Ogniwo paliwowe to urządzenie wydajnie generujące ciepło i prąd stały w wyniku działania energii elektrycznej Reakcja chemiczna i wykorzystując paliwo bogate w wodór. Zasada działania jest podobna do baterii. Strukturalnie ogniwo paliwowe jest reprezentowane przez elektrolit. Dlaczego jest niezwykły? W przeciwieństwie do akumulatorów, wodorowe ogniwa paliwowe nie magazynują energii elektrycznej, nie potrzebują prądu do ładowania i nie rozładowują się. Ogniwa wytwarzają energię elektryczną tak długo, jak mają dostęp do powietrza i paliwa.
Różnica między ogniwami paliwowymi a innymi generatorami prądu polega na tym, że nie spalają one paliwa podczas pracy. Dzięki tej właściwości nie potrzebują wirników wysokociśnieniowych, nie emitują głośnego hałasu i wibracji. Energia elektryczna w ogniwach paliwowych jest wytwarzana w wyniku cichej reakcji elektrochemicznej. Energia chemiczna paliwa w takich urządzeniach zamieniana jest bezpośrednio na wodę, ciepło i energię elektryczną.
Ogniwa paliwowe są inne wysoka wydajność i nie wytwarzają dużych ilości gazów cieplarnianych. Produktem działania ogniwa jest niewielka ilość wody w postaci pary i dwutlenek węgla, który nie jest emitowany, jeśli jako paliwo stosowany jest czysty wodór.
W latach 50. i 60. zapotrzebowanie NASA na źródła energii do długotrwałych misji kosmicznych sprowokowało jedno z najbardziej wymagających zadań dla ogniw paliwowych, jakie istniały w tamtym czasie. Ogniwa alkaliczne wykorzystują jako paliwo tlen i wodór, które w wyniku reakcji elektrochemicznej przekształcane są w produkty uboczne przydatne podczas lotów kosmicznych – energię elektryczną, wodę i ciepło.
Ogniwa paliwowe zostały po raz pierwszy odkryte w początek XIX wiek - w 1838 r. W tym samym czasie pojawiły się pierwsze informacje o ich skuteczności.
Prace nad ogniwami paliwowymi wykorzystującymi elektrolity alkaliczne rozpoczęły się pod koniec lat 30. XX wieku. Ogniwa z elektrodami niklowanymi wysokie ciśnienie zostały wynalezione dopiero w 1939 roku. Podczas II wojny światowej opracowano ogniwa paliwowe dla brytyjskich okrętów podwodnych, składające się z ogniw alkalicznych o średnicy około 25 centymetrów.
Zainteresowanie nimi wzrosło w latach 1950-80, charakteryzujących się niedoborem paliwa naftowego. Kraje świata zaczęły zajmować się kwestiami zanieczyszczenia powietrza i środowisko dążenie do opracowania przyjaznej dla środowiska technologii ogniw paliwowych jest obecnie aktywnie rozwijane.
Ciepło i elektryczność są generowane przez ogniwa paliwowe w wyniku reakcji elektrochemicznej zachodzącej przy użyciu katody, anody i elektrolitu.
Katoda i anoda są oddzielone elektrolitem przewodzącym protony. Po dostarczeniu tlenu do katody i wodoru do anody rozpoczyna się reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje ciepło, prąd i woda.
Dysocjuje na katalizatorze anodowym, co prowadzi do utraty przez niego elektronów. Jony wodorowe przedostają się do katody przez elektrolit, podczas gdy elektrony przechodzą przez zewnętrzną sieć elektryczną i wytwarzają prąd stały, który jest używany do zasilania sprzętu. Cząsteczka tlenu na katalizatorze katodowym łączy się z elektronem i napływającym protonem, ostatecznie tworząc wodę, która jest jedynym produktem reakcji.
Wybór określony typ Ogniwo paliwowe zależy od jego zastosowania. Wszystkie ogniwa paliwowe dzielą się na dwie główne kategorie – wysokotemperaturowe i niskotemperaturowe. Te ostatnie wykorzystują czysty wodór jako paliwo. Takie urządzenia z reguły wymagają przetworzenia paliwa pierwotnego na czysty wodór. Proces odbywa się przy użyciu specjalnego sprzętu.
Wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe tego nie potrzebują, ponieważ przetwarzają paliwo w podwyższonych temperaturach, eliminując potrzebę infrastruktury wodorowej.
Zasada działania wodorowych ogniw paliwowych opiera się na zamianie energii chemicznej na energię elektryczną bez nieefektywnych procesów spalania oraz zamianie energii cieplnej na energię mechaniczną.
Wodorowe ogniwa paliwowe to urządzenia elektrochemiczne, które wytwarzają energię elektryczną poprzez wysoce wydajne spalanie „zimnego” paliwa. Istnieje kilka rodzajów takich urządzeń. Za najbardziej obiecującą technologię uważa się ogniwa paliwowe wodorowo-powietrzne wyposażone w membranę do wymiany protonów PEMFC.
Przewodzenie protonów membrana polimerowa przeznaczony do rozdzielenia dwóch elektrod - katody i anody. Każdy z nich jest reprezentowany przez matrycę węglową pokrytą katalizatorem. dysocjuje na katalizatorze anodowym, oddając elektrony. Kationy są prowadzone do katody przez membranę, jednak elektrony są przenoszone do obwodu zewnętrznego, ponieważ membrana nie jest przeznaczona do przenoszenia elektronów.
Cząsteczka tlenu na katalizatorze katodowym łączy się z elektronem z obwód elektryczny i przychodzący proton, ostatecznie tworząc wodę, która jest jedynym produktem reakcji.
Wodorowe ogniwa paliwowe są wykorzystywane do produkcji bloków membranowo-elektrodowych, które pełnią rolę głównych elementów wytwórczych systemu energetycznego.
Wśród nich należy wyróżnić:
Dzięki wysoka wydajność Wodorowe ogniwa paliwowe są stosowane w różne pola:
Szerokie zastosowanie ogniw paliwowych z nadtlenkiem wodoru będzie możliwe dopiero po utworzeniu efektywny sposób otrzymywanie wodoru. Potrzebne są nowe pomysły, aby technologia mogła być aktywnie wykorzystywana, z wielkimi nadziejami związanymi z koncepcją ogniw biopaliwowych i nanotechnologii. Niektóre firmy stosunkowo niedawno wypuściły skuteczne katalizatory na bazie różnych metali, jednocześnie pojawiły się informacje o tworzeniu ogniw paliwowych bez membran, co pozwoliło znacznie obniżyć koszty produkcji i uprościć konstrukcję takich urządzeń. Zalety i właściwości wodorowych ogniw paliwowych nie przewyższają ich głównych wad - wysoki koszt, zwłaszcza w porównaniu z urządzeniami węglowodorowymi. Stworzenie jednej elektrowni wodorowej wymaga minimum 500 tys. dolarów.
Ogniwo paliwowe małej mocy można stworzyć samodzielnie w warunkach zwykłego domowego lub szkolnego laboratorium. Użyte materiały to stara maska przeciwgazowa, kawałki pleksi, wodny roztwór alkoholu etylowego i alkaliów.
Zrób to sam korpus wodorowego ogniwa paliwowego wykonany jest z pleksiglasu o grubości co najmniej pięciu milimetrów. Przegrody między przegrodami mogą być cieńsze - około 3 milimetry. Pleksi sklejone specjalny klej wykonane z wiórów chloroformu lub dichloroetanu i pleksiglasu. Wszystkie prace są wykonywane tylko wtedy, gdy okap jest uruchomiony.
W zewnętrznej ścianie obudowy wywiercony jest otwór o średnicy 5-6 centymetrów, w który wkłada się gumowy korek i szklaną rurkę odpływową. Węgiel aktywny z maski gazowej wsypywany jest do drugiej i czwartej komory obudowy ogniwa paliwowego – posłuży on jako elektroda.
Paliwo będzie krążyć w pierwszej komorze, natomiast piąta wypełniona będzie powietrzem, z którego będzie dostarczany tlen. Elektrolit wlany między elektrody jest impregnowany roztworem parafiny i benzyny, aby nie dostał się do komory powietrznej. Miedziane płytki układa się na warstwie węgla z przylutowanymi do nich przewodami, przez które będzie kierowany prąd.
Zmontowane wodorowe ogniwo paliwowe ładowane jest wódką rozcieńczoną wodą w stosunku 1:1. Do powstałej mieszaniny ostrożnie dodaje się kaustyczny potas: 70 gramów potasu rozpuszcza się w 200 gramach wody.
Przed testowaniem ogniwa paliwowego na wodorze paliwo wlewa się do pierwszej komory, a elektrolit do trzeciej komory. Woltomierz podłączony do elektrod powinien wskazywać od 0,7 do 0,9 wolta. Aby zapewnić ciągłą pracę elementu, wypalone paliwo musi zostać usunięte, a nowe paliwo musi zostać przelane przez gumową rurkę. Poprzez ściskanie rurki kontrolowana jest prędkość podawania paliwa. Takie wodorowe ogniwa paliwowe, montowane w domu, mają niewielką moc.
Od dłuższego czasu chciałem Wam opowiedzieć o innym kierunku firmy Alfaintek. To rozwój, sprzedaż i serwis wodorowych ogniw paliwowych. Chcę od razu wyjaśnić sytuację z tymi ogniwami paliwowymi w Rosji.
Ze względu na dość wysokie koszty i całkowity brak stacji wodorowych do ładowania tych ogniw paliwowych nie oczekuje się ich sprzedaży w Rosji. Niemniej jednak w Europie, a zwłaszcza w Finlandii, te ogniwa paliwowe z roku na rok zyskują na popularności. Jaki jest sekret? Zobaczmy. To urządzenie jest przyjazne dla środowiska, łatwe w obsłudze i wydajne. Przychodzi z pomocą osobie tam, gdzie potrzebuje Energia elektryczna. Możesz zabrać go ze sobą w drogę, na wycieczkę, używać na wsi, w mieszkaniu jako autonomiczne źródło prądu.
Elektryczność w ogniwie paliwowym powstaje w wyniku reakcji chemicznej wodoru z butli z wodorkiem metalu i tlenem z powietrza. Butla nie jest wybuchowa i może być przechowywana w szafie latami, czekając na skrzydłach. Jest to być może jedna z głównych zalet tej technologii przechowywania wodoru. To właśnie magazynowanie wodoru jest jednym z głównych problemów w rozwoju paliwa wodorowego. Unikalne nowe lekkie ogniwa paliwowe, które w bezpieczny, cichy i bezemisyjny sposób przekształcają wodór w konwencjonalną energię elektryczną.
Ten rodzaj energii elektrycznej może być stosowany w miejscach, w których nie ma centralnego prądu lub jako awaryjne źródło zasilania.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych akumulatorów, które podczas ładowania muszą być ładowane i jednocześnie odłączane od odbiorcy energii elektrycznej, ogniwo paliwowe działa jak urządzenie „inteligentne”. Ta technologia zapewnia nieprzerwaną moc przez cały okres użytkowania dzięki unikalnej funkcji utrzymywania mocy przy wymianie zbiornika paliwa, co pozwala użytkownikowi nigdy nie wyłączać odbiornika. W zamkniętej obudowie ogniwa paliwowe mogą być przechowywane przez kilka lat bez utraty wodoru i zmniejszenia ich mocy.
Ogniwo paliwowe jest przeznaczone dla naukowców i badaczy, organów ścigania, ratowników, właścicieli statków i przystani oraz każdego, kto potrzebuje niezawodnego źródła zasilania na wypadek sytuacji awaryjnej. 
Możesz uzyskać napięcie 12 V lub 220 V, a wtedy będziesz miał wystarczająco dużo energii, aby korzystać z telewizora, systemu stereo, lodówki, ekspresu do kawy, czajnika, odkurzacza, wiertarki, kuchenki mikrofalowej i innych urządzeń gospodarstwa domowego.
Ogniwa paliwowe hydroogniwowe mogą być sprzedawane jako pojedyncze jednostki lub jako baterie 2-4 ogniw. Można połączyć dwa lub cztery elementy, aby zwiększyć moc lub zwiększyć prąd. 
CZAS PRACY URZĄDZEŃ DOMOWYCH Z OGNIWAMI PALIWOWYMI
|
Urządzenia elektryczne |
Czas pracy na dzień (min.) |
Cons. moc na dzień (W*h) |
Czas pracy z ogniwami paliwowymi |
|||
|
Czajnik elektryczny |
||||||
|
Ekspres do kawy |
||||||
|
Mikropłytka |
||||||
|
Telewizja |
||||||
|
1 żarówka 60W |
||||||
|
1 żarówka 75W |
||||||
|
3 żarówki 60W |
||||||
|
komputer laptop |
||||||
|
Lodówka |
||||||
|
Lampa energooszczędna |
||||||
* - praca ciągła
Ogniwa paliwowe są w pełni ładowane na specjalnych stacjach wodorowych. Ale co, jeśli podróżujesz daleko od nich i nie ma możliwości doładowania? Specjalnie dla takich przypadków specjaliści Alfaintek opracowali butle do przechowywania wodoru, z którymi ogniwa paliwowe będą pracować znacznie dłużej.
Produkowane są dwa typy cylindrów: NS-MN200 i NS-MN1200.
Zespół HC-MH200 jest nieco większy niż puszka Coca-Coli, mieści 230 litrów wodoru, co odpowiada 40 Ah (12 V) i waży zaledwie 2,5 kg.
Butla z wodorkiem metalu NS-MH1200 mieści 1200 litrów wodoru, co odpowiada 220Ah (12V). Waga butli to 11 kg.
Technika stosowania wodorków metali jest bezpieczna i łatwa droga przechowywanie, transport i wykorzystanie wodoru. Gdy jest przechowywany jako wodorek metalu, wodór występuje w postaci związku chemicznego, a nie w postaci gazowej. Ta metoda umożliwia uzyskanie wystarczająco dużej gęstości energii. Zaletą stosowania wodorku metalu jest to, że ciśnienie wewnątrz cylindra wynosi tylko 2-4 bary. 
Butla nie jest wybuchowa i może być przechowywana przez lata bez zmniejszania objętości substancji. Ponieważ wodór jest przechowywany jako wodorek metalu, czystość wodoru uzyskiwanego z butli jest bardzo wysoka - 99,999%. Butle do przechowywania wodoru w postaci wodorku metalu mogą być stosowane nie tylko z ogniwami paliwowymi HC 100 200 400, ale także w innych przypadkach, w których potrzebny jest czysty wodór. Butle można łatwo podłączyć do ogniwa paliwowego lub innego urządzenia za pomocą szybkozłączki i elastycznego przewodu.
Szkoda, że te ogniwa paliwowe nie są sprzedawane w Rosji. Ale wśród naszej populacji jest tak wielu ludzi, którzy ich potrzebują. Cóż, poczekajmy i zobaczmy, spójrz i będziemy mieć. W międzyczasie kupimy narzucone przez państwo żarówki energooszczędne.
PS Wydaje się, że temat wreszcie odszedł w zapomnienie. Tyle lat po napisaniu tego artykułu nic nie wyszło. Może oczywiście nie szukam wszędzie, ale to, co rzuca się w oczy, wcale nie jest przyjemne. Technologia i pomysł są dobre, ale nie znaleziono jeszcze rozwoju.
ogniwo paliwowe- co to jest? Kiedy i jak się pojawił? Dlaczego jest to potrzebne i dlaczego tak często się o nich mówi w naszych czasach? Jaki jest jego zakres, cechy i właściwości? Niepowstrzymany postęp wymaga odpowiedzi na wszystkie te pytania!
Co to jest ogniwo paliwowe?
ogniwo paliwowe- Jest to chemiczne źródło prądu lub generator elektrochemiczny, jest to urządzenie do przekształcania energii chemicznej w energię elektryczną. We współczesnym życiu chemiczne źródła prądu są używane wszędzie i są to baterie do telefonów komórkowych, laptopów, palmtopów, a także baterie w samochodach, zasilacze awaryjne itp. Kolejnym etapem rozwoju tego obszaru będzie powszechna dystrybucja ogniw paliwowych, co jest niezaprzeczalnym faktem.
Historia ogniw paliwowych
Historia ogniw paliwowych to kolejna opowieść o tym, jak odkryte kiedyś na Ziemi właściwości materii były szeroko wykorzystywane w dalekim kosmosie, a na przełomie tysiącleci powróciły z nieba na Ziemię.
Wszystko zaczęło się w 1839 roku kiedy niemiecki chemik Christian Schönbein opublikował zasady działania ogniw paliwowych w czasopiśmie Philosophical Journal. W tym samym roku Anglik, absolwent Oxfordu, William Robert Grove, zaprojektował ogniwo galwaniczne, nazwane później ogniwem galwanicznym Grove, które jest również uznawane za pierwsze ogniwo paliwowe. Sama nazwa „ogniwo paliwowe” została nadana wynalazkowi w roku jego rocznicy – w 1889 roku. Autorami terminu są Ludwig Mond i Karl Langer.
Nieco wcześniej, w 1874 roku, Jules Verne w książce The Mysterious Island przewidział obecną sytuację energetyczną, pisząc, że „Woda pewnego dnia zostanie użyta jako paliwo, zostanie użyty wodór i tlen, z których się składa”.
Tymczasem, Nowa technologia zasilanie było stopniowo ulepszane, a począwszy od lat 50-tych XX wieku nie minął rok bez zapowiedzi najnowszych wynalazków w tej dziedzinie. W 1958 roku w Stanach Zjednoczonych pojawił się pierwszy ciągnik zasilany ogniwami paliwowymi, w 1959 roku. Wydano zasilacz 5KW do zgrzewarki itp. W latach 70. technologia wodorowa wystartowała w kosmos: pojawiły się samoloty i silniki rakietowe na wodorze. W latach 60. RSC Energia opracowała elementy paliwowe dla sowieckiego programu księżycowego. Program Buran również nie obywał się bez nich: opracowano alkaliczne ogniwa paliwowe o mocy 10 kW. A pod koniec wieku ogniwa paliwowe przekroczyły zerową wysokość n.p.m. – na ich podstawie opracowano dostawa energii elektrycznej Niemiecka łódź podwodna. Wracając na Ziemię, w 2009 roku pierwsza lokomotywa została uruchomiona w USA. Oczywiście na ogniwach paliwowych.
W całej pięknej historii ogniw paliwowych interesujące jest to, że koło jest wciąż niezrównanym wynalazkiem ludzkości w naturze. Rzecz w tym, że ogniwa paliwowe są podobne w swojej budowie i zasadzie działania do ogniwa biologicznego, które w rzeczywistości jest miniaturowym wodorowo-tlenowym ogniwem paliwowym. W rezultacie człowiek po raz kolejny wynalazł to, z czego natura korzysta od milionów lat.
Zasada działania ogniw paliwowych
Zasada działania ogniw paliwowych jest oczywista nawet z program nauczania w chemii i to on został ustanowiony w eksperymentach Williama Grove'a w 1839 roku. Chodzi o to, że proces elektrolizy wody (dysocjacji wody) jest odwracalny. Tak jak prawdą jest, że gdy prąd elektryczny przepływa przez wodę, ten ostatni rozpada się na wodór i tlen, tak też jest odwrotnie: wodór i tlen można połączyć, aby wytworzyć wodę i elektryczność. W eksperymencie Grove'a dwie elektrody umieszczono w komorze, do której pod ciśnieniem dostarczano ograniczone porcje czystego wodoru i tlenu. Ze względu na małe objętości gazu, a także właściwości chemiczne elektrod węglowych, w komorze zachodziła powolna reakcja z wydzieleniem ciepła, wody i co najważniejsze z powstaniem różnicy potencjałów między elektrody.
Najprostsze ogniwo paliwowe składa się ze specjalnej membrany używanej jako elektrolit, po obu stronach której nałożone są elektrody proszkowe. Wodór wchodzi z jednej strony (anoda), a tlen (powietrze) z drugiej (katoda). Każda elektroda ma inną reakcję chemiczną. Na anodzie wodór rozkłada się na mieszaninę protonów i elektronów. W niektórych ogniwach paliwowych elektrody są otoczone katalizatorem, zwykle wykonanym z platyny lub innych metali szlachetnych, aby wspomóc reakcję dysocjacji:
2H 2 → 4H + + 4e -
gdzie H2 jest dwuatomową cząsteczką wodoru (postać, w której wodór występuje jako gaz); H + - zjonizowany wodór (proton); e - - elektron.
Po stronie katodowej ogniwa paliwowego protony (przeszły przez elektrolit) i elektrony (przeszły przez ładunek zewnętrzny) rekombinują i reagują z tlenem dostarczanym do katody, tworząc wodę:
4H + + 4e - + O2 → 2H2O
Ogólna reakcja w ogniwie paliwowym jest napisane w następujący sposób:
2H2 + O2 → 2H2O
Działanie ogniwa paliwowego opiera się na fakcie, że elektrolit przepuszcza protony przez siebie (w kierunku katody), ale elektrony nie. Elektrony poruszają się w kierunku katody wzdłuż zewnętrznego obwodu przewodzącego. Ten ruch elektronów to prąd elektryczny, który można wykorzystać do zasilania zewnętrznego urządzenia podłączonego do ogniwa paliwowego (obciążenie, takie jak żarówka):
W swojej pracy ogniwa paliwowe wykorzystują paliwo wodorowe i tlen. Najłatwiej jest z tlenem - pobiera się go z powietrza. Wodór można dostarczać bezpośrednio z pojemnika lub oddzielając go od źródło zewnętrzne paliwo ( gazu ziemnego, benzyna lub alkohol metylowy - metanol). W przypadku źródła zewnętrznego, w celu wydobycia wodoru, musi ono zostać poddane chemicznej konwersji. Obecnie większość technologii ogniw paliwowych opracowywanych dla urządzeń przenośnych wykorzystuje metanol.
Charakterystyka ogniw paliwowych
Ogniwa paliwowe są analogiczne do istniejących akumulatorów w tym sensie, że w obu przypadkach energię elektryczną uzyskuje się z energii chemicznej. Ale są też zasadnicze różnice:
działają tylko tak długo, jak paliwo i utleniacz są dostarczane z zewnętrznego źródła (tj. nie mogą magazynować energii elektrycznej),
skład chemiczny elektrolitu nie zmienia się podczas pracy (ogniwa paliwowego nie trzeba doładowywać),
są całkowicie niezależne od elektryczności (podczas gdy konwencjonalne baterie przechowują energię z sieci).
Każde ogniwo paliwowe tworzy napięcie w 1V. Większe napięcie uzyskuje się łącząc je szeregowo. Wzrost mocy (prądu) realizowany jest poprzez równoległe połączenie kaskad połączonych szeregowo ogniw paliwowych.
Do ogniw paliwowych brak sztywnych ograniczeń wydajności, jak dla silników cieplnych (sprawność cyklu Carnota jest maksymalną możliwą sprawnością spośród wszystkich silników cieplnych o tych samych temperaturach minimalnych i maksymalnych).
Wysoka wydajność osiągnięte poprzez bezpośrednie przekształcenie energii paliwowej w energię elektryczną. Jeśli paliwo jest spalane po raz pierwszy w agregatach prądotwórczych z silnikiem wysokoprężnym, powstająca para lub gaz obraca wał turbiny lub silnika spalinowego, który z kolei obraca generator elektryczny. Rezultatem jest wydajność maksymalnie 42%, częściej jest to około 35-38%. Ponadto, ze względu na wiele powiązań, a także z powodu ograniczeń termodynamicznych maksymalnej sprawności silników cieplnych, jest mało prawdopodobne, aby istniejąca sprawność wzrosła wyżej. Do istniejących ogniw paliwowych Wydajność 60-80%,
Wydajność prawie nie zależy od współczynnika obciążenia,
Wydajność jest kilkakrotnie większa niż istniejące baterie
Kompletny brak szkodliwych dla środowiska emisji. Emitowana jest tylko czysta para wodna i energia cieplna (w przeciwieństwie do generatorów diesla, które emitują zanieczyszczenia i wymagają ich usunięcia).
Rodzaje ogniw paliwowych
ogniwa paliwowe sklasyfikowany z następujących powodów:
według zużytego paliwa
ciśnienie i temperatura pracy,
zgodnie z charakterem aplikacji.
Ogólnie rzecz biorąc, są następujące typy ogniw paliwowych:
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem (SOFC);
Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów (ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów - PEMFC);
odwracalne ogniwo paliwowe (RFC);
Ogniwo paliwowe z bezpośrednim metanolem (ogniwo paliwowe z bezpośrednim metanolem - DMFC);
Ogniwo paliwowe ze stopionego węglanu (ogniwa paliwowe ze stopionego węglanu – MCFC);
Ogniwa paliwowe z kwasem fosforowym (PAFC);
Alkaliczne ogniwa paliwowe (AFC).
Jeden z rodzajów ogniw paliwowych pracujących przy normalne temperatury a ciśnienia wykorzystujące wodór i tlen są elementami z membraną jonowymienną. Powstała woda nie rozpuszcza stałego elektrolitu, spływa i jest łatwo usuwana.
Problemy z ogniwami paliwowymi
Główny problem ogniw paliwowych wiąże się z zapotrzebowaniem na „pakowany” wodór, który można było swobodnie kupować. Oczywiście problem powinien być z czasem rozwiązany, ale jak na razie sytuacja wywołuje lekki uśmiech: co jest pierwsze - kurczak czy jajko? Ogniwa paliwowe nie są jeszcze wystarczająco zaawansowane, aby budować elektrownie wodorowe, ale ich postęp jest nie do pomyślenia bez tych elektrowni. Tutaj również zwracamy uwagę na problem źródła wodoru. Wodór jest obecnie produkowany z gazu ziemnego, ale rosnące koszty energii spowodują również wzrost ceny wodoru. Jednocześnie obecność CO i H 2 S (siarkowodór) jest nieunikniona w wodorze z gazu ziemnego, który zatruwa katalizator.
Zwykłe katalizatory platynowe wykorzystują bardzo drogi i niezastąpiony metal w przyrodzie - platynę. Jednakże ten problem planowane jest rozwiązanie problemu poprzez zastosowanie katalizatorów opartych na enzymach, które są substancją tanią i łatwo wytwarzaną.
Problemem jest również ciepło. Wydajność wzrośnie drastycznie, jeśli wytworzone ciepło zostanie skierowane do użytecznego kanału - do produkcji energia cieplna do systemu grzewczego, wykorzystać jako ciepło odpadowe w absorpcji maszyny chłodnicze itp.
Ogniwa paliwowe z metanolem (DMFC): Prawdziwe zastosowanie
Ogniwa paliwowe z bezpośrednim działaniem metanolu (DMFC) cieszą się obecnie największym praktycznym zainteresowaniem. Laptop Portege M100 działający na ogniwie paliwowym DMFC wygląda tak:
Typowy obwód DMFC zawiera oprócz anody, katody i membrany kilka dodatkowych elementów: wkład paliwa, czujnik metanolu, pompę cyrkulacyjną paliwa, pompę powietrza, wymiennik ciepła itp.
Czas pracy np. laptopa w porównaniu z bateriami ma wydłużyć się 4-krotnie (do 20 godzin), telefonu komórkowego - do 100 godzin w trybie aktywnym i do sześciu miesięcy w trybie czuwania. Ponowne naładowanie nastąpi poprzez dodanie porcji ciekłego metanolu.
Głównym zadaniem jest znalezienie możliwości wykorzystania roztworu metanolu o najwyższym stężeniu. Problem w tym, że metanol jest dość silną trucizną, śmiertelną w dawkach kilkudziesięciu gramów. Ale stężenie metanolu bezpośrednio wpływa na czas pracy. Jeśli wcześniej stosowano 3-10% roztwór metanolu, to pojawiły się już telefony komórkowe i palmtopy z 50% roztworem, a w 2008 roku w warunkach laboratoryjnych MTI MicroFuel Cells, a nieco później Toshiba, uzyskały działające ogniwa paliwowe. na czystym metanolu.
Ogniwa paliwowe to przyszłość!
Wreszcie fakt, że międzynarodowa organizacja IEC (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna), która definiuje normy przemysłowe dla urządzeń elektronicznych, już zapowiedziała utworzenie grupy roboczej do opracowania międzynarodowego standardu dla miniaturowych ogniw paliwowych, mówi o oczywistej wielkiej przyszłości paliw komórki.
Wodorowe ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną paliwa w energię elektryczną, z pominięciem nieefektywnych, wysokostratnych procesów spalania i konwersji energii cieplnej w energię mechaniczną.
Wodorowe ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną paliwa w energię elektryczną, z pominięciem nieefektywnych, wysokostratnych procesów spalania i konwersji energii cieplnej w energię mechaniczną. Wodorowe ogniwo paliwowe jest elektrochemiczny urządzenie w wyniku wysokosprawnego „zimnego” spalania paliwa bezpośrednio generuje energię elektryczną. Ogniwo paliwowe wodorowo-powietrzne z membraną do wymiany protonów (PEMFC) jest jedną z najbardziej obiecujących technologii paliwowych. elementy.
Membrana polimerowa przewodząca protony oddziela dwie elektrody, anodę i katodę. Każda elektroda jest płytą węglową (matrycą) pokrytą katalizatorem. Na katalizatorze anodowym wodór cząsteczkowy dysocjuje i oddaje elektrony. Kationy wodorowe przechodzą przez membranę do katody, ale elektrony są oddawane do obwodu zewnętrznego, ponieważ membrana nie przepuszcza elektronów.
Na katalizatorze katodowym cząsteczka tlenu łączy się z elektronem (dostarczanym z obwodu elektrycznego) i przychodzącym protonem i tworzy wodę, która jest jedynym produktem reakcji (w postaci pary i/lub cieczy).
Bloki membranowo-elektrodowe zbudowane są z wodorowych ogniw paliwowych, które są kluczowym elementem generującym system energetyczny.
– zwiększona energochłonność właściwa (500 ÷ 1000 W*h/kg),
– rozszerzony zakres temperatur pracy (-40 0 C / +40 0 C),
– brak punktu cieplnego, hałasu i wibracji,
– niezawodność zimnego startu
– praktycznie nieograniczony czas magazynowania energii (brak samorozładowania),
– możliwość zmiany energochłonności układu poprzez zmianę ilości wkładów paliwowych, co zapewnia niemal nieograniczoną autonomię,
– możliwość zapewnienia niemal dowolnej rozsądnej energochłonności systemu poprzez zmianę pojemności magazynu wodoru,
– wysokie zużycie energii
– tolerancja na zanieczyszczenia w wodorze,
– długie dożywotni,
- przyjazność dla środowiska i cicha praca.
– systemy zasilania UAV,
– przenośne ładowarki,
– zasilacze awaryjne,
– Inne urządzenia.
Wodorowe ogniwo paliwowe Nissana
Elektronika mobilna poprawia się z roku na rok, staje się coraz bardziej rozpowszechniona i bardziej dostępna: PDA, laptopy, urządzenia mobilne i cyfrowe, ramki do zdjęć itp. Wszystkie są stale aktualizowane o nowe funkcje, większe monitory, łączność bezprzewodową, mocniejsze procesory, a ich liczba spada rozmiar. Technologie zasilania, w przeciwieństwie do technologii półprzewodnikowych, nie działają skokowo.
Dostępne baterie i akumulatory do zasilania osiągnięć przemysłu stają się niewystarczające, dlatego kwestia źródeł alternatywnych jest bardzo dotkliwa. Ogniwa paliwowe to zdecydowanie najbardziej obiecujący kierunek. Zasada ich działania została odkryta już w 1839 roku przez Williama Grove'a, który wytwarzał energię elektryczną poprzez zmianę elektrolizy wody.
Wideo: film dokumentalny, ogniwa paliwowe do transportu: przeszłość, teraźniejszość, przyszłość
Ogniwa paliwowe interesują producentów samochodów, interesują się nimi również twórcy. statki kosmiczne. W 1965 roku zostały nawet przetestowane przez Amerykę na wystrzelonym w kosmos Gemini 5, a później na Apollo. Miliony dolarów inwestuje się w badania nad ogniwami paliwowymi nawet dzisiaj, kiedy pojawiają się problemy związane z zanieczyszczeniem środowiska, rosnącą emisją gazów cieplarnianych ze spalania paliw kopalnych, których rezerwy również nie są nieograniczone.
Ogniwo paliwowe, często określane jako generator elektrochemiczny, działa w sposób opisany poniżej.
Będąc, podobnie jak akumulatory i baterie, ogniwem galwanicznym, ale z tą różnicą, że substancje aktywne są w nim przechowywane oddzielnie. Dochodzą do elektrod w miarę ich używania. Paliwo naturalne lub dowolna substancja z niego uzyskana pali się na elektrodzie ujemnej, która może być gazowa (na przykład wodór i tlenek węgla) lub płynna, jak alkohole. Na elektrodzie dodatniej z reguły reaguje tlen.
Ale prosta z pozoru zasada działania nie jest łatwa do przełożenia na rzeczywistość.
Wideo: DIY wodorowe ogniwo paliwowe
Niestety nie mamy zdjęć tego, jak powinien wyglądać ten element paliwowy, mamy nadzieję, że zadziała to na Twoją wyobraźnię.
Ogniwo paliwowe małej mocy własnymi rękami można wykonać nawet w szkolnym laboratorium. Konieczne jest zaopatrzenie się w starą maskę gazową, kilka kawałków pleksi, alkalia i wodny roztwór alkoholu etylowego (prościej wódki), który będzie służył jako „paliwo” do ogniwa paliwowego.
Przede wszystkim potrzebna jest obudowa na ogniwo paliwowe, którą najlepiej wykonać z pleksi o grubości co najmniej pięciu milimetrów. Przegrody wewnętrzne(pięć przegródek wewnątrz) może być nieco cieńszy - 3 cm Do klejenia pleksi stosuje się klej o następującym składzie: sześć gramów wiórów pleksi rozpuszcza się w stu gramach chloroformu lub dichloroetanu (działają pod maską).
W ścianie zewnętrznej należy teraz wywiercić otwór, w który należy wsunąć przez gumowy korek rurkę szklaną odpływową o średnicy 5-6 centymetrów.
Każdy wie, że w układzie okresowym w lewym dolnym rogu jest najwięcej metale aktywne, a metaloidy o wysokiej aktywności znajdują się w tabeli w prawym górnym rogu, tj. zdolność oddawania elektronów wzrasta od góry do dołu i od prawej do lewej. Na środku stołu znajdują się pierwiastki, które w pewnych warunkach mogą przybierać postać metali lub niemetali.
Teraz w drugiej i czwartej komorze wlewamy węgiel aktywny z maski gazowej (między pierwszą a drugą oraz trzecią i czwartą), który będzie pełnił rolę elektrod. Aby węgiel nie wysypał się przez otwory, można go umieścić w nylonowej tkaninie (wystarczą damskie pończochy nylonowe). W
Paliwo będzie krążyć w pierwszej komorze, w piątej powinien znajdować się dostawca tlenu - powietrze. Pomiędzy elektrodami będzie elektrolit i aby nie przedostał się do komory powietrznej, należy go nasączyć roztworem parafiny w benzynie (stosunek 2 gramów parafiny na pół szklanki benzyny) przed napełnieniem czwartej komory węglem na elektrolit powietrzny. Na warstwę węgla należy nałożyć (lekko dociskając) płytki miedziane, do których przylutowane są przewody. Za ich pośrednictwem prąd zostanie przekierowany z elektrod.
Pozostaje tylko naładować element. W tym celu potrzebna jest wódka, którą należy rozcieńczyć wodą w stosunku 1: 1. Następnie ostrożnie dodaj trzysta do trzystu pięćdziesięciu gramów kaustycznego potasu. W przypadku elektrolitu 70 gramów kaustycznego potasu rozpuszcza się w 200 gramach wody.
Ogniwo paliwowe jest gotowe do testów. Teraz musisz jednocześnie wlać paliwo do pierwszej komory, a elektrolit do trzeciej. Woltomierz podłączony do elektrod powinien wskazywać od 07 woltów do 0,9. Aby zapewnić ciągłą pracę elementu, konieczne jest spuszczenie wypalonego paliwa (spust do szklanki) i dolanie nowego paliwa (przez gumową rurkę). Szybkość posuwu jest kontrolowana przez ściskanie rury. Tak wygląda praca ogniwa paliwowego w warunkach laboratoryjnych, którego moc jest, co zrozumiałe, niewielka.
Wideo: Ogniwo paliwowe lub wieczna bateria w domu
Aby zwiększyć moc, naukowcy od dawna pracują nad tym problemem. Ogniwa paliwowe na metanol i etanol znajdują się na aktywnej stali rozwojowej. Ale niestety jak na razie nie ma możliwości ich zastosowania w praktyce.
Jako alternatywne źródło energii wybrano ogniwo paliwowe, ponieważ końcowym produktem spalania wodoru w nim jest woda. Problem polega tylko na znalezieniu niedrogiego i wydajnego sposobu produkcji wodoru. Kolosalne środki zainwestowane w rozwój generatorów wodoru i ogniw paliwowych nie mogą nie przynosić efektów, dlatego przełom technologiczny i ich realne wykorzystanie w Życie codzienne, tylko kwestia czasu.
Już dziś potwory motoryzacji: General Motors, Honda, Dreimler Koisler, Ballard demonstrują autobusy i samochody napędzane ogniwami paliwowymi o mocy do 50 kW. Ale problemy związane z ich bezpieczeństwem, niezawodnością, kosztami - nie zostały jeszcze rozwiązane. Jak już wspomniano, w przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł zasilania – akumulatorów i akumulatorów, w tym przypadku utleniacz i paliwo dostarczane są z zewnątrz, a ogniwo paliwowe jest jedynie pośrednikiem w toczącej się reakcji spalania paliwa i zamiany uwolnionej energii na energię elektryczną . „Spalanie” występuje tylko wtedy, gdy element dostarcza prąd do obciążenia, jak generator diesla, ale bez generatora i diesla, a także bez hałasu, dymu i przegrzania. Jednocześnie wydajność jest znacznie wyższa, ponieważ nie ma mechanizmów pośrednich.
Wideo: samochód z wodorowymi ogniwami paliwowymi
Wielkie nadzieje wiąże się z wykorzystaniem nanotechnologii i nanomateriałów, które pomogą zminiaturyzować ogniwa paliwowe, jednocześnie zwiększając ich moc. Pojawiły się doniesienia, że stworzono ultrawydajne katalizatory, a także konstrukcje ogniw paliwowych, które nie mają membran. W nich, wraz z utleniaczem, paliwo (na przykład metan) jest dostarczane do elementu. Interesujące są rozwiązania, w których tlen rozpuszczony w wodzie służy jako utleniacz, a zanieczyszczenia organiczne gromadzące się w zanieczyszczonych wodach jako paliwo. Są to tak zwane ogniwa biopaliwowe.
Ogniwa paliwowe, zdaniem ekspertów, mogą w najbliższych latach wejść na rynek masowy
