fuel cell na baterya ay ginagamit sa halip na isang tradisyonal na baterya. Ang kotse na ito ay may 12-cylinder internal combustion engine na tumatakbo sa hydrogen, at ang fuel cell ay nagsisilbing alternatibo sa isang kumbensyonal na baterya, na nagpapahintulot sa air conditioner at iba pang mga consumer na gumana kapag ang kotse ay naka-park nang mahabang panahon nang naka-off ang makina.

Ang hydrogen refueling ay ginagawa ng isang robot, ang driver ay hindi kasangkot sa prosesong ito

Ang parehong kumpanya na BMW ay nakabuo din ng mga robotic fuel dispenser na nagbibigay ng mabilis at ligtas na refueling ng mga kotse na may liquefied hydrogen.
Ang paglitaw sa mga nakaraang taon ng isang malaking bilang ng mga pagpapaunlad na naglalayong lumikha ng mga sasakyan gamit ang mga alternatibong gasolina at alternatibong mga planta ng kuryente ay nagpapahiwatig na ang mga panloob na makina ng pagkasunog, na nangibabaw sa mga kotse sa nakalipas na siglo, ay magbibigay daan sa mas malinis, mas mahusay at tahimik na mga disenyo. Ang kanilang malawakang paggamit ay kasalukuyang pinipigilan hindi ng teknikal, ngunit sa halip ng mga problemang pang-ekonomiya at panlipunan. Para sa kanilang malawakang paggamit, kinakailangan na lumikha ng isang tiyak na imprastraktura para sa pagbuo ng paggawa ng mga alternatibong gasolina, ang paglikha at pamamahagi ng mga bagong istasyon ng gas at upang malampasan ang isang bilang ng mga sikolohikal na hadlang. Ang paggamit ng hydrogen bilang gasolina ng sasakyan ay mangangailangan ng mga isyu sa pag-iimbak, paghahatid at pamamahagi upang matugunan, na may mga seryosong hakbang sa kaligtasan.
Sa teorya, ang hydrogen ay magagamit sa walang limitasyong dami, ngunit ang produksyon nito ay napakalakas ng enerhiya. Bilang karagdagan, upang ma-convert ang mga kotse upang gumana sa hydrogen fuel, dalawang malaking pagbabago sa sistema ng kuryente ang dapat gawin: una, ilipat ang operasyon nito mula sa gasolina patungo sa methanol, at pagkatapos, sa loob ng ilang panahon, sa hydrogen. Matatagalan pa bago maresolba ang isyung ito.

Paglalarawan:

Tinatalakay ng artikulong ito nang mas detalyado ang kanilang istraktura, pag-uuri, mga pakinabang at disadvantages, saklaw, kahusayan, kasaysayan ng paglikha at modernong mga prospect para sa paggamit.

Paggamit ng mga fuel cell sa pagpapaandar ng mga gusali

Bahagi 1

Tinatalakay ng artikulong ito nang mas detalyado ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga fuel cell, ang kanilang disenyo, pag-uuri, mga pakinabang at disadvantages, saklaw, kahusayan, kasaysayan ng paglikha at modernong mga prospect para sa paggamit. Sa ikalawang bahagi ng artikulo, na ilalathala sa susunod na isyu ng magasing ABOK, ay nagbibigay ng mga halimbawa ng mga pasilidad kung saan ginamit ang iba't ibang uri ng fuel cell bilang pinagmumulan ng init at kuryente (o kuryente lamang).

Panimula

Ang mga fuel cell ay isang napaka-episyente, maaasahan, matibay at environment friendly na paraan upang makabuo ng enerhiya.

Sa una ay ginagamit lamang sa industriya ng kalawakan, ang mga fuel cell ay lalong ginagamit sa iba't ibang lugar - tulad ng mga nakatigil na power plant, init at power supply ng mga gusali, makina ng sasakyan, power supply para sa mga laptop at mobile phone. Ang ilan sa mga device na ito ay mga prototype sa laboratoryo, ang ilan ay sumasailalim sa pre-series na pagsubok o ginagamit para sa mga layunin ng pagpapakita, ngunit maraming mga modelo ang ginagawa nang maramihan at ginagamit sa mga komersyal na proyekto.

Ang fuel cell (electrochemical generator) ay isang device na nagko-convert ng chemical energy ng isang fuel (hydrogen) sa electrical energy sa panahon ng electrochemical reaction nang direkta, hindi tulad ng mga tradisyonal na teknolohiya na gumagamit ng combustion ng solid, liquid at gaseous fuels. Ang direktang electrochemical conversion ng gasolina ay napakahusay at kaakit-akit mula sa isang kapaligiran na pananaw, dahil ang pinakamababang halaga ng mga pollutant ay inilabas sa panahon ng operasyon, at walang malakas na ingay at vibrations.

Mula sa isang praktikal na pananaw, ang isang fuel cell ay kahawig ng isang maginoo na galvanic na baterya. Ang pagkakaiba ay nakasalalay sa katotohanan na sa una ang baterya ay sisingilin, ibig sabihin, napuno ng "gasolina". Sa panahon ng operasyon, ang "gasolina" ay natupok at ang baterya ay na-discharge. Hindi tulad ng isang baterya, ang isang fuel cell ay gumagamit ng gasolina na ibinibigay mula sa isang panlabas na mapagkukunan upang makabuo ng elektrikal na enerhiya (Larawan 1).

Para sa produksyon ng elektrikal na enerhiya, hindi lamang purong hydrogen ang maaaring gamitin, kundi pati na rin ang iba pang mga hilaw na materyales na naglalaman ng hydrogen, tulad ng natural gas, ammonia, methanol o gasolina. Ang ordinaryong hangin ay ginagamit bilang pinagmumulan ng oxygen, na kailangan din para sa reaksyon.

Kapag purong hydrogen ang ginamit bilang panggatong, ang mga produkto ng reaksyon, bilang karagdagan sa elektrikal na enerhiya, ay init at tubig (o singaw ng tubig), ibig sabihin, walang mga gas na ibinubuga sa atmospera na nagdudulot ng polusyon sa hangin o nagdudulot ng greenhouse effect. Kung ang isang feedstock na naglalaman ng hydrogen, tulad ng natural na gas, ay ginagamit bilang panggatong, ang iba pang mga gas, tulad ng mga oxide ng carbon at nitrogen, ay magiging isang by-product ng reaksyon, ngunit ang halaga nito ay mas mababa kaysa kapag sinusunog ang pareho. dami ng natural gas.

Ang proseso ng kemikal na conversion ng gasolina upang makabuo ng hydrogen ay tinatawag na reforming, at ang kaukulang aparato ay tinatawag na reformer.

Mga kalamangan at kawalan ng mga fuel cell

Ang mga fuel cell ay mas mahusay sa enerhiya kaysa sa mga internal combustion engine dahil walang thermodynamic na limitasyon sa enerhiya na kahusayan para sa mga fuel cell. Ang kahusayan ng mga fuel cell ay 50%, habang ang kahusayan ng panloob na combustion engine ay 12-15%, at ang kahusayan ng mga steam turbine power plant ay hindi lalampas sa 40%. Sa pamamagitan ng paggamit ng init at tubig, ang kahusayan ng mga fuel cell ay higit na tumaas.

Sa kaibahan sa, halimbawa, mga panloob na combustion engine, ang kahusayan ng mga fuel cell ay nananatiling napakataas kahit na hindi sila gumagana nang buong lakas. Bilang karagdagan, ang kapangyarihan ng mga fuel cell ay maaaring tumaas sa pamamagitan lamang ng pagdaragdag ng hiwalay na mga bloke, habang ang kahusayan ay hindi nagbabago, ibig sabihin, ang mga malalaking pag-install ay kasing episyente ng maliliit. Ang mga sitwasyong ito ay nagbibigay-daan sa isang napaka-flexible na pagpili ng komposisyon ng kagamitan alinsunod sa mga kagustuhan ng customer at sa huli ay humantong sa isang pagbawas sa mga gastos sa kagamitan.

Ang isang mahalagang bentahe ng mga fuel cell ay ang kanilang pagkamagiliw sa kapaligiran. Ang mga emisyon ng hangin mula sa mga fuel cell ay napakababa na sa ilang lugar sa Estados Unidos ay hindi sila nangangailangan ng mga espesyal na permit mula sa mga ahensya ng kalidad ng hangin ng pamahalaan.

Ang mga fuel cell ay maaaring direktang ilagay sa gusali, kaya binabawasan ang mga pagkalugi sa panahon ng transportasyon ng enerhiya, at ang init na nabuo ng reaksyon ay maaaring gamitin upang magbigay ng init o mainit na tubig sa gusali. Ang mga autonomous na mapagkukunan ng init at suplay ng kuryente ay maaaring maging lubhang kapaki-pakinabang sa mga malalayong lugar at sa mga rehiyon na nailalarawan sa kakulangan ng kuryente at mataas na gastos nito, ngunit sa parehong oras mayroong mga reserba ng mga hilaw na materyales na naglalaman ng hydrogen (langis, natural gas) .

Ang mga bentahe ng mga fuel cell ay ang pagkakaroon din ng gasolina, pagiging maaasahan (walang mga gumagalaw na bahagi sa fuel cell), tibay at kadalian ng operasyon.

Ang isa sa mga pangunahing pagkukulang ng mga fuel cell ngayon ay ang kanilang medyo mataas na gastos, ngunit ang pagkukulang na ito ay maaaring pagtagumpayan sa lalong madaling panahon - parami nang parami ang mga kumpanya na gumagawa ng mga komersyal na sample ng mga fuel cell, sila ay patuloy na pinabuting, at ang kanilang gastos ay bumababa.

Ang pinakamabisang paggamit ng purong hydrogen bilang gasolina, gayunpaman, mangangailangan ito ng paglikha ng isang espesyal na imprastraktura para sa produksyon at transportasyon nito. Sa kasalukuyan, lahat ng komersyal na disenyo ay gumagamit ng natural na gas at mga katulad na panggatong. Ang mga sasakyang de-motor ay maaaring gumamit ng ordinaryong gasolina, na magpapahintulot sa pagpapanatili ng umiiral na binuo na network ng mga istasyon ng gas. Gayunpaman, ang paggamit ng naturang gasolina ay humahantong sa mga nakakapinsalang emisyon sa atmospera (kahit na napakababa) at nagpapalubha (at samakatuwid ay nagpapataas ng halaga ng) fuel cell. Sa hinaharap, ang posibilidad ng paggamit ng environment friendly renewable energy sources (halimbawa, solar energy o wind energy) ay isinasaalang-alang upang mabulok ang tubig sa hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng electrolysis, at pagkatapos ay i-convert ang nagreresultang gasolina sa isang fuel cell. Ang ganitong pinagsamang mga halaman na tumatakbo sa isang closed cycle ay maaaring maging isang ganap na environment friendly, maaasahan, matibay at mahusay na mapagkukunan ng enerhiya.

Ang isa pang tampok ng mga fuel cell ay ang mga ito ay pinaka mahusay kapag gumagamit ng parehong elektrikal at thermal na enerhiya sa parehong oras. Gayunpaman, ang posibilidad ng paggamit ng thermal energy ay hindi magagamit sa bawat pasilidad. Sa kaso ng paggamit ng mga cell ng gasolina para lamang sa pagbuo ng elektrikal na enerhiya, ang kanilang kahusayan ay bumababa, bagaman ito ay lumampas sa kahusayan ng "tradisyonal" na mga pag-install.

Kasaysayan at modernong paggamit ng mga fuel cell

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga fuel cell ay natuklasan noong 1839. Natuklasan ng English scientist na si William Robert Grove (1811-1896) na ang proseso ng electrolysis - ang decomposition ng tubig sa hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng electric current - ay nababaligtad, ibig sabihin, ang hydrogen at oxygen ay maaaring pagsamahin sa mga molekula ng tubig nang hindi nasusunog, ngunit sa paglabas ng init at electric current. Tinawag ni Grove ang aparato kung saan ang naturang reaksyon ay isinagawa bilang isang "gas battery", na siyang unang fuel cell.

Ang aktibong pag-unlad ng mga teknolohiya ng fuel cell ay nagsimula pagkatapos ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, at ito ay nauugnay sa industriya ng aerospace. Sa oras na iyon, ang mga paghahanap ay isinagawa para sa isang mahusay at maaasahan, ngunit sa parehong oras ay medyo compact na mapagkukunan ng enerhiya. Noong 1960s, pinili ng mga espesyalista ng NASA (National Aeronautics and Space Administration, NASA) ang mga fuel cell bilang pinagmumulan ng kapangyarihan para sa spacecraft ng Apollo (mga manned flight papuntang Moon), Apollo-Soyuz, Gemini at mga programang Skylab. . Gumamit ang Apollo ng tatlong 1.5 kW unit (2.2 kW peak power) gamit ang cryogenic hydrogen at oxygen upang makagawa ng kuryente, init at tubig. Ang masa ng bawat pag-install ay 113 kg. Ang tatlong mga cell na ito ay nagtrabaho nang magkatulad, ngunit ang enerhiya na nabuo ng isang yunit ay sapat para sa isang ligtas na pagbabalik. Sa loob ng 18 flight, ang mga fuel cell ay nakaipon ng kabuuang 10,000 oras nang walang anumang pagkabigo. Sa kasalukuyan, ang mga fuel cell ay ginagamit sa space shuttle na "Space Shuttle", na gumagamit ng tatlong yunit na may kapangyarihan na 12 W, na bumubuo ng lahat ng elektrikal na enerhiya sa board ng spacecraft (Fig. 2). Ang tubig na nakuha bilang resulta ng isang electrochemical reaction ay ginagamit bilang inuming tubig, pati na rin para sa mga kagamitan sa paglamig.

Sa ating bansa, isinasagawa din ang paggawa ng mga fuel cell para magamit sa mga astronautika. Halimbawa, ginamit ang mga fuel cell upang palakasin ang space shuttle ng Soviet Buran.

Ang pagbuo ng mga pamamaraan para sa komersyal na paggamit ng mga fuel cell ay nagsimula noong kalagitnaan ng 1960s. Ang mga pagpapaunlad na ito ay bahagyang pinondohan ng mga organisasyon ng pamahalaan.

Sa kasalukuyan, ang pagbuo ng mga teknolohiya para sa paggamit ng mga fuel cell ay napupunta sa maraming direksyon. Ito ay ang paglikha ng mga nakatigil na power plant sa mga fuel cell (parehong para sa sentralisado at desentralisadong supply ng enerhiya), mga power plant ng mga sasakyan (mga sample ng mga kotse at bus sa mga fuel cell ay nilikha, kabilang ang sa ating bansa) (Fig. 3), at pati na rin ang mga power supply para sa iba't ibang mobile device (laptop, mobile phone, atbp.) (Fig. 4).

Ang mga halimbawa ng paggamit ng mga fuel cell sa iba't ibang larangan ay ibinibigay sa Talahanayan. isa.

Isa sa mga unang komersyal na modelo ng mga fuel cell na idinisenyo para sa autonomous na init at power supply ng mga gusali ay ang PC25 Model A na ginawa ng ONSI Corporation (ngayon ay United Technologies, Inc.). Ang fuel cell na ito na may nominal na kapangyarihan na 200 kW ay kabilang sa uri ng mga cell na may electrolyte batay sa phosphoric acid (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC). Ang numerong "25" sa pangalan ng modelo ay nangangahulugan ng serial number ng disenyo. Karamihan sa mga nakaraang modelo ay pang-eksperimento o mga piraso ng pagsubok, tulad ng 12.5 kW na "PC11" na modelo na lumabas noong 1970s. Ang mga bagong modelo ay nagpapataas ng kapangyarihan na kinuha mula sa isang fuel cell, at binawasan din ang gastos sa bawat kilowatt ng enerhiya na ginawa. Sa kasalukuyan, ang isa sa mga pinaka mahusay na komersyal na modelo ay ang PC25 Model C fuel cell. Tulad ng modelong "A", ito ay isang ganap na awtomatikong 200 kW PAFC type fuel cell na idinisenyo para sa pag-install nang direkta sa serviced object bilang isang independiyenteng pinagmumulan ng init at kuryente. Maaaring mai-install ang naturang fuel cell sa labas ng gusali. Sa panlabas, ito ay isang parallelepiped na 5.5 m ang haba, 3 m ang lapad at 3 m ang taas, na tumitimbang ng 18,140 kg. Ang pagkakaiba mula sa mga nakaraang modelo ay isang pinahusay na reformer at isang mas mataas na kasalukuyang density.

Talahanayan 1 Saklaw ng mga fuel cell

Rehiyon mga aplikasyon Na-rate kapangyarihan Mga halimbawa ng paggamit Nakatigil mga pag-install 5–250 kW at mas mataas Mga nagsasariling pinagmumulan ng init at suplay ng kuryente para sa mga gusaling tirahan, pampubliko at pang-industriya, mga hindi maaabala na suplay ng kuryente, backup at pang-emergency na mga suplay ng kuryente Portable mga pag-install 1–50 kW Mga palatandaan sa kalsada, pinalamig na mga trak at riles ng tren, mga wheelchair, mga golf cart, spacecraft at mga satellite Mobile mga pag-install 25–150 kW Mga kotse (prototype ay nilikha, halimbawa, ng DaimlerCrysler, FIAT, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota, Volkswagen, VAZ), mga bus (hal. MAN, Neoplan, Renault) at iba pang sasakyan, barkong pandigma at submarino Mga microdevice 1-500W Mga mobile phone, laptop, PDA, iba't ibang consumer electronic device, modernong kagamitang militar

Sa ilang uri ng mga fuel cell, ang proseso ng kemikal ay maaaring baligtarin: sa pamamagitan ng paglalapat ng potensyal na pagkakaiba sa mga electrodes, ang tubig ay maaaring mabulok sa hydrogen at oxygen, na nakolekta sa mga porous na electrodes. Kapag nakakonekta ang isang load, ang naturang regenerative fuel cell ay magsisimulang makabuo ng elektrikal na enerhiya.

Ang isang promising na direksyon para sa paggamit ng mga fuel cell ay ang kanilang paggamit kasabay ng renewable energy sources, tulad ng mga photovoltaic panel o wind turbine. Ang teknolohiyang ito ay nagpapahintulot sa iyo na ganap na maiwasan ang polusyon sa hangin. Ang isang katulad na sistema ay binalak na gawin, halimbawa, sa Adam Joseph Lewis Training Center sa Oberlin (tingnan ang ABOK, 2002, No. 5, p. 10). Sa kasalukuyan, ginagamit ang mga solar panel bilang isa sa mga pinagkukunan ng enerhiya sa gusaling ito. Kasama ang mga espesyalista sa NASA, isang proyekto ang binuo upang gumamit ng mga photovoltaic panel upang makagawa ng hydrogen at oxygen mula sa tubig sa pamamagitan ng electrolysis. Ang hydrogen ay pagkatapos ay ginagamit sa mga fuel cell upang makabuo ng elektrikal na enerhiya at mainit na tubig. Papayagan nito ang gusali na mapanatili ang pagganap ng lahat ng mga sistema sa maulap na araw at sa gabi.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga cell ng gasolina

Isaalang-alang natin ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng fuel cell gamit ang pinakasimpleng elemento na may proton exchange membrane (Proton Exchange Membrane, PEM) bilang isang halimbawa. Ang nasabing elemento ay binubuo ng isang polymer membrane na inilagay sa pagitan ng anode (positive electrode) at ng cathode (negative electrode) kasama ng anode at cathode catalysts. Ang isang polymer membrane ay ginagamit bilang electrolyte. Ang diagram ng elemento ng PEM ay ipinapakita sa fig. 5.

Ang proton exchange membrane (PEM) ay isang manipis (humigit-kumulang 2-7 sheet ng plain paper makapal) solid organic compound. Ang lamad na ito ay gumaganap bilang isang electrolyte: pinaghihiwalay nito ang bagay sa positibo at negatibong sisingilin na mga ion sa pagkakaroon ng tubig.

Ang isang proseso ng oxidative ay nangyayari sa anode, at isang proseso ng pagbabawas ay nangyayari sa katod. Ang anode at cathode sa PEM cell ay gawa sa isang porous na materyal, na pinaghalong mga particle ng carbon at platinum. Ang Platinum ay gumaganap bilang isang katalista na nagtataguyod ng reaksyon ng dissociation. Ang anode at cathode ay ginawang buhaghag para sa libreng pagpasa ng hydrogen at oxygen sa pamamagitan ng mga ito, ayon sa pagkakabanggit.

Ang anode at cathode ay inilalagay sa pagitan ng dalawang metal plate, na nagbibigay ng hydrogen at oxygen sa anode at cathode, at nag-aalis ng init at tubig, pati na rin ang elektrikal na enerhiya.

Ang mga molekula ng hydrogen ay dumadaan sa mga channel sa plato patungo sa anode, kung saan ang mga molekula ay nabubulok sa mga indibidwal na atomo (Larawan 6).

	Larawan 5 () Schematic diagram ng isang proton exchange membrane (PEM) fuel cell
	Larawan 6 () Ang mga molekula ng hydrogen sa pamamagitan ng mga channel sa plato ay pumapasok sa anode, kung saan ang mga molekula ay nabubulok sa mga indibidwal na atomo
	Larawan 7 () Bilang resulta ng chemisorption sa pagkakaroon ng isang katalista, ang mga atomo ng hydrogen ay na-convert sa mga proton.
	Larawan 8 () Ang mga positibong sisingilin na mga hydrogen ions ay nagkakalat sa lamad patungo sa katod, at ang daloy ng elektron ay nakadirekta sa katod sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit kung saan ang load ay konektado.
	Larawan 9 () Ang oxygen na ibinibigay sa cathode, sa pagkakaroon ng isang katalista, ay pumapasok sa isang kemikal na reaksyon na may mga hydrogen ions mula sa proton-exchange membrane at mga electron mula sa panlabas na electrical circuit. Ang tubig ay nabuo bilang isang resulta ng isang kemikal na reaksyon

Pagkatapos, bilang isang resulta ng chemisorption sa pagkakaroon ng isang katalista, ang mga atomo ng hydrogen, bawat isa ay nag-donate ng isang elektron e - , ay na-convert sa mga positibong sisingilin na hydrogen ions H +, ibig sabihin, mga proton (Larawan 7).

Ang mga positibong sisingilin na hydrogen ions (protons) ay nagkakalat sa pamamagitan ng lamad patungo sa katod, at ang daloy ng elektron ay nakadirekta sa katod sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit kung saan ang load (consumer ng elektrikal na enerhiya) ay konektado (Fig. 8).

Ang oxygen na ibinibigay sa katod, sa pagkakaroon ng isang katalista, ay pumapasok sa isang kemikal na reaksyon na may mga hydrogen ion (proton) mula sa lamad ng palitan ng proton at mga electron mula sa panlabas na de-koryenteng circuit (Larawan 9). Bilang resulta ng isang kemikal na reaksyon, nabuo ang tubig.

Ang kemikal na reaksyon sa isang fuel cell ng iba pang mga uri (halimbawa, na may acidic electrolyte, na isang solusyon ng phosphoric acid H 3 PO 4) ay ganap na magkapareho sa kemikal na reaksyon sa isang fuel cell na may proton exchange membrane.

Sa anumang fuel cell, ang bahagi ng enerhiya ng isang kemikal na reaksyon ay inilabas bilang init.

Ang daloy ng mga electron sa isang panlabas na circuit ay isang direktang kasalukuyang na ginagamit upang gumawa ng trabaho. Ang pagbubukas ng panlabas na circuit o paghinto sa paggalaw ng mga hydrogen ions ay humihinto sa kemikal na reaksyon.

Ang halaga ng elektrikal na enerhiya na ginawa ng isang fuel cell ay depende sa uri ng fuel cell, geometric na sukat, temperatura, presyon ng gas. Ang isang solong fuel cell ay nagbibigay ng isang EMF na mas mababa sa 1.16 V. Posible upang madagdagan ang laki ng mga cell ng gasolina, ngunit sa pagsasagawa ng ilang mga cell ay ginagamit, na konektado sa mga baterya (Larawan 10).

Fuel cell device

Isaalang-alang natin ang fuel cell device sa halimbawa ng modelo ng PC25 Model C. Ang scheme ng fuel cell ay ipinapakita sa fig. labing-isa.

Ang fuel cell na "PC25 Model C" ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi: ang fuel processor, ang aktwal na power generation section at ang voltage converter.

Ang pangunahing bahagi ng fuel cell - ang power generation section - ay isang stack na binubuo ng 256 indibidwal na fuel cell. Ang komposisyon ng mga electrodes ng fuel cell ay may kasamang platinum catalyst. Sa pamamagitan ng mga cell na ito, ang direktang electric current na 1,400 amperes ay nabuo sa boltahe na 155 volts. Ang mga sukat ng baterya ay humigit-kumulang 2.9 m ang haba at 0.9 m ang lapad at taas.

Dahil ang proseso ng electrochemical ay nagaganap sa temperatura na 177 ° C, kinakailangan na painitin ang baterya sa oras ng pagsisimula at alisin ang init mula dito sa panahon ng operasyon. Upang gawin ito, ang fuel cell ay may kasamang isang hiwalay na circuit ng tubig, at ang baterya ay nilagyan ng mga espesyal na cooling plate.

Pinapayagan ka ng processor ng gasolina na i-convert ang natural na gas sa hydrogen, na kinakailangan para sa isang electrochemical reaction. Ang prosesong ito ay tinatawag na reporma. Ang pangunahing elemento ng processor ng gasolina ay ang repormador. Sa reformer, ang natural na gas (o iba pang gasolina na naglalaman ng hydrogen) ay tumutugon sa singaw sa mataas na temperatura (900 °C) at mataas na presyon sa pagkakaroon ng isang nickel catalyst. Ang mga sumusunod na reaksiyong kemikal ay nagaganap:

CH 4 (methane) + H 2 O 3H 2 + CO

(reaksyon endothermic, na may pagsipsip ng init);

CO + H 2 O H 2 + CO 2

(ang reaksyon ay exothermic, kasama ang paglabas ng init).

Ang pangkalahatang reaksyon ay ipinahayag ng equation:

CH 4 (methane) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2

(reaksyon na endothermic, na may pagsipsip ng init).

Upang maibigay ang mataas na temperatura na kinakailangan para sa natural na conversion ng gas, ang isang bahagi ng ginastos na gasolina mula sa fuel cell stack ay ipinapadala sa isang burner na nagpapanatili ng reformer sa nais na temperatura.

Ang singaw na kinakailangan para sa reporma ay nabuo mula sa condensate na nabuo sa panahon ng pagpapatakbo ng fuel cell. Sa kasong ito, ang init na inalis mula sa fuel cell stack ay ginagamit (Larawan 12).

Ang fuel cell stack ay bumubuo ng isang paulit-ulit na direktang kasalukuyang, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang boltahe at mataas na kasalukuyang. Ang boltahe converter ay ginagamit upang i-convert ito sa pang-industriya na pamantayang AC. Bilang karagdagan, ang boltahe converter unit ay may kasamang iba't ibang mga control device at safety interlock circuits na nagpapahintulot sa fuel cell na patayin sa kaganapan ng iba't ibang mga pagkabigo.

Sa naturang fuel cell, humigit-kumulang 40% ng enerhiya sa gasolina ay maaaring ma-convert sa elektrikal na enerhiya. Humigit-kumulang sa parehong halaga, tungkol sa 40% ng enerhiya ng gasolina, ay maaaring ma-convert sa, na pagkatapos ay ginagamit bilang isang pinagmumulan ng init para sa pagpainit, supply ng mainit na tubig at mga katulad na layunin. Kaya, ang kabuuang kahusayan ng naturang halaman ay maaaring umabot sa 80%.

Ang isang mahalagang bentahe ng naturang pinagmumulan ng init at kuryente ay ang posibilidad ng awtomatikong operasyon nito. Para sa pagpapanatili, ang mga may-ari ng pasilidad kung saan naka-install ang fuel cell ay hindi kailangang mapanatili ang mga espesyal na sinanay na tauhan - ang pana-panahong pagpapanatili ay maaaring isagawa ng mga empleyado ng operating organization.

Mga uri ng fuel cell

Sa kasalukuyan, maraming uri ng mga fuel cell ang kilala, na naiiba sa komposisyon ng electrolyte na ginamit. Ang sumusunod na apat na uri ay pinakalaganap (Talahanayan 2):

1. Fuel cell na may proton exchange membrane (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC).

2. Fuel cell batay sa orthophosphoric (phosphoric) acid (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC).

3. Fuel cell batay sa molten carbonate (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC).

4. Solid oxide fuel cells (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC). Sa kasalukuyan, ang pinakamalaking fleet ng mga fuel cell ay itinayo batay sa teknolohiya ng PAFC.

Ang isa sa mga pangunahing katangian ng iba't ibang uri ng fuel cell ay ang operating temperature. Sa maraming paraan, ang temperatura ang tumutukoy sa saklaw ng mga fuel cell. Halimbawa, ang mataas na temperatura ay kritikal para sa mga laptop, kaya ang proton exchange membrane fuel cells na may mababang operating temperature ay ginagawa para sa market segment na ito.

Para sa autonomous power supply ng mga gusali, ang mga fuel cell na may mataas na naka-install na kapasidad ay kinakailangan, at sa parehong oras, posible na gumamit ng thermal energy, samakatuwid, ang mga fuel cell ng iba pang mga uri ay maaari ding gamitin para sa mga layuning ito.

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)

Ang mga fuel cell na ito ay gumagana sa medyo mababa ang operating temperature (60-160°C). Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na density ng kapangyarihan, nagbibigay-daan sa iyo upang mabilis na ayusin ang kapangyarihan ng output, at maaaring mabilis na i-on. Ang kawalan ng ganitong uri ng mga elemento ay ang mataas na mga kinakailangan para sa kalidad ng gasolina, dahil ang kontaminadong gasolina ay maaaring makapinsala sa lamad. Ang nominal na kapangyarihan ng mga fuel cell ng ganitong uri ay 1-100 kW.

Ang Proton exchange membrane fuel cells ay orihinal na binuo ng General Electric Corporation noong 1960s para sa NASA. Ang ganitong uri ng fuel cell ay gumagamit ng solid state polymer electrolyte na tinatawag na Proton Exchange Membrane (PEM). Ang mga proton ay maaaring lumipat sa lamad ng pagpapalitan ng proton, ngunit ang mga electron ay hindi maaaring dumaan dito, na nagreresulta sa isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng katod at anode. Dahil sa kanilang pagiging simple at pagiging maaasahan, ang mga naturang fuel cell ay ginamit bilang pinagmumulan ng kuryente sa Gemini manned spacecraft.

Ang ganitong uri ng fuel cell ay ginagamit bilang pinagmumulan ng kuryente para sa iba't ibang uri ng mga device, kabilang ang mga prototype at prototype, mula sa mga mobile phone hanggang sa mga bus at nakatigil na power system. Ang mababang temperatura ng pagpapatakbo ay nagpapahintulot sa mga naturang cell na magamit upang paganahin ang iba't ibang uri ng mga kumplikadong elektronikong aparato. Hindi gaanong mahusay ang kanilang paggamit bilang pinagmumulan ng init at suplay ng kuryente para sa mga pampubliko at pang-industriyang gusali, kung saan nangangailangan ng malaking halaga ng thermal energy. Kasabay nito, ang mga naturang elemento ay nangangako bilang isang autonomous na mapagkukunan ng suplay ng kuryente para sa maliliit na gusali ng tirahan tulad ng mga cottage na itinayo sa mga rehiyon na may mainit na klima.

talahanayan 2 Mga uri ng fuel cell

Uri ng Item manggagawa temperatura, °C output ng kahusayan elektrikal enerhiya), % Kabuuan Kahusayan, % Mga fuel cell na may lamad ng pagpapalitan ng proton (PEMFC) 60–160 30–35 50–70 mga fuel cell batay sa orthophosphoric (phosphoric) acid (PAFC) 150–200 35 70–80 Nakabatay sa mga fuel cell natunaw na carbonate (MCFC) 600–700 45–50 70–80 Solid state oxide mga fuel cell (SOFC) 700–1 000 50–60 70–80

Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC)

Ang mga pagsubok sa mga fuel cell ng ganitong uri ay naisagawa na noong unang bahagi ng 1970s. Saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo - 150-200 °C. Ang pangunahing lugar ng aplikasyon ay ang mga autonomous na mapagkukunan ng init at power supply ng medium power (mga 200 kW).

Ang electrolyte na ginagamit sa mga fuel cell na ito ay isang solusyon ng phosphoric acid. Ang mga electrodes ay gawa sa papel na pinahiran ng carbon, kung saan ang isang platinum catalyst ay dispersed.

Ang electrical efficiency ng PAFC fuel cells ay 37-42%. Gayunpaman, dahil ang mga fuel cell na ito ay nagpapatakbo sa isang sapat na mataas na temperatura, posibleng gamitin ang singaw na nabuo bilang resulta ng operasyon. Sa kasong ito, ang pangkalahatang kahusayan ay maaaring umabot sa 80%.

Upang makabuo ng enerhiya, ang feedstock na naglalaman ng hydrogen ay dapat ma-convert sa purong hydrogen sa pamamagitan ng proseso ng reporma. Halimbawa, kung ang gasolina ay ginagamit bilang panggatong, dapat tanggalin ang mga compound ng asupre, dahil ang sulfur ay maaaring makapinsala sa platinum catalyst.

Ang mga fuel cell ng PAFC ay ang unang komersyal na fuel cell na nabigyang-katwiran sa ekonomiya. Ang pinakakaraniwang modelo ay ang 200 kW PC25 fuel cell na ginawa ng ONSI Corporation (ngayon ay United Technologies, Inc.) (Fig. 13). Halimbawa, ginagamit ang mga elementong ito bilang pinagmumulan ng init at kuryente sa isang istasyon ng pulis sa Central Park ng New York o bilang karagdagang pinagkukunan ng enerhiya para sa Conde Nast Building at Four Times Square. Ang pinakamalaking planta ng ganitong uri ay sinusuri bilang isang 11 MW power plant na matatagpuan sa Japan.

Ang mga fuel cell na nakabatay sa phosphoric acid ay ginagamit din bilang pinagkukunan ng enerhiya sa mga sasakyan. Halimbawa, noong 1994, ang H-Power Corp., Georgetown University, at ang US Department of Energy ay nilagyan ng bus na may 50 kW power plant.

Mga Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC)

Ang mga fuel cell ng ganitong uri ay gumagana sa napakataas na temperatura - 600-700 °C. Ang mga operating temperatura na ito ay nagpapahintulot sa gasolina na magamit nang direkta sa cell mismo, nang hindi nangangailangan ng isang hiwalay na reformer. Ang prosesong ito ay tinatawag na "internal na reporma". Pinapayagan nitong makabuluhang gawing simple ang disenyo ng fuel cell.

Ang mga cell ng gasolina batay sa molten carbonate ay nangangailangan ng isang makabuluhang oras ng pagsisimula at hindi pinapayagan na mabilis na ayusin ang kapangyarihan ng output, kaya ang kanilang pangunahing lugar ng aplikasyon ay malalaking nakatigil na pinagmumulan ng init at kuryente. Gayunpaman, ang mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na kahusayan ng conversion ng gasolina - 60% na kahusayan ng kuryente at hanggang sa 85% na pangkalahatang kahusayan.

Sa ganitong uri ng fuel cell, ang electrolyte ay binubuo ng potassium carbonate at lithium carbonate salts na pinainit sa humigit-kumulang 650 °C. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang mga asing-gamot ay nasa isang tunaw na estado, na bumubuo ng isang electrolyte. Sa anode, ang hydrogen ay nakikipag-ugnayan sa CO 3 ions, na bumubuo ng tubig, carbon dioxide at naglalabas ng mga electron na ipinadala sa panlabas na circuit, at sa cathode, ang oxygen ay nakikipag-ugnayan sa carbon dioxide at mga electron mula sa panlabas na circuit, muling bumubuo ng CO 3 ions.

Ang mga sample ng laboratoryo ng mga fuel cell ng ganitong uri ay nilikha noong huling bahagi ng 1950s ng mga Dutch scientist na sina G. H. J. Broers at J. A. A. Ketelaar. Noong 1960s, ang inhinyero na si Francis T. Bacon, isang inapo ng isang sikat na manunulat at siyentipikong Ingles noong ika-17 siglo, ay nagtrabaho sa mga elementong ito, kaya naman ang mga MCFC fuel cell ay minsang tinutukoy bilang mga elemento ng Bacon. Ang mga programang Apollo, Apollo-Soyuz, at Scylab ng NASA ay gumamit lamang ng mga fuel cell bilang pinagmumulan ng kuryente (Larawan 14). Sa parehong mga taon, sinubukan ng departamento ng militar ng US ang ilang mga sample ng MCFC fuel cell na ginawa ng Texas Instruments, kung saan ginamit ang mga grade ng gasolina ng hukbo bilang gasolina. Noong kalagitnaan ng 1970s, nagsimulang magsaliksik ang Kagawaran ng Enerhiya ng US upang bumuo ng isang nakatigil na molten carbonate fuel cell na angkop para sa mga praktikal na aplikasyon. Noong 1990s, ang isang bilang ng mga komersyal na yunit na may rating na hanggang 250 kW ay inilagay sa operasyon, tulad ng sa US Naval Air Station Miramar sa California. Noong 1996, ang FuelCell Energy, Inc. nagtalaga ng 2 MW pre-series plant sa Santa Clara, California.

Solid state oxide fuel cells (SOFC)

Ang solid-state oxide fuel cells ay simple sa disenyo at gumagana sa napakataas na temperatura - 700-1000 °C. Ang ganitong mataas na temperatura ay nagpapahintulot sa paggamit ng medyo "marumi", hindi nilinis na gasolina. Ang parehong mga tampok tulad ng sa mga cell ng gasolina batay sa molten carbonate ay tumutukoy sa isang katulad na lugar ng aplikasyon - malalaking nakatigil na mapagkukunan ng init at kuryente.

Ang mga solid oxide fuel cell ay may istrukturang naiiba sa mga fuel cell batay sa mga teknolohiya ng PAFC at MCFC. Ang anode, cathode at electrolyte ay gawa sa mga espesyal na grado ng keramika. Kadalasan, ang pinaghalong zirconium oxide at calcium oxide ay ginagamit bilang electrolyte, ngunit maaaring gamitin ang iba pang mga oxide. Ang electrolyte ay bumubuo ng isang kristal na sala-sala na pinahiran sa magkabilang panig na may isang buhaghag na materyal na elektrod. Sa istruktura, ang mga naturang elemento ay ginawa sa anyo ng mga tubo o flat board, na ginagawang posible na gumamit ng mga teknolohiyang malawakang ginagamit sa industriya ng electronics sa kanilang paggawa. Bilang resulta, ang mga solid-state oxide fuel cell ay maaaring gumana sa napakataas na temperatura, upang magamit ang mga ito upang makagawa ng parehong elektrikal at thermal na enerhiya.

Sa mataas na temperatura ng pagpapatakbo, ang mga oxygen ions ay nabuo sa katod, na lumilipat sa pamamagitan ng kristal na sala-sala sa anode, kung saan sila ay nakikipag-ugnayan sa mga hydrogen ions, na bumubuo ng tubig at naglalabas ng mga libreng electron. Sa kasong ito, ang hydrogen ay inilabas mula sa natural na gas nang direkta sa cell, ibig sabihin, hindi na kailangan ng isang hiwalay na reformer.

Ang mga teoretikal na pundasyon para sa paglikha ng solid-state oxide fuel cells ay inilatag noong huling bahagi ng 1930s, nang ang mga Swiss scientist na sina Bauer (Emil Bauer) at Preis (H. Preis) ay nag-eksperimento sa zirconium, yttrium, cerium, lanthanum at tungsten, gamit ang mga ito. bilang electrolytes.

Ang mga unang prototype ng naturang mga fuel cell ay nilikha noong huling bahagi ng 1950s ng isang bilang ng mga kumpanyang Amerikano at Dutch. Karamihan sa mga kumpanyang ito sa lalong madaling panahon ay inabandona ang karagdagang pananaliksik dahil sa mga paghihirap sa teknolohiya, ngunit isa sa kanila, ang Westinghouse Electric Corp. (ngayon ay "Siemens Westinghouse Power Corporation"), nagpatuloy sa trabaho. Ang kumpanya ay kasalukuyang tumatanggap ng mga pre-order para sa isang komersyal na modelo ng tubular topology solid oxide fuel cell na inaasahan sa taong ito (Figure 15). Ang segment ng merkado ng naturang mga elemento ay mga nakatigil na pag-install para sa produksyon ng init at electric energy na may kapasidad na 250 kW hanggang 5 MW.

Ang mga cell ng gasolina ng uri ng SOFC ay nagpakita ng napakataas na pagiging maaasahan. Halimbawa, ang isang prototype na fuel cell ng Siemens Westinghouse ay naka-log ng 16,600 oras at patuloy na gumagana, na ginagawa itong pinakamahabang patuloy na buhay ng fuel cell sa mundo.

Ang mataas na temperatura, mataas na presyon ng operating mode ng SOFC fuel cell ay nagbibigay-daan sa paglikha ng mga hybrid na halaman, kung saan ang mga fuel cell emissions ay nagtutulak ng mga gas turbine na ginagamit upang makabuo ng kuryente. Ang unang naturang hybrid na planta ay gumagana sa Irvine, California. Ang na-rate na kapangyarihan ng planta na ito ay 220 kW, kung saan 200 kW mula sa fuel cell at 20 kW mula sa microturbine generator.

Walang magugulat sa alinman sa mga solar panel o windmill, na gumagawa ng kuryente sa lahat ng rehiyon ng mundo. Ngunit ang output mula sa mga device na ito ay hindi pare-pareho at kinakailangan na mag-install ng mga backup na pinagmumulan ng kuryente, o kumonekta sa grid upang makatanggap ng kuryente sa panahon kung kailan ang mga pasilidad ng renewable energy ay hindi gumagawa ng kuryente. Gayunpaman, may mga halaman na binuo noong ika-19 na siglo na gumagamit ng "alternatibong" panggatong upang makabuo ng kuryente, ibig sabihin, huwag magsunog ng gas o mga produktong langis. Ang mga naturang pag-install ay mga fuel cell.

KASAYSAYAN NG PAGLIKHA

Ang mga fuel cell (FC) o mga fuel cell ay natuklasan noong 1838-1839 ni William Grove (Grow, Grove) noong siya ay nag-aaral ng electrolysis ng tubig.

Sanggunian: Ang electrolysis ng tubig ay ang proseso ng agnas ng tubig sa ilalim ng pagkilos ng isang electric current sa mga molekula ng hydrogen at oxygen.

Pagkadiskonekta ng baterya mula sa electrolytic cell, nagulat siya nang makitang ang mga electrodes ay nagsimulang sumipsip ng inilabas na gas at bumuo ng kasalukuyang. Ang pagtuklas ng proseso ng electrochemical "cold" combustion ng hydrogen ay naging isang makabuluhang kaganapan sa industriya ng enerhiya. Nang maglaon ay nilikha niya ang Grove accumulator. Ang device na ito ay may platinum electrode na nakalubog sa nitric acid at zinc electrode sa zinc sulfate. Nakabuo ito ng kasalukuyang 12 amps at boltahe na 8 volts. Si Grow mismo ay tinatawag na konstruksiyon na ito "basang baterya". Pagkatapos ay lumikha siya ng isang baterya gamit ang dalawang platinum electrodes. Ang isang dulo ng bawat elektrod ay nasa sulfuric acid, habang ang iba pang mga dulo ay tinatakan sa mga lalagyan ng hydrogen at oxygen. Nagkaroon ng matatag na agos sa pagitan ng mga electrodes, at tumaas ang dami ng tubig sa loob ng mga lalagyan. Nabulok at napabuti ni Grow ang tubig sa device na ito.

"Grow's Battery"

(pinagmulan: Royal Society of the National Museum of Natural History)

Ang terminong "fuel cell" (Ingles na "Fuel Cell") ay lumitaw lamang noong 1889 nina L. Mond at
Ch. Langer, na sinubukang lumikha ng isang aparato para sa pagbuo ng kuryente mula sa hangin at karbon gas.

PAANO ITO GUMAGANA?

Ang fuel cell ay medyo simpleng device. Mayroon itong dalawang electrodes: isang anode (negative electrode) at isang cathode (positive electrode). Ang isang kemikal na reaksyon ay nagaganap sa mga electrodes. Upang mapabilis ito, ang ibabaw ng mga electrodes ay pinahiran ng isang katalista. Ang mga fuel cell ay nilagyan ng isa pang elemento - isang lamad. Ang conversion ng kemikal na enerhiya ng gasolina nang direkta sa kuryente ay nangyayari dahil sa gawain ng lamad. Pinaghihiwalay nito ang dalawang silid ng elemento kung saan ibinibigay ang gasolina at oxidizer. Pinapayagan lamang ng lamad ang mga proton, na nakuha bilang resulta ng paghahati ng gasolina, na dumaan mula sa isang silid patungo sa isa pa sa isang elektrod na pinahiran ng isang katalista (ang mga electron pagkatapos ay tumatakbo sa panlabas na circuit). Sa pangalawang silid, ang mga proton ay muling pinagsama sa mga electron (at mga atomo ng oxygen) upang bumuo ng tubig.

Prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang hydrogen fuel cell

Sa antas ng kemikal, ang proseso ng pag-convert ng enerhiya ng gasolina sa elektrikal na enerhiya ay katulad ng karaniwang proseso ng pagkasunog (oksihenasyon).

Sa panahon ng normal na pagkasunog sa oxygen, ang organikong gasolina ay na-oxidized, at ang kemikal na enerhiya ng gasolina ay na-convert sa thermal energy. Tingnan natin kung ano ang mangyayari kapag ang hydrogen ay na-oxidize ng oxygen sa isang electrolyte medium at sa pagkakaroon ng mga electrodes.

Sa pamamagitan ng pagbibigay ng hydrogen sa isang elektrod na matatagpuan sa isang alkaline na kapaligiran, ang isang kemikal na reaksyon ay nagpapatuloy:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

Tulad ng nakikita mo, nakakakuha kami ng mga electron na, na dumadaan sa panlabas na circuit, pumasok sa kabaligtaran na elektrod, kung saan pumapasok ang oxygen at kung saan nagaganap ang reaksyon:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Makikita na ang resultang reaksyon 2H 2 + O 2 → H 2 O ay kapareho ng sa conventional combustion, ngunit ang fuel cell ay bumubuo ng kuryente at kaunting init.

MGA URI NG FUEL CELL

Ang FC ay inuri ayon sa uri ng electrolyte na ginamit para sa reaksyon:

Dapat pansinin na ang karbon, carbon monoxide, alkohol, hydrazine, at iba pang mga organikong sangkap ay maaari ding gamitin bilang panggatong sa mga fuel cell, at ang hangin, hydrogen peroxide, chlorine, bromine, nitric acid, atbp. ay maaaring gamitin bilang mga oxidizing agent.

FUEL CELL Efficiency

Ang isang tampok ng mga fuel cell ay walang mahirap na limitasyon sa kahusayan parang heat engine.

Tulong: kahusayanIkot ng Carnot ay ang pinakamataas na posibleng kahusayan sa lahat ng mga heat engine na may parehong minimum at pinakamataas na temperatura.

Samakatuwid, ang kahusayan ng mga fuel cell sa teorya ay maaaring mas mataas kaysa sa 100%. Marami ang napangiti at naisip, "Naimbento na ang perpetual motion machine." Hindi, sulit na bumalik sa kursong kimika ng paaralan. Ang fuel cell ay batay sa conversion ng kemikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya. Dito nangyayari ang mga himala. Ang ilang mga reaksiyong kemikal sa proseso ay maaaring sumipsip ng init mula sa kapaligiran.

Sanggunian: Ang mga reaksiyong endothermic ay mga reaksiyong kemikal na sinamahan ng pagsipsip ng init. Para sa mga endothermic na reaksyon, ang pagbabago sa enthalpy at panloob na enerhiya ay may mga positibong halaga (Δ H >0, Δ U >0), kaya, ang mga produkto ng reaksyon ay naglalaman ng mas maraming enerhiya kaysa sa mga orihinal na sangkap.

Ang isang halimbawa ng naturang reaksyon ay ang oksihenasyon ng hydrogen, na ginagamit sa karamihan ng mga fuel cell. Samakatuwid, theoretically, ang kahusayan ay maaaring higit sa 100%. Ngunit ngayon, ang mga fuel cell ay umiinit sa panahon ng operasyon at hindi maaaring sumipsip ng init mula sa kapaligiran.

Sanggunian: Ang limitasyong ito ay ipinataw ng pangalawang batas ng thermodynamics. Ang proseso ng paglilipat ng init mula sa isang "malamig" na katawan patungo sa isang "mainit" ay hindi posible.

Dagdag pa, may mga pagkalugi na nauugnay sa mga prosesong hindi ekwilibriyo. Tulad ng: ohmic pagkalugi dahil sa ang tiyak na kondaktibiti ng electrolyte at electrodes, activation at konsentrasyon polariseysyon, pagsasabog pagkalugi. Bilang resulta, ang bahagi ng enerhiya na nabuo sa mga fuel cell ay na-convert sa init. Samakatuwid, ang mga fuel cell ay hindi panghabang-buhay na motion machine at ang kanilang kahusayan ay mas mababa sa 100%. Ngunit ang kanilang kahusayan ay mas malaki kaysa sa iba pang mga makina. Ngayong araw ang kahusayan ng fuel cell ay umabot sa 80%.

Sanggunian: Noong dekada kwarenta, ang English engineer na si T. Bacon ay nagdisenyo at nagtayo ng isang fuel cell na baterya na may kabuuang lakas na 6 kW at isang kahusayan na 80%, na tumatakbo sa purong hydrogen at oxygen, ngunit ang power-to-weight ratio ng baterya ay nakabukas. masyadong maliit - ang mga naturang cell ay hindi angkop para sa praktikal na paggamit at masyadong mahal (pinagmulan: http://www.powerinfo.ru/).

MGA ISYU sa FUEL CELL

Halos lahat ng fuel cell ay gumagamit ng hydrogen bilang gasolina, kaya ang lohikal na tanong ay: "Saan ko ito makukuha?"

Mukhang may natuklasang fuel cell bilang resulta ng electrolysis, kaya magagamit mo ang hydrogen na inilabas bilang resulta ng electrolysis. Ngunit tingnan natin ang prosesong ito.

Ayon sa batas ni Faraday: ang dami ng isang substance na na-oxidized sa anode o nababawasan sa cathode ay proporsyonal sa dami ng kuryente na dumaan sa electrolyte. Nangangahulugan ito na upang makakuha ng mas maraming hydrogen, kailangan mong gumastos ng mas maraming kuryente. Ang mga kasalukuyang pamamaraan ng water electrolysis ay tumatakbo na may kahusayan na mas mababa kaysa sa pagkakaisa. Pagkatapos ay ginagamit namin ang nagresultang hydrogen sa mga fuel cell, kung saan ang kahusayan ay mas mababa din kaysa sa pagkakaisa. Samakatuwid, gugugol tayo ng mas maraming enerhiya kaysa sa maaari nating likhain.

Siyempre, ang hydrogen na nagmula sa natural na gas ay maaari ding gamitin. Ang pamamaraang ito ng produksyon ng hydrogen ay nananatiling pinakamura at pinakasikat. Sa kasalukuyan, humigit-kumulang 50% ng hydrogen na ginawa sa buong mundo ay nakuha mula sa natural na gas. Ngunit may problema sa imbakan at transportasyon ng hydrogen. Ang hydrogen ay may mababang density ( ang isang litro ng hydrogen ay tumitimbang ng 0.0846 gramo), samakatuwid, upang maihatid ito sa malalayong distansya, dapat itong i-compress. At ito ay karagdagang gastos sa enerhiya at pera. Gayundin, huwag kalimutan ang tungkol sa kaligtasan.

Gayunpaman, mayroon ding isang solusyon dito - ang likidong hydrocarbon fuel ay maaaring gamitin bilang isang mapagkukunan ng hydrogen. Halimbawa, ethyl o methyl alcohol. Totoo, ang isang espesyal na karagdagang aparato ay kinakailangan dito - isang fuel converter, sa isang mataas na temperatura (para sa methanol ito ay nasa isang lugar sa paligid ng 240 ° C) na nagko-convert ng mga alkohol sa isang halo ng gas na H 2 at CO 2. Ngunit sa kasong ito ito ay mas mahirap na isipin ang tungkol sa maaaring dalhin - ang mga naturang aparato ay mahusay na gamitin bilang nakatigil o mga generator ng kotse, ngunit para sa mga compact na kagamitan sa mobile kailangan mo ng isang bagay na hindi gaanong malaki.

Catalyst

Upang mapahusay ang reaksyon sa isang fuel cell, ang anode surface ay karaniwang isang katalista. Hanggang kamakailan lamang, ginamit ang platinum bilang isang katalista. Samakatuwid, ang halaga ng fuel cell ay mataas. Pangalawa, ang platinum ay medyo bihirang metal. Ayon sa mga eksperto, sa industriyal na produksyon ng mga fuel cell, ang mga ginalugad na reserba ng platinum ay mauubos sa loob ng 15-20 taon. Ngunit sinusubukan ng mga siyentipiko sa buong mundo na palitan ang platinum ng iba pang mga materyales. Sa pamamagitan ng paraan, ang ilan sa kanila ay nakamit ang magagandang resulta. Kaya pinalitan ng mga Chinese scientist ang platinum ng calcium oxide (source: www.cheburek.net).

PAGGAMIT NG MGA FUEL CELL

Sa unang pagkakataon, sinubukan ang fuel cell sa teknolohiyang automotive noong 1959. Gumamit ang traktor ng Alice-Chambers ng 1008 na baterya para gumana. Ang gasolina ay pinaghalong mga gas, pangunahin ang propane at oxygen.

Pinagmulan: http://www.planetseed.com/

Mula sa kalagitnaan ng 60s, sa kasagsagan ng "space race", ang mga tagalikha ng spacecraft ay naging interesado sa mga fuel cell. Ang gawain ng libu-libong mga siyentipiko at inhinyero ay naging posible upang maabot ang isang bagong antas, at noong 1965. Ang mga fuel cell ay sinubukan sa United States sa Gemini 5 spacecraft, at sa kalaunan sa Apollo spacecraft para sa mga flight sa Buwan at sa ilalim ng Shuttle program. Sa USSR, ang mga fuel cell ay binuo sa NPO Kvant, para din sa paggamit sa espasyo (source: http://www.powerinfo.ru/).

Dahil ang huling produkto ng hydrogen combustion sa isang fuel cell ay tubig, sila ay itinuturing na pinakamalinis sa mga tuntunin ng epekto sa kapaligiran. Samakatuwid, ang mga fuel cell ay nagsimulang makakuha ng kanilang katanyagan laban sa backdrop ng isang pangkalahatang interes sa ekolohiya.

Sa kasalukuyan, ang mga tagagawa ng kotse tulad ng Honda, Ford, Nissan at Mercedes-Benz ay lumikha ng mga sasakyang pinapagana ng mga hydrogen fuel cell.

Mercedes-Benz - Ener-G-Force na pinapagana ng hydrogen

Kapag gumagamit ng mga kotse sa hydrogen, ang problema sa imbakan ng hydrogen ay malulutas. Ang pagtatayo ng mga istasyon ng pagpuno ng hydrogen ay gagawing posible na mag-refuel kahit saan. Bukod dito, ang pagpuno sa isang kotse ng hydrogen ay mas mabilis kaysa sa pagsingil ng isang de-kuryenteng kotse sa isang gasolinahan. Ngunit sa pagpapatupad ng mga naturang proyekto, nahaharap sila sa isang problema tulad ng mga de-kuryenteng sasakyan. Ang mga tao ay handa na "maglipat" sa isang hydrogen car kung mayroong isang imprastraktura para sa kanila. At magsisimula ang pagtatayo ng mga gasolinahan kung may sapat na bilang ng mga mamimili. Samakatuwid, muli kaming dumating sa problema ng mga itlog at manok.

Ang mga fuel cell ay malawakang ginagamit sa mga mobile phone at laptop. Wala na ang mga araw kung kailan na-charge ang telepono isang beses sa isang linggo. Ngayon ang telepono ay nagcha-charge, halos araw-araw, at ang laptop ay gumagana nang walang network sa loob ng 3-4 na oras. Samakatuwid, nagpasya ang mga tagagawa ng mobile na teknolohiya na mag-synthesize ng fuel cell na may mga telepono at laptop para sa pag-charge at pagtatrabaho. Halimbawa, ang Toshiba noong 2003 nagpakita ng tapos na prototype ng isang methanol fuel cell. Nagbibigay ito ng kapangyarihan na humigit-kumulang 100mW. Ang isang refill ng 2 cubes ng concentrated (99.5%) methanol ay sapat na para sa 20 oras na operasyon ng MP3 player. Muli, ang parehong "Toshiba" ay nagpakita ng 275x75x40mm laptop power supply element, na nagpapahintulot sa computer na gumana nang 5 oras mula sa isang singil.

Ngunit ang ilang mga tagagawa ay lumampas pa. Naglabas ang PowerTrekk ng charger na may parehong pangalan. Ang PowerTrekk ay ang unang charger ng tubig sa mundo. Napakadaling gamitin ito. Ang PowerTrekk ay nangangailangan ng tubig upang maidagdag upang magbigay ng instant power sa pamamagitan ng USB cable. Ang fuel cell na ito ay naglalaman ng silicon powder at sodium silicide (NaSi) kapag inihalo sa tubig, ang kumbinasyong ito ay bumubuo ng hydrogen. Ang hydrogen ay nahahalo sa hangin sa mismong fuel cell, at ginagawa nitong kuryente ang hydrogen sa pamamagitan ng pagpapalitan ng proton ng lamad nito, nang walang mga bentilador o bomba. Maaari kang bumili ng naturang portable charger sa halagang 149 € (

Ang mga fuel cell (electrochemical generators) ay isang napakahusay, matibay, maaasahan at environment friendly na paraan ng pagbuo ng enerhiya. Noong una, ginagamit lamang ang mga ito sa industriya ng kalawakan, ngunit ngayon ay lalong ginagamit ang mga electrochemical generator sa iba't ibang larangan: ito ay mga power supply para sa mga mobile phone at laptop, mga makina ng sasakyan, mga autonomous power supply para sa mga gusali, at mga stationary power plant. Ang ilan sa mga device na ito ay gumagana bilang mga prototype ng laboratoryo, ang ilan ay ginagamit para sa mga layunin ng pagpapakita o sumasailalim sa pre-series na pagsubok. Gayunpaman, maraming mga modelo ang ginagamit na sa mga komersyal na proyekto at mass-produced.

Device

Ang mga fuel cell ay mga electrochemical device na may kakayahang magbigay ng mataas na conversion rate ng umiiral na kemikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya.

Kasama sa fuel cell device ang tatlong pangunahing bahagi:

1. Seksyon ng Power Generation;
2. CPU;
3. Transpormer ng boltahe.

Ang pangunahing bahagi ng fuel cell ay ang power generation section, na isang baterya na gawa sa mga indibidwal na fuel cell. Ang isang platinum catalyst ay kasama sa istraktura ng mga electrodes ng fuel cell. Sa tulong ng mga cell na ito, ang isang direktang electric current ay nalikha.

Ang isa sa mga device na ito ay may mga sumusunod na katangian: sa isang boltahe ng 155 volts, 1400 amperes ang ginawa. Ang mga sukat ng baterya ay 0.9 m ang lapad at taas, pati na rin ang 2.9 m ang haba. Ang proseso ng electrochemical sa loob nito ay isinasagawa sa temperatura na 177 ° C, na nangangailangan ng pag-init ng baterya sa oras ng pagsisimula, pati na rin ang pag-alis ng init sa panahon ng operasyon nito. Para sa layuning ito, ang isang hiwalay na circuit ng tubig ay kasama sa komposisyon ng fuel cell, kabilang ang baterya ay nilagyan ng mga espesyal na cooling plate.

Ang proseso ng gasolina ay nagpapalit ng natural na gas sa hydrogen, na kinakailangan para sa isang electrochemical reaction. Ang pangunahing elemento ng processor ng gasolina ay ang repormador. Sa loob nito, ang natural na gas (o iba pang gasolina na naglalaman ng hydrogen) ay nakikipag-ugnayan sa mataas na presyon at mataas na temperatura (mga 900 ° C) na may singaw ng tubig sa ilalim ng pagkilos ng isang nickel catalyst.

Mayroong isang burner upang mapanatili ang kinakailangang temperatura ng reformer. Ang singaw na kinakailangan para sa reporma ay nabuo mula sa condensate. Ang isang hindi matatag na direktang kasalukuyang ay nilikha sa stack ng fuel cell, at isang boltahe converter ay ginagamit upang i-convert ito.

Gayundin sa boltahe converter unit mayroong:

• mga aparatong pangkontrol.
• Mga safety interlock circuit na nagsasara ng fuel cell sa iba't ibang fault.

Prinsipyo ng pagpapatakbo

Ang pinakasimpleng elemento na may lamad ng pagpapalitan ng proton ay binubuo ng isang polymer membrane na matatagpuan sa pagitan ng anode at cathode, pati na rin ng cathode at anode catalysts. Ang polymer membrane ay ginagamit bilang isang electrolyte.

• Ang lamad ng pagpapalitan ng proton ay mukhang isang manipis na solidong organic compound na may maliit na kapal. Ang lamad na ito ay gumagana bilang isang electrolyte, sa pagkakaroon ng tubig, pinaghihiwalay nito ang sangkap sa negatibo at positibong sisingilin na mga ion.
• Ang oksihenasyon ay nagsisimula sa anode, at ang pagbabawas ay nangyayari sa katod. Ang cathode at anode sa PEM cell ay gawa sa isang porous na materyal; ito ay pinaghalong platinum at carbon particle. Ang Platinum ay gumaganap bilang isang katalista, na nagtataguyod ng reaksyon ng dissociation. Ang cathode at anode ay ginawang buhaghag upang ang oxygen at hydrogen ay malayang dumaan sa kanila.
• Ang anode at cathode ay matatagpuan sa pagitan ng dalawang metal plate, nagbibigay sila ng oxygen at hydrogen sa cathode at anode, at nag-aalis ng elektrikal na enerhiya, init at tubig.
• Sa pamamagitan ng mga channel sa plato, ang mga molekula ng hydrogen ay pumapasok sa anode, kung saan ang mga molekula ay nabubulok sa mga atomo.
• Bilang resulta ng chemisorption, kapag nalantad sa isang katalista, ang mga atomo ng hydrogen ay na-convert sa mga positibong sisingilin na hydrogen ions H +, iyon ay, mga proton.
• Ang mga proton ay nagkakalat sa katod sa pamamagitan ng lamad, at ang daloy ng mga electron ay napupunta sa katod sa pamamagitan ng isang espesyal na panlabas na de-koryenteng circuit. Ang isang load ay konektado dito, iyon ay, isang mamimili ng elektrikal na enerhiya.
• Ang oxygen na ibinibigay sa cathode, kapag nakalantad, ay pumapasok sa isang kemikal na reaksyon na may mga electron mula sa panlabas na electrical circuit at mga hydrogen ions mula sa proton-exchange membrane. Ang resulta ng kemikal na reaksyong ito ay tubig.

Ang kemikal na reaksyon na nangyayari sa mga fuel cell ng iba pang mga uri (halimbawa, na may acidic electrolyte sa anyo ng orthophosphoric acid H3PO4) ay ganap na magkapareho sa reaksyon ng isang aparato na may lamad ng palitan ng proton.

Mga uri

Sa ngayon, maraming uri ng mga fuel cell ang kilala, na naiiba sa komposisyon ng electrolyte na ginamit:

• Mga fuel cell batay sa orthophosphoric o phosphoric acid (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cells).
• Mga device na may proton exchange membrane (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells).
• Solid oxide fuel cell (SOFC, Solid Oxide Fuel Cells).
• Electrochemical generators batay sa molten carbonate (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells).

Sa ngayon, ang mga electrochemical generator na gumagamit ng teknolohiya ng PAFC ay naging mas laganap.

Aplikasyon

Ngayon, ang mga fuel cell ay ginagamit sa Space Shuttle, na magagamit muli sa mga sasakyang pangkalawakan. Gumagamit sila ng 12W units. Binubuo nila ang lahat ng kuryente sa spacecraft. Ang tubig, na nabuo sa panahon ng electrochemical reaction, ay ginagamit para sa pag-inom, kabilang ang para sa mga kagamitan sa paglamig.

Ginamit din ang mga electrochemical generators upang palakasin ang Soviet Buran, isang reusable na barko.

Ginagamit din ang mga fuel cell sa sektor ng sibilyan.

• Mga nakatigil na pag-install na may kapasidad na 5–250 kW at pataas. Ginagamit ang mga ito bilang mga autonomous na pinagmumulan para sa init at supply ng kuryente ng mga pang-industriya, pampubliko at tirahan na mga gusali, pang-emergency at backup na mga supply ng kuryente, hindi naaabala na mga suplay ng kuryente.
• Mga portable na unit na may lakas na 1–50 kW. Ginagamit ang mga ito para sa mga satellite at barko sa kalawakan. Ang mga pagkakataon ay nilikha para sa mga golf cart, wheelchair, railway at freight refrigerator, mga palatandaan sa kalsada.
• Mga mobile unit na may kapasidad na 25–150 kW. Nagsisimula nang gamitin ang mga ito sa mga barkong pandigma at submarino, kabilang ang mga kotse at iba pang sasakyan. Ang mga prototype ay nilikha na ng mga higanteng automotive tulad ng Renault, Neoplan, Toyota, Volkswagen, Hyundai, Nissan, VAZ, General Motors, Honda, Ford at iba pa.
• Mga microdevice na may kapangyarihan na 1–500 W. Nakahanap sila ng application sa mga advanced na handheld computer, laptop, consumer electronic device, mobile phone, modernong kagamitang militar.

Mga kakaiba

• Ang ilan sa mga enerhiya ng kemikal na reaksyon sa bawat fuel cell ay inilabas bilang init. Kinakailangan ang pagpapalamig. Sa isang panlabas na circuit, ang daloy ng mga electron ay lumilikha ng direktang kasalukuyang ginagamit sa paggawa. Ang pagtigil ng paggalaw ng mga hydrogen ions o ang pagbubukas ng panlabas na circuit ay humahantong sa pagwawakas ng kemikal na reaksyon.
• Ang dami ng kuryente na nalilikha ng mga fuel cell ay tinutukoy ng presyon ng gas, temperatura, mga geometric na sukat, at uri ng fuel cell. Upang madagdagan ang dami ng kuryente na nabuo ng reaksyon, posible na gawing mas malaki ang laki ng mga cell ng gasolina, ngunit sa pagsasagawa, maraming mga elemento ang ginagamit, na pinagsama sa mga baterya.
• Maaaring baligtarin ang proseso ng kemikal sa ilang uri ng fuel cell. Iyon ay, kapag ang isang potensyal na pagkakaiba ay inilapat sa mga electrodes, ang tubig ay maaaring mabulok sa oxygen at hydrogen, na kokolektahin sa mga porous na electrodes. Sa pagsasama ng load, ang naturang fuel cell ay bubuo ng elektrikal na enerhiya.

mga prospect

Sa kasalukuyan, ang mga electrochemical generator para gamitin bilang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya ay nangangailangan ng malalaking paunang gastos. Sa pagpapakilala ng mas matatag na mga lamad na may mataas na kondaktibiti, mahusay at murang mga catalyst, mga alternatibong pinagkukunan ng hydrogen, ang mga fuel cell ay magiging lubhang kaakit-akit sa ekonomiya at ipapakilala sa lahat ng dako.

• Ang mga kotse ay tatakbo sa mga cell ng gasolina, hindi sila magkakaroon ng mga panloob na makina ng pagkasunog. Ang tubig o solid-state na hydrogen ay gagamitin bilang pinagmumulan ng enerhiya. Magiging madali at ligtas ang paglalagay ng gasolina, at magiging eco-friendly ang pagmamaneho – singaw ng tubig lamang ang bubuo.
• Ang lahat ng mga gusali ay magkakaroon ng sariling portable fuel cell power generators.
• Papalitan ng mga electrochemical generator ang lahat ng baterya at ilalagay sa anumang electronics at mga gamit sa bahay.

Mga kalamangan at kawalan

Ang bawat uri ng fuel cell ay may sariling mga pakinabang at disadvantages. Ang ilan ay nangangailangan ng mataas na kalidad ng gasolina, ang iba ay may kumplikadong disenyo at nangangailangan ng mataas na temperatura ng pagpapatakbo.

Sa pangkalahatan, ang mga sumusunod na pakinabang ng mga fuel cell ay maaaring ipahiwatig:

• kaligtasan para sa kapaligiran;
• ang mga electrochemical generator ay hindi kailangang i-recharge;
• Ang mga electrochemical generator ay maaaring lumikha ng enerhiya nang palagi, wala silang pakialam sa mga panlabas na kondisyon;
• flexibility sa mga tuntunin ng sukat at portability.

Kabilang sa mga disadvantages ay:

• teknikal na paghihirap sa pag-iimbak at transportasyon ng gasolina;
• hindi perpektong elemento ng device: mga catalyst, lamad, at iba pa.

fuel cell ( fuel cell) ay isang aparato na nagpapalit ng enerhiya ng kemikal sa enerhiyang elektrikal. Ito ay katulad sa prinsipyo sa isang maginoo na baterya, ngunit naiiba sa ang operasyon nito ay nangangailangan ng patuloy na supply ng mga sangkap mula sa labas para sa isang electrochemical reaksyon na mangyari. Ang hydrogen at oxygen ay ibinibigay sa mga fuel cell, at ang output ay kuryente, tubig at init. Kasama sa kanilang mga pakinabang ang pagiging magiliw sa kapaligiran, pagiging maaasahan, tibay at kadalian ng operasyon. Hindi tulad ng mga kumbensyonal na baterya, ang mga electrochemical converter ay maaaring gumana nang halos walang katiyakan hangga't magagamit ang gasolina. Hindi nila kailangang singilin ng ilang oras hanggang sa ganap na ma-charge. Bukod dito, ang mga cell mismo ay maaaring singilin ang baterya habang ang kotse ay naka-park na naka-off ang makina.

Ang mga proton membrane fuel cell (PEMFC) at solid oxide fuel cells (SOFC) ay ang pinakamalawak na ginagamit sa mga sasakyang hydrogen.

Ang fuel cell na may proton exchange membrane ay gumagana tulad ng sumusunod. Sa pagitan ng anode at cathode ay isang espesyal na lamad at isang platinum-coated catalyst. Ang hydrogen ay pumapasok sa anode, at ang oxygen ay pumapasok sa katod (halimbawa, mula sa hangin). Sa anode, ang hydrogen ay nabubulok sa mga proton at electron sa tulong ng isang katalista. Ang mga hydrogen proton ay dumadaan sa lamad at pumapasok sa katod, habang ang mga electron ay ibinibigay sa panlabas na circuit (hindi sila pinapasok ng lamad). Ang potensyal na pagkakaiba na nakuha ay humahantong sa hitsura ng isang electric current. Sa gilid ng katod, ang mga hydrogen proton ay na-oxidized ng oxygen. Bilang isang resulta, ang singaw ng tubig ay ginawa, na siyang pangunahing elemento ng mga gas na maubos ng kotse. Ang pagkakaroon ng mataas na kahusayan, ang mga cell ng PEM ay may isang makabuluhang disbentaha - ang kanilang operasyon ay nangangailangan ng purong hydrogen, ang pag-iimbak nito ay isang medyo seryosong problema.

Kung ang gayong katalista ay natagpuan na papalit sa mamahaling platinum sa mga selulang ito, ang isang murang fuel cell ay agad na malilikha upang makabuo ng kuryente, na nangangahulugan na ang mundo ay aalisin ang pag-asa sa langis.

Solid oxide cells

Ang solid oxide SOFC cells ay hindi gaanong hinihingi sa kadalisayan ng gasolina. Bilang karagdagan, salamat sa paggamit ng isang POX reformer (Partial Oxidation - bahagyang oksihenasyon), ang mga naturang cell ay maaaring kumonsumo ng ordinaryong gasolina bilang gasolina. Ang proseso ng direktang pag-convert ng gasolina sa kuryente ay ang mga sumusunod. Sa isang espesyal na aparato - isang reformer, sa isang temperatura na halos 800 ° C, ang gasolina ay sumingaw at nabubulok sa mga elemento ng bumubuo nito.

Naglalabas ito ng hydrogen at carbon dioxide. Dagdag pa, sa ilalim din ng impluwensya ng temperatura at sa tulong ng SOFC mismo (na binubuo ng isang porous na ceramic na materyal batay sa zirconium oxide), ang hydrogen ay na-oxidized ng oxygen sa hangin. Matapos makuha ang hydrogen mula sa gasolina, ang proseso ay nagpapatuloy pa ayon sa senaryo na inilarawan sa itaas, na may isang pagkakaiba lamang: ang SOFC fuel cell, sa kaibahan sa mga device na gumagana sa hydrogen, ay hindi gaanong sensitibo sa mga dayuhang impurities sa orihinal na gasolina. Kaya ang kalidad ng gasolina ay hindi dapat makaapekto sa pagganap ng fuel cell.

Ang mataas na operating temperatura ng SOFC (650-800 degrees) ay isang makabuluhang disbentaha, ang proseso ng warm-up ay tumatagal ng mga 20 minuto. Gayunpaman, ang sobrang init ay hindi isang problema, dahil ito ay ganap na inalis ng natitirang hangin at mga gas na tambutso na ginawa ng reformer at ang fuel cell mismo. Ito ay nagpapahintulot sa SOFC system na maisama sa sasakyan bilang isang stand-alone na aparato sa isang thermally insulated housing.

Ang modular na istraktura ay nagpapahintulot sa iyo na makamit ang kinakailangang boltahe sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang hanay ng mga karaniwang cell sa serye. At, marahil ang pinakamahalaga, mula sa punto ng view ng pagpapakilala ng naturang mga aparato, walang masyadong mahal na platinum-based na mga electrodes sa SOFC. Ang mataas na halaga ng mga elementong ito ang isa sa mga hadlang sa pagbuo at pagpapalaganap ng teknolohiya ng PEMFC.

Mga uri ng fuel cell

Sa kasalukuyan, may mga ganitong uri ng mga fuel cell:

• A.F.C.– Alkaline Fuel Cell (alkaline fuel cell);
• PAFC– Phosphoric Acid Fuel Cell (phosphoric acid fuel cell);
• PEMFC– Proton Exchange Membrane Fuel Cell (fuel cell na may proton exchange membrane);
• DMFC– Direktang Methanol Fuel Cell (fuel cell na may direktang agnas ng methanol);
• MCFC– Molten Carbonate Fuel Cell (fuel cell ng molten carbonate);
• SOFC– Solid Oxide Fuel Cell (solid oxide fuel cell).

Mga benepisyo ng fuel cell/cells

Ang fuel cell/cell ay isang device na mahusay na bumubuo ng direktang agos at init mula sa hydrogen-rich fuel sa pamamagitan ng electrochemical reaction.

Ang fuel cell ay katulad ng isang baterya dahil ito ay bumubuo ng direktang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon. Ang fuel cell ay may kasamang anode, isang cathode at isang electrolyte. Gayunpaman, hindi tulad ng mga baterya, ang mga fuel cell/cell ay hindi makakapag-imbak ng elektrikal na enerhiya, hindi naglalabas, at hindi nangangailangan ng kuryente para ma-recharge. Ang mga fuel cell/cells ay maaaring patuloy na makabuo ng kuryente hangga't mayroon silang supply ng gasolina at hangin.

Hindi tulad ng ibang mga power generator tulad ng mga internal combustion engine o turbine na pinapagana ng gas, coal, langis, atbp., ang mga fuel cell/cell ay hindi nagsusunog ng gasolina. Nangangahulugan ito na walang maingay na high pressure rotors, walang malakas na ingay sa tambutso, walang vibration. Ang mga fuel cell/cell ay bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng isang tahimik na electrochemical reaction. Ang isa pang tampok ng mga fuel cell/cells ay ang direktang pag-convert ng kemikal na enerhiya ng gasolina sa kuryente, init at tubig.

Ang mga fuel cell ay napakahusay at hindi gumagawa ng malalaking halaga ng greenhouse gases tulad ng carbon dioxide, methane at nitrous oxide. Ang tanging mga produkto na ibinubuga sa panahon ng operasyon ay tubig sa anyo ng singaw at isang maliit na halaga ng carbon dioxide, na hindi ibinubuga kung purong hydrogen ang ginagamit bilang gasolina. Ang mga fuel cell/cells ay pinagsama-sama sa mga assemblies at pagkatapos ay sa mga indibidwal na functional modules.

Kasaysayan ng pag-unlad ng fuel cell/cell

Noong 1950s at 1960s, isa sa mga pinakamalaking hamon para sa mga fuel cell ay ipinanganak mula sa pangangailangan ng National Aeronautics and Space Administration (NASA) para sa mga mapagkukunan ng enerhiya para sa pangmatagalang misyon sa kalawakan. Gumagamit ang Alkaline Fuel Cell/Cell ng NASA ng hydrogen at oxygen bilang gasolina, na pinagsasama ang dalawa sa isang electrochemical reaction. Ang output ay tatlong reaksyon sa pamamagitan ng mga produkto na kapaki-pakinabang sa spaceflight - kuryente upang palakasin ang spacecraft, tubig para sa inumin at mga sistema ng paglamig, at init upang panatilihing mainit ang mga astronaut.

Ang pagtuklas ng mga fuel cell ay nagsimula sa simula ng ika-19 na siglo. Ang unang katibayan ng epekto ng mga fuel cell ay nakuha noong 1838.

Noong huling bahagi ng 1930s, nagsimula ang trabaho sa alkaline fuel cells, at noong 1939 isang cell na gumagamit ng high pressure nickel-plated electrodes ay naitayo na. Noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang mga fuel cell/cell para sa mga submarino ng British Navy ay binuo at noong 1958 isang fuel assembly na binubuo ng mga alkaline fuel cell/cells na higit sa 25 cm ang lapad ay ipinakilala.

Tumaas ang interes noong 1950s at 1960s at gayundin noong 1980s nang ang industriyal na mundo ay nakaranas ng kakulangan sa fuel oil. Sa parehong panahon, ang mga bansa sa daigdig ay nabahala din tungkol sa problema ng polusyon sa hangin at isinasaalang-alang ang mga paraan upang makabuo ng elektrisidad na pangkalikasan. Sa kasalukuyan, ang teknolohiya ng fuel cell/cell ay sumasailalim sa mabilis na pag-unlad.

Paano gumagana ang mga fuel cell/cell

Ang mga fuel cell/cell ay bumubuo ng kuryente at init sa pamamagitan ng isang patuloy na electrochemical reaction gamit ang isang electrolyte, isang cathode at isang anode.

Ang anode at cathode ay pinaghihiwalay ng isang electrolyte na nagsasagawa ng mga proton. Matapos makapasok ang hydrogen sa anode at ang oxygen ay pumasok sa katod, nagsisimula ang isang kemikal na reaksyon, bilang isang resulta kung saan ang electric current, init at tubig ay nabuo.

Sa anode catalyst, ang molecular hydrogen ay naghihiwalay at nawawala ang mga electron. Ang mga hydrogen ions (protons) ay isinasagawa sa pamamagitan ng electrolyte patungo sa cathode, habang ang mga electron ay ipinapasa sa electrolyte at sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, na lumilikha ng isang direktang kasalukuyang na maaaring magamit sa mga kagamitan sa kuryente. Sa cathode catalyst, ang isang molekula ng oxygen ay pinagsama sa isang elektron (na ibinibigay mula sa mga panlabas na komunikasyon) at isang papasok na proton, at bumubuo ng tubig, na siyang tanging produkto ng reaksyon (sa anyo ng singaw at / o likido).

Nasa ibaba ang kaukulang reaksyon:

Anode reaksyon: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Mga uri at iba't ibang fuel cell/cells

Katulad ng pagkakaroon ng iba't ibang uri ng internal combustion engine, mayroong iba't ibang uri ng fuel cell - ang pagpili ng naaangkop na uri ng fuel cell ay depende sa aplikasyon nito.

Ang mga fuel cell ay nahahati sa mataas na temperatura at mababang temperatura. Ang mababang temperatura ng mga fuel cell ay nangangailangan ng medyo purong hydrogen bilang gasolina. Madalas itong nangangahulugan na ang pagpoproseso ng gasolina ay kinakailangan upang i-convert ang pangunahing gasolina (tulad ng natural na gas) sa purong hydrogen. Ang prosesong ito ay gumagamit ng karagdagang enerhiya at nangangailangan ng espesyal na kagamitan. Hindi kailangan ng mga high temperature fuel cell ang karagdagang procedure na ito, dahil maaari nilang "internally convert" ang fuel sa mataas na temperatura, ibig sabihin ay hindi na kailangang mamuhunan sa hydrogen infrastructure.

Mga fuel cell/cells sa molten carbonate (MCFC)

Ang molten carbonate electrolyte fuel cells ay mga high temperature fuel cell. Ang mataas na operating temperature ay nagbibigay-daan sa direktang paggamit ng natural na gas na walang fuel processor at mababang calorific value na fuel gas mula sa mga process fuel at iba pang pinagmumulan.

Ang operasyon ng RCFC ay iba sa ibang mga fuel cell. Gumagamit ang mga cell na ito ng electrolyte mula sa pinaghalong mga molten carbonate salt. Sa kasalukuyan, dalawang uri ng mixtures ang ginagamit: lithium carbonate at potassium carbonate o lithium carbonate at sodium carbonate. Upang matunaw ang mga carbonate salt at makamit ang mataas na antas ng mobility ng mga ions sa electrolyte, ang mga fuel cell na may molten carbonate electrolyte ay gumagana sa mataas na temperatura (650°C). Ang kahusayan ay nag-iiba sa pagitan ng 60-80%.

Kapag pinainit sa temperatura na 650°C, ang mga asin ay nagiging konduktor para sa mga carbonate ions (CO 3 2-). Ang mga ion na ito ay dumadaan mula sa katod patungo sa anode kung saan sila ay pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng tubig, carbon dioxide at mga libreng electron. Ang mga electron na ito ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit pabalik sa katod, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at init bilang isang by-product.

Anode reaksyon: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reaksyon sa katod: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (cathode) => H 2 O (g) + CO 2 (anode)

Ang mataas na operating temperatura ng molten carbonate electrolyte fuel cells ay may ilang mga pakinabang. Sa mataas na temperatura, ang natural na gas ay panloob na reporma, na inaalis ang pangangailangan para sa isang processor ng gasolina. Bilang karagdagan, ang mga bentahe ay kinabibilangan ng kakayahang gumamit ng mga karaniwang materyales ng konstruksiyon, tulad ng hindi kinakalawang na asero na sheet at nickel catalyst sa mga electrodes. Ang init ng basura ay maaaring gamitin upang makabuo ng mataas na presyon ng singaw para sa iba't ibang pang-industriya at komersyal na mga aplikasyon.

Ang mataas na temperatura ng reaksyon sa electrolyte ay mayroon ding mga pakinabang. Ang paggamit ng mataas na temperatura ay tumatagal ng malaking oras upang maabot ang pinakamainam na mga kondisyon ng pagpapatakbo, at ang sistema ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa pagkonsumo ng enerhiya. Ang mga katangiang ito ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga fuel cell system na may molten carbonate electrolyte sa pare-parehong kondisyon ng kuryente. Ang mataas na temperatura ay pumipigil sa pagkasira ng fuel cell ng carbon monoxide.

Ang mga molten carbonate fuel cell ay angkop para sa paggamit sa malalaking nakatigil na pag-install. Ang mga thermal power plant na may output na electric power na 3.0 MW ay ginagawa sa industriya. Ang mga planta na may output power na hanggang 110 MW ay ginagawa.

Fuel cell/cells batay sa phosphoric acid (PFC)

Ang mga fuel cell na nakabatay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ang unang fuel cell para sa komersyal na paggamit.

Ang mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay gumagamit ng electrolyte batay sa orthophosphoric acid (H 3 PO 4) na may konsentrasyon na hanggang 100%. Ang ionic conductivity ng phosphoric acid ay mababa sa mababang temperatura, para sa kadahilanang ito ang mga fuel cell na ito ay ginagamit sa mga temperatura hanggang sa 150–220°C.

Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay hydrogen (H+, proton). Ang isang katulad na proseso ay nangyayari sa proton exchange membrane fuel cells, kung saan ang hydrogen na ibinibigay sa anode ay nahahati sa mga proton at electron. Ang mga proton ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa oxygen mula sa hangin sa cathode upang bumuo ng tubig. Ang mga electron ay nakadirekta sa isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Nasa ibaba ang mga reaksyong nagdudulot ng kuryente at init.

Reaksyon sa anode: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang kahusayan ng mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay higit sa 40% kapag bumubuo ng elektrikal na enerhiya. Sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente, ang kabuuang kahusayan ay halos 85%. Bilang karagdagan, dahil sa mga temperatura ng pagpapatakbo, ang basurang init ay maaaring gamitin upang magpainit ng tubig at makabuo ng singaw sa atmospheric pressure.

Ang mataas na pagganap ng mga thermal power plant sa mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente ay isa sa mga pakinabang ng ganitong uri ng mga fuel cell. Ang mga halaman ay gumagamit ng carbon monoxide sa isang konsentrasyon na humigit-kumulang 1.5%, na lubos na nagpapalawak ng pagpili ng gasolina. Bilang karagdagan, ang CO 2 ay hindi nakakaapekto sa electrolyte at ang pagpapatakbo ng fuel cell, ang ganitong uri ng cell ay gumagana sa reformed natural fuel. Ang simpleng konstruksyon, mababang electrolyte volatility at mas mataas na katatagan ay mga pakinabang din ng ganitong uri ng fuel cell.

Ang mga thermal power plant na may output electric power na hanggang 500 kW ay ginagawa sa industriya. Ang mga pag-install para sa 11 MW ay nakapasa sa mga nauugnay na pagsubok. Ang mga halaman na may output power na hanggang 100 MW ay ginagawa.

Solid oxide fuel cells/cells (SOFC)

Ang solid oxide fuel cells ay ang mga fuel cell na may pinakamataas na operating temperature. Ang operating temperatura ay maaaring mag-iba mula 600°C hanggang 1000°C, na nagpapahintulot sa paggamit ng iba't ibang uri ng gasolina nang walang espesyal na pre-treatment. Upang mahawakan ang mga matataas na temperatura na ito, ang electrolyte na ginamit ay isang manipis na ceramic-based na solid metal oxide, kadalasang isang haluang metal ng yttrium at zirconium, na isang conductor ng oxygen (O 2-) ions.

Ang solid electrolyte ay nagbibigay ng hermetic gas transition mula sa isang electrode patungo sa isa pa, habang ang mga likidong electrolyte ay matatagpuan sa isang porous na substrate. Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay ang oxygen ion (O 2-). Sa cathode, ang mga molekula ng oxygen ay pinaghihiwalay mula sa hangin sa isang oxygen ion at apat na electron. Ang mga oxygen ions ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng apat na libreng electron. Ang mga electron ay nakadirekta sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at basurang init.

Reaksyon sa anode: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang kahusayan ng nabuong elektrikal na enerhiya ay ang pinakamataas sa lahat ng mga cell ng gasolina - mga 60-70%. Ang mataas na temperatura sa pagpapatakbo ay nagbibigay-daan para sa pinagsamang init at pagbuo ng kuryente upang makabuo ng mataas na presyon ng singaw. Ang pagsasama-sama ng isang mataas na temperatura na fuel cell na may turbine ay lumilikha ng isang hybrid na fuel cell upang mapataas ang kahusayan ng pagbuo ng kuryente hanggang sa 75%.

Ang mga solid oxide fuel cell ay gumagana sa napakataas na temperatura (600°C - 1000°C), na nagreresulta sa mahabang panahon upang maabot ang pinakamainam na kondisyon ng operating, at ang system ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa paggamit ng kuryente. Sa ganoong mataas na operating temperatura, walang converter ang kinakailangan upang mabawi ang hydrogen mula sa gasolina, na nagpapahintulot sa thermal power plant na gumana nang may medyo hindi malinis na mga gasolina mula sa coal gasification o mga basurang gas, at mga katulad nito. Gayundin, ang fuel cell na ito ay mahusay para sa mga high power na application, kabilang ang pang-industriya at malalaking central power plant. Mga module na ginawa sa industriya na may output na electrical power na 100 kW.

Mga fuel cell/cell na may direktang methanol oxidation (DOMTE)

Ang teknolohiya ng paggamit ng mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay sumasailalim sa isang panahon ng aktibong pag-unlad. Matagumpay itong naitatag ang sarili sa larangan ng pagpapagana ng mga mobile phone, laptop, gayundin sa paglikha ng mga portable power source. kung ano ang layunin ng hinaharap na aplikasyon ng mga elementong ito.

Ang istraktura ng mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay katulad ng mga fuel cell na may proton exchange membrane (MOFEC), i.e. ang isang polimer ay ginagamit bilang isang electrolyte, at ang isang hydrogen ion (proton) ay ginagamit bilang isang carrier ng singil. Gayunpaman, ang likidong methanol (CH 3 OH) ay na-oxidize sa pagkakaroon ng tubig sa anode, na naglalabas ng CO 2 , mga hydrogen ions at mga electron, na ginagabayan sa isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Ang mga hydrogen ions ay dumadaan sa electrolyte at tumutugon sa oxygen mula sa hangin at mga electron mula sa panlabas na circuit upang bumuo ng tubig sa anode.

Reaksyon sa anode: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reaksyon sa katod: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Pangkalahatang reaksyon ng elemento: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Ang bentahe ng ganitong uri ng mga cell ng gasolina ay ang kanilang maliit na sukat, dahil sa paggamit ng likidong gasolina, at ang kawalan ng pangangailangan na gumamit ng isang converter.

Alkaline fuel cell/cells (AFC)

Ang mga alkaline fuel cell ay isa sa mga pinaka mahusay na elemento na ginagamit upang makabuo ng kuryente, na may power generation efficiency na umaabot ng hanggang 70%.

Gumagamit ang mga alkaline fuel cell ng electrolyte, ibig sabihin, isang may tubig na solusyon ng potassium hydroxide, na nakapaloob sa isang porous, stabilized na matrix. Ang konsentrasyon ng potassium hydroxide ay maaaring mag-iba depende sa operating temperature ng fuel cell, na umaabot mula 65°C hanggang 220°C. Ang charge carrier sa isang SFC ay isang hydroxide ion (OH-) na lumilipat mula sa cathode patungo sa anode kung saan ito ay tumutugon sa hydrogen upang makabuo ng tubig at mga electron. Ang tubig na ginawa sa anode ay gumagalaw pabalik sa katod, muling bumubuo ng mga hydroxide ions doon. Bilang resulta ng seryeng ito ng mga reaksyon na nagaganap sa fuel cell, ang kuryente ay nagagawa at, bilang isang by-product, init:

Reaksyon sa anode: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reaksyon sa katod: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Pangkalahatang reaksyon ng system: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Ang bentahe ng mga SFC ay ang mga fuel cell na ito ang pinakamurang paggawa, dahil ang katalista na kailangan sa mga electrodes ay maaaring alinman sa mga sangkap na mas mura kaysa sa mga ginagamit bilang mga catalyst para sa iba pang mga fuel cell. Gumagana ang mga SCFC sa medyo mababang temperatura at kabilang sa mga pinaka-epektibong fuel cell - ang mga katangiang ito ay maaaring makatutulong sa mas mabilis na pagbuo ng kuryente at mataas na kahusayan sa gasolina.

Ang isa sa mga katangian ng SHTE ay ang mataas na sensitivity nito sa CO 2, na maaaring nasa gasolina o hangin. Ang CO 2 ay tumutugon sa electrolyte, mabilis itong nilalason, at lubos na binabawasan ang kahusayan ng fuel cell. Samakatuwid, ang paggamit ng mga SFC ay limitado sa mga saradong espasyo tulad ng kalawakan at mga sasakyan sa ilalim ng dagat, dapat silang gumana sa purong hydrogen at oxygen. Bukod dito, ang mga molekula tulad ng CO, H 2 O at CH4, na ligtas para sa iba pang mga fuel cell at maging sa gasolina para sa ilan sa mga ito, ay nakakapinsala sa mga SFC.

Polymer electrolyte fuel cells/cells (PETE)

Sa kaso ng polymer electrolyte fuel cells, ang polymer membrane ay binubuo ng mga polymer fibers na may mga rehiyon ng tubig kung saan mayroong conduction ng water ions (H 2 O + (proton, red) na nakakabit sa molekula ng tubig). Ang mga molekula ng tubig ay nagpapakita ng problema dahil sa mabagal na pagpapalitan ng ion. Samakatuwid, ang isang mataas na konsentrasyon ng tubig ay kinakailangan kapwa sa gasolina at sa mga tambutso na electrodes, na naglilimita sa operating temperatura sa 100°C.

Solid acid fuel cells/cells (SCFC)

Sa solid acid fuel cells, ang electrolyte (CsHSO 4 ) ay hindi naglalaman ng tubig. Ang operating temperatura samakatuwid ay 100-300°C. Ang pag-ikot ng SO 4 2- oxy anion ay nagpapahintulot sa mga proton (pula) na gumalaw tulad ng ipinapakita sa figure. Karaniwan, ang solid acid fuel cell ay isang sandwich kung saan ang isang napakanipis na layer ng solid acid compound ay inilalagay sa pagitan ng dalawang mahigpit na naka-compress na mga electrodes upang matiyak ang magandang contact. Kapag pinainit, ang organikong bahagi ay sumingaw, na umaalis sa mga pores sa mga electrodes, na pinapanatili ang kakayahan ng maraming mga contact sa pagitan ng gasolina (o oxygen sa kabilang dulo ng cell), electrolyte at electrodes.

Iba't ibang mga module ng fuel cell. baterya ng fuel cell

1. Baterya ng Fuel Cell
2. Iba pang kagamitan sa mataas na temperatura (pinagsamang steam generator, combustion chamber, heat balance changer)
3. Insulation na lumalaban sa init

module ng fuel cell

Comparative analysis ng mga uri at uri ng fuel cell

Ang mga makabagong enerhiya-nagtitipid na munisipal na init at mga planta ng kuryente ay karaniwang binuo sa solid oxide fuel cells (SOFCs), polymer electrolyte fuel cells (PEFCs), phosphoric acid fuel cells (PCFCs), proton exchange membrane fuel cell (MPFCs) at alkaline fuel cells ( mga APFC) . Karaniwang mayroon silang mga sumusunod na katangian:

Ang mga solid oxide fuel cell (SOFC) ay dapat kilalanin bilang ang pinaka-angkop, na:

• gumana sa isang mas mataas na temperatura, na binabawasan ang pangangailangan para sa mga mamahaling mahalagang metal (tulad ng platinum)
• ay maaaring gumana sa iba't ibang uri ng hydrocarbon fuels, pangunahin sa natural gas
• magkaroon ng mas mahabang oras ng pagsisimula at samakatuwid ay mas angkop para sa pangmatagalang operasyon
• nagpapakita ng mataas na kahusayan ng pagbuo ng kuryente (hanggang sa 70%)
• dahil sa mataas na temperatura ng operating, ang mga unit ay maaaring pagsamahin sa mga heat recovery system, na dinadala ang pangkalahatang kahusayan ng system hanggang sa 85%
• may malapit-zero na mga emisyon, tahimik na gumagana at may mababang mga kinakailangan sa pagpapatakbo kumpara sa mga kasalukuyang teknolohiya ng pagbuo ng kuryente

Uri ng fuel cell	Temperatura ng pagtatrabaho	Kahusayan sa Pagbuo ng Power	Uri ng panggatong	Lugar ng aplikasyon
RKTE	550–700°C	50-70%		Katamtaman at malalaking pag-install
FKTE	100–220°C	35-40%	purong hydrogen	Mga malalaking pag-install
MOPTE	30-100°C	35-50%	purong hydrogen	Maliit na mga pag-install
SOFC	450–1000°C	45-70%	Karamihan sa mga hydrocarbon fuel	Maliit, katamtaman at malalaking pag-install
POMTE	20-90°C	20-30%	methanol	Portable
SHTE	50–200°C	40-70%	purong hydrogen	pananaliksik sa espasyo
PETE	30-100°C	35-50%	purong hydrogen	Maliit na mga pag-install

Dahil ang mga maliliit na thermal power plant ay maaaring ikonekta sa isang conventional gas supply network, ang mga fuel cell ay hindi nangangailangan ng isang hiwalay na sistema ng supply ng hydrogen. Kapag gumagamit ng maliliit na thermal power plant batay sa solid oxide fuel cells, ang nabuong init ay maaaring isama sa mga heat exchanger para sa pagpainit ng tubig at bentilasyon ng hangin, na nagpapataas ng pangkalahatang kahusayan ng system. Ang makabagong teknolohiyang ito ay pinakaangkop para sa mahusay na pagbuo ng kuryente nang hindi nangangailangan ng mamahaling imprastraktura at kumplikadong pagsasama ng instrumento.

Mga aplikasyon ng fuel cell/cell

Paglalapat ng mga fuel cell/cells sa mga sistema ng telekomunikasyon

Sa mabilis na pagkalat ng mga wireless na sistema ng komunikasyon sa buong mundo, at ang lumalagong panlipunan at pang-ekonomiyang mga benepisyo ng teknolohiya ng mobile phone, ang pangangailangan para sa maaasahan at cost-effective na backup na kapangyarihan ay naging kritikal. Ang mga pagkalugi ng grid sa buong taon dahil sa masamang panahon, mga natural na sakuna o limitadong kapasidad ng grid ay isang palaging hamon para sa mga operator ng grid.

Kasama sa tradisyonal na telecom power backup solution ang mga baterya (valve-regulated lead-acid battery cell) para sa panandaliang backup power at diesel at propane generator para sa mas mahabang backup na power. Ang mga baterya ay medyo murang pinagmumulan ng backup power sa loob ng 1 hanggang 2 oras. Gayunpaman, ang mga baterya ay hindi angkop para sa mas mahabang panahon ng pag-backup dahil ang mga ito ay mahal sa pagpapanatili, nagiging hindi maaasahan pagkatapos ng mahabang panahon ng paggamit, ay sensitibo sa mga temperatura, at mapanganib sa kapaligiran pagkatapos itapon. Ang mga generator ng diesel at propane ay maaaring magbigay ng tuluy-tuloy na backup na kapangyarihan. Gayunpaman, ang mga generator ay maaaring hindi mapagkakatiwalaan, nangangailangan ng malawak na pagpapanatili, at naglalabas ng mataas na antas ng mga pollutant at greenhouse gas sa atmospera.

Upang maalis ang mga limitasyon ng tradisyonal na backup na mga solusyon sa kapangyarihan, isang makabagong teknolohiyang green fuel cell ang binuo. Ang mga fuel cell ay maaasahan, tahimik, naglalaman ng mas kaunting mga gumagalaw na bahagi kaysa sa generator, may mas malawak na hanay ng temperatura ng pagpapatakbo kaysa sa isang baterya mula -40°C hanggang +50°C at, bilang resulta, nagbibigay ng napakataas na antas ng pagtitipid sa enerhiya. Bilang karagdagan, ang panghabambuhay na halaga ng naturang halaman ay mas mababa kaysa sa isang generator. Ang mas mababang gastos sa bawat fuel cell ay resulta ng isang pagbisita lamang sa pagpapanatili bawat taon at makabuluhang mas mataas na produktibo ng halaman. Pagkatapos ng lahat, ang fuel cell ay isang environment friendly na solusyon sa teknolohiya na may kaunting epekto sa kapaligiran.

Nagbibigay ang mga fuel cell unit ng backup na kapangyarihan para sa mga kritikal na imprastraktura ng network ng komunikasyon para sa mga wireless, permanenteng at broadband na komunikasyon sa sistema ng telekomunikasyon, mula 250W hanggang 15kW, nag-aalok sila ng maraming walang kapantay na mga makabagong feature:

• MAAASAHAN– Kaunting mga gumagalaw na bahagi at walang standby discharge
• PAGTIPID NG ENERHIYA
• TAHIMIK– mababang antas ng ingay
• KAtatagan– saklaw ng pagpapatakbo mula -40°C hanggang +50°C
• KAKAYAHAN– panlabas at panloob na pag-install (lalagyan/proteksiyon na lalagyan)
• MATAAS NA KAPANGYARIHAN- hanggang sa 15 kW
• LOW MAINTENANCE NEED– pinakamababang taunang pagpapanatili
• EKONOMIYA- kaakit-akit na kabuuang halaga ng pagmamay-ari
• MALINIS NA ENERHIYA– mababang emisyon na may kaunting epekto sa kapaligiran

Nararamdaman ng system ang boltahe ng DC bus sa lahat ng oras at maayos na tumatanggap ng mga kritikal na pagkarga kung bumaba ang boltahe ng DC bus sa ibaba ng setpoint na tinukoy ng gumagamit. Ang sistema ay tumatakbo sa hydrogen, na pumapasok sa fuel cell stack sa isa sa dalawang paraan - alinman sa isang komersyal na pinagmumulan ng hydrogen, o mula sa isang likidong gasolina ng methanol at tubig, gamit ang isang on-board na reformer system.

Ang kuryente ay ginawa ng fuel cell stack sa anyo ng direktang kasalukuyang. Ang DC power ay ipinapadala sa isang converter na nagko-convert ng unregulated DC power mula sa fuel cell stack sa mataas na kalidad, regulated DC power para sa mga kinakailangang load. Ang pag-install ng fuel cell ay maaaring magbigay ng backup na power sa loob ng maraming araw, dahil ang tagal ay limitado lamang sa dami ng hydrogen o methanol/water fuel na available sa stock.

Nag-aalok ang mga fuel cell ng higit na kahusayan sa enerhiya, pinataas na pagiging maaasahan ng system, mas predictable na performance sa isang malawak na hanay ng mga klima, at maaasahang buhay ng serbisyo kumpara sa mga standard na industriya na valve regulated lead acid na mga baterya pack. Ang mga gastos sa lifecycle ay mas mababa din dahil sa makabuluhang mas kaunting mga kinakailangan sa pagpapanatili at pagpapalit. Nag-aalok ang mga fuel cell sa end user ng mga benepisyong pangkapaligiran dahil ang mga gastos sa pagtatapon at mga panganib sa pananagutan na nauugnay sa mga cell ng lead acid ay lumalaking alalahanin.

Ang pagganap ng mga de-koryenteng baterya ay maaaring maapektuhan ng isang malawak na hanay ng mga salik tulad ng antas ng singil, temperatura, mga cycle, habang-buhay at iba pang mga variable. Ang enerhiya na ibinigay ay mag-iiba depende sa mga salik na ito at hindi madaling hulaan. Ang pagganap ng isang proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) ay medyo hindi apektado ng mga salik na ito at maaaring magbigay ng kritikal na kapangyarihan hangga't magagamit ang gasolina. Ang tumaas na predictability ay isang mahalagang benepisyo kapag lumipat sa mga fuel cell para sa mission-critical backup power applications.

Ang mga fuel cell ay bumubuo lamang ng enerhiya kapag ang gasolina ay ibinibigay, tulad ng isang gas turbine generator, ngunit walang mga gumagalaw na bahagi sa generation zone. Samakatuwid, hindi tulad ng isang generator, hindi sila napapailalim sa mabilis na pagsusuot at hindi nangangailangan ng patuloy na pagpapanatili at pagpapadulas.

Ang panggatong na ginamit upang himukin ang Extended Duration Fuel Converter ay pinaghalong methanol at tubig. Ang methanol ay isang malawak na magagamit, komersyal na gasolina na kasalukuyang maraming gamit, kabilang ang windshield washer, mga plastik na bote, mga additives ng makina, at mga pintura ng emulsion. Ang methanol ay madaling dalhin, nahahalo sa tubig, may magandang biodegradability at walang sulfur. Ito ay may mababang pagyeyelo (-71°C) at hindi nabubulok sa mahabang imbakan.

Paglalapat ng mga fuel cell/cells sa mga network ng komunikasyon

Ang mga network ng seguridad ay nangangailangan ng mga maaasahang backup na solusyon sa kuryente na maaaring tumagal ng ilang oras o araw sa isang emergency kung ang power grid ay hindi magagamit.

Sa kaunting mga gumagalaw na bahagi at walang standby power reduction, ang makabagong fuel cell na teknolohiya ay nag-aalok ng isang kaakit-akit na solusyon kumpara sa kasalukuyang magagamit na backup power system.

Ang pinaka-nakakahimok na dahilan para sa paggamit ng fuel cell na teknolohiya sa mga network ng komunikasyon ay ang mas mataas na pangkalahatang pagiging maaasahan at seguridad. Sa panahon ng mga kaganapan tulad ng pagkawala ng kuryente, lindol, bagyo, at bagyo, mahalagang patuloy na gumana ang mga system at magkaroon ng maaasahang backup na supply ng kuryente sa mahabang panahon, anuman ang temperatura o edad ng backup na power system.

Ang hanay ng mga fuel cell power supply ay perpekto para sa pagsuporta sa mga secure na network ng komunikasyon. Salamat sa kanilang mga prinsipyo sa disenyong nakakatipid sa enerhiya, nagbibigay sila ng environment friendly, maaasahang backup na power na may pinahabang tagal (hanggang ilang araw) para magamit sa power range mula 250 W hanggang 15 kW.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga network ng data

Ang maaasahang supply ng kuryente para sa mga network ng data, tulad ng mga high-speed data network at fiber optic backbones, ay mahalagang kahalagahan sa buong mundo. Ang impormasyong ipinadala sa mga naturang network ay naglalaman ng mga kritikal na data para sa mga institusyon gaya ng mga bangko, airline o mga medikal na sentro. Ang pagkawala ng kuryente sa naturang mga network ay hindi lamang nagdudulot ng panganib sa ipinadalang impormasyon, kundi pati na rin, bilang panuntunan, ay humahantong sa makabuluhang pagkalugi sa pananalapi. Ang maaasahan at makabagong mga pag-install ng fuel cell na nagbibigay ng standby power ay nagbibigay ng pagiging maaasahan na kailangan mo upang matiyak ang walang patid na kapangyarihan.

Ang mga fuel cell unit na tumatakbo sa likidong pinaghalong gasolina ng methanol at tubig ay nagbibigay ng maaasahang backup na power supply na may pinahabang tagal, hanggang sa ilang araw. Bilang karagdagan, ang mga unit na ito ay nagtatampok ng makabuluhang pinababang mga kinakailangan sa pagpapanatili kumpara sa mga generator at baterya, na nangangailangan lamang ng isang pagbisita sa pagpapanatili bawat taon.

Mga tipikal na katangian ng application para sa paggamit ng mga pag-install ng fuel cell sa mga network ng data:

• Mga application na may mga power input mula 100 W hanggang 15 kW
• Mga application na may mga kinakailangan sa buhay ng baterya > 4 na oras
• Mga repeater sa fiber optic system (hierarchy ng synchronous digital system, high speed internet, voice over IP...)
• Mga node ng network ng high-speed data transmission
• WiMAX Transmission Nodes

Nag-aalok ang mga fuel cell standby installation ng maraming pakinabang para sa mga kritikal na imprastraktura ng network ng data kaysa sa tradisyonal na mga generator ng baterya o diesel, na nagbibigay-daan para sa mas mataas na paggamit sa site:

1. Niresolba ng teknolohiya ng likidong gasolina ang problema sa pag-iimbak ng hydrogen at nagbibigay ng halos walang limitasyong backup na kapangyarihan.
2. Salamat sa kanilang tahimik na operasyon, mababang timbang, paglaban sa mga pagbabago sa temperatura at halos walang vibration na operasyon, ang mga fuel cell ay maaaring i-install sa labas, sa mga pang-industriyang lugar/lalagyan o sa mga rooftop.
3. Ang mga paghahanda sa lugar para sa paggamit ng system ay mabilis at matipid, at mababa ang gastos sa pagpapatakbo.
4. Ang gasolina ay biodegradable at kumakatawan sa isang environment friendly na solusyon para sa urban na kapaligiran.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga sistema ng seguridad

Ang pinaka-maingat na idinisenyong sistema ng seguridad at komunikasyon ng gusali ay kasing maaasahan lamang ng kapangyarihang nagpapagana sa kanila. Bagama't ang karamihan sa mga system ay may kasamang ilang uri ng back-up na walang harang na sistema ng kuryente para sa panandaliang pagkawala ng kuryente, hindi sila nagbibigay ng mas mahabang pagkawala ng kuryente na maaaring mangyari pagkatapos ng mga natural na sakuna o pag-atake ng mga terorista. Ito ay maaaring maging isang kritikal na isyu para sa maraming mga ahensya ng korporasyon at gobyerno.

Ang mga mahahalagang sistema tulad ng CCTV monitoring at access control system (mga ID card reader, door closing device, biometric identification technology, atbp.), automatic fire alarm at fire extinguishing system, elevator control system at telecommunication network, ay nasa panganib kung walang maaasahang alternatibong mapagkukunan ng tuluy-tuloy na suplay ng kuryente.

Ang mga generator ng diesel ay maingay, mahirap hanapin, at alam na alam ang kanilang pagiging maaasahan at mga isyu sa pagpapanatili. Sa kaibahan, ang isang fuel cell back-up installation ay tahimik, maaasahan, may zero o napakababang emisyon, at madaling i-install sa rooftop o sa labas ng isang gusali. Hindi ito naglalabas o nawawalan ng kuryente sa standby mode. Tinitiyak nito ang patuloy na operasyon ng mga kritikal na sistema, kahit na matapos ang institusyong itigil ang operasyon at ang gusali ay inabandona ng mga tao.

Pinoprotektahan ng mga makabagong pag-install ng fuel cell ang mga mamahaling pamumuhunan sa mga kritikal na aplikasyon. Nagbibigay ang mga ito ng environment friendly, maaasahan, pangmatagalang backup power (hanggang sa maraming araw) para gamitin sa power range mula 250 W hanggang 15 kW, na sinamahan ng maraming hindi maunahang feature at, lalo na, isang mataas na antas ng energy saving.

Nag-aalok ang mga fuel cell power backup unit ng maraming pakinabang para sa mga kritikal na aplikasyon tulad ng seguridad at mga sistema ng pamamahala ng gusali kaysa sa tradisyonal na mga generator ng baterya o diesel. Nilulutas ng teknolohiya ng likidong gasolina ang problema sa pag-iimbak ng hydrogen at nagbibigay ng halos walang limitasyong backup na kapangyarihan.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa domestic heating at power generation

Ang mga solid oxide fuel cell (SOFCs) ay ginagamit upang bumuo ng maaasahan, matipid sa enerhiya at walang emisyon na thermal power plant upang makabuo ng kuryente at init mula sa malawak na magagamit na natural na gas at renewable fuel. Ang mga makabagong unit na ito ay ginagamit sa iba't ibang uri ng mga merkado, mula sa domestic power generation hanggang sa power supply hanggang sa malalayong lugar, pati na rin sa mga auxiliary power source.

Paglalapat ng mga fuel cell/cell sa mga network ng pamamahagi

Ang maliliit na thermal power plant ay idinisenyo upang gumana sa isang distributed power generation network na binubuo ng malaking bilang ng maliliit na generator set sa halip na isang sentralisadong power plant.

Ipinapakita ng figure sa ibaba ang pagkawala ng kahusayan sa pagbuo ng kuryente kapag ito ay nabuo ng mga planta ng CHP at ipinadala sa mga tahanan sa pamamagitan ng mga tradisyunal na transmission network na kasalukuyang ginagamit. Ang pagkawala ng kahusayan sa pagbuo ng distrito ay kinabibilangan ng mga pagkalugi mula sa planta ng kuryente, mababa at mataas na boltahe na transmisyon, at pagkalugi sa pamamahagi.

Ipinapakita ng figure ang mga resulta ng pagsasama-sama ng mga maliliit na thermal power plant: ang kuryente ay nabuo na may kahusayan sa henerasyon na hanggang 60% sa punto ng paggamit. Bilang karagdagan, maaaring gamitin ng sambahayan ang init na nabuo ng mga fuel cell para sa pagpainit ng tubig at espasyo, na nagpapataas sa pangkalahatang kahusayan ng pagproseso ng enerhiya ng gasolina at nagpapabuti sa pagtitipid ng enerhiya.

Paggamit ng Mga Fuel Cell para Protektahan ang Kapaligiran - Paggamit ng Kaugnay na Petroleum Gas

Isa sa pinakamahalagang gawain sa industriya ng langis ay ang paggamit ng kaugnay na petrolyo gas. Ang mga umiiral na paraan ng paggamit ng nauugnay na petrolyo gas ay may maraming mga disadvantages, ang pangunahing isa ay na ang mga ito ay hindi mabubuhay sa ekonomiya. Ang nauugnay na petrolyo gas ay sumiklab, na nagdudulot ng malaking pinsala sa kapaligiran at kalusugan ng tao.

Ang mga makabagong fuel cell heat at mga planta ng kuryente na gumagamit ng nauugnay na petroleum gas bilang gasolina ay nagbubukas ng daan sa isang radikal at cost-effective na solusyon sa mga problema ng nauugnay na paggamit ng petrolyo gas.

1. Isa sa mga pangunahing bentahe ng mga pag-install ng fuel cell ay maaari silang gumana nang mapagkakatiwalaan at napapanatiling sa variable na komposisyon na nauugnay sa petrolyo gas. Dahil sa walang apoy na reaksiyong kemikal na pinagbabatayan ng pagpapatakbo ng fuel cell, ang pagbawas sa porsyento ng, halimbawa, ang methane ay nagdudulot lamang ng kaukulang pagbawas sa output ng kuryente.
2. Flexibility na may kaugnayan sa electrical load ng mga consumer, differential, load surge.
3. Para sa pag-install at koneksyon ng mga thermal power plant sa mga fuel cell, ang kanilang pagpapatupad ay hindi nangangailangan ng mga paggasta ng kapital, dahil Ang mga yunit ay madaling naka-mount sa hindi nakahanda na mga site malapit sa mga field, ay madaling patakbuhin, maaasahan at mahusay.
4. Ang mataas na automation at modernong remote control ay hindi nangangailangan ng patuloy na presensya ng mga tauhan sa planta.
5. Ang pagiging simple at teknikal na pagiging perpekto ng disenyo: ang kawalan ng mga gumagalaw na bahagi, friction, lubrication system ay nagbibigay ng makabuluhang pang-ekonomiyang benepisyo mula sa pagpapatakbo ng mga pag-install ng fuel cell.
6. Pagkonsumo ng tubig: wala sa ambient temperature hanggang +30 °C at bale-wala sa mas mataas na temperatura.
7. Outlet ng tubig: wala.
8. Bilang karagdagan, ang mga fuel cell thermal power plant ay hindi gumagawa ng ingay, hindi nag-vibrate, huwag maglabas ng mga nakakapinsalang emisyon sa kapaligiran

Ang mga hydrogen fuel cell ay nagko-convert ng kemikal na enerhiya ng gasolina sa kuryente, na nilalampasan ang hindi mahusay, mataas na pagkawala ng mga proseso ng pagkasunog at ang conversion ng thermal energy sa mekanikal na enerhiya. Ang hydrogen fuel cell ay electrochemical ang aparato bilang isang resulta ng lubos na mahusay na "malamig" na pagkasunog ng gasolina ay direktang bumubuo ng kuryente. Ang proton exchange membrane hydrogen-air fuel cell (PEMFC) ay isa sa mga pinaka-promising na teknolohiya ng fuel cell.

Walong taon na ang nakalipas anim na likidong diesel pump ang binuksan sa Kanlurang Europa; dapat silang dalawang daan hanggang sa dulo. Malayo tayo sa libu-libong fast charging terminals na napipisa kung saan-saan upang pasiglahin ang pagkalat ng paggalaw ng kuryente. At doon masakit ang kuskusin. At mas mabuting ipahayag natin ang graphene.

Ang Mga Baterya ay Wala pang Huling Salita

Higit pa ito sa awtonomiya, kaya ang paglilimita sa oras ng pag-charge ay nagpapabagal sa pagkalat ng electric car. Gayunpaman, naalala niya ngayong buwan ang isang tala na naka-address sa kanyang mga customer na ang mga baterya ay may limitasyon na limitado sa ganitong uri ng probe sa napakataas na boltahe. Sasabihin kay Thomas Brachman na kailangan pang magtayo ng isang hydrogen distribution network. Ang argumento na siya ay nagwawalis ng kanyang kamay, na naaalala na ang pagpaparami ng mga fast charge terminal ay napakamahal din, dahil sa mataas na cross-section ng mataas na boltahe na mga kable na tanso. "Mas madali at mas mura ang transportasyon ng liquefied hydrogen sa pamamagitan ng trak mula sa mga nakabaong tangke malapit sa mga lugar ng produksyon."

Ang isang proton-conducting polymer membrane ay naghihiwalay sa dalawang electrodes, isang anode at isang cathode. Ang bawat elektrod ay isang carbon plate (matrix) na pinahiran ng isang katalista. Sa anode catalyst, ang molecular hydrogen ay naghihiwalay at nag-donate ng mga electron. Ang mga hydrogen cation ay isinasagawa sa pamamagitan ng lamad patungo sa katod, ngunit ang mga electron ay ibinibigay sa panlabas na circuit, dahil hindi pinapayagan ng lamad na dumaan ang mga electron.

Ang hydrogen ay hindi pa isang purong vector ng kuryente

Tulad ng para sa gastos ng baterya mismo, na napakasensitibong impormasyon, walang duda si Thomas Brachmann na maaari itong makabuluhang bawasan habang tumataas ang kahusayan. "Ang platinum ay ang elemento na mas mahal." Sa kasamaang palad, halos lahat ng hydrogen ay nagmumula sa mga mapagkukunan ng fossil na enerhiya. Bukod dito, ang dihydrogen ay isang vector lamang ng enerhiya, at hindi isang mapagkukunan kung saan, sa panahon ng paggawa nito, hindi isang bale-wala na bahagi ang natupok, ang pagkatunaw nito, at pagkatapos ay ang pagbabago nito sa kuryente.

Sa cathode catalyst, ang isang molekula ng oxygen ay pinagsama sa isang electron (na ibinibigay mula sa electrical circuit) at isang papasok na proton at bumubuo ng tubig, na siyang tanging produkto ng reaksyon (sa anyo ng singaw at/o likido).

Ang mga bloke ng membrane-electrode ay ginawa mula sa mga hydrogen fuel cell, na siyang pangunahing elemento ng pagbuo ng sistema ng enerhiya.

Ang kotse ng hinaharap ay kumikilos tulad ng isang tunay

Ang balanse ng baterya ay halos tatlong beses na mas mataas, sa kabila ng mga pagkalugi dahil sa pag-init sa mga driver. Naku, hindi tatagos ang miracle car sa ating mga kalsada, maliban bilang bahagi ng mga pampublikong demonstrasyon. Brachmann, na naaalala na ang natural na katahimikan ng isang de-kuryenteng sasakyan ay nagpapaganda ng impresyon ng pamumuhay sa isang maingay na mundo. Laban sa lahat ng posibilidad, ang steering at brake pedal ay naghahatid ng natural na pagkakapare-pareho.

Maliit na baterya ngunit pinahusay na pagganap

Ang gadget ay kapansin-pansin, ang gitnang screen ay nakakalat sa mga imahe ng camera na nakalagay sa kanang salamin sa sandaling ma-activate ang turn signal. Karamihan sa aming mga customer sa US ay hindi na nangangailangan, at ito ay nagpapahintulot sa amin na panatilihing mababa ang mga presyo - binibigyang-katwiran ang punong inhinyero, na nag-aalok ng mas mababang rate kaysa. Talagang sulit na pag-usapan ang tungkol sa isang fuel cell stack, dahil mayroong 358 na nagtutulungan. Ang pangunahing tangke na may kapasidad na 117 litro, na pinindot sa likod na dingding ng bangko, ay nagbabawal sa pagtiklop nito, at ang pangalawa - 24 litro, ay nakatago sa ilalim ng upuan.

Mga kalamangan ng hydrogen fuel cell kumpara sa mga tradisyonal na solusyon:

- tumaas na tiyak na intensity ng enerhiya (500 ÷ 1000 W*h/kg),

- pinalawig na saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo (-40 0 C / +40 0 C),

- kawalan ng isang thermal spot, ingay at panginginig ng boses,

- pagiging maaasahan ng malamig na simula

- halos walang limitasyong panahon ng pag-iimbak ng enerhiya (kawalan ng self-discharge),

Unang two-stroke fuel cell

Sa kabila ng compact size nito, ang bagong fuel cell na ito ay nagko-convert ng dihydrogen sa kuryente nang mas mabilis at mas mahusay kaysa sa nauna nito. Inihahatid nito ang mga elemento ng pile sa oxygen sa bilis na dati nang itinuturing na hindi naaayon sa kanilang tibay. Ang labis na tubig, na dating nililimitahan ang rate ng daloy, ay pinakamahusay na inilikas. Bilang isang resulta, ang kapangyarihan sa bawat elemento ay nadagdagan ng kalahati, at ang kahusayan ay umabot sa 60%.

Ito ay dahil sa pagkakaroon ng 1.7 kWh lithium-ion na baterya - na matatagpuan sa ilalim ng mga upuan sa harap, na nagbibigay-daan sa karagdagang kasalukuyang na maihatid sa panahon ng malalakas na acceleration. Alinman sa awtonomiya ng forecast ay 460 km, na perpektong tumutugma sa kung ano ang inaangkin ng tagagawa.

- ang kakayahang baguhin ang intensity ng enerhiya ng system sa pamamagitan ng pagbabago ng bilang ng mga cartridge ng gasolina, na nagbibigay ng halos walang limitasyong awtonomiya,

Ang kakayahang magbigay ng halos anumang makatwirang intensity ng enerhiya ng system sa pamamagitan ng pagbabago ng kapasidad ng imbakan ng hydrogen,

- mataas na pagkonsumo ng enerhiya

- pagpapahintulot sa mga impurities sa hydrogen,

Ngunit ang isang libong bahagi ay nagpapadali sa daloy ng hangin at nag-optimize ng paglamig. Kahit na higit pa sa hinalinhan nito, ipinapakita ng de-koryenteng sasakyan na ito na ang fuel cell ay nasa spotlight. Isang malaking hamon para sa industriya at sa ating mga pinuno. Samantala, napakatalino, sino ang makakaalam kung alin sa fuel cell o baterya ang mananaig.

Ang fuel cell ay isang electrochemical energy conversion device na maaaring makabuo ng kuryente sa anyo ng direct current sa pamamagitan ng pagsasama ng isang gasolina at isang oxidizer sa isang kemikal na reaksyon upang makabuo ng isang waste product, karaniwang fuel oxide.

- mahabang buhay ng serbisyo,

- pagkamagiliw sa kapaligiran at walang ingay sa trabaho.

Power supply system batay sa hydrogen fuel cells para sa mga UAV:

Pag-install ng mga fuel cell sa mga sasakyang panghimpapawid na walang tao sa halip na mga tradisyunal na baterya, pinarami nito ang tagal ng flight, ang bigat ng kargamento, ginagawang posible upang madagdagan ang pagiging maaasahan ng sasakyang panghimpapawid, palawakin ang hanay ng temperatura para sa paglulunsad at pagpapatakbo ng UAV, pagpapababa ng limitasyon sa -40 0С. Kung ikukumpara sa mga internal combustion engine, ang mga fuel cell system ay tahimik, walang vibration, gumagana sa mababang temperatura, mahirap matukoy sa panahon ng paglipad, hindi gumagawa ng mga nakakapinsalang emisyon, at mahusay na makakagawa ng mga gawain mula sa video surveillance hanggang sa paghahatid ng kargamento.

Ang bawat fuel cell ay may dalawang electrodes, isang positibo at isang negatibo, at ang reaksyon na gumagawa ng kuryente ay nagaganap sa mga electrodes sa pagkakaroon ng isang electrolyte na nagdadala ng mga sisingilin na particle mula sa electrode patungo sa electrode habang ang mga electron ay umiikot sa mga panlabas na wire na matatagpuan sa pagitan ng mga electrodes upang lumikha ng kuryente.

Ang fuel cell ay maaaring makabuo ng kuryente nang tuluy-tuloy hangga't ang kinakailangang daloy ng gasolina at oxidizer ay napanatili. Ang ilang mga fuel cell ay gumagawa lamang ng ilang watts habang ang iba ay maaaring gumawa ng ilang daang kilowatts, habang ang mas maliliit na baterya ay malamang na matatagpuan sa mga laptop at cell phone, ngunit ang mga fuel cell ay masyadong mahal upang maging maliliit na generator na ginagamit upang makabuo ng kuryente para sa mga tahanan at negosyo.

Ang komposisyon ng power supply system para sa UAV:

Mga sukat ng ekonomiya ng mga fuel cell

Ang paggamit ng hydrogen bilang pinagmumulan ng gasolina ay nangangailangan ng malaking gastos. Para sa kadahilanang ito, ang hydrogen ay ngayon ay isang hindi pang-ekonomiyang mapagkukunan, lalo na dahil ang iba pang mas murang mga mapagkukunan ay maaaring gamitin. Maaaring mag-iba ang mga gastos sa produksyon ng hydrogen dahil sinasalamin nila ang halaga ng mga mapagkukunan kung saan ito kinukuha.

Mga Pinagmumulan ng Panggatong ng Baterya

Ang mga fuel cell ay karaniwang inuri sa mga sumusunod na kategorya: hydrogen fuel cells, organic fuel cell, metal fuel cell, at redox na baterya. Kapag ginamit ang hydrogen bilang pinagmumulan ng gasolina, ang enerhiya ng kemikal ay na-convert sa kuryente sa panahon ng reverse hydrolysis na proseso upang magbigay lamang ng tubig at init bilang basura. Ang hydrogen fuel cell ay napakababa, ngunit maaaring mas mataas o mas mataas sa produksyon ng hydrogen, lalo na kung ito ay ginawa mula sa mga fossil fuel.

• - baterya ng fuel cell,
• - Li-Po buffer na baterya upang masakop ang panandaliang peak load,
• - elektroniko sistema ng kontrol ,
• - sistema ng gasolina na binubuo ng isang silindro na may naka-compress na hydrogen o isang solidong pinagmumulan ng hydrogen.

Ang sistema ng gasolina ay gumagamit ng mataas na lakas na magaan na mga cylinder at reducer upang matiyak ang pinakamataas na supply ng naka-compress na hydrogen sa board. Pinapayagan na gumamit ng iba't ibang mga karaniwang sukat ng mga cylinder (mula 0.5 hanggang 25 litro) na may mga reducer na nagbibigay ng kinakailangang daloy ng hydrogen.

Ang mga baterya ng hydrogen ay nahahati sa dalawang kategorya: mga baterya na mababa ang temperatura at mga baterya na may mataas na temperatura, kung saan ang mga baterya na may mataas na temperatura ay maaari ding direktang gumamit ng mga fossil fuel. Ang huli ay binubuo ng mga hydrocarbon tulad ng langis o gasolina, alkohol o biomass.

Kabilang sa iba pang pinagmumulan ng gasolina sa mga baterya, ngunit hindi limitado sa, mga alkohol, zinc, aluminum, magnesium, ionic solution, at maraming hydrocarbon. Kasama sa iba pang mga ahente ng oxidizing, ngunit hindi limitado sa, hangin, chlorine, at chlorine dioxide. Sa kasalukuyan, may ilang uri ng fuel cell.

Mga katangian ng power supply system para sa UAV:

Mga portable na charger batay sa mga hydrogen fuel cell:

Ang mga portable charger batay sa mga hydrogen fuel cell ay mga compact na device na maihahambing sa timbang at mga sukat sa mga umiiral at malawakang ginagamit na mga charger ng baterya sa mundo.

Ang ubiquitous na portable na teknolohiya sa modernong mundo ay regular na kailangang ma-recharge. Ang mga tradisyunal na portable system ay halos walang silbi sa mga negatibong temperatura, at pagkatapos maisagawa ang kanilang function, nangangailangan din sila ng recharging gamit ang (mga de-koryenteng network), na binabawasan din ang kanilang kahusayan at awtonomiya ng device.

Ang bawat molekula ng dihydrogen ay may 2 electron. Ang H ion ay dumadaan mula sa anode patungo sa cathode at nag-uudyok ng isang electric current kapag ang isang electron ay inilipat. Ano ang maaaring hitsura ng mga fuel cell para sa sasakyang panghimpapawid? Ngayon, ang mga pagsubok ay isinasagawa sa sasakyang panghimpapawid upang subukan at paliparin ang mga ito gamit ang isang fuel cell lithium-ion hybrid na baterya. Ang tunay na pakinabang ng fuel cell ay nakasalalay sa mababang integridad ng timbang nito: ito ay mas magaan, na tumutulong upang mabawasan ang bigat ng sasakyang panghimpapawid at, samakatuwid, ang pagkonsumo ng gasolina.

Ngunit sa ngayon, ang pagpapalipad ng fuel cell aircraft ay hindi posible dahil marami pa itong mga kakulangan. Larawan ng fuel cell. Ano ang mga disadvantage ng isang fuel cell? Una sa lahat, kung karaniwan ang hydrogen, ang paggamit nito sa malalaking dami ay magiging problema. Sa katunayan, ito ay magagamit hindi lamang sa Earth. Ito ay matatagpuan sa tubig na naglalaman ng oxygen, ammonia. Samakatuwid, kinakailangan na magsagawa ng electrolysis ng tubig upang makuha ito, at ito ay hindi pa isang malawakang ginagamit na paraan.

Ang mga sistema ng hydrogen fuel cell ay nangangailangan lamang ng pagpapalit ng isang compact fuel cartridge, pagkatapos ay handa na agad ang device para sa operasyon.

Mga tampok ng portable charger:

Mga hindi maaabala na power supply batay sa mga hydrogen fuel cell:

Dinisenyo ang mga uninterruptible power supply system batay sa mga hydrogen fuel cell upang ayusin ang backup na power supply at pansamantalang power supply. Nag-aalok ang hindi nagambalang mga sistema ng supply ng kuryente batay sa mga hydrogen fuel cell ng makabuluhang bentahe kaysa sa mga tradisyonal na solusyon para sa pag-aayos ng pansamantala at backup na supply ng kuryente, gamit ang mga baterya at diesel generator.

Ang hydrogen ay isang gas at samakatuwid ay mahirap itago at dalhin. Ang isa pang panganib na nauugnay sa paggamit ng hydrogen ay ang panganib ng pagsabog dahil ito ay isang mataas na nasusunog na gas. kung ano ang nagbibigay ng baterya para sa produksyon nito sa malaking sukat ay nangangailangan ng ibang pinagkukunan ng enerhiya, maging ito man ay langis, gas o karbon, o nuclear power, na ginagawang mas malala ang balanse nito sa kapaligiran kaysa sa kerosene at gumagawa ng heap, platinum, metal, na kung saan ay kahit na mas bihira at mas mahalaga kaysa sa ginto.

Ang fuel cell ay nagbibigay ng enerhiya sa pamamagitan ng pag-oxidize ng gasolina sa anode at pagbabawas ng oxidizer sa cathode. Ang pagtuklas ng prinsipyo ng fuel cell at ang mga unang pagpapatupad ng laboratoryo gamit ang sulfuric acid bilang isang electrolyte ay na-kredito sa chemist na si William Grove.

Mga katangian ng uninterruptible power supply system:

fuel cell ay isang electrochemical device na katulad ng isang galvanic cell, ngunit naiiba mula dito dahil ang mga sangkap para sa electrochemical reaction ay pinapakain dito mula sa labas - sa kaibahan sa limitadong dami ng enerhiya na nakaimbak sa isang galvanic cell o baterya.

Sa katunayan, ang mga fuel cell ay may ilang mga pakinabang: ang mga gumagamit ng dihydrogen at dioxide ay naglalabas lamang ng singaw ng tubig: kaya ito ay isang malinis na teknolohiya. Mayroong ilang mga uri ng mga cell ng gasolina, depende sa likas na katangian ng electrolyte, ang likas na katangian ng gasolina, direkta o hindi direktang oksihenasyon, temperatura ng pagpapatakbo.

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbubuod sa mga pangunahing katangian ng iba't ibang device na ito. Maraming mga European program ang naghahanap ng iba pang polymer, gaya ng polybenzimidazole derivatives, na mas matatag at mas mura. Ang pagiging compact ng baterya ay isang palaging hamon sa mga lamad sa pagkakasunud-sunod ng 15-50 µm, mga porous na carbon anode at hindi kinakalawang na asero na bipolar plate. Ang haba ng buhay ay maaari ding mapabuti dahil, sa isang banda, ang mga bakas ng carbon monoxide sa pagkakasunud-sunod ng ilang bahagi bawat milyon sa hydrogen ay mga tunay na lason para sa katalista, at sa kabilang banda, ang kontrol sa tubig sa polimer ay mahalaga.

kanin. isa. Ilang fuel cell

Kino-convert ng mga fuel cell ang kemikal na enerhiya ng gasolina sa kuryente, na nilalampasan ang hindi mahusay na mga proseso ng pagkasunog na nangyayari na may malalaking pagkalugi. Bilang resulta ng isang kemikal na reaksyon, binago nila ang hydrogen at oxygen sa kuryente. Bilang resulta ng prosesong ito, ang tubig ay nabuo at ang isang malaking halaga ng init ay inilabas. Ang fuel cell ay halos kapareho sa isang baterya na maaaring singilin at pagkatapos ay ginagamit upang mag-imbak ng elektrikal na enerhiya. Ang imbentor ng fuel cell ay si William R. Grove, na nag-imbento nito noong 1839. Sa fuel cell na ito, ang isang solusyon ng sulfuric acid ay ginamit bilang isang electrolyte, at ang hydrogen ay ginamit bilang isang gasolina, na pinagsama sa oxygen sa isang oxidizer medium. Hanggang kamakailan, ang mga fuel cell ay ginagamit lamang sa mga laboratoryo at sa spacecraft.

Hindi tulad ng ibang mga power generator tulad ng mga internal combustion engine o turbine na pinapagana ng gas, karbon, langis, atbp., ang mga fuel cell ay hindi nagsusunog ng gasolina. Nangangahulugan ito na walang maingay na high pressure rotors, walang malakas na ingay sa tambutso, walang vibrations. Ang mga fuel cell ay bumubuo ng kuryente sa pamamagitan ng isang tahimik na electrochemical reaction. Ang isa pang tampok ng mga fuel cell ay ang pag-convert ng kemikal na enerhiya ng gasolina nang direkta sa kuryente, init at tubig.

Ang mga fuel cell ay napakahusay at hindi gumagawa ng malalaking halaga ng greenhouse gases tulad ng carbon dioxide, methane at nitrous oxide. Ang tanging mga emisyon mula sa pagpapatakbo ng fuel cell ay tubig sa anyo ng singaw at isang maliit na halaga ng carbon dioxide, na hindi ibinubuga kung purong hydrogen ang gagamitin bilang gasolina. Ang mga fuel cell ay binuo sa mga assemblies at pagkatapos ay sa mga indibidwal na functional modules.

Ang mga fuel cell ay walang mga gumagalaw na bahagi (kahit hindi sa loob ng cell mismo), at kaya hindi nila sinusunod ang batas ni Carnot. Iyon ay, magkakaroon sila ng higit sa 50% na kahusayan at lalong epektibo sa mababang pagkarga. Kaya, ang mga fuel cell na sasakyan ay maaaring (at napatunayan na) na mas mahusay sa gasolina kaysa sa mga maginoo na sasakyan sa totoong buhay na mga kondisyon sa pagmamaneho.

Ang fuel cell ay bumubuo ng DC electrical current na maaaring magamit upang magmaneho ng electric motor, lighting fixtures, at iba pang electrical system sa isang sasakyan.

Mayroong ilang mga uri ng mga fuel cell, na naiiba sa mga kemikal na proseso na ginamit. Ang mga fuel cell ay karaniwang inuuri ayon sa uri ng electrolyte na ginagamit nila.

Ang ilang uri ng mga fuel cell ay nangangako na gamitin sa mga power plant, habang ang iba ay para sa mga portable na device o para sa pagmamaneho ng mga sasakyan.

1. Alkaline fuel cells (AFC)

Alkaline fuel cell- Ito ay isa sa pinakaunang binuo na mga elemento. Ang mga alkaline fuel cell (AFC) ay isa sa mga pinaka pinag-aralan na teknolohiya na ginamit mula noong kalagitnaan ng 1960s ng NASA sa mga programang Apollo at Space Shuttle. Sa board na ito ng spacecraft, ang mga fuel cell ay gumagawa ng kuryente at inuming tubig.

Ang mga alkaline fuel cell ay isa sa mga pinaka mahusay na elemento na ginagamit upang makabuo ng kuryente, na may power generation efficiency na umaabot ng hanggang 70%.

Gumagamit ang mga alkaline fuel cell ng electrolyte, ibig sabihin, isang may tubig na solusyon ng potassium hydroxide, na nakapaloob sa isang porous, stabilized na matrix. Ang konsentrasyon ng potassium hydroxide ay maaaring mag-iba depende sa operating temperature ng fuel cell, na umaabot mula 65°C hanggang 220°C. Ang charge carrier sa SFC ay isang hydroxide ion (OH-) na lumilipat mula sa cathode patungo sa anode, kung saan ito ay tumutugon sa hydrogen upang makabuo ng tubig at mga electron. Ang tubig na ginawa sa anode ay gumagalaw pabalik sa katod, muling bumubuo ng mga hydroxide ions doon. Bilang resulta ng seryeng ito ng mga reaksyon na nagaganap sa fuel cell, ang kuryente ay nagagawa at, bilang isang by-product, init:

Anode reaksyon: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

Reaksyon sa katod: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

Pangkalahatang reaksyon ng system: 2H2 + O2 => 2H2O

Ang bentahe ng mga SFC ay ang mga fuel cell na ito ang pinakamurang paggawa, dahil ang katalista na kailangan sa mga electrodes ay maaaring alinman sa mga sangkap na mas mura kaysa sa mga ginagamit bilang mga catalyst para sa iba pang mga fuel cell. Bilang karagdagan, ang mga SFC ay gumagana sa medyo mababang temperatura at kabilang sa mga pinaka-epektibo.

Ang isa sa mga katangian ng SFC ay ang mataas na sensitivity nito sa CO2, na maaaring nasa gasolina o hangin. Ang CO2 ay tumutugon sa electrolyte, mabilis itong nilalason, at lubos na binabawasan ang kahusayan ng fuel cell. Samakatuwid, ang paggamit ng mga SFC ay limitado sa mga saradong espasyo tulad ng kalawakan at mga sasakyan sa ilalim ng dagat, ang mga ito ay tumatakbo sa purong hydrogen at oxygen.

2. Carbonate melt fuel cells (MCFC)

Mga fuel cell na may molten carbonate electrolyte ay mga high temperature fuel cell. Ang mataas na operating temperature ay nagbibigay-daan sa direktang paggamit ng natural na gas na walang fuel processor at mababang calorific value na fuel gas mula sa mga process fuel at iba pang pinagmumulan. Ang prosesong ito ay binuo noong kalagitnaan ng 1960s. Mula noon, ang teknolohiya ng pagmamanupaktura, pagganap at pagiging maaasahan ay napabuti.

Ang operasyon ng RCFC ay iba sa ibang mga fuel cell. Gumagamit ang mga cell na ito ng electrolyte mula sa pinaghalong mga molten carbonate salt. Sa kasalukuyan, dalawang uri ng mixtures ang ginagamit: lithium carbonate at potassium carbonate o lithium carbonate at sodium carbonate. Upang matunaw ang mga carbonate salt at makamit ang mataas na antas ng mobility ng mga ions sa electrolyte, ang mga fuel cell na may molten carbonate electrolyte ay gumagana sa mataas na temperatura (650°C). Ang kahusayan ay nag-iiba sa pagitan ng 60-80%.

Kapag pinainit sa temperatura na 650°C, ang mga asin ay nagiging conductor para sa mga carbonate ions (CO32-). Ang mga ion na ito ay naglalakbay mula sa cathode patungo sa anode kung saan sila ay pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng tubig, carbon dioxide at mga libreng electron. Ang mga electron na ito ay ipinapadala sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit pabalik sa katod, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at init bilang isang by-product.

Anode reaksyon: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

Reaksyon sa katod: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

Pangkalahatang reaksyon ng elemento: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(cathode) => H2O(g) + CO2(anode)

Ang mataas na operating temperatura ng molten carbonate electrolyte fuel cells ay may ilang mga pakinabang. Ang kalamangan ay ang kakayahang gumamit ng mga karaniwang materyales (stainless steel sheet at nickel catalyst sa mga electrodes). Ang basurang init ay maaaring gamitin upang makagawa ng mataas na presyon ng singaw. Ang mataas na temperatura ng reaksyon sa electrolyte ay mayroon ding mga pakinabang. Ang paggamit ng mataas na temperatura ay tumatagal ng mahabang panahon upang maabot ang pinakamainam na mga kondisyon ng operating, at ang sistema ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa pagkonsumo ng enerhiya. Ang mga katangiang ito ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga fuel cell system na may molten carbonate electrolyte sa pare-parehong kondisyon ng kuryente. Ang mataas na temperatura ay pumipigil sa pagkasira ng fuel cell ng carbon monoxide, "pagkalason", atbp.

Ang mga molten carbonate fuel cell ay angkop para sa paggamit sa malalaking nakatigil na pag-install. Ang mga thermal power plant na may output na electric power na 2.8 MW ay ginagawa sa industriya. Ang mga halaman na may output power na hanggang 100 MW ay ginagawa.

3. Mga fuel cell batay sa phosphoric acid (PFC)

Mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid naging unang fuel cell para sa komersyal na paggamit. Ang prosesong ito ay binuo noong kalagitnaan ng 60s ng XX century, ang mga pagsubok ay isinagawa mula noong 70s ng XX century. Bilang resulta, ang katatagan at pagganap ay nadagdagan at ang gastos ay nabawasan.

Ang mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay gumagamit ng electrolyte batay sa orthophosphoric acid (H3PO4) na may konsentrasyon na hanggang 100%. Ang ionic conductivity ng phosphoric acid ay mababa sa mababang temperatura, kaya ang mga fuel cell na ito ay ginagamit sa mga temperatura hanggang 150-220°C.

Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay hydrogen (H+, proton). Ang isang katulad na proseso ay nangyayari sa proton exchange membrane fuel cells (MEFCs), kung saan ang hydrogen na ibinibigay sa anode ay nahahati sa mga proton at electron. Ang mga proton ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa oxygen mula sa hangin sa cathode upang bumuo ng tubig. Ang mga electron ay nakadirekta sa isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Nasa ibaba ang mga reaksyong nagdudulot ng kuryente at init.

Anode reaksyon: 2H2 => 4H+ + 4e

Reaksyon sa cathode: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H2 + O2 => 2H2O

Ang kahusayan ng mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid ay higit sa 40% kapag bumubuo ng elektrikal na enerhiya. Sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente, ang kabuuang kahusayan ay halos 85%. Bilang karagdagan, dahil sa mga temperatura ng pagpapatakbo, ang basurang init ay maaaring gamitin upang magpainit ng tubig at makabuo ng singaw sa presyon ng atmospera.

Ang mataas na pagganap ng mga thermal power plant sa mga fuel cell batay sa phosphoric (orthophosphoric) acid sa pinagsamang produksyon ng init at kuryente ay isa sa mga pakinabang ng ganitong uri ng mga fuel cell. Ang mga halaman ay gumagamit ng carbon monoxide sa isang konsentrasyon na humigit-kumulang 1.5%, na lubos na nagpapalawak ng pagpili ng gasolina. Ang simpleng konstruksyon, mababang pagkasumpungin ng electrolyte, at pagtaas ng katatagan ay mga pakinabang din ng naturang mga fuel cell.

Ang mga thermal power plant na may output na electric power na hanggang 400 kW ay ginagawa sa industriya. Ang mga pag-install na may kapasidad na 11 MW ay nakapasa sa mga kaugnay na pagsubok. Ang mga halaman na may output power na hanggang 100 MW ay ginagawa.

4. Mga fuel cell na may proton exchange membrane (MOFEC)

Mga fuel cell na may lamad ng pagpapalitan ng proton ay itinuturing na ang pinakamahusay na uri ng mga fuel cell para sa pagbuo ng kapangyarihan ng sasakyan, na maaaring palitan ang gasolina at diesel internal combustion engine. Ang mga fuel cell na ito ay unang ginamit ng NASA para sa Gemini program. Ang mga pag-install sa MOPFC na may kapangyarihan mula 1 W hanggang 2 kW ay binuo at ipinapakita.

Ang electrolyte sa mga fuel cell na ito ay isang solidong polymer membrane (manipis na plastic film). Kapag pinapagbinhi ng tubig, ang polimer na ito ay pumasa sa mga proton, ngunit hindi nagsasagawa ng mga electron.

Ang gasolina ay hydrogen, at ang charge carrier ay isang hydrogen ion (proton). Sa anode, ang molekula ng hydrogen ay pinaghihiwalay sa isang hydrogen ion (proton) at mga electron. Ang mga hydrogen ions ay dumadaan sa electrolyte patungo sa katod, habang ang mga electron ay gumagalaw sa paligid ng panlabas na bilog at gumagawa ng elektrikal na enerhiya. Ang oxygen, na kinukuha mula sa hangin, ay pinapakain sa katod at pinagsasama sa mga electron at hydrogen ions upang bumuo ng tubig. Ang mga sumusunod na reaksyon ay nangyayari sa mga electrodes: Anode reaction: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4eCathode reaction: O2 + 2H2O + 4e- => 4OHKabuuang reaksyon ng cell: 2H2 + O2 => 2H2O Kung ikukumpara sa iba pang uri ng fuel cell, fuel cells na may lamad ng pagpapalitan ng proton ay gumagawa ng mas maraming enerhiya para sa isang naibigay na dami o bigat ng fuel cell. Ang tampok na ito ay nagbibigay-daan sa kanila na maging compact at magaan. Bilang karagdagan, ang temperatura ng pagpapatakbo ay mas mababa sa 100°C, na nagbibigay-daan sa iyo upang mabilis na simulan ang operasyon. Ang mga katangiang ito, pati na rin ang kakayahang mabilis na baguhin ang output ng enerhiya, ay ilan lamang na gumagawa ng mga fuel cell na ito bilang pangunahing kandidato para gamitin sa mga sasakyan.

Ang isa pang kalamangan ay ang electrolyte ay isang solid sa halip na isang likido. Mas madaling panatilihin ang mga gas sa cathode at anode na may solid electrolyte, kaya ang mga fuel cell ay mas mura sa paggawa. Kapag gumagamit ng isang solid electrolyte, walang mga paghihirap tulad ng oryentasyon, at mas kaunting mga problema dahil sa paglitaw ng kaagnasan, na nagpapataas ng tibay ng cell at mga bahagi nito.

5. Solid oxide fuel cells (SOFC)

Solid oxide fuel cells ay ang mga fuel cell na may pinakamataas na operating temperature. Ang operating temperatura ay maaaring mag-iba mula 600°C hanggang 1000°C, na nagpapahintulot sa paggamit ng iba't ibang uri ng gasolina nang walang espesyal na pre-treatment. Upang mahawakan ang mga mataas na temperatura na ito, ang electrolyte na ginamit ay isang manipis na ceramic-based na solid metal oxide, kadalasang isang haluang metal ng yttrium at zirconium, na isang conductor ng oxygen (O2-) ions. Ang teknolohiya ng paggamit ng solid oxide fuel cells ay umuunlad mula noong huling bahagi ng 1950s at may dalawang configuration: planar at tubular.

Ang solid electrolyte ay nagbibigay ng hermetic gas transition mula sa isang electrode patungo sa isa pa, habang ang mga likidong electrolyte ay matatagpuan sa isang porous na substrate. Ang carrier ng singil sa mga fuel cell ng ganitong uri ay ang oxygen ion (О2-). Sa cathode, ang mga molekula ng oxygen ay pinaghihiwalay mula sa hangin sa isang oxygen ion at apat na electron. Ang mga oxygen ions ay dumadaan sa electrolyte at pinagsama sa hydrogen upang bumuo ng apat na libreng electron. Ang mga electron ay nakadirekta sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, na bumubuo ng de-koryenteng kasalukuyang at basurang init.

Anode reaksyon: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Reaksyon sa katod: O2 + 4e- => 2O2-

Pangkalahatang reaksyon ng elemento: 2H2 + O2 => 2H2O

Ang kahusayan ng produksyon ng kuryente ay ang pinakamataas sa lahat ng mga fuel cell - mga 60%. Bilang karagdagan, ang mataas na temperatura sa pagpapatakbo ay nagbibigay-daan para sa pinagsamang init at pagbuo ng kuryente upang makabuo ng mataas na presyon ng singaw. Ang pagsasama-sama ng high-temperature fuel cell na may turbine ay lumilikha ng hybrid fuel cell upang mapataas ang kahusayan ng pagbuo ng kuryente ng hanggang 70%.

Ang mga solid oxide fuel cell ay gumagana sa napakataas na temperatura (600°C-1000°C), na nagreresulta sa isang makabuluhang oras upang maabot ang pinakamabuting kalagayan ng operating, at ang system ay mas mabagal na tumugon sa mga pagbabago sa paggamit ng kuryente. Sa ganoong mataas na operating temperatura, walang converter ang kinakailangan upang mabawi ang hydrogen mula sa gasolina, na nagpapahintulot sa thermal power plant na gumana nang may medyo hindi malinis na mga gasolina mula sa coal gasification o mga basurang gas, at mga katulad nito. Gayundin, ang fuel cell na ito ay mahusay para sa mga high power na application, kabilang ang pang-industriya at malalaking central power plant. Mga module na ginawa sa industriya na may output na electrical power na 100 kW.

6. Mga fuel cell na may direktang methanol oxidation (DOMTE)

Mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay matagumpay na ginagamit sa larangan ng pagpapagana ng mga mobile phone, laptop, gayundin sa paglikha ng mga portable na pinagmumulan ng kuryente, na siyang nilalayon sa hinaharap na paggamit ng mga naturang elemento.

Ang disenyo ng mga fuel cell na may direktang oksihenasyon ng methanol ay katulad ng disenyo ng mga fuel cell na may proton exchange membrane (MOFEC), i.e. ang isang polimer ay ginagamit bilang isang electrolyte, at ang isang hydrogen ion (proton) ay ginagamit bilang isang carrier ng singil. Ngunit ang likidong methanol (CH3OH) ay na-oxidized sa pagkakaroon ng tubig sa anode, na naglalabas ng CO2, mga hydrogen ions at mga electron, na ipinapadala sa pamamagitan ng isang panlabas na de-koryenteng circuit, at isang electric current ay nabuo. Ang mga hydrogen ions ay dumadaan sa electrolyte at tumutugon sa oxygen mula sa hangin at mga electron mula sa panlabas na circuit upang bumuo ng tubig sa anode.

Anode reaction: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6eCathode reaction: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O Total element reaction: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O 1990s at tumaas ang kanilang partikular na kapangyarihan at kahusayan hanggang 40%.

Ang mga elementong ito ay nasubok sa hanay ng temperatura na 50-120°C. Dahil sa mababang temperatura ng pagpapatakbo at hindi na kailangan ng converter, ang mga fuel cell na ito ay ang pinakamahusay na kandidato para sa mga aplikasyon sa mga mobile phone at iba pang mga produkto ng consumer, gayundin sa mga makina ng kotse. Ang kanilang kalamangan ay maliit din na sukat.

7. Polymer electrolyte fuel cells (PETE)

Sa kaso ng polymer electrolyte fuel cells, ang polymer membrane ay binubuo ng mga polymer fibers na may mga rehiyon ng tubig kung saan mayroong conduction ng water ions H2O+ (proton, red) ay nakakabit sa molekula ng tubig. Ang mga molekula ng tubig ay nagpapakita ng problema dahil sa mabagal na pagpapalitan ng ion. Samakatuwid, ang isang mataas na konsentrasyon ng tubig ay kinakailangan kapwa sa gasolina at sa mga tambutso na electrodes, na naglilimita sa operating temperatura sa 100°C.

8. Solid acid fuel cells (SCFC)

Sa solid acid fuel cells, ang electrolyte (CsHSO4) ay hindi naglalaman ng tubig. Ang operating temperatura samakatuwid ay 100-300°C. Ang pag-ikot ng SO42-oxyanion ay nagpapahintulot sa mga proton (pula) na lumipat tulad ng ipinapakita sa figure. Karaniwan, ang solid acid fuel cell ay isang sandwich kung saan ang isang napakanipis na layer ng solid acid compound ay inilalagay sa pagitan ng dalawang mahigpit na naka-compress na mga electrodes upang matiyak ang magandang contact. Kapag pinainit, ang organikong bahagi ay sumingaw, na umaalis sa mga pores sa mga electrodes, na pinapanatili ang kakayahan ng maraming mga contact sa pagitan ng gasolina (o oxygen sa kabilang dulo ng cell), electrolyte at electrodes.

9. Paghahambing ng pinakamahalagang katangian ng mga fuel cell

Mga Katangian ng Fuel Cell

Uri ng fuel cell	Temperatura ng pagtatrabaho	Kahusayan sa Pagbuo ng Power	Uri ng panggatong	Saklaw
				Katamtaman at malalaking pag-install
			purong hydrogen	mga pag-install
			purong hydrogen	Maliit na mga pag-install
			Karamihan sa mga hydrocarbon fuel	Maliit, katamtaman at malalaking pag-install
				Portable mga pag-install
			purong hydrogen	Space ginalugad
			purong hydrogen	Maliit na mga pag-install

10. Paggamit ng mga fuel cell sa mga sasakyan

Ekolohiya ng kaalaman. Agham at teknolohiya: Ang mga mobile electronics ay umuunlad bawat taon, nagiging mas laganap at mas madaling ma-access: Mga PDA, laptop, mobile at digital na device, mga frame ng larawan, atbp. Lahat ng mga ito ay patuloy na pinupunan

DIY fuel cell sa bahay

Ang mobile electronics ay umuunlad bawat taon, nagiging mas malawak at mas madaling ma-access: PDA, laptop, mobile at digital na device, photo frame, atbp. Lahat ng mga ito ay patuloy na ina-update gamit ang mga bagong feature, mas malalaking monitor, wireless na komunikasyon, mas malakas na processor, habang bumababa sa laki.. Ang mga teknolohiya ng kapangyarihan, hindi tulad ng teknolohiya ng semiconductor, ay hindi dumadaan sa mga lukso at hangganan.

Ang mga magagamit na baterya at nagtitipon upang palakasin ang mga tagumpay ng industriya ay nagiging hindi sapat, kaya ang isyu ng mga alternatibong mapagkukunan ay napakatindi. Ang mga fuel cell ay sa ngayon ang pinaka-promising na direksyon. Ang prinsipyo ng kanilang operasyon ay natuklasan noong 1839 ni William Grove, na nakabuo ng kuryente sa pamamagitan ng pagpapalit ng electrolysis ng tubig.

Ano ang mga fuel cell?

Video: Dokumentaryo, Mga Fuel Cell para sa Transportasyon: Nakaraan, Kasalukuyan, Hinaharap

Ang mga fuel cell ay interesado sa mga tagagawa ng kotse, at ang mga tagalikha ng spacecraft ay interesado din sa kanila. Noong 1965, sinubok pa sila ng Amerika sa Gemini 5 na inilunsad sa kalawakan, at kalaunan sa Apollo. Milyun-milyong dolyar ang namumuhunan sa pagsasaliksik ng fuel cell kahit ngayon, kapag may mga problemang nauugnay sa polusyon sa kapaligiran, pagtaas ng mga greenhouse gas emissions mula sa pagkasunog ng mga fossil fuel, na ang mga reserba ay hindi rin walang katapusang.

Ang fuel cell, madalas na tinutukoy bilang isang electrochemical generator, ay gumagana sa paraang inilarawan sa ibaba.

Ang pagiging, tulad ng mga nagtitipon at baterya, isang galvanic cell, ngunit may pagkakaiba na ang mga aktibong sangkap ay nakaimbak dito nang hiwalay. Dumating sila sa mga electrodes habang ginagamit ang mga ito. Ang natural na gasolina o anumang sangkap na nakuha mula dito ay nasusunog sa negatibong elektrod, na maaaring gas (halimbawa, hydrogen at carbon monoxide) o likido, tulad ng mga alkohol. Sa positibong elektrod, bilang panuntunan, tumutugon ang oxygen.

Ngunit ang isang simpleng prinsipyo ng pagkilos ay hindi madaling isalin sa katotohanan.

DIY fuel cell

Sa kasamaang palad, wala kaming mga larawan kung ano ang magiging hitsura ng elementong panggatong na ito, inaasahan namin ang iyong imahinasyon.

Ang isang low-power fuel cell gamit ang iyong sariling mga kamay ay maaaring gawin kahit sa isang laboratoryo ng paaralan. Kinakailangan na mag-stock sa isang lumang gas mask, ilang piraso ng plexiglass, alkali at isang may tubig na solusyon ng ethyl alcohol (mas simple, vodka), na magsisilbing "gasolina" para sa fuel cell.

Una sa lahat, kailangan mo ng isang pabahay para sa fuel cell, na pinakamahusay na ginawa mula sa plexiglass, hindi bababa sa limang milimetro ang kapal. Ang mga panloob na partisyon (limang kompartamento sa loob) ay maaaring gawing mas payat ng kaunti - 3 cm Para sa gluing plexiglass, ginagamit ang pandikit ng sumusunod na komposisyon: anim na gramo ng plexiglass chips ay natunaw sa isang daang gramo ng chloroform o dichloroethane (gumagana sila sa ilalim ng hood ).

Sa panlabas na dingding, kinakailangan na ngayong mag-drill ng isang butas kung saan kailangan mong magpasok ng isang drain glass tube na may diameter na 5-6 sentimetro sa pamamagitan ng isang goma stopper.

Alam ng lahat na sa periodic table sa ibabang kaliwang sulok mayroong mga pinaka-aktibong metal, at ang mga high-activity na metalloid ay nasa talahanayan sa kanang itaas na sulok, i.e. ang kakayahang mag-abuloy ng mga electron ay tumataas mula sa itaas hanggang sa ibaba at mula sa kanan papuntang kaliwa. Ang mga elemento na maaaring, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ay nagpapakita ng kanilang mga sarili bilang mga metal o metalloid ay nasa gitna ng talahanayan.

Ngayon, sa ikalawa at ikaapat na kompartamento, ibinubuhos namin ang activated carbon mula sa gas mask (sa pagitan ng unang partisyon at pangalawa, pati na rin ang ikatlo at ikaapat), na magsisilbing mga electrodes. Upang ang karbon ay hindi tumagas sa mga butas, maaari itong ilagay sa isang naylon na tela (ang naylon na medyas ng kababaihan ay magagawa).

Ang gasolina ay magpapalipat-lipat sa unang silid, sa ikalimang dapat mayroong isang tagapagtustos ng oxygen - hangin. Magkakaroon ng electrolyte sa pagitan ng mga electrodes, at upang maiwasan itong tumagas sa silid ng hangin, kinakailangan na ibabad ito ng isang solusyon ng paraffin sa gasolina (ang ratio ng 2 gramo ng paraffin sa kalahati ng isang baso ng gasolina) bago punan ang ikaapat na silid ng karbon para sa air electrolyte. Sa isang layer ng karbon kailangan mong ilagay (bahagyang pagpindot) mga plato ng tanso, kung saan ang mga wire ay soldered. Sa pamamagitan ng mga ito, ang kasalukuyang ay ililihis mula sa mga electrodes.

Ito ay nananatiling lamang upang singilin ang elemento. Para dito, kinakailangan ang vodka, na dapat na lasaw ng tubig sa 1: 1. Pagkatapos ay maingat na magdagdag ng tatlong daan hanggang tatlong daan at limampung gramo ng caustic potassium. Para sa electrolyte, 70 gramo ng caustic potassium ay natunaw sa 200 gramo ng tubig.

Ang fuel cell ay handa na para sa pagsubok. Ngayon ay kailangan mong sabay na ibuhos ang gasolina sa unang silid, at electrolyte sa pangatlo. Ang isang voltmeter na nakakabit sa mga electrodes ay dapat magpakita mula 07 volts hanggang 0.9. Upang matiyak ang tuluy-tuloy na operasyon ng elemento, kinakailangan upang maubos ang ginugol na gasolina (alisan ng tubig sa isang baso) at magdagdag ng bagong gasolina (sa pamamagitan ng isang tubo ng goma). Ang rate ng feed ay kinokontrol sa pamamagitan ng pagpiga sa tubo. Ganito ang hitsura ng pagpapatakbo ng isang fuel cell sa mga kondisyon ng laboratoryo, ang kapangyarihan nito ay maliwanag na maliit.

Upang gawing mas malaki ang kapangyarihan, ang mga siyentipiko ay nagtatrabaho sa problemang ito sa loob ng mahabang panahon. Ang mga cell ng gasolina ng methanol at ethanol ay matatagpuan sa aktibong pagbuo ng bakal. Ngunit, sa kasamaang-palad, sa ngayon ay walang paraan upang maisagawa ang mga ito.

Bakit pinili ang fuel cell bilang alternatibong pinagmumulan ng kuryente

Ang fuel cell ay pinili bilang alternatibong pinagmumulan ng kuryente, dahil ang huling produkto ng pagkasunog ng hydrogen dito ay tubig. Ang problema ay sa paghahanap lamang ng mura at mahusay na paraan upang makagawa ng hydrogen. Ang napakalaking pondo na namuhunan sa pagbuo ng mga generator ng hydrogen at mga fuel cell ay hindi maaaring mabigong magbunga, kaya ang isang teknolohikal na tagumpay at ang kanilang tunay na paggamit sa pang-araw-araw na buhay ay sandali lamang.

Ngayon, ang mga halimaw ng industriya ng automotive: General Motors, Honda, Dreimler Coisler, Ballard, ay nagpapakita ng mga bus at kotse na tumatakbo sa mga fuel cell na may lakas na hanggang 50 kW. Ngunit, ang mga problema na nauugnay sa kanilang kaligtasan, pagiging maaasahan, gastos - ay hindi pa nalutas. Tulad ng nabanggit na, hindi tulad ng tradisyonal na mga mapagkukunan ng kuryente - mga baterya at baterya, sa kasong ito, ang oxidizer at gasolina ay ibinibigay mula sa labas, at ang fuel cell ay isang tagapamagitan lamang sa patuloy na reaksyon upang sunugin ang gasolina at i-convert ang inilabas na enerhiya sa kuryente . Ang "pagsunog" ay nangyayari lamang kung ang elemento ay nagbibigay ng kasalukuyang sa pagkarga, tulad ng isang diesel electric generator, ngunit walang generator at diesel, at walang ingay, usok at sobrang init. Kasabay nito, ang kahusayan ay mas mataas, dahil walang mga intermediate na mekanismo.

Malaki ang pag-asa sa paggamit ng mga nanotechnologies at nanomaterial, na makakatulong sa pagpapaliit ng mga fuel cell, habang pinapataas ang kanilang kapangyarihan. May mga ulat na ang mga ultra-efficient catalyst ay nilikha, pati na rin ang mga disenyo ng fuel cell na walang mga lamad. Sa kanila, kasama ang oxidizer, ang gasolina (methane, halimbawa) ay ibinibigay sa elemento. Ang mga solusyon ay kawili-wili, kung saan ang oxygen na natunaw sa tubig ay ginagamit bilang isang oxidizing agent, at ang mga organikong dumi na naipon sa maruming tubig ay ginagamit bilang panggatong. Ito ang mga tinatawag na biofuel cells.

Ang mga fuel cell, ayon sa mga eksperto, ay maaaring pumasok sa mass market sa mga darating na taon. inilathala

Samahan kami sa

Ang mga may-ari ng patent RU 2379795:

Ang imbensyon ay nauugnay sa direktang kumikilos na mga cell ng gasolina ng alkohol gamit ang mga solid acid electrolytes at mga internal na reforming catalyst. Ang teknikal na resulta ng imbensyon ay nadagdagan ang tiyak na kapangyarihan at boltahe ng elemento. Ayon sa imbensyon, ang fuel cell ay may kasamang anode, isang cathode, isang solid acid electrolyte, isang gas diffusion layer at isang internal reforming catalyst. Ang internal reforming catalyst ay maaaring binubuo ng anumang angkop na reformer at katabi ng anode. Sa pagsasaayos na ito, ang init na nabuo sa mga exothermic na reaksyon sa catalyst sa fuel cell at ang ohmic heating ng fuel cell electrolyte ay ang puwersang nagtutulak para sa endothermic fuel reforming reaction upang i-convert ang alcohol fuel sa hydrogen. Posibleng gumamit ng anumang panggatong ng alkohol, tulad ng methanol o ethanol. 5 n. at 20 z.p. f-ly, 4 na may sakit.

Teknikal na larangan

Ang imbensyon ay nauugnay sa direktang kumikilos na mga cell ng gasolina ng alkohol gamit ang mga solid acid electrolytes.

Katayuan ng sining

Ang mga alkohol ay kamakailan lamang ay sumailalim sa matinding pagsisiyasat bilang mga potensyal na panggatong. Ang mga alkohol tulad ng methanol at ethanol ay partikular na kanais-nais bilang mga panggatong dahil mayroon silang mga tiyak na enerhiya na lima hanggang pitong beses kaysa sa karaniwang naka-compress na hydrogen. Halimbawa, ang isang litro ng methanol ay masiglang katumbas ng 5.2 litro ng hydrogen na naka-compress sa 320 atm. Bilang karagdagan, ang isang litro ng ethanol ay masiglang katumbas ng 7.2 litro ng hydrogen na naka-compress sa 350 atm. Ang mga naturang alkohol ay kanais-nais din dahil ang mga ito ay madaling hawakan, iimbak at dalhin.

Ang methanol at ethanol ay naging paksa ng maraming pananaliksik sa mga tuntunin ng mga panggatong ng alkohol. Ang ethanol ay maaaring makuha mula sa pagbuburo ng mga halaman na naglalaman ng asukal at almirol. Ang methanol ay maaaring makuha mula sa gasification ng kahoy o basurang kahoy/cereal (straw). Gayunpaman, ang synthesis ng methanol ay mas mahusay. Ang mga alkohol na ito, bukod sa iba pang mga bagay, ay mga nababagong mapagkukunan at samakatuwid sila ay inaasahang gumaganap ng isang mahalagang papel sa parehong pagbabawas ng mga greenhouse gas emissions at pagbabawas ng pag-asa sa mga fossil fuel.

Ang mga fuel cell ay iminungkahi bilang mga aparato na nagko-convert ng kemikal na enerhiya ng naturang mga alkohol sa elektrikal na enerhiya. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang direktang kumikilos na mga cell ng gasolina ng alkohol na may mga lamad ng polymer electrolyte ay sumailalim sa masinsinang pananaliksik. Sa partikular, ang mga direktang methanol fuel cell at direktang ethanol fuel cell ay pinag-aralan. Gayunpaman, ang pananaliksik sa mga direktang ethanol fuel cell ay limitado dahil sa relatibong kahirapan ng oxidizing ethanol kumpara sa oxidizing methanol.

Sa kabila ng malawak na pagsusumikap sa pananaliksik na ito, nananatiling hindi kasiya-siya ang pagganap ng mga direktang fuel cell ng alkohol, pangunahin dahil sa mga kinetic na limitasyon na ipinataw ng mga electrode catalyst. Halimbawa, ang mga karaniwang direct-acting na methanol fuel cell ay may power density na humigit-kumulang 50 mW/cm 2 . Nakuha ang mas mataas na partikular na antas ng kapangyarihan, halimbawa 335 mW/cm 2 , ngunit sa ilalim lamang ng napakahirap na kondisyon (Nafion®, 130°C, oxygen 5 atm at methanol 1 M para sa daloy ng rate na 2 cc/min sa presyon na 1.8 atm). Katulad nito, ang direktang ethanol fuel cell ay may power density na 110 mW/cm 2 sa ilalim ng katulad na lubhang malupit na mga kondisyon (Nafion® silica, 140° C., anode 4 atm, oxygen 5.5 atm). Alinsunod dito, mayroong pangangailangan para sa direktang kumikilos na mga cell ng gasolina ng alkohol na may mataas na densidad ng kapangyarihan sa kawalan ng gayong matinding mga kondisyon.

Maikling buod ng imbensyon

Ang kasalukuyang imbensyon ay nauugnay sa mga cell ng gasolina ng alkohol na naglalaman ng mga solid acid electrolytes at paggamit ng isang panloob na reforming catalyst. Ang fuel cell sa pangkalahatan ay kinabibilangan ng anode, cathode, solid acid electrolyte, at internal reformer. Ang reformer ay nagbibigay para sa pagbabago ng gasolina ng alkohol upang makagawa ng hydrogen. Ang puwersang nagtutulak sa likod ng reforming reaction ay ang init na nabuo sa panahon ng mga exothermic na reaksyon sa fuel cell.

Ang paggamit ng solid acid electrolytes sa fuel cell ay ginagawang posible na ilagay ang reformer nang direkta sa tabi ng anode. Dati itong hindi itinuturing na posible dahil sa mataas na temperatura na kinakailangan para sa epektibong paggana ng mga kilalang reforming material at ang init sensitivity ng tipikal na polymer electrolyte membranes. Gayunpaman, kumpara sa maginoo polymer electrolyte lamad, solid acid electrolytes ay maaaring tumagal ng mas mataas na temperatura, na ginagawang posible upang ilagay ang reformer katabi ng anode at samakatuwid ay malapit sa electrolyte. Sa pagsasaayos na ito, ang basurang init na nabuo ng electrolyte ay sinisipsip ng reformer at nagtutulak ng endothermic reforming reaction.

Maikling paglalarawan ng mga guhit

Ang mga ito at iba pang mga tampok at pakinabang ng kasalukuyang imbensyon ay mas mauunawaan sa pagbabasa ng sumusunod na detalyadong paglalarawan, na kinuha kasabay ng mga kasamang mga guhit, kung saan:

Ang Figure 1 ay isang eskematiko na representasyon ng isang fuel cell ayon sa isang embodiment ng kasalukuyang imbensyon;

Ang Figure 2 ay isang graphical na paghahambing ng mga kurba sa pagitan ng power density at cell voltage para sa mga fuel cell na nakuha ayon sa Mga Halimbawa 1 at 2 at Comparative Halimbawa 1;

Ang Figure 3 ay isang graphical na paghahambing ng mga kurba sa pagitan ng power density at cell voltage para sa mga fuel cell na nakuha ayon sa Mga Halimbawa 3, 4 at 5 at Comparative Example 2; at

Ang Figure 4 ay isang graphical na paghahambing ng mga kurba sa pagitan ng power density at boltahe ng cell para sa mga fuel cell na nakuha alinsunod sa Comparative Examples 2 at 3.

Detalyadong paglalarawan ng imbensyon

Ang kasalukuyang imbensyon ay nauugnay sa direktang mga cell ng gasolina ng alkohol na naglalaman ng mga solid acid electrolytes at paggamit ng isang panloob na reforming catalyst sa pisikal na pakikipag-ugnay sa isang membrane electrode assembly (MEA) na idinisenyo upang baguhin ang gasolina ng alkohol upang makagawa ng hydrogen. Gaya ng nabanggit sa itaas, nananatiling hindi kasiya-siya ang performance ng fuel cell na direktang nagko-convert ng kemikal na enerhiya sa mga alcohol sa electrical power dahil sa mga kinetic na limitasyon na ipinataw ng mga fuel cell electrode catalyst. Gayunpaman, kilalang-kilala na ang mga kinetic limit na ito ay lubhang nababawasan kapag ginamit ang hydrogen fuel. Alinsunod dito, ang kasalukuyang imbensyon ay gumagamit ng reforming catalyst o reformer para sa pagbabago ng alcohol fuel sa hydrogen, sa gayon ay binabawasan o inaalis ang kinetic na limitasyon na nauugnay sa alcohol fuel. Ang mga panggatong ng alkohol ay binago ng singaw ayon sa mga sumusunod na halimbawa ng reaksyon:

Methanol hanggang hydrogen: CH 3 OH+H 2 O→3H 2 +CO 2 ;

Ethanol hanggang hydrogen: C 2 H 5 OH+3H 2 O→6H 2 +2CO 2 .

Gayunpaman, ang reforming reaction ay lubos na endothermic. Samakatuwid, ang reformer ay dapat na pinainit upang makuha ang puwersang nagtutulak para sa repormang reaksyon. Ang halaga ng init na kinakailangan ay karaniwang humigit-kumulang 59 kJ bawat mole ng methanol (katumbas ng pagsunog ng humigit-kumulang 0.25 moles ng hydrogen) at humigit-kumulang 190 kJ bawat mole ng ethanol (katumbas ng pagsunog ng humigit-kumulang 0.78 moles ng hydrogen).

Bilang resulta ng pagpasa ng electric current sa panahon ng pagpapatakbo ng mga fuel cell, ang init ng basura ay nabuo, ang epektibong pag-alis nito ay may problema. Gayunpaman, ang henerasyon ng basurang init na ito ay ginagawang natural na pagpipilian ang paglalagay ng reformer sa tabi ng fuel cell. Ang ganitong pagsasaayos ay ginagawang posible na mag-supply ng hydrogen mula sa reformer patungo sa fuel cell at palamigin ang fuel cell, at pinapayagan ang fuel cell na painitin ang reformer at makabuo ng puwersang nagtutulak para sa mga reaksyon doon. Ang configuration na ito ay ginagamit sa molten carbonate fuel cell at para sa methane reforming reactions sa temperaturang humigit-kumulang 650°C. Gayunpaman, ang mga reaksyon sa pagbabago ng alkohol sa pangkalahatan ay nagpapatuloy sa mga temperatura mula sa humigit-kumulang 200° C. hanggang sa humigit-kumulang 350° C., at wala pang angkop na alcohol reforming fuel cell na nabuo.

Ang kasalukuyang imbensyon ay nauugnay sa naturang fuel cell na gumagamit ng alcohol reforming. Gaya ng inilalarawan sa FIGURE 1, ang fuel cell 10 ayon sa kasalukuyang imbensyon ay karaniwang kinabibilangan ng unang kasalukuyang collector/gas diffusion layer 12, anode 12a, pangalawang kasalukuyang collector/gas diffusion layer 14, cathode 14a, electrolyte 16, at isang internal reforming catalyst 18. Internal reforming catalyst 18 na inilagay sa tabi ng anode 12a. Higit na partikular, ang reforming catalyst 18 ay inilalagay sa pagitan ng unang gas diffusion layer 12 at ng anode 12a. Maaaring gamitin ang anumang kilalang angkop na reforming catalyst 18. Kabilang sa mga di-limitadong halimbawa ng angkop na reforming catalyst ang mga mixture ng Cu-Zn-Al oxides, mixtures ng Cu-Co-Zn-Al oxides, at mixtures ng Cu-Zn-Al-Zr oxides .

Anumang panggatong ng alkohol tulad ng methanol, ethanol at propanol ay maaaring gamitin. Bilang karagdagan, ang dimethyl ether ay maaaring gamitin bilang panggatong.

Sa kasaysayan, ang pagsasaayos na ito ay hindi itinuturing na posible para sa mga cell ng gasolina ng alkohol dahil sa endothermic na katangian ng reforming reaction at ang sensitivity ng electrolyte sa init. Ang mga karaniwang alcohol fuel cell ay gumagamit ng polymer electrolyte membranes na hindi makatiis sa init na kinakailangan upang himukin ang reforming catalyst. Gayunpaman, ang mga electrolyte na ginamit sa mga fuel cell ng kasalukuyang imbensyon ay naglalaman ng mga solid acid electrolyte tulad ng mga inilarawan sa US Pat. na nakabinbing U.S. Patent Application 10/139043, na pinamagatang PROTON CONDUCTING MEMBRANE USING A SOLID ACID, ang buong nilalaman nito ay kasama rin. dito sa pamamagitan ng sanggunian. Isang walang limitasyong halimbawa ng solid acid na angkop para gamitin bilang electrolyte sa kasalukuyang imbensyon ay CsH 2 PO 4 . Ang mga solid acid electrolyte na ginamit sa mga fuel cell ng imbensyon na ito ay maaaring makatiis ng mas mataas na temperatura, na ginagawang posible na ilagay ang reforming catalyst nang direkta sa tabi ng anode. Bilang karagdagan, ang endothermic reforming reaction ay kumakain ng init na nabuo sa mga exothermic na reaksyon sa fuel cell, na bumubuo ng isang thermally balanced system.

Ang mga solid acid na ito ay ginagamit sa kanilang mga superprotonic phase at kumikilos bilang proton conducting membranes sa hanay ng temperatura mula sa humigit-kumulang 100°C hanggang humigit-kumulang 350°C. Ang itaas na dulo ng hanay ng temperatura na ito ay mainam para sa pagbabago ng methanol. Upang makabuo ng sapat na init upang makabuo ng puwersang nagtutulak para sa repormang reaksyon at makapagbigay ng proton conductivity ng solid acidic electrolyte, ang fuel cell ng kasalukuyang imbensyon ay mas mainam na gamitin sa mga temperaturang mula sa humigit-kumulang 100°C hanggang humigit-kumulang 500°C. Gayunpaman, mas pinipiling patakbuhin ang fuel cell sa mga temperaturang mula sa humigit-kumulang 200°C hanggang humigit-kumulang 350°C. Bilang karagdagan sa lubos na pagpapabuti ng pagganap ng mga cell ng gasolina ng alkohol, ang medyo mataas na temperatura ng pagpapatakbo ng mga cell ng gasolina ng alkohol ng imbensyon ay maaaring magbigay-daan sa pagpapalit ng mga mamahaling metal catalyst tulad ng Pt/Ru at Pt sa anode at cathode, ayon sa pagkakabanggit, na may mas kaunting mamahaling materyales ng catalyst.

Ang mga sumusunod na halimbawa at paghahambing na mga halimbawa ay naglalarawan ng higit na mahusay na pagganap ng mga cell ng gasolina ng alkohol ng imbensyon. Gayunpaman, ang mga halimbawang ito ay ipinakita para sa mga layunin ng paglalarawan lamang at hindi dapat isaalang-alang bilang nililimitahan ang imbensyon sa mga halimbawang ito.

Halimbawa 1 Methanol Fuel Cell

13 mg/cm2 Pt/Ru ay ginamit bilang anode electrocatalyst. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Ginamit ang Al bilang internal reforming catalyst. 15 mg/cm2 Pt ang ginamit bilang cathode electrocatalyst. Ang electrolyte na ginamit ay isang CsH 2 PO 4 lamad na may kapal na 160 μm. Ang mga steamed mixture ng methanol at tubig ay ipinakain sa anode space sa rate ng daloy na 100 μl/min. Ang 30% humidified oxygen ay inilapat sa katod sa isang rate ng daloy na 50 cm 3 / min (karaniwang temperatura at presyon). Ang ratio ng methanol:water ay 25:75. Ang temperatura ng elemento ay itinakda na katumbas ng 260°C.

Halimbawa 2 Ethanol Fuel Cell

13 mg/cm2 Pt/Ru ay ginamit bilang anode electrocatalyst. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Ginamit ang Al bilang internal reforming catalyst. 15 mg/cm2 Pt ang ginamit bilang cathode electrocatalyst. Ang electrolyte na ginamit ay isang CsH 2 PO 4 lamad na may kapal na 160 μm. Ang mga steamed mixture ng ethanol at tubig ay ipinasok sa anode space sa rate ng daloy na 100 μl/min. Ang 30% humidified oxygen ay inilapat sa katod sa isang rate ng daloy na 50 cm 3 / min (karaniwang temperatura at presyon). Ang ratio ng ethanol: tubig ay 15:85. Ang temperatura ng elemento ay itinakda na katumbas ng 260°C.

Pahambing na Halimbawa 1 Fuel Cell Gamit ang Purong H 2

13 mg/cm2 Pt/Ru ay ginamit bilang anode electrocatalyst. 15 mg/cm2 Pt ang ginamit bilang cathode electrocatalyst. Ang electrolyte na ginamit ay isang CsH 2 PO 4 lamad na may kapal na 160 μm. Ang 3% humidified hydrogen ay ibinibigay sa anode space sa isang rate ng daloy na 100 µl/min. Ang 30% humidified oxygen ay inilapat sa katod sa isang rate ng daloy na 50 cm 3 / min (karaniwang temperatura at presyon). Ang temperatura ng elemento ay itinakda na katumbas ng 260°C.

Ipinapakita ng Figure 2 ang mga curve sa pagitan ng power density at cell voltage para sa Mga Halimbawa 1 at 2 at Comparative Example 1. Gaya ng ipinapakita, ang methanol fuel cell (Halimbawa 1) ay nakakamit ng peak power density na 69 mW/cm cell na nakakamit ng peak power density na 53 mW /cm 2 at isang hydrogen fuel cell (Comparative Example 1) ay nakakamit ng peak power density na 80

mW / cm 2. Ipinapakita ng mga resultang ito na ang mga fuel cell na nakuha ayon sa Halimbawa 1 at Comparative Example 1 ay halos magkapareho, na nagpapahiwatig na ang methanol fuel cell na mayroong reformer ay nagpapakita ng pagganap na halos kasing ganda ng hydrogen fuel cell, na isang makabuluhang pagpapabuti. Gayunpaman, tulad ng ipinapakita sa mga sumusunod na Halimbawa at Paghahambing na mga Halimbawa, sa pamamagitan ng pagbabawas ng kapal ng electrolyte, ang isang karagdagang pagtaas sa density ng kapangyarihan ay nakakamit.

Ang fuel cell ay ginawa sa pamamagitan ng slurry deposition ng CsH 2 PO 4 papunta sa isang buhaghag na hindi kinakalawang na asero na suporta na nagsilbing parehong gas diffusion layer at kasalukuyang collector. Ang cathode electrocatalyst layer ay unang idineposito sa gas diffusion layer at pagkatapos ay pinindot bago ang electrolyte layer ay ideposito. Pagkatapos noon, ang isang layer ng anode electrocatalyst ay idineposito, na sinusundan ng paglalagay ng pangalawang gas diffusion electrode bilang ang huling layer ng istraktura.

Bilang anode electrode, isang halo ng CsH 2 PO 4 , Pt (50 atomic wt.%) Ru, Pt (40 wt. %) - Ru (20 wt. %) na idineposito sa C (40 wt. %), at naphthalene ay ginamit. Ang ratio ng mga bahagi sa pinaghalong CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naphthalene ay 3:3:1:0.5 (wt.). Ang timpla ay ginamit sa kabuuang halaga na 50 mg. I-download ang Pt at Ru ay 5.6 mg/cm 2 at 2.9 mg/cm 2 ayon sa pagkakabanggit. Ang lugar ng anode electrode ay katumbas ng 1.74 cm 2.

Habang ang cathode electrode ay gumamit ng pinaghalong CsH 2 PO 4 , Pt, Pt (50% wt.), na idineposito sa C (50% wt.), at naphthalene. Ang ratio ng mga bahagi sa isang pinaghalong CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C:naphthalene ay 3:3:1:1 (wt.). Ang timpla ay ginamit sa kabuuang halaga na 50 mg. Ang mga Pt loading ay 7.7 mg/cm 2 . Ang lugar ng katod ay katumbas ng 2.3-2.9 cm 1.

Bilang isang reforming catalyst na ginamit CuO (30% wt.) - ZnO (20% wt.) - Al 2 O 3 ie CuO (31% mol.) - ZnO (16% mol.) - Al 2 O 3 . Ang reforming catalyst ay inihanda ng isang proseso ng co-precipitation gamit ang isang solusyon ng tanso, zinc, at aluminum nitrate (kabuuang konsentrasyon ng metal ay 1 mol/l) at isang may tubig na solusyon ng sodium carbonates (1.1 mol/l). Ang namuo ay hugasan ng deionized na tubig, sinala, at pinatuyo sa hangin sa 120 ° C sa loob ng 12 oras. Ang pinatuyong pulbos sa halagang 1 g ay bahagyang pinindot sa kapal na 3.1 mm at diameter na 15.6 mm, at pagkatapos ay na-calcined sa 350° C. sa loob ng 2 oras.

Ang electrolyte na ginamit ay isang CsH 2 PO 4 lamad na may kapal na 47 μm.

Ang isang methanol-water solution (43% vol. o 37% wt. o 25% mol. o 1.85 M methanol) ay ipinakain sa pamamagitan ng isang glass evaporator (200°C) sa rate ng daloy na 135 μl/min. Ang temperatura ng elemento ay itinakda na katumbas ng 260°C.

Ang fuel cell ay inihanda alinsunod sa halimbawa sa itaas 3, maliban na sa pamamagitan ng evaporator (200°C) sa isang rate ng daloy na 114 μl/min ay hindi pinakain ng pinaghalong methanol-water, ngunit isang halo ng ethanol-water ( 36% vol. o 31% ng masa o 15% mol., o 0.98 M ethanol).

Ang fuel cell ay inihanda alinsunod sa Halimbawa 3 sa itaas, maliban na sa isang flow rate na 100 μl/min, vodka (Absolut Vodka, Sweden) (40% vol. o 34% wt., o 17% mol.) ay ibinigay sa halip na methanol-water. . ethanol).

Pahambing na Halimbawa 2

Ang isang fuel cell ay inihanda alinsunod sa Halimbawa 3 sa itaas, maliban na ang pinatuyong hydrogen sa 100 sccm na binasa ng mainit na tubig (70° C.) ay ginamit sa halip na methanol-water.

Pahambing na Halimbawa 3

Ang isang fuel cell ay inihanda alinsunod sa Halimbawa 3 sa itaas, maliban na walang reforming catalyst ang ginamit at ang temperatura ng cell ay itinakda sa 240°C.

Pahambing na Halimbawa 4

Ang isang fuel cell ay inihanda alinsunod sa Comparative Example 2 maliban na ang cell temperature ay nakatakda sa 240°C.

Ipinapakita ng Figure 3 ang mga curve sa pagitan ng power density at cell voltage para sa Mga Halimbawa 3, 4 at 5 at Comparative Example 2. Gaya ng ipinakita, ang methanol fuel cell (Halimbawa 3) ay nakakamit ng peak power density na 224 mW/cm 2 , na isang makabuluhang pagtaas tiyak na kapangyarihan kumpara sa fuel cell na nakuha alinsunod sa halimbawa 1 at pagkakaroon ng mas makapal na electrolyte. Ang methanol fuel cell na ito ay nagpapakita rin ng isang kapansin-pansing pagpapabuti sa performance kumpara sa methanol fuel cell na hindi gumagamit ng internal reformer, na mas mahusay na ipinapakita sa Figure 4. Ang ethanol fuel cell (Halimbawa 4) ay nagpapakita rin ng tumaas na power density at cell voltage kumpara sa isang ethanol fuel cell. pagkakaroon ng mas makapal na electrolyte membrane (halimbawa 2). Gayunpaman, tulad ng ipinapakita, ang methanol fuel cell (Halimbawa 3) ay gumaganap nang mas mahusay kaysa sa ethanol fuel cell (Halimbawa 4). Para sa isang vodka fuel cell (Halimbawa 5), ​​ang mga tiyak na kapangyarihan ay nakakamit na maihahambing sa isang ethanol fuel cell. Gaya ng ipinapakita sa Figure 3, ang methanol fuel cell (Halimbawa 3) ay nagpapakita ng pagganap na halos kasing ganda ng hydrogen fuel cell (Comparative Example 2).

Ipinapakita ng Figure 4 ang power density versus cell voltage curves para sa Comparative Examples 3 at 4. Gaya ng ipinapakita, ang isang methanol fuel cell na walang reformer (Comparative Example 3) ay nakakakuha ng makabuluhang mas mababang densidad ng power kaysa sa mga nakamit gamit ang hydrogen fuel cell (comparative halimbawa 4). Bilang karagdagan, ipinapakita ng Mga Figure 2, 3 at 4 na kumpara sa isang methanol fuel cell na walang reformer (Comparative Example 3), makabuluhang mas mataas na densidad ng kuryente ang nakakamit para sa methanol fuel cell na may mga reformer (Mga Halimbawa 1 at 3).

Ang naunang paglalarawan ay ipinakita upang ipakilala ang kasalukuyang ginustong mga sagisag ng imbensyon. Dapat na maunawaan ng mga dalubhasa sa nauugnay na sining at teknolohiya kung saan nauugnay ang imbensyon na ito na ang mga pagbabago at pagbabago ay maaaring gawin sa mga inilarawang embodiment nang hindi lumilihis nang malaki sa mga prinsipyo, saklaw at diwa ng imbensyon na ito. Alinsunod dito, ang nabanggit na paglalarawan ay hindi dapat kunin bilang tumutukoy lamang sa mga partikular na embodiment na inilarawan, ngunit sa halip ay dapat na maunawaan na naaayon at nagpapatunay sa mga sumusunod na claim, na naglalaman ng ganap at pinakalayunin na saklaw ng imbensyon.

1. Isang fuel cell kabilang ang: isang anode electrocatalytic layer, isang cathode electrocatalytic layer, isang electrolyte layer na naglalaman ng solid acid, isang gas diffusion layer, at isang internal reforming catalyst na itinapon sa tabi ng anode electrocatalytic layer upang ang panloob na reforming catalyst ay matatagpuan sa pagitan ng anode electrocatalytic layer at ng gas diffusion layer at nasa pisikal na pakikipag-ugnayan sa anode electrocatalytic layer.

2. Ang fuel cell ng claim 1, kung saan ang solid acidic electrolyte ay naglalaman ng CsH 2 PO 4 .

3. Ang fuel cell ng claim 1 kung saan ang reforming catalyst ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng Cu-Zn-Al oxide mixtures, Cu-Co-Zn-Al oxide mixtures, at Cu-Zn-Al-Zr oxide mixtures.

4. Isang paraan ng pagpapatakbo ng fuel cell, kabilang ang:





suplay ng langis; at pagpapatakbo ng fuel cell sa temperatura sa hanay na humigit-kumulang 100°C hanggang humigit-kumulang 500°C.

5. Ang paraan ng paghahabol 4, kung saan ang panggatong ay alkohol.

6. Ang paraan ng paghahabol 4 kung saan ang gasolina ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng methanol, ethanol, propanol at dimethyl ether.

7. Ang paraan ng paghahabol 4 kung saan ang fuel cell ay pinapatakbo sa isang temperatura sa hanay na humigit-kumulang 200°C hanggang humigit-kumulang 350°C.

8. Ang proseso ng paghahabol 4 kung saan ang reforming catalyst ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng Cu-Zn-Al oxide mixtures, Cu-Co-Zn-Al oxide mixtures, at Cu-Zn-Al-Zr oxide mixtures.

9. Ang paraan ng paghahabol 4, kung saan ang electrolyte ay naglalaman ng solid acid.

10. Ang pamamaraan ayon sa claim 9, kung saan ang solid acid ay naglalaman ng CsH 2 PO 4 .

11. Isang paraan ng pagpapatakbo ng fuel cell, kabilang ang:
pagbuo ng isang anode electrocatalytic layer;
pagbuo ng isang cathode electrocatalytic layer;
bumubuo ng isang electrolyte layer na naglalaman ng isang solid acid;
pagbuo ng isang gas diffusion layer at
bumubuo ng panloob na reforming catalyst na katabi ng anode electrocatalytic layer upang ang internal reforming catalyst ay itatapon sa pagitan ng anode electrocatalytic layer at ng gas diffusion layer at nasa pisikal na contact sa anode electrocatalytic layer;
suplay ng langis; at pagpapatakbo ng fuel cell sa temperatura sa hanay na humigit-kumulang 200°C hanggang humigit-kumulang 350°C.

12. Ang paraan ng paghahabol 11 kung saan ang panggatong ay alkohol.

13. Ang paraan ng paghahabol 11 kung saan ang gasolina ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng methanol, ethanol, propanol at dimethyl ether.

14. Ang proseso ng paghahabol 11 kung saan ang reforming catalyst ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng Cu-Zn-Al oxide mixtures, Cu-Co-Zn-Al oxide mixtures, at Cu-Zn-Al-Zr oxide mixtures.

15. Ang paraan ng paghahabol 11 kung saan ang electrolyte ay naglalaman ng solid acid.

16. Ang paraan ng paghahabol 15 kung saan ang solid acid ay naglalaman ng CsH 2 PO 4 .

17. Isang paraan ng pagpapatakbo ng fuel cell, kabilang ang:
pagbuo ng isang anode electrocatalytic layer;
pagbuo ng isang cathode electrocatalytic layer;
bumubuo ng isang electrolyte layer na naglalaman ng isang solid acid;
pagbuo ng isang gas diffusion layer at
bumubuo ng panloob na reforming catalyst na katabi ng anode electrocatalytic layer upang ang internal reforming catalyst ay itatapon sa pagitan ng anode electrocatalytic layer at ng gas diffusion layer at nasa pisikal na contact sa anode electrocatalytic layer;
supply ng gasolina ng alkohol; at pagpapatakbo ng fuel cell sa temperatura sa hanay na humigit-kumulang 100°C hanggang humigit-kumulang 500°C.

18. Ang paraan ng paghahabol 17 kung saan ang gasolina ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng methanol, ethanol, propanol at dimethyl ether.

19. Ang paraan ng paghahabol 17 kung saan ang fuel cell ay pinapatakbo sa isang temperatura sa hanay na humigit-kumulang 200°C hanggang humigit-kumulang 350°C.

20. Ang proseso ng paghahabol 17 kung saan ang reforming catalyst ay pinili mula sa pangkat na binubuo ng Cu-Zn-Al oxide mixtures, Cu-Co-Zn-Al oxide mixtures, at Cu-Zn-Al-Zr oxide mixtures.

21. Ang paraan ng paghahabol 17, kung saan ang solid acidic electrolyte ay naglalaman ng CsH 2 PO 4 .

22. Isang paraan ng pagpapatakbo ng fuel cell, kabilang ang:
pagbuo ng isang anode electrocatalytic layer;
pagbuo ng isang cathode electrocatalytic layer;
bumubuo ng isang electrolyte layer na naglalaman ng isang solid acid;
pagbuo ng isang gas diffusion layer at
bumubuo ng panloob na reforming catalyst na katabi ng anode electrocatalytic layer upang ang internal reforming catalyst ay itatapon sa pagitan ng anode electrocatalytic layer at ng gas diffusion layer at nasa pisikal na contact sa anode electrocatalytic layer;
supply ng gasolina ng alkohol; at pagpapatakbo ng fuel cell sa temperatura sa hanay na humigit-kumulang 200°C hanggang humigit-kumulang 350°C.

Ang imbensyon ay nauugnay sa direktang kumikilos na mga cell ng gasolina ng alkohol gamit ang mga solid acid electrolytes at panloob na reforming catalysts