Teknologjia e qelizave të karburantit dhe përdorimi i saj në makina. Elementet e karburantit

Sir William Growa dinte shumë për elektrolizën, kështu që ai paraqiti një hipotezë që nga procesi (që ndan ujin në komponentët e hidrogjenit dhe oksigjenit duke kryer energji elektrike), mund të prodhojë nëse është në mënyrë të kundërt. Pas llogaritjes në letër, ai iu afrua fazës eksperimentale dhe arriti të provonte idetë e tij. Hipoteza e provuar zhvilloi shkencëtarët Ludwig Mond dhe asistent i tij Charles Langre, përmirësuan teknologjinë dhe në 1889 ata i dhanë emrin në të cilin përfshihen dy fjalë "qeliza të karburantit".

Tani kjo frazë hyri në mënyrë të vendosur shoferët në jetën e përditshme. Ju me siguri keni dëgjuar këtë term "qelizë të karburantit" dhe jo një herë. Në lajmet në internet, televizori po ndizet gjithnjë e më shumë fjalë të modës së re. Zakonisht ato lidhen me tregimet në lidhje me makinat më të reja hibride ose programet e zhvillimit për këto makina hibride.

Për shembull, një tjetër 11 vjet më parë, filloi programi "Iniciativa e karburantit të hidrogjenit". Programi kishte për qëllim zhvillimin e qelizave të karburantit të hidrogjenit dhe teknologjive të infrastrukturës të nevojshme për të bërë automjetet që përdorin qelizat e karburantit me praktikë dhe ekonomikisht të zhytur në mendime, me kosto efektive deri në vitin 2020. Nga rruga, gjatë kësaj kohe, më shumë se 1 miliard dollarë janë ndarë për programin, i cili tregon një normë serioze që shtetet e shteteve.

Në anën tjetër të oqeanit, prodhuesit e makinave gjithashtu nuk flenë, filluan ose vazhduan të kryejnë sondazhet e tyre në temën e makinave me qelizat e karburantit. , dhe madje vazhduan të punojnë në krijimin e teknologjisë së besueshme të qelizave të karburantit.

Suksesi më i madh në këtë fushë midis të gjithë botës automakers arriti dy automakers japoneze, dhe. Modelet e tyre në qelizat e karburantit kanë shkuar tashmë në prodhim masiv, në të njëjtën kohë konkurrentët e tyre duhet të jenë të drejtë pas tyre.

Prandaj, qelizat e karburantit në industrinë e automobilave është për një kohë të gjatë. Konsideroni parimet e teknologjisë dhe përdorimin e saj në makinat moderne.

Parimi i funksionimit të qelizës së karburantit

Në fakt, . Nga këndvështrimi teknik, është e mundur të përcaktohet qeliza e karburantit si një pajisje elektrokimike për konvertimin e energjisë. Ai konverton grimcat e hidrogjenit dhe oksigjenit në ujë, në proces, në proces, duke prodhuar energji elektrike, aktuale të përhershme.

Ka shumë lloje të qelizave të karburantit, disa prej tyre janë përdorur tashmë në automjete, të tjerët kalojnë testet e hulumtimit. Shumica e tyre përdorin hidrogjen dhe oksigjenin si elementët kryesorë kimikë të nevojshëm për konvertim.

Një procedurë e ngjashme ndodh në një bateri konvencionale, ndryshimi është vetëm se tashmë ka të gjitha kimikatet e nevojshme për konvertimin "në bord", ndërsa qeliza e karburantit mund të "akuzohet" nga një burim i jashtëm, për shkak të së cilës proces i " Prodhimi "i energjisë elektrike mund të vazhdojë. Përveç avullit të ujit dhe energjisë elektrike, një tjetër procedurë e produktit anësor është nxehtësia e alokuar.

Qeliza e karburantit të oksigjenit me hidrogjen me një membranë të shkëmbimit të protonit përmban një membranë të polimerit të protonit, i cili ndan dy elektroda - anode dhe katodë. Çdo elektrodë është zakonisht një pllakë qymyri (matricë) me një katalizator të aplikuar me një aliazh platini ose platinoid dhe kompozime të tjera.

Në anodën e katalizatorit, hidrogjeni molekular dissocion dhe humbet elektronet. Kazimet e hidrogjenit kryhen përmes membranës në katodë, por elektronet i jepen zinxhirit të jashtëm, pasi membrana nuk kalon elektronet.

Në katalizatorin e katodës së molekulës së oksigjenit, është e lidhur me elektronin (e cila furnizohet nga komunikimet e jashtme) dhe protonin e ardhshëm dhe formon ujë, i cili është i vetmi produkt i reagimit (si avull dhe / ose lëng) .

wikipedia.org.

Aplikimi në makina

Nga të gjitha llojet e qelizave të karburantit, me sa duket kandidati më i mirë për përdorim në automjete janë bërë qeliza të karburantit në bazë të membranave të shkëmbimit të protonit ose pasi ato thirren në qelizën e karburantit të shkëmbimit të polimerit në Perëndim (PEMFC). Arsyet kryesore për këtë janë fuqia e saj e lartë specifike dhe një temperaturë operative relativisht e ulët, dhe kjo nga ana tjetër do të thotë se nuk ka nevojë për shumë kohë për të sjellë elementë të karburantit në mënyrën e funksionimit. Ata do të ngrohin menjëherë dhe do të fillojnë të prodhojnë sasinë e kërkuar të energjisë elektrike. Gjithashtu përdor një nga reagimet më të thjeshta nga të gjitha llojet e qelizave të karburantit.

Mjeti i parë me këtë teknologji u kthye në vitin 1994, kur Mercedes-Benz paraqiti MB100 bazuar në Necar1 (New Electric Car 1). Përveç fuqisë së ulët të prodhimit (vetëm 50 kilovat), pengesa më e madhe e këtij koncepti ishte se qeliza e karburantit pushtoi të gjithë vëllimin e ndarjes së ngarkesës së furgonit.

Përveç kësaj, nga pikëpamja e sigurisë pasive, ishte një ide e tmerrshme për prodhimin masiv, duke marrë parasysh nevojën për të instaluar në bordin e një rezervari masiv të mbushur me hidrogjen të ndezshëm nën presion.

Gjatë dekadës së ardhshme, teknologjia ka zhvilluar dhe një nga konceptet e fundit të krijuara në qelizat e karburantit nga Mercedes kishte një fuqi dalëse prej 115 HP. (85 kW) dhe varg prej rreth 400 kilometrash para se të karburantit. Natyrisht, gjermanët nuk ishin pionierët e vetëm në zhvillimin e elementeve të karburantit të së ardhmes. Mos harroni për dy japoneze, Toyota dhe. Një nga lojtarët më të mëdhenj të makinave u bë Honda, e cila paraqiti një makinë serial me një termocentral në qelizat e karburantit të hidrogjenit. Shitjet e qartësisë FCX në leasing në territorin e Shteteve të Bashkuara filluan në verën e vitit 2008, pak më vonë, shitja e makinës shkoi në Japoni.

Edhe atëherë, Toyota shkoi me modelin Mirai, sistemi i të cilit progresiv i qelizave të karburantit që veprojnë në hidrogjen duket të jetë në gjendje të ofrojë një makinë futuristic një gamë prej 520 km në një tank, e cila mund të rimbushet në më pak se pesë minuta, si dhe e zakonshme. Treguesit e konsumit të karburantit do të formojnë ndonjë skeptikë, ato janë të pabesueshme edhe për një makinë me një central të energjisë klasike që konsumon 3.5 litra pa marrë parasysh se cilat kushte përdoren nga makina, në qytet, në autostradë ose në një cikël të përzier.

Kaluan tetë vjet. Honda e kaloi këtë kohë me përfitim për biznesin e tij. Gjenerata e dytë e qartësisë Honda FCX tani shfaqet në shitje. Bateritë e saj të qelizave të karburantit të çelikut janë 33% më kompakte se ajo e modelit të parë, fuqia specifike është rritur me 60%. Honda siguron që qeliza e karburantit dhe njësia e fuqisë së integruar në qelizën e karburantit të qartësisë është e krahasueshme me motorin V6, e cila lë hapësirë \u200b\u200btë mjaftueshme për pesë pasagjerë dhe bagazhin e tyre.

Gama e supozuar është 500 km, dhe çmimi fillestar i risive duhet të fitohet në 60,000 dollarë. Të shtrenjta? Përkundrazi, është shumë e lirë. Në fillim të vitit 2000, makina me teknologji të ngjashme kushtojnë 100,000 dollarë.

Askush nuk do të jetë i befasuar me panelet diellore ose mullinjtë e erës, të cilat në të gjitha rajonet e botës prodhojnë energji elektrike. Por zhvillimi i këtyre pajisjeve nuk është konstante dhe ju duhet të instaloni burime të fuqisë rezervë, ose të lidheni me rrjetin për të marrë energji elektrike gjatë periudhës kur obligrat nuk prodhohen nga energjia elektrike. Megjithatë, ka mjedise të zhvilluara në shekullin e 19-të, të cilat përdorin karburantin "alternativ" për të prodhuar energji elektrike, dmth., Nuk do të digjen produkte të gazit ose naftës. Instalime të tilla janë qelizat e karburantit.

Historia e krijimit

Qelizat e karburantit (TE) ose qelizat e karburantit ishin të hapura në 1838-1839 nga William Rritja (rritet, Grove), kur ai studioi elektrolizën e ujit.

Ndihmë: Elektroliza e ujit - Procesi i dekompozimit të ujit nën veprimin e rrymës elektrike në molekulat e hidrogjenit dhe oksigjenit

Duke e fikur baterinë nga qeliza elektrolitike, ai ishte i befasuar për të gjetur se elektrodat filluan të thithin gazin e ndarë dhe të prodhonin aktuale. Hapja e procesit të djegies "të ftohtë" elektrokimike të hidrogjenit u bë një ngjarje e rëndësishme në sektorin e energjisë. Në të ardhmen, ai krijoi baterinë e rritur. Në këtë pajisje kishte një elektrodë platini, të zhytur në acid nitrik dhe elektrodën e zinkut në sulfat zink. Ai krijoi një rrymë prej 12 amps dhe një tension prej 8 voltash. Ai vetë e quajti këtë dizajn "Bateria e lagur". Pastaj ai krijoi një bateri duke përdorur dy elektroda të platinës. Një fund i çdo elektrode ishte në acid sulfurik, dhe skajet e tjera janë vulosur në kontejnerë me hidrogjen dhe oksigjen. Kishte një rrymë të qëndrueshme midis elektrodave, sasia e ujit u rrit brenda kontejnerëve. Groor ishte në gjendje të dekompozojë dhe të përmirësonte ujin në këtë pajisje.

"Bateria e baterisë"

(Burimi: Komuniteti Royal Muzeu Kombëtar i Historisë Natyrore)

Termi "qelizë e karburantit" (Eng. Qeliza e karburantit) u shfaq vetëm në 1889 nga L. Monda dhe
C. Langerom, duke u përpjekur për të krijuar një pajisje për gjenerimin e energjisë elektrike nga ajri dhe gazi i qymyrit.

SI PUNON?

Qeliza e karburantit - pajisje relativisht e thjeshtë. Ka dy elektroda: anode (elektrodë negative) dhe një katodë (elektrodë pozitive). Në elektroda ka një reaksion kimik. Për ta shpejtuar atë, sipërfaqja e elektrodave është e mbuluar me një katalizator. Të pajisur me një element tjetër - membrana.Transformimi i energjisë kimike të karburantit direkt në energji elektrike, për shkak të punës së membranës. Ai ndan dy dhomat e elementit në të cilin agjenti i karburantit dhe oksidimit. Membrana ju lejon të kaloni nga një dhomë në një tjetër vetëm protonet, të cilat merren duke ndarë karburantin, në elektrodë, të mbuluar me një katalizator (elektronet e drejtuar përmes zinxhirit të jashtëm). Në dhomën e dytë, protonet ribashkohen me elektronet (dhe atomet e oksigjenit), duke formuar ujë.

Parimi i funksionimit të qelizës së karburantit të hidrogjenit

Në nivelin kimik, procesi i kthimit të energjisë së karburantit në energji elektrike është i ngjashëm me procesin e zakonshëm të djegies (oksidimi).

Me djegie të zakonshme në oksigjen, oksidimi i flukseve të karburantit organik, dhe energjia kimike e karburantit shkon në energji termike. Le të shohim se çfarë ndodh kur oksidimi i hidrogjenit me oksigjen në mjedisin e elektrolit dhe në prani të elektrodave.

Ushqimi hidrogjen në një elektrodë në një medium alkaline të ardhura nga një reaksion kimik:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4E -

Siç mund ta shihni elektronet, të cilat, duke kaluar përgjatë zinxhirit të jashtëm, hyni në elektrodën e kundërt në të cilën vjen oksigjeni dhe ku kalon reagimi:

4e- + o 2 + 2h 2 o → 4oh -

Mund të shihet se reagimi rezultues 2h 2 + o 2 → h 2 o është i njëjtë si në djegien konvencionale, por qeliza e karburantit rezulton një ngrohje elektrike dhe pjesërisht.

Llojet e qelizave të karburantit

Klasifikimi PE i miratuar nga lloji i elektrolit përdoret për rrjedhën e reagimit:

Vini re se në qelizat e karburantit, qymyr, monoksid karboni, alkoolet, hidrazinën dhe substancat e tjera organike mund të përdoren gjithashtu si lëndë djegëse, dhe si agjentë oksidues - ajër, peroksid hidrogjeni, klor, bromin, acid nitrik etj.

Efikasitetin e qelizës së karburantit

Tipar i karburantit të qelizave të karburantit është mungesa e kufirit të vështirë në efikasitetsi makina termike.

Ndihmë: KPD.cikli Croan Është efikasiteti maksimal i mundshëm midis të gjitha makinave termike me të njëjtat temperatura minimale dhe maksimale.

Prandaj, efikasiteti i qelizave të karburantit në teori mund të jetë mbi 100%. Shumë buzëqeshën dhe mendonin se "mjeti i shpikur i motorit të përjetshëm". Jo, ia vlen të kthehet në kiminë e shkollës. Qeliza e karburantit bazohet në transformimin e energjisë kimike në elektrike. Këtu dhe dalin mrekulli. Disa reagime kimike në rrjedhën e rrjedhës mund të thithin nxehtësinë nga mjedisi.

Ndihmë: Reagimet endotermale - Reaksionet kimike të shoqëruara me thithjen e nxehtësisë. Për reaksionet endotermike, ndryshimi në entalpy dhe energji të brendshme ka vlera pozitive (δH. >0, Δ U. \u003e 0), pra, produktet e reagimit përmbajnë më shumë energji sesa përbërësit burimorë.

Një shembull i një reagimi të tillë mund të shërbejë si oksidimi i hidrogjenit, i cili përdoret në shumicën e qelizave të karburantit. Prandaj, efikasiteti teorikisht mund të jetë më shumë se 100%. Por sot qelizat e karburantit në procesin e punës nxehen dhe nuk mund të absorbojnë nxehtësinë nga mjedisi.

Ndihmë: Ky kufizim imponon ligjin e dytë të termodinamikës. Nuk është e mundur të transferohen nxehtësinë nga trupi "i ftohtë" për të "nxehtë".

Plus, ka humbje të lidhura me proceset jo të ekuilibrit. Të tilla si: Humbjet Ohmike për shkak të përçueshmërisë specifike të elektrolit dhe elektrodave, aktivizimit dhe polarizimit të përqendrimit, humbjeve të difuzionit. Si rezultat, një pjesë e energjisë së gjeneruar në qelizat e karburantit kthehet në termike. Prandaj, elementët e karburantit nuk janë motorë të përjetshëm dhe efikasitet të tyre më pak se 100%. Por efikasiteti i tyre është më shumë se pjesa tjetër e makinave. Sot efikasiteti i qelizës së karburantit arrin 80%.

Referenca: Në të dyzetat, inxhinieri anglez T. Bacon u ndërtua dhe ndërtoi baterinë e qelizave të karburantit me një kapacitet total prej 6 kW dhe efikasiteti prej 80%, që vepron në hidrogjen dhe oksigjen të pastër, por raporti i energjisë në peshën e baterisë doli Të jesh shumë i vogël - elemente të tilla ishin të papërshtatshme për përdorim praktik dhe shumë të shtrenjtë (Burimi: http://www.powerinfo.ru/).

Problemet e qelizave të karburantit

Pothuajse të gjitha qelizat e karburantit përdoren si karburant duke përdorur hidrogjen, kështu që lind një pyetje logjike: "Ku ta marrësh?"

Duket se qeliza e karburantit u hap si rezultat i elektrolizës, kështu që ju mund të përdorni hidrogjen të ndarë nga elektroliza. Por le ta analizojmë më shumë këtë proces.

Sipas ligjit Faraday: sasia e substancës që oksidohet në anodë ose është restauruar në katodë, në proporcion me numrin e energjisë elektrike të kaluar nëpër elektrolit. Kjo do të thotë të marrësh më shumë hidrogjen duhet të shpenzojnë më shumë energji elektrike. Metodat ekzistuese të elektrolizës së ujit kalojnë nga efikasiteti më i vogël se një. Pastaj, ne përdorim hidrogjenin e marrë në te, ku efikasiteti është gjithashtu më pak se një. Rrjedhimisht, ne do të konsumojmë energji më shumë sesa mund të punojmë.

Natyrisht, hidrogjeni i marrë nga gazi natyror mund të përdoret. Kjo metodë e prodhimit të hidrogjenit mbetet më e lirë dhe më e popullarizuar. Aktualisht, rreth 50% e hidrogjenit të prodhuar në të gjithë botën është marrë nga gaz natyror. Por ka një problem me ruajtjen dhe transportimin e hidrogjenit. Hidrogjeni ka një densitet të vogël ( një litër hidrogjeni peshon 0,0846 grPrandaj, për ta transportuar atë në distanca të gjata duhet të jetë e ngjeshur. Dhe këto janë kosto shtesë të energjisë dhe të parave të gatshme. Gjithashtu mos harroni për sigurinë.

Megjithatë, këtu ekziston edhe një zgjidhje - lëndë djegëse e lëngshme e hidrokarbureve mund të përdoret si një burim hidrogjeni. Për shembull, alkooli etilik ose metil. Vërtetë, një pajisje e veçantë shtesë është e nevojshme - një transducer karburantit, në një temperaturë të lartë (për metanol do të jetë diku 240 ° C) konvertimin e alkooleve në një përzierje të Gaseous H 2 dhe CO 2. Por në këtë rast tashmë është më e vështirë të mendoni për transportueshmërinë - pajisje të tilla përdoren mirë si gjeneratorë të palëvizshëm ose të automobilave, por për teknikat e lëvizshme kompakte ju duhet diçka më pak të rëndë.

Katalizator

Për të rritur reagimin në te, sipërfaqja e anodës zakonisht është një katalizator. Para se të mos ketë kohë, platini u përdor si katalizator. Prandaj, kostoja e qelizës së karburantit ishte e lartë. Së dyti, platini është metal relativisht i rrallë. Sipas ekspertëve, me prodhimin industrial të qelizave të karburantit, rezervat e eksploruara të platinës do të përfundojnë pas 15-20 vjetësh. Por shkencëtarët e të gjithë botës po përpiqen të zëvendësojnë platinën në materiale të tjera. Nga rruga, disa prej tyre arritën rezultate të mira. Pra, shkencëtarët kinezë zëvendësuan platinën në oksid kalciumi (Burimi: www.cheburek.net).

Përdorimi i qelizave të karburantit

Për herë të parë, elementi i karburantit në automjetet u testua në vitin 1959. Traktor Alice-Kgjegjshëm përdoret për të punuar 1008 bateri. Karburanti ishte një përzierje e gazrave, kryesisht propan dhe oksigjen.

Burimi: http://www.planetseed.com/

Nga mesi i viteve '60, krijuesit e anijeve ishin të interesuara në mes të "racës kozmike" nga qelizat e karburantit. Puna e mijëra shkencëtarëve dhe inxhinierëve lejohet të arrijë një nivel të ri, dhe në vitin 1965. Qelizat e karburantit u testuan në Shtetet e Bashkuara në anije kozmike "Gemini-5", dhe më vonë në anijet "Apollo" për fluturimet në hënë dhe programin "Shtall". Në BRSS, elementët e karburantit u zhvilluan në OJQ "Kvant", gjithashtu për përdorim në hapësirë \u200b\u200b(Burimi: http://www.powerinfo.ru/).

Që nga qeliza e karburantit, produkti përfundimtar i djegies së hidrogjenit është uji, ato konsiderohen më të pastra në aspektin e ndikimit në mjedis. Prandaj, popullariteti i TE filloi të fitojë kundër sfondit të interesit universal në ekologji.

Aktualisht, prodhuesit e makinave, të tilla si Honda, Ford, Nissan dhe Mercedes-Benz, kanë krijuar makina që veprojnë në qelizat e karburantit të hidrogjenit.

Mercedes-Benz - Ener-G-force, hidrogjen

Kur përdorni automjetet në hidrogjen, zgjidhet një problem me ruajtjen e hidrogjenit. Ndërtimi i stacioneve të gazit me hidrogjen do t'ju lejojë të merrni karburant kudo. Veçanërisht e mbushni makinën me hidrogjen më shpejt sesa të ngarkoni një automjet elektrik në karburantim. Por gjatë zbatimit të projekteve të tilla, ata hasën një problem si automjetet elektrike. Njerëzit janë të gatshëm të "transferojnë" në makinë në hidrogjen, nëse ka një infrastrukturë për ta. Dhe ndërtimi i stacioneve të benzinës do të fillojë nëse ka një numër të mjaftueshëm të konsumatorëve. Prandaj, ata erdhën përsëri në dilemën e vezëve dhe pulave.

Përdorimi i gjerë i qelizave të karburantit që gjenden në telefonat mobil dhe laptopë. Kishte një kohë kur telefoni u akuzua një herë në javë. Tani telefoni po akuzon, pothuajse çdo ditë, dhe një kompjuter portativ pa një rrjet punon 3-4 orë. Prandaj, prodhuesit celularë kanë vendosur të sintetizojnë qelizën e karburantit me telefona dhe laptopë për ngarkim dhe punë. Për shembull, kompania Toshiba në vitin 2003. Tregoi prototipin e përfunduar të qelizës së karburantit metanol. Ai jep fuqinë e rreth 100 MW. Një karburant në 2 kube të koncentruar (99.5%) metanol është e mjaftueshme për 20 orë lojtar MPZ. Përsëri, e njëjta "Toshiba" demonstroi një element për të pushtuar madhësinë e laptopit të 275x75x40mm, e cila mundëson që kompjuteri të punojë për 5 orë nga një karburant.

Por disa prodhues shkuan më tej. PowerTrekk ka lëshuar një ngarkues me emrin e të njëjtit emër. PowerTrekk është pajisja e parë e ngarkimit të ujit në botë. Përdoreni është shumë e lehtë. Në PowerTrekk, është e nevojshme për të shtuar ujë për të siguruar energji elektrike të menjëhershme përmes kordonit USB. Kjo qelizë e karburantit përmban pluhur silikoni dhe silicid natriumi (NASI) kur përzihet me ujë, ky kombinim gjeneron hidrogjen. Hidrogjeni është i përzier me ajër në vetë qelizën e karburantit dhe konverton hidrogjenin në energji elektrike nëpërmjet shkëmbimit të protonit të saj, pa tifozë ose pompa. Ju mund të blini një ngarkues të tillë portativ për 149 € (

Avantazhet e qelizave / qelizave të karburantit

Qeliza / qeliza e karburantit është një pajisje që prodhon në mënyrë efektive rrymën e drejtpërdrejtë dhe ngrohjen nga karburantet e pasura me hidrogjen me reaksion elektrokimik.

Qeliza e karburantit është e ngjashme me baterinë në faktin se prodhon rrymë të drejtpërdrejtë me reaksion kimik. Qeliza e karburantit përfshin anode, katodë dhe elektrolite. Megjithatë, në kontrast me bateritë, qelizat e karburantit / qelizat nuk mund të grumbullojnë energji elektrike, nuk shkarkohen dhe nuk kërkojnë energji elektrike për t'u ngarkuar. Qelizat / qelizat e karburantit mund të prodhojnë vazhdimisht energji elektrike derisa të kenë stok të karburantit dhe ajrit.

Ndryshe nga gjeneratorët e tjerë të energjisë elektrike, të tilla si motorët me djegie të brendshme ose turbinat që veprojnë në gaz, qymyr, naftë, etj, qelizat e karburantit / qelizat nuk janë djegie të karburantit. Kjo do të thotë mungesa e rotorëve të zhurmshëm të presionit të lartë, zhurmës së lartë kur shter, dridhje. Qelizat / qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike nga reagimi i heshtur elektrokimik. Një tjetër tipar i qelizave / qelizave të karburantit është se ata konvertojnë energjinë kimike të karburantit direkt në energji elektrike, ngrohje dhe ujë.

Qelizat e karburantit janë shumë efikas dhe nuk prodhojnë një sasi të madhe të gazrave serrë, siç është dioksidi i karbonit, metani dhe oksidi i azotit. Produkti i vetëm i emetimit gjatë operacionit është uji në formën e avullit dhe një sasi të vogël të dioksidit të karbonit, i cili nuk qëndron në të gjitha nëse hidrogjeni i pastër përdoret si lëndë djegëse. Qelizat / qelizat e karburantit grumbullohen në kuvend, dhe pastaj në module të veçanta funksionale.

Historia e zhvillimit të qelizave / qelizave të karburantit

Në vitet 1950 dhe 1960, një nga detyrat më përgjegjëse për qelizat e karburantit ka lindur nga nevojat e hulumtimit kombëtar të hapësirës dhe hapësirës hapësinore (NASA) në burimet e energjisë për misionet hapësinore afatgjatë. Qeliza e karburantit alkaline / qeliza e NASA përdor hidrogjen dhe oksigjenin si karburant, duke lidhur këto dy elementë kimikë në një reaksion elektrokimik. Në dalje, tre reaksione të dobishme nënprodukte të dobishme në fluturimin e hapësirës - energji elektrike për të fuqizuar anijen, ujë për sistemet e pirjes dhe ftohjes dhe ngrohjes për ngrohjen e astronautëve.

Hapja e qelizave të karburantit i referohet fillimit të shekullit XIX. Dëshmia e parë e efektit të qelizave të karburantit është marrë në 1838.

Në fund të viteve 1930, punoni në qelizat e karburantit me një elektrolit alkaline, dhe në vitin 1939 u ndërtua një element që përdorte elektroda me presion të lartë të nikelit. Gjatë Luftës së Dytë Botërore, qelizat e karburantit / qelizat për nëndetëset e flotës britanike janë zhvilluar dhe në vitin 1958 paraqitet një Kuvend i karburantit, i përbërë nga qelizat / qelizat e karburantit alkaline me diametër prej pak më shumë se 25 cm.

Interesi u rrit në vitet 1950-1960, si dhe në vitet 1980, kur bota industriale përjetoi një mungesë të karburantit të naftës. Në të njëjtën periudhë, vendet e botës gjithashtu kanë të shqetësuar për problemin e ndotjes së ajrit dhe konsiderojnë metodat e energjisë elektrike miqësore me mjedisin. Aktualisht, teknologjia e prodhimit të qelizave / qelizave të karburantit po përjeton fazën e zhvillimit të shpejtë.

Parimi i funksionimit të qelizave / qelizave të karburantit

Qelizat / qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike dhe ngrohje për shkak të reagimit të gabuar elektrokimik që përdor elektrolitin, katodën dhe anodën.

Anode dhe katodë janë të ndara nga protonet e përçueshme të elektrolit. Pasi hidrogjeni vazhdon në anodën, dhe oksigjeni në katodë, reaksioni kimik fillon, si rezultat i të cilit gjenerohen rryma elektrike, nxehtësia dhe uji.

Në anodën e katalizatorit, hidrogjeni molekular dissocion dhe humbet elektronet. Jonet e hidrogjenit (protonet) kryhen përmes elektrolitit në katodë, ndërsa elektronet transmetohen nga elektrolit dhe kalojnë përgjatë një qarku elektrik të jashtëm, duke krijuar një rrymë konstante që mund të përdoret për të pushtuar pajisjet. Në katalizatorin e katodës së molekulës së oksigjenit është i lidhur me elektronin (i cili furnizohet nga komunikimet e jashtme) dhe protonin e protonit, dhe formon ujë, i cili është i vetmi produkt reagimi (si një avull dhe / ose lëng).

Më poshtë është një reagim përkatës:

Reagimi ndaj anodës: 2h 2 \u003d\u003e 4H + + 4E -
Reagimi ndaj katodës: o 2 + 4H + + 4E - \u003d\u003e 2h 2 o
Reagimi total i elementit: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Llojet dhe varietetet e qelizave të karburantit / qelizave

Ashtu si ekzistenca e llojeve të ndryshme të motorëve me djegie të brendshme, ka lloje të ndryshme të qelizave të karburantit - zgjedhja e një lloji të përshtatshëm të qelizave të karburantit varet nga përdorimi i saj.

Qelizat e karburantit ndahen në temperaturë të lartë dhe temperaturë të ulët. Qelizat e karburantit të temperaturës së ulët kërkojnë hidrogjen relativisht të pastër si karburant. Kjo shpesh do të thotë se përpunimi i karburantit është i nevojshëm për të kthyer karburantin primar (të tilla si gaz natyror) në hidrogjen të pastër. Ky proces konsumon energji shtesë dhe kërkon pajisje të posaçme. Qelizat e karburantit të temperaturës së lartë nuk kanë nevojë për këtë procedurë shtesë, pasi ato mund të kryejnë "transformimin e brendshëm" të karburantit në temperatura të larta, që do të thotë mungesa e nevojës për të investuar në infrastrukturën e hidrogjenit.

Qelizat e karburantit / qelizat në shkrirjen e karbonateve (rte)

Elementet e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë janë qeliza të karburantit të temperaturës së lartë. Temperatura e lartë e operimit ju lejon të përdorni drejtpërdrejt gazin natyror pa procesorin e karburantit dhe gazin e karburantit me vlerë të ulët kalorifike të karburantit të proceseve të prodhimit dhe nga burime të tjera.

Funksionimi i RTE ndryshon nga qelizat e tjera të karburantit. Këto elemente përdorin elektrolitin nga përzierja e kripërave të karbonateve të shkrirë. Aktualisht, përdoren dy lloje të përzierjeve: karbonat litium dhe karbonat kaliumi ose karbonat litium dhe karbonat natriumi. Për shkrirjen e kripërave të karbonateve dhe arritjen e një shkalle të lartë të lëvizshmërisë jon në elektrolit, funksionimi i qelizave të karburantit me elektrolit të karbonat të shkrirë ndodh në temperatura të larta (650 ° C). Efikasiteti ndryshon brenda 60-80%.

Kur nxehet në një temperaturë prej 650 ° C, kripërat bëhen dirigjent për jonet karbonate (CO 3 2-). Këto jonet kalojnë nga katodë në anodë, ku ka një bashkim me hidrogjen me formimin e ujit, dioksidit të karbonit dhe elektroneve të lira. Këto elektron janë të drejtuara përgjatë një qarku elektrik të jashtëm mbrapa në katodë, ndërsa rryma elektrike gjenerohet, dhe nxehtësia si një nënprodukt.

Reagimi ndaj anodës: CO 3 2- + H 2 \u003d\u003e H 2 O + CO 2 + 2E -
Reagimi katodë: CO 2 + 1 / 2O 2 + 2E - \u003d\u003e CO 3 2-
Reagimi i përgjithshëm i elementit: H 2 (g) + 1 / 2o 2 (g) + co 2 (katodë) \u003d\u003e h 2 o (g) + co 2 (anode)

Temperaturat e larta operative të qelizave të karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë kanë avantazhe të caktuara. Në temperatura të larta, ekziston një reformim i brendshëm i gazit natyror, i cili eliminon nevojën për të përdorur procesorin e karburantit. Përveç kësaj, në mesin e avantazheve mund t'i atribuohet përdorimit të materialeve strukturore standarde, të tilla si çeliku inoks dhe katalizator nikeli në elektroda. Ngrohja anësore mund të përdoret për të gjeneruar avull me presion të lartë për qëllime të ndryshme industriale dhe komerciale.

Temperaturat e larta të reagimit në Electrolyte gjithashtu kanë avantazhet e tyre. Përdorimi i temperaturave të larta kërkon kohë të konsiderueshme për të arritur kushte optimale të punës, ndërsa sistemi reagon më ngadalë në ndryshimet në konsumin e energjisë. Këto karakteristika ju lejojnë të përdorni instalimet në qelizat e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë nën kushte të vazhdueshme të energjisë. Temperaturat e larta parandalojnë dëmtimin e qelizës së karbonit të oksidit të karbonit.

Qelizat e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë janë të përshtatshme për përdorim në instalime të mëdha stacionare. Bimët e ngrohjes me një fuqi elektrike të prodhimit prej 3.0 MW janë në dispozicion industrialisht. Instalimet janë duke u zhvilluar deri në 110 MW.

Qelizat e karburantit / qelizat e bazuara në acid fosforik (FTE)

Qelizat e karburantit në bazë të acidit fosforik (ortofofoskorik) u bë elementët e parë të karburantit për përdorim komercial.

Qelizat e karburantit në bazë të acidit fosforik (ortofhosphor) përdorin elektrolit në bazë të acidit ortophosphorik (H 3 PO 4) me një përqendrim deri në 100%. Përçueshmëria jonike e acidit ortophoskorik është e ulët në temperatura të ulëta, për këtë arsye, këto qeliza të karburantit përdoren në temperatura deri në 150-220 ° C.

Transportuesi i ngarkesës në elementet e karburantit të këtij lloji është hidrogjeni (H +, proton). Një proces i ngjashëm ndodh në qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit, në të cilin hidrogjeni, i furnizuar në anodë, ndahet në protonet dhe elektronet. Protonët kalojnë përmes elektrolitit dhe kombinohen me oksigjenin e marrë nga ajri, në një katodë me formim të ujit. Elektronet dërgohen përgjatë një qarku elektrik të jashtëm, gjenerohet rryma elektrike. Më poshtë janë reagimet, si rezultat i të cilave gjenerohen rryma elektrike dhe nxehtësia.

Reagimi ndaj anodës: 2h 2 \u003d\u003e 4H + + 4E -
Reagimi në katodë: o 2 (g) + 4h + + 4e - \u003d\u003e 2 h 2 o
Reagimi total i elementit: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Efikasiteti i qelizave të karburantit në bazë të acidit fosforik (ortofrofoskor) është më shumë se 40% gjatë gjenerimit të energjisë elektrike. Me prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike, efikasiteti i përgjithshëm është rreth 85%. Përveç kësaj, duke pasur parasysh temperaturat operative, ngrohja anësore mund të përdoret për të ngrohur ujin dhe duke gjeneruar një palë presion atmosferik.

Produktiviteti i lartë i termophyte (ortofforike) qelizat e karburantit acid në prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike është një nga avantazhet e këtij lloji të qelizës së karburantit. Në instalimet, monoksidi i karbonit përdoret me një përqendrim prej rreth 1.5%, gjë që zgjeron ndjeshëm mundësinë e zgjedhjes së karburantit. Përveç kësaj, CO 2 nuk ndikon në elektrolit dhe funksionimin e qelizës së karburantit, ky lloj i elementeve punon me një karburant natyral të reformuar. Dizajni i thjeshtë, paqëndrueshmëria e ulët e elektrolit dhe rritja e stabilitetit janë gjithashtu avantazhet e këtij lloji të qelizës së karburantit.

Ngrohja dhe termocentralet me një fuqi elektrike prodhimi deri në 500 kW janë prodhuar. Instalimet për 11 MW kaluan testet e duhura. Instalimet janë duke u zhvilluar me një fuqi të prodhimit deri në 100 MW.

Qelizat / qelizat e karburantit të oksidit të ngurta (Toto)

Qelizat e karburantit të oksidit të ngurta janë qelizat e karburantit me temperaturën më të lartë të operimit. Temperatura e punës mund të ndryshojë nga 600 ° C në 1000 ° C, e cila lejon përdorimin e llojeve të ndryshme të karburantit pa pretretim të veçantë. Për të punuar me temperatura të tilla të larta, electrolyte e përdorur është një oksid i hollë metalik i hollë në një bazë qeramike, shpesh aliazh i Yttrium dhe Zirconium, i cili është një eksplorues i joneve të oksigjenit (o 2-).

Electrolyte solide ofron një tranzicion hermetik gaz nga një elektrodë në tjetrën, ndërsa elektrolite të lëngëta janë të vendosura në një substrate poroze. Transportuesi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është një jon oksigjeni (o 2-). Në katodë ka një ndarje të molekulave të oksigjenit nga një jon oksigjeni dhe katër elektronet. Jonet e oksigjenit kalojnë përmes elektrolit dhe janë të kombinuara me hidrogjen, ndërsa katër elektron të lirë janë formuar. Elektronet janë të drejtuara përgjatë një qarku elektrik të jashtëm, ndërsa ngrohja e tanishme dhe anësore e gjeneruar.

Reagimi në Anode: 2H 2 + 2O 2- \u003d\u003e 2H 2 O + 4E -
Reagimi katodë: o 2 + 4E - \u003d\u003e 2O 2-
Reagimi total i elementit: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Efikasiteti i energjisë elektrike të prodhuar është më i larti nga të gjitha qelizat e karburantit - rreth 60-70%. Temperaturat e larta të operimit lejojnë prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike për të gjeneruar avull me presion të lartë. Kombinimi i një qelize të karburantit me temperaturë të lartë me një turbinë ju lejon të krijoni një qelizë të karburantit hibrid për të rritur efikasitetin e gjenerimit të energjisë elektrike në 75%.

Qelizat e ngurta të oksidit të oksidit veprojnë në temperatura shumë të larta (600 ° C-1000 ° C), si rezultat i së cilës kërkohet një kohë e konsiderueshme për të arritur kushte optimale të punës, ndërsa sistemi reagon më ngadalë për të ndryshuar konsumin e energjisë. Në temperatura të tilla të larta operative, nuk kërkohet një konvertues për të rivendosur hidrogjenin nga karburanti, i cili lejon instalimin e energjisë elektrike për të operuar me një karburant relativisht të papastër të marrë si rezultat i gazifikimit të qymyrit ose gazeve të shkarkimit etj. Gjithashtu, kjo qelizë e karburantit është e shkëlqyer për të punuar me fuqi të lartë, duke përfshirë termocentralet industriale dhe të mëdha qendrore. Modulet industriale me një fuqi elektrike të prodhimit prej 100 kW.

Qelizat / qelizat e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit (pom)

Teknologjia e përdorimit të qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanol po përjeton një periudhë zhvillimi aktiv. Ajo u provua me sukses në ushqimin ushqyese, laptopë, si dhe për të krijuar burime portative të energjisë elektrike. Çfarë përdorimi i ardhshëm i këtyre artikujve ka për qëllim.

Pajisja e qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanol është i ngjashëm me qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit (moste), i.e. Një polimer përdoret si një elektrolit, dhe ion hidrogjeni (proton) përdoret si një transportues i ngarkuar. Megjithatë, metanol i lëngshëm (CH3 OH) oksidohet në praninë e ujit në anodë me lirimin e CO 2, joneve të hidrogjenit dhe elektroneve që dërgohen përgjatë një qarku elektrik të jashtëm dhe një rrymë elektrike gjenerohet. Jonet e hidrogjenit kryhen nga elektroliti dhe reagojnë me oksigjen nga ajri dhe elektronet që vijnë nga zinxhiri i jashtëm për të formuar ujë në anodë.

Reagimi ndaj anodës: CH3 OH + H 2 O \u003d\u003e CO 2 + 6H + + 6E -
Reagimi katodë: 3 / 2o 2 + 6 h + + 6e - \u003d\u003e 3h 2 o
Reagimi i përgjithshëm i elementit: CH3 OH + 3 / 2O 2 \u003d\u003e CO 2 + 2H 2 O

Avantazhi i këtij lloji të qelizave të karburantit është dimensione të vogla, për shkak të përdorimit të karburantit të lëngët, dhe mungesës së nevojës për të përdorur konvertuesin.

Elementet / qelizat e karburantit alkaline (BTE)

Qelizat e karburantit alkaline janë një nga elementet më efektive të përdorura për të gjeneruar energji elektrike, efikasiteti i gjenerimit të energjisë elektrike arrin deri në 70%.

Në qelizat e karburantit alkaline, përdoret një elektrolit, që është, një zgjidhje ujore e hidroksidit të kaliumit që gjendet në një matricë të stabilizuar poroze. Koncentrimi i hidroksidit të kaliumit mund të ndryshojë në varësi të temperaturës së operimit të qelizës së karburantit, vargu i të cilit varion nga 65 ° C deri në 220 ° C. Transportuesi i ngarkesës në BTE është një jon hidroksil (është), duke lëvizur nga katodë në anodë, ku hyn në reagim me hidrogjen, prodhimin e ujit dhe elektroneve. Uji i marrë në anodë po kthehet në katodë, përsëri duke gjeneruar jonet hydroxyl atje. Si rezultat i kësaj serie reagimesh që kalojnë në qelizën e karburantit, prodhohet energjia elektrike dhe, si një nënprodukt, nxehtësi:

Reagimi ndaj anodës: 2h 2 + 4oh - \u003d\u003e 4h 2 o + 4e -
Reagimi në katodë: o 2 + 2H 2 o + 4E - \u003d\u003e 4 Oh -
Reagimi i përgjithshëm i sistemit: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Avantazhi i BCT është se këto qeliza të karburantit janë më të lirë në prodhim, pasi katalizatori që është i nevojshëm në elektroda mund të jetë ndonjë nga substancat më të lira se ato të përdorura si katalizatorë për qelizat e tjera të karburantit. BTE operon me temperatura relativisht të ulëta dhe janë një nga qelizat më të efektshme të karburantit - karakteristika të tilla në përputhje me rrethanat të kontribuojnë në përshpejtimin e të ushqyerit dhe efikasitetit të lartë të karburantit.

Një nga karakteristikat karakteristike të CTE është ndjeshmëri e lartë ndaj CO 2, e cila mund të përfshihet në karburant ose ajër. CO 2 arrin elektrolit, duke e helmuar shpejt atë, dhe me forcë zvogëlon efikasitetin e qelizës së karburantit. Prandaj, përdorimi i kurimit është i kufizuar në hapësirat e mbyllura, siç janë automjetet kozmike dhe nënujore, ato duhet të veprojnë në hidrogjen dhe oksigjen të pastër. Për më tepër, molekula të tilla si Co, H2 O dhe CH4, të cilat janë të sigurta për qelizat e tjera të karburantit, dhe për disa prej tyre janë edhe karburant, të dëmshëm për BC.

Polimer Electrolyte Cells / qelizat (PET)

Në rastin e qelizave të karburantit të polimerit, membranat e polimerit përbëhet nga fibra polimere me zona të ujit, në të cilën ekziston përçueshmëria e joneve të ujit H 2 o + (proton, e kuqe) bashkohet me molekulën e ujit). Molekulat e ujit paraqesin një problem për shkak të shkëmbimit të ngadalshëm të joneve. Prandaj, përqendrimi i lartë i ujit kërkohet si në karburant ashtu edhe në elektroda të shkarkimit, gjë që kufizon temperaturën e operimit prej 100 ° C.

Më pak qeliza / qeliza të karburantit acid (tkurë)

Në qelizat e karburantit të ngurtë-acid, elektrolite (CSHSO 4) nuk përmban ujë. Temperatura e punës është pra 100-300 ° C. Rrotullimi i anioneve kështu që 4- lejon protonisht (të kuqe) për të lundruar siç tregohet në figurë. Si rregull, një element i karburantit i fortë është një sanduiç në të cilin një shtresë shumë e hollë e një përbërje të vështirë është e vendosur në mes të dy elektrodave të ngjeshura fort për të siguruar kontakt të mirë. Kur të nxehtë, komponenti organik avullon, duke lënë nëpër poret në elektroda, duke ruajtur aftësinë e kontakteve të shumta midis karburantit (ose oksigjenit në anën tjetër të elementeve), elektrolit dhe elektrodave.

Modulet e ndryshme të elementeve të karburantit. Bateria e qelizës së karburantit

1. Bateria e qelizave të karburantit
2. Pjesa tjetër e pajisjeve që veprojnë në temperaturë të lartë (gjenerator i integruar i avullit, dhoma e djegies, pajisja e ndryshimit të bilancit termik)
3. Izolim rezistent ndaj nxehtësisë

Moduli i elementit të karburantit

Analiza krahasuese e llojeve dhe varieteteve të qelizave të karburantit

Ngrohja inovative e ngrohjes dhe termocentralet e energjisë elektrike janë të ndërtuara zakonisht në qelizat e karburantit të oksidit të ngurta (Toto), qelizat e karburantit polimerik (PET), qelizat e karburantit në acid fosforik (FTE), qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit (Moste) dhe qelizat e karburantit alkaline (BCTE). Zakonisht kanë karakteristikat e mëposhtme:

Më e përshtatshme duhet të njohë qelizat e karburantit oksid solid (Toto), të cilat:

• punojnë në temperatura të larta, që redukton nevojën për metalet e çmuara të shtrenjta (të tilla si platini)
• mund të punojë në lloje të ndryshme të karburantit të hidrokarbureve, kryesisht në gaz natyror
• kanë një kohë më të madhe dhe për këtë arsye më të përshtatshme për veprime afatgjata
• demonstoni efikasitet të lartë të prodhimit të energjisë elektrike (deri në 70%)
• për shkak të temperaturave të larta operative, instalimi mund të kombinohet me sistemet e transferimit të nxehtësisë së kundërt, duke sjellë efikasitetin e përgjithshëm të sistemit në 85%
• kanë një nivel praktikisht zero të emisioneve, të punojnë në heshtje dhe të imponojnë kërkesa të ulëta të operimit në krahasim me teknologjitë ekzistuese të gjenerimit të energjisë elektrike

Meqenëse termocentralet e vogla mund të lidhen me një rrjet konvencional të furnizimit me gaz, qelizat e karburantit nuk kërkojnë një sistem të veçantë të furnizimit me hidrogjen. Kur përdorni termocentralet e vogla të bazuara në qelizat e karburantit të oksidit të ngurta, nxehtësia e gjeneruar mund të integrohet në shkëmbyesit e nxehtësisë për ngrohjen e ujit dhe ajrit të ventilimit, duke rritur efikasitetin e përgjithshëm të sistemit. Kjo teknologji inovative është më e përshtatshme për prodhim efikas të energjisë elektrike pa nevojën për një infrastrukturë të shtrenjtë dhe integrim të instrumenteve komplekse.

Duke aplikuar qelizat e karburantit / qelizat

Përdorimi i qelizave / qelizave të karburantit në sistemet e telekomunikacionit

Për shkak të përhapjes së shpejtë të sistemeve të komunikimit pa tel në mbarë botën, si dhe rritjes së përfitimeve socio-ekonomike të teknologjisë së telefonisë celulare, nevoja për furnizim me energji elektrike të besueshme dhe ekonomike ka fituar një vlerë vendimtare. Humbjet e rrjetit të energjisë gjatë gjithë vitit për shkak të kushteve të këqija të motit, fatkeqësive natyrore ose fuqisë së kufizuar të rrjetit janë një problem i vazhdueshëm kompleks për operatorët e rrjetit.

Zgjidhjet tradicionale të telekomunikacionit në fushën e furnizimit me energji rezervë përfshijnë bateritë (element i plumbit të baterisë me rregullim të valvulave) për fuqinë rezervë për kohë të shkurtër dhe gjeneratorë me naftë dhe propan për fuqinë më të gjatë të backup. Bateritë janë një burim relativisht i lirë i energjisë për 1 deri në 2 orë. Megjithatë, bateritë nuk janë të përshtatshme për backup më të gjatë, pasi mirëmbajtja e tyre është e shtrenjtë, ato bëhen jo të besueshme pas një shërbimi të gjatë, të ndjeshëm ndaj temperaturave dhe janë të rrezikshme për mjedisin pas deponimit. Diesel dhe gjeneratorë propanikë mund të ofrojnë fuqi të gjatë të qëndrueshme rezervë. Megjithatë, gjeneruesit mund të jenë jo të besueshëm, kërkojnë mirëmbajtje intensive të punës, nxjerrin në pah nivele të larta të ndotjes dhe gazrave që shkaktojnë efekt serë në atmosferë.

Për të eliminuar kufizimet e zgjidhjeve tradicionale në fushën e energjisë rezervë, u zhvillua një teknologji inovative e qelizave të karburantit miqësor për mjedisin. Qelizat e karburantit janë të besueshme, nuk është bërë asnjë zhurmë, përmbajnë më pak pjesë lëvizëse sesa gjeneratori, kanë një gamë më të gjerë të temperaturave operative sesa bateria: nga -40 ° C deri në + 50 ° C dhe, si rezultat, sigurojnë një nivel jashtëzakonisht të lartë e kursimit të energjisë. Përveç kësaj, kostot e një instalimi të tillë mbi jetën e shërbimit nën koston e gjeneratorit. Shpenzimet më të ulëta të qelizave të karburantit janë rezultat i vetëm një vizite për qëllim të mirëmbajtjes në vit dhe performancës së vazhdueshme më të lartë të instalimit. Në fund, qeliza e karburantit është një zgjidhje teknologjike ekologjikisht miqësore me ndikim minimal mjedisor.

Instalimet e qelizave të karburantit ofrojnë furnizim me energji rezervë për infrastrukturën e rrjetit të komunikimit kritik për komunikimet me valë, konstante dhe me brez të gjerë në sistemin e telekomunikacionit, në rangun prej 250 W deri në 15 kW, ato ofrojnë shumë karakteristika të patejkalueshme të patejkalueshme:

• Besueshmëri - Numri i vogël i pjesëve të luajtshme dhe asnjë shkarkim në modalitetin e gatishmërisë
• Kursim energjie
• Heshtje - Zhurma e ulët
• Qëndrueshmëri - Gama e punës nga -40 ° C deri + 50 ° C
• Përshtatshmëri - Instalimi në rrugë dhe në ambiente të mbyllura (enë / enë mbrojtëse)
• Fuqi e lartë - deri në 15 kW
• Nevoja e ulët e mirëmbajtjes - Mirëmbajtja minimale vjetore
• Ekonomi - Kostoja tërheqëse kumulative e pronësisë
• Energji miqësore me mjedisin - Emetimet e ulëta me ndikim minimal mjedisor

Sistemi gjithmonë ndjen tensionin e autobusit DC dhe pranon pa probleme ngarkesa kritike nëse voltazhi i autobusit DC bie nën vlerën e specifikuar të përcaktuar nga përdoruesi. Sistemi operon në hidrogjen, i cili hyn në baterinë e qelizave të karburantit me një nga dy shtigjet - ose nga burimi industrial i hidrogjenit, ose nga lëndët djegëse të lëngëta nga metanoli dhe uji duke përdorur sistemin e ndërtuar në reformim.

Energjia elektrike është bërë nga bateria e qelizave të karburantit në formën e DC. Energjia e DC transmetohet në konvertuesin që konverton një energji elektrike të parregulluar DC që del nga bateria e qelizave të karburantit në energji elektrike të kontrolluar me cilësi të lartë për ngarkesat e nevojshme. Instalimi në qelizat e karburantit mund të sigurojë fuqi rezervë për shumë ditë, pasi kohëzgjatja e veprimit është e kufizuar vetëm në sasinë e hidrogjenit ose lëndës djegëse nga metanoli / uji në dispozicion në rezervë.

Qelizat e karburantit ofrojnë një nivel të lartë të kursimit të energjisë, rritjes së besueshmërisë së sistemit, cilësive më të parashikueshme operacionale në një gamë të gjerë të kushteve klimatike, si dhe qëndrueshmëri të besueshme operacionale në krahasim me paketat e baterive me elemente të plumbit me valvul që rregullon standardin industrial. Shpenzimet me kalimin e kohës është gjithashtu më i ulët për shkak të një nevoje të konsiderueshme më të vogël për mirëmbajtje dhe zëvendësim. Qelizat e karburantit ofrojnë një fund të përfitimeve mjedisore të përdoruesve, pasi shpenzimet e deponimit dhe rreziqet e përgjegjësisë që lidhen me elementet e acidit të plumbit shkaktojnë shqetësim në rritje.

Karakteristikat operative të baterive elektrike mund të ndikojnë negativisht në një gamë të gjerë faktorësh, të tilla si ngarkimi, temperatura, ciklet, jeta e shërbimit dhe faktorë të tjerë të ndryshueshëm. Energjia e ofruar do të jetë e ndryshme në varësi të këtyre faktorëve, nuk është e lehtë të parashikohet. Karakteristikat operacionale të qelizës së karburantit me metabolizmin e protoneve (mopesting) janë relativisht të prekura nga këta faktorë dhe mund të sigurojnë furnizim me energji kritike, ndërsa ka karburant. Rritja e parashikueshmërisë është një avantazh i rëndësishëm në lëvizjen e qelizave të karburantit për fushat kritike të përdorimit të furnizimit me energji rezervë.

Qelizat e karburantit gjenerojnë energji vetëm kur furnizuar karburanti, si një gjenerator i turbinave me gaz, por nuk kanë pjesë të lëvizshme në zonën e gjenerimit. Prandaj, në kontrast me gjeneratorin, ata nuk i nënshtrohen veshin e shpejtë dhe nuk kërkojnë mirëmbajtje dhe lubrifikim të vazhdueshëm.

Karburanti që përdoret për të aktivizuar konvertuesin e karburantit me një kohëzgjatje të shtuar të veprimit është një përzierje e karburantit të metanolit dhe ujit. Metanoli është gjerësisht i disponueshëm, i prodhuar në një shkallë industriale të karburantit, i cili aktualisht ka shumë aplikacione, ndër të tjera, leshi xhami, shishe plastike, aditivë të motorit, ngjyra emulsioni. Metanoli transportohet lehtë, mund të përzihet me ujë, ka një aftësi të mirë për të biodë dhe nuk përmban squfur. Ajo ka një pikë të ulët të ngrirjes (-71 ° C) dhe nuk shpërbëhet me ruajtje afatgjatë.

Përdorimi i qelizave të karburantit / qelizave në rrjetet e komunikimit

Rrjetet e komunikimit të klasifikuar kanë nevojë për zgjidhje të besueshme në fushën e furnizimit me energji rezervë, të cilat mund të funksionojnë për disa orë ose disa ditë në situata emergjente nëse rrjeti i energjisë pushoi të jetë i arritshëm.

Nëse ka një numër të vogël të pjesëve të lëvizshme, si dhe mungesa e reduktimit të pushtetit në modalitetin e gatishmërisë, teknologjia inovative e qelizave të karburantit ofron një zgjidhje tërheqëse në krahasim me sistemet aktuale ekzistuese të energjisë elektrike.

Argumenti më i pakundërshtueshëm në favor të aplikimit të teknologjisë së qelizave të karburantit në rrjetet e komunikimit është rritur besueshmëria dhe siguria e përgjithshme. Gjatë incidenteve të tilla, të tilla si ndërprerjet e energjisë, tërmetet, stuhitë dhe uraganet, është e rëndësishme që sistemet të vazhdojnë të punojnë dhe të sigurohen me një furnizim të besueshëm të fuqisë rezervë gjatë një periudhe të gjatë kohore, pavarësisht nga temperatura ose jeta e shërbimit të Sistemi i furnizimit me energji rezervë.

Linja e pajisjeve të furnizimit me energji të bazuar në qelizat e karburantit është ideale për mbështetjen e rrjeteve të komunikimit të klasifikuar. Falë parimeve të kursimit të energjisë të vendosura në dizajn, ato ofrojnë fuqi të mbështetshme për mjedisin, të besueshëm, me një kohëzgjatje të shtuar të veprimit (deri në disa ditë) për përdorim në kapacitetin prej 250 W deri në 15 kW.

Duke aplikuar qelizat / qelizat e karburantit në rrjetet e të dhënave

Furnizim me energji të besueshme për rrjetet e të dhënave, siç janë rrjetet e transmetimit të të dhënave me shpejtësi të lartë dhe rrjetet e fibrave optike, është çelësi për të gjithë botën. Informacioni i transmetuar nga rrjete të tilla përmban të dhëna kritike për institucionet si bankat, linjat ajrore ose qendrat mjekësore. Çaktivizo fuqinë në rrjete të tilla jo vetëm që përfaqëson rrezikun për informacionin e transmetueshëm, por edhe si rregull, çon në humbje të konsiderueshme financiare. Instalime të besueshme inovative në qelizat e karburantit që ofrojnë furnizim me energji rezervë ofrojnë besueshmërinë e kërkuar për të siguruar furnizimin me energji të vazhdueshme.

Instalimet në qelizat e karburantit që veprojnë në një përzierje të lëngshme të karburantit të bërë nga metanol dhe ujë ofrojnë fuqi të besueshme rezervë me kohëzgjatje të rritur të veprimit, deri në disa ditë. Përveç kësaj, këto cilësime karakterizohen nga kërkesat e reduktuara ndjeshëm në krahasim me gjeneruesit dhe bateritë, ju duhet vetëm një vizitë me qëllim të mirëmbajtjes në vit.

Karakteristikat tipike të aplikacioneve për përdorimin e instalimeve në qelizat e karburantit në rrjetet e të dhënave:

• Aplikacionet me shumat e energjisë të konsumuar nga 100 W deri në 15 kW
• Aplikime me kërkesa autonome\u003e 4 orë
• Përsëritje në sistemet e fibrave optike (hierarkia e sistemeve digjitale sinkronike, internet me shpejtësi të lartë, komunikimi me zë mbi protokollin IP ...)
• Rrjetet e të dhënave me shpejtësi të lartë
• Nyjet e transmetimit të WiMAX

Instalimet në qelizat e karburantit për furnizim me energji rezervë ofrojnë avantazhe të shumta për infrastrukturën e rrjetit kritik të të dhënave në krahasim me bateritë tradicionale autonome ose gjeneratorët e naftës, duke lejuar rritjen e mundësive të përdorimit në vend:

1. Teknologjia e karburantit të lëngët lejon zgjidhjen e një zgjidhjeje për vendosjen e hidrogjenit dhe siguron funksionimin pothuajse të pakufizuar të furnizimit me energji rezervë.
2. Për shkak të operacionit të qetë, peshës së ulët, rezistencës ndaj rënies dhe funksionimit të temperaturës, pothuajse pa vibrime, qelizat e karburantit mund të instalohen jashtë ndërtesës, në ambientet / kontejnerët industrialë ose në çati.
3. Gatim për përdorimin e sistemit në vend është i shpejtë dhe ekonomik, kostoja e funksionimit është e ulët.
4. Karburanti ka aftësinë për të Bioode dhe është një zgjidhje miqësore me mjedisin për mjedisin urban.

Përdorimi i qelizave të karburantit / qelizave në sistemet e sigurisë

Sistemet më të dizajnuara me kujdes të sistemit të sigurisë dhe sistemet e komunikimit janë të besueshme vetëm si dhe me besueshmëri furnizimin me energji elektrike, e cila mbështet punën e tyre. Ndërsa shumica e sistemeve përfshijnë disa lloje të sistemeve të furnizimit me energji të pandërprerë për humbjet afatshkurtra të energjisë, ato nuk krijojnë kushte për ndërprerje më të gjata në funksionimin e rrjetit të energjisë, të cilat mund të ndodhin pas fatkeqësive natyrore ose sulmeve terroriste. Kjo mund të jetë një çështje kritike për shumë agjenci të korporatave dhe qeveritarëve.

Sisteme të tilla jetike si sistemet e monitorimit dhe kontrollit të qasjes duke përdorur një sistem të mbikqyrjes video (lexuesit e kartave të identifikimit, pajisjet e mbylljes së pajisjes, teknikat e identifikimit biometrik, etj.), Sistemet e alarmit të zjarrit dhe sistemet e zjarrfikësve, sistemet e kontrollit të ashensorit dhe rrjetet e telekomunikacionit, në mënyrë të menjëhershme Rreziku në mungesë të një burimi alternativ të besueshëm të furnizimit me energji elektrike të operacionit të vazhdueshëm.

Gjeneruesit e naftës prodhojnë shumë zhurmë, është e vështirë t'i akomodohen ato, është gjithashtu i vetëdijshëm për problemet me besueshmërinë dhe mirëmbajtjen e tyre. Në të kundërt, instalimi në qelizat e karburantit që siguron furnizimin me energji rezervë nuk prodhon zhurmë, është i besueshëm, emetimet e alokuara për të janë zero ose mjaft të ulëta, është e lehtë për tu instaluar në çati ose jashtë ndërtesës. Nuk shkarkon dhe nuk humbet fuqinë në modalitetin e gatishmërisë. Ai siguron punën e vazhdueshme të sistemeve kritike, edhe pasi institucioni ndalon punën dhe ndërtesa do të braktiset nga njerëzit.

Instalime inovative në qelizat e karburantit mbrojnë bashkëngjitjet e kushtueshme të aplikacioneve kritike. Ato sigurojnë fuqi të mbështetura me mjedisin, të besueshëm me kohëzgjatje të shtuar (deri në shumë ditë) për përdorim në kapacitetin prej 250 W deri në 15 kW në kombinim me karakteristika të shumta të patejkalueshme dhe, sidomos, nivel të lartë të kursimit të energjisë.

Instalimet në qelizat e karburantit për furnizimin me energji rezervë ofrojnë avantazhe të shumta për përdorim në fushat kritike të aplikimit, siç janë sistemet për sigurimin e sigurisë dhe menaxhimit të ndërtesave, krahasuar me bateritë tradicionale autonome ose gjeneratorët e naftës. Teknologjia e karburantit të lëngët lejon zgjidhjen e një zgjidhjeje për vendosjen e hidrogjenit dhe siguron funksionimin pothuajse të pakufizuar të furnizimit me energji rezervë.

Përdorimi i qelizave të karburantit / qelizave në ngrohjen e brendshme komunale dhe gjenerimin elektrik

Në qelizat e karburantit të oksidit të ngurta (TOTO), emetimet e besueshme, efikase për energji dhe jo të dëmshme të termocentraleve për gjenerimin e energjisë elektrike dhe ngrohjes nga burimet gjerësisht të disponueshme të gazit natyror dhe të ripërtëritshme të karburantit. Këto instalime inovative përdoren në një shumëllojshmëri tregjesh, nga shtëpia që gjeneron energji elektrike në furnizimet me energji elektrike në zona të largëta, si dhe si furnizime ndihmëse të energjisë.

Përdorimi i qelizave / qelizave të karburantit në rrjetet e shpërndarjes

Termocentralet e vogla janë të dizajnuara për të punuar në një rrjet të shpërndarë të gjenerimit të energjisë që përbëhet nga një numër i madh i instalimeve të gjeneratorëve të vegjël në vend të një centrali të centralizuar.

Figura më poshtë tregon humbjen e efikasitetit të prodhimit të energjisë elektrike kur është zhvilluar në CHP dhe transmetimin në shtëpi përmes rrjeteve tradicionale të energjisë që përdoren aktualisht. Humbja e efikasitetit me stërvitje të centralizuar përfshin humbjet nga stacioni i energjisë, transmetimi i tensionit të ulët dhe të tensionit të lartë, si dhe humbja gjatë shpërndarjes.

Shifra tregon rezultatet e integrimit të nxehtësisë së vogël dhe termocentraleve: energjia elektrike është prodhuar me efikasitet deri në 60% në vendin e përdorimit. Përveç kësaj, familja mund të përdorë nxehtësinë e gjeneruar nga qelizat e karburantit për ngrohjen e ujit dhe lokaleve, gjë që rrit efikasitetin e përgjithshëm të përpunimit të energjisë së karburantit dhe rrit nivelin e kursimit të energjisë.

Përdorimi i qelizave të karburantit për të mbrojtur mjedisin për nxjerrjen e gazit të asociuar të naftës

Një nga detyrat më të rëndësishme në industrinë e naftës është hedhja e gazit të lidhur me naftë. Metodat ekzistuese të asgjësimit të gazit të asociuar të naftës kanë shumë mangësi, kryesore e tyre është ekonomikisht e pafavorshme. Gazit të naftës është djegur, gjë që shkakton dëm të madh për ekologjinë dhe shëndetin e njerëzve.

Ngrohja inovative dhe termocentralet në qelizat e karburantit duke përdorur gazin e pajisur me naftë si karburant, hapin rrugën për një zgjidhje radikale dhe me kosto efektive për problemet e nxjerrjes së gazit të lidhur me naftë.

1. Një nga avantazhet kryesore të instalimeve në qelizat e karburantit është se ato mund të jenë të besueshme dhe rezistente për të punuar në kalimin e përbërjes së gazit të naftës. Falë një reagimi kimik të pamëshirshëm që bazohet në funksionimin e qelizës së karburantit, një rënie në përmbajtjen e përqindjes, për shembull metani, shkakton vetëm një reduktim korrespondues në fuqinë e prodhimit.
2. Fleksibiliteti në lidhje me ngarkesën elektrike të konsumatorëve, rënie, skicë të ngarkesës.
3. Për montimin dhe lidhjen e termocentraleve të nxehtësisë në qelizat e karburantit, zbatimi i tyre nuk është i nevojshëm për të vazhduar shpenzimet kapitale, sepse Instalimet janë të montuara lehtësisht në vende të papërgatitur pranë depozitave, të lehtë për të vepruar, të besueshme dhe efikase.
4. Automatizimi i lartë dhe telekomanda moderne nuk kërkojnë staf të konstant të gjetjes në instalim.
5. Thjeshtësia dhe përsosmëria teknike e dizajnit: mungesa e pjesëve të lëvizshme, fërkimi, sistemet e lubrifikimit jep përfitime të konsiderueshme ekonomike nga operimi i instalimeve në qelizat e karburantit.
6. Konsumi i ujit: mungon në temperaturën e ambientit deri në +30 ° C dhe të parëndësishme në temperatura të larta.
7. Rendimenti i ujit: mungon.
8. Përveç kësaj, termocentralet në qelizat e karburantit nuk janë të zhurmshme, nuk lëkunden, mos i jepni emetimet e dëmshme në atmosferë

Element i karburantit - cfare eshte? Kur dhe si u shfaq ai? Pse ka nevojë dhe pse për ta në kohën tonë ata thonë kaq shpesh? Cila është fusha e saj e grafling, karakteristikave dhe pronave? Progresi i pandalshëm kërkon përgjigje për të gjitha këto pyetje!

Cila është qeliza e karburantit?

Element i karburantit - Ky është një burim aktual kimik ose një gjenerator elektrokimik, kjo është një pajisje për konvertimin e energjisë kimike në elektrike. Në jetën moderne, burimet e tanishme kimike përdoren kudo dhe janë bateri të telefonisë celulare, laptopë, PDA, si dhe bateri në makina, burime të pandërprera të energjisë, etj. Faza tjetër e zhvillimit të kësaj zone do të jetë përhapja e përhapur e qelizave të karburantit dhe kjo tashmë është një fakt i pakundërshtueshëm.

Historia e qelizave të karburantit

Historia e qelizave të karburantit është një tjetër histori rreth asaj se si vetitë e substancës dikur të hapura në tokë kanë gjetur aplikim të gjerë në hapësirë, dhe në kthesën e mijëvjeçarit u kthye nga qielli në tokë.

Gjithçka filloi në 1839Kur kimisti gjerman Christian Schönbaine botoi parimet e qelizës së karburantit në "ditarin filozofik". Në të njëjtin vit, anglezi, i diplomuar i Oksfordit, William Robert Grove ndërtoi një element galvanik, më pas e quajti elementin Galvanik të Grove, ajo njihet si qeliza e parë e karburantit. Emri "Cell karburantit" u prezantua në shpikjen në vitin e përvjetorit të tij - në 1889. Ludwig Mond dhe Karl Langer - autorët e termit.

Pak më herët, në vitin 1874, Jules Verne në romanin "Ishulli misterioz" parashikoi situatën aktuale të energjisë duke shkruar se "uji një ditë do të përdoret si lëndë djegëse, hidrogjeni dhe oksigjeni do të përdoren, për të cilat përbëhet".

Ndërkohë, teknologjia e re e furnizimit me energji elektrike është përmirësuar gradualisht, dhe që nga vitet '50 të shekullit të 20-të, ajo gjithashtu nuk ka ndodhur pa njoftimet e shpikjeve më të reja në këtë fushë. Në vitin 1958, traktor i parë që vepron në qelizat e karburantit u shfaq në SHBA, në vitin 1959. Furnizimi me energji 5kvt për makinën e saldimit, etj. Në vitet '70, teknologjitë e hidrogjenit fluturuan në hapësirë: aeroplanë dhe motorë me raketa u shfaqën në hidrogjen. Në vitet 1960, RCC "Energia" zhvilloi qelizat e karburantit për programin hënor sovjetik. Programi Buran gjithashtu nuk kushtonte pa to: elementet e karburantit 10kvt-YD alkaline u zhvilluan. Dhe më afër fundit të shekullit, qelizat e karburantit kaluan lartësinë zero mbi nivelin e detit - bazuar në ato të zhvilluara furnizim me energji elektrike Nëndetëse gjermane. Kthimi në Tokë, në vitin 2009 lokomotiva e parë u nis në Shtetet e Bashkuara. Natyrisht, në qelizat e karburantit.

Në të gjithë historinë e bukur të qelizave të karburantit, është interesante që rrota mbetet analoge unike në shpikjen e natyrës së njerëzimit. Fakti është se me pajisjen e saj dhe parimin e operacionit, qelizat e karburantit janë të ngjashme me qelizën biologjike, të cilat, në fakt, është një qelizë e karburantit me hidrogjen-të oksigjenit. Si rezultat, një person përsëri shpiku atë që miliona vjet kishin gëzuar tashmë.

Parimi i funksionimit të qelizave të karburantit

Parimi i funksionimit të qelizave të karburantit është i dukshëm edhe nga kurrikula e shkollës në kimik dhe ishte ai që u vendos në eksperimentet e William Grove 1839. Gjë është se procesi i elektrolizës së ujit (dissociimi i ujit) është i kthyeshëm. Siç është e vërtetë se, kur kalon rrymë elektrike përmes ujit, kjo e fundit është e ndarë në hidrogjen dhe oksigjen, kështu që është e vërtetë: hidrogjeni dhe oksigjeni mund të kombinohen me ujë dhe energji elektrike. Në eksperiment, të dy elektrodat u vendosën në dhomë, e cila u furnizua nën presion të kufizuar të hidrogjenit dhe oksigjenit të pastër. Në sajë të vëllimeve të vogla të gazit, si dhe për shkak të vetive kimike të elektrodave të qymyrit në dhomë ka pasur një reagim të ngadaltë me lirimin e nxehtësisë, ujit dhe, më e rëndësishmja, me formimin e ndryshimit të mundshëm midis elektrodave.

Qeliza më e thjeshtë e karburantit përbëhet nga një membranë e veçantë e përdorur si një elektrolit, në të dy anët e elektrodave pluhur janë aplikuar. Hidrogjeni hyn në njërën anë (anode), dhe oksigjen (ajër) - në një tjetër (katodë). Çdo elektrodë ndodh reaksione të ndryshme kimike. Në anodë, hidrogjeni bie në një përzierje të protoneve dhe elektroneve. Në disa elektroda të qelizave të karburantit, elektrodat janë të rrethuara nga një katalizator, zakonisht i bërë nga platini ose metale të tjera fisnike që promovojnë përgjigjen e shkëputjes:

2h 2 → 4h + + 4E -

ku H2 është një molekulë hidrogjeni (një formë në të cilën hidrogjeni është i pranishëm në formën e gazit); H + është hidrogjen jonizues (proton); E - - elektron.

Nga ana katodike e protonit të qelizave të karburantit (kaluara përmes elektrolit) dhe elektroneve (të cilat kaluan përmes ngarkesës së jashtme) janë ribashkuar dhe reaguar me oksigjen të furnizuar me katodën me formimin e ujit:

4h + + 4E - + o 2 → 2h 2 o

Reagim total Qeliza e karburantit është shkruar si më poshtë:

2h 2 + o 2 → 2h 2 o

Funksionimi i qelizës së karburantit bazohet në faktin se elektrolite kalon përmes vetes protons (drejt katodës), dhe elektronet nuk janë. Elektronet lëvizin në katodë në një kontur të jashtëm të përçueshëm. Kjo lëvizje elektronike është një rrymë elektrike që mund të përdoret për të vepruar një pajisje të jashtme të lidhur me qelizën e karburantit (ngarkesën, të tilla si llambë):

Në punën e saj, qelizat e karburantit përdorin karburantin e hidrogjenit dhe oksigjenin. Mënyra më e lehtë me oksigjenin - është e mbyllur nga ajri. Hidrogjeni mund të furnizohet direkt nga një kapacitet i caktuar ose duke e ndarë atë nga një burim i karburantit të jashtëm (gaz natyror, benzinë \u200b\u200bose metil alkool - metanol). Në rastin e një burimi të jashtëm, ajo duhet të konvertohet kimikisht për të nxjerrë hidrogjen. Aktualisht, shumica e teknologjive të qelizave të karburantit të zhvilluara për pajisjet portative përdorin metanol.

Karakteristikat e elementeve të karburantit

Qelizat e karburantit janë analogë të baterive ekzistuese në kuptimin që në të dyja rastet energjia elektrike merret nga kimikatet. Por ka dallime themelore:

• ata punojnë vetëm ndërsa karburanti dhe oksidatori vjen nga një burim i jashtëm (i.e. ata nuk mund të grumbullojnë energji elektrike),

  përbërja kimike e elektrolitit në procesin e operimit nuk ndryshon (qeliza e karburantit nuk ka nevojë për rimbushje),

  ata janë krejtësisht të pavarur nga energjia elektrike (ndërsa bateritë e zakonshme rezervojnë energji nga rrjeti i energjisë).

Çdo element i karburantit krijon tension në 1V.. Voltazhi i madh arrihet me përbërje të vazhdueshme. Rritja e energjisë (e tanishme) zbatohet nëpërmjet një lidhjeje paralele të kaskadave nga qelizat e karburantit të lidhur në mënyrë sekuenciale.

Elementet e karburantit nuk ka kufizim të vështirë në KPDSi makina termike (Cycle CPD Carno është efikasiteti maksimal i mundshëm në mesin e të gjitha makinave të nxehtësisë me të njëjtat temperatura minimale dhe maksimale).

Efikasitet të lartë Është arritur për shkak të konvertimit të drejtpërdrejtë të energjisë së karburantit në energji elektrike. Nëse në instalimet e gjeneratorëve të naftës, karburanti është djegur për herë të parë, çiftet ose gazit që rezultojnë rrotullohen turbinë ose boshtin e brendshëm të motorit të djegies, e cila nga ana e rrotullimit të gjeneratorit elektrik. Rezultati bëhet një maksimum efikasiteti prej 42%, më së shpeshti është rreth 35-38%. Për më tepër, për shkak të grupit të lidhjeve, si dhe për shkak të kufizimeve termodinamike në efikasitetin maksimal të makinave termike, efikasiteti ekzistues nuk ka gjasa të ngrihet më i lartë. Nga qelizat ekzistuese të karburantit CPD është 60-80%,

KPD pothuajse nuk varet nga koeficienti i ngarkesës,

Kapaciteti disa herë më të lartasesa në bateritë ekzistuese

I plotë mungesa e emisioneve të dëmshme mjedisore. Vetëm avulli i pastër i ujit dhe energjia termike dallohen (në kontrast me gjeneratorët e naftës që kanë ndotës të mjedisit të shkarkimit dhe kërkojnë heqjen e tyre).

Llojet e qelizave të karburantit

Elementet e karburantit e klasifikuar Sipas karakteristikave të mëposhtme:

mbi karburantin e përdorur,

duke tensionuar dhe temperatura operative,

nga natyra e aplikimit.

Në përgjithësi, në vijim llojet e qelizave të karburantit:

Qeliza e karburantit të oksidit të ngurtë (qelizat e karburantit të vetëm - sofc);

Element i karburantit me membranën e shkëmbimit të protonit (qeliza e karburantit të proton-shkëmbimit të membranës - PEMFC);

Qeliza e karburantit të kthyeshëm (qeliza e kthyeshme e karburantit - RFC);

Qeliza e karburantit të drejtpërdrejtë të metanolit (qeliza e karburantit të drejtpërdrejtë-metanol - DMFC);

Qelizat e karbonateve të shkrirë (qelizat e karbonatit të karbonatit të shkrirë - MCFC);

Qelizat e karburantit fosforik (qelizat e karburantit fosforik-acid - PAFC);

Qeliza e karburantit alkaline (Karburanti i AFC alkaline.

Një nga llojet e qelizave të karburantit që veprojnë në temperatura dhe presione normale duke përdorur hidrogjen dhe oksigjen janë elemente me një membranë të shkëmbimit të joneve. Uji që rezulton nuk shpërndan elektrolit, rrjedhjet e ngurta dhe të caktuara.

Problemet e qelizave të karburantit

Problemi kryesor i qelizave të karburantit është i lidhur me nevojën për të pasur një hidrogjen "të mbushur", i cili mund të merret lirisht. Natyrisht, problemi duhet të vendosë me kalimin e kohës, por për sa kohë që situata shkakton një buzëqeshje të lehtë: çfarë është primare - pule ose vezë? Elementet e karburantit nuk janë ende të zhvilluara për të ndërtuar bimë hidrogjeni, por përparimi i tyre është i paimagjinueshëm pa këto fabrika. Këtu do të vini re problemin e burimit të hidrogjenit. Për momentin, hidrogjeni merret nga gazi natyror, por një rritje në koston e transportuesve të energjisë do të rrisë çmimin e hidrogjenit. Në të njëjtën kohë, në hidrogjen nga gaz natyror, prania e CO dhe H (sulfide hidrogjeni), të cilat helmojnë katalizatorin është i pashmangshëm.

Katalizuesit e zakonshëm të Platinumit përdoren metal shumë të shtrenjtë dhe të pariparueshëm - platinum. Megjithatë, ky problem është planifikuar të zgjidhet nga përdorimi i katalizatorëve bazuar në enzimat që janë substanca të lira dhe lehtësisht aktuale.

Problemi është dhe theksohet nxehtësia. Efikasiteti do të rritet në mënyrë dramatike nëse nxehtësia e gjeneruar është dërguar në drejtimin e dobishëm - për të prodhuar energji të ngrohjes për sistemin e furnizimit me ngrohje, përdorni si një nxehtësi cam në absorbim frigoriferë etj.

Elementet e karburantit në metanol (DMFC): përdorim real

Interesi më i lartë praktik sot është elementët e karburantit të veprimeve të drejtpërdrejta të bazuara në metanol (qeliza e karburantit të drejtpërdrejtë metanol, DMFC). Laptopi i Portege M100 që funksionon në qelizën e karburantit DMFC është si vijon:

Diagrami tipik i elementit DMFC përmban, përveç një anodi, katodë dhe membranash, disa komponentë shtesë: fishek karburantit, sensor metanol, pompë për qarkullimin e karburantit, pompë ajri, shkëmbyesi i nxehtësisë etj.

Orari i hapjes, për shembull, një kompjuter portativ në krahasim me akumulatorët, është planifikuar të rritet 4 herë (deri në 20 orë), një telefon celular - deri në 100 orë në mënyrë aktive dhe në gjashtë muaj në modalitetin e gatishmërisë. Recharge do të kryhet duke shtuar një pjesë të metanol të lëngët.

Detyra kryesore është për të kërkuar për variantet e përdorimit të metanol me përqendrimin e saj më të lartë. Problemi është se metanoli është një helm i fortë, vdekjeprurës në doza nga disa dhjetëra gram. Por përqendrimi i metanol ndikon drejtpërdrejt në kohëzgjatjen e operimit. Nëse një zgjidhje 3-10% e metanol është përdorur më parë, atëherë telefonat celularë dhe PDA-të ishin shfaqur tashmë duke përdorur një zgjidhje 50%, dhe në vitin 2008 në kushtet e laboratorit, specialistët e qelizave të MTI-së Microfuel dhe, pak më vonë, Toshiba u arrit qelizat e karburantit që veprojnë në metanol të pastër.

Për elementet e karburantit - e ardhmja!

Së fundi, zbulimi i një qelize të madhe të karburantit të ardhshëm është se Organizata Ndërkombëtare Ndërkombëtare e Komisionit Elektroteknik (Komisioni Ndërkombëtar elektroteknik), i cili përcakton standardet industriale për pajisjet elektronike, tashmë ka njoftuar krijimin e një grupi punues për të zhvilluar një standard ndërkombëtar për karburantin miniaturë elementet.

Element i karburantit - Kjo është një pajisje elektrokimike e ngjashme me një element galvanik, por ndryshon prej tij se substancat për një reaksion elektrokimik janë furnizuar për të - në kontrast me sasinë e kufizuar të energjisë të ruajtur në një element ose bateri galvanike.

Fik. një. Disa elemente të karburantit

Qelizat e karburantit transformojnë energjinë kimike të karburantit në energji elektrike, duke anashkaluar proceset joefektive të djegies, duke shkuar me humbje të mëdha. Si rezultat i një reagimi kimik, hidrogjeni dhe oksigjeni në energji elektrike janë transformuar. Si rezultat i këtij procesi, është formuar uji dhe një sasi e madhe e nxehtësisë dallon. Qeliza e karburantit është shumë e ngjashme me baterinë, e cila mund të ngarkohet dhe pastaj të përdorë energjinë elektrike të akumuluar. Shpikësi i qelizës së karburantit konsiderohet të jetë William R. Groove, i cili e shpiku atë në 1839. Në këtë qelizë të karburantit, një zgjidhje e acidit sulfurik është përdorur si një elektrolit, dhe hidrogjeni u përdor si lëndë djegëse, e cila ishte e lidhur me oksigjen në mjedisin oksidues. Deri kohët e fundit, qelizat e karburantit janë përdorur vetëm në laboratorë dhe anije kozmike.

Fik. 2.

Ndryshe nga gjeneratorët e tjerë të energjisë elektrike, të tilla si motorët me djegie të brendshme ose turbinat që veprojnë në gaz, kënd, vaj karburantit, etj, qelizat e karburantit nuk djegin karburant. Kjo do të thotë mungesa e rotorëve të zhurmshëm të presionit të lartë, zhurmës së lartë kur shter, vibrime. Qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike nga reagimi i heshtur elektrokimik. Një tjetër tipar i qelizave të karburantit është se ata transformojnë energjinë kimike të karburantit direkt në energji elektrike, ngrohtësi dhe ujë.

Qelizat e karburantit janë shumë efikas dhe nuk prodhojnë një sasi të madhe të gazrave serrë, siç është dioksidi i karbonit, metani dhe oksidi i azotit. E vetmja produkt i emetimit gjatë funksionimit të qelizave të karburantit është uji si një çift dhe një sasi e vogël e dioksidit të karbonit, e cila nuk është alokuar fare nëse hidrogjeni i pastër përdoret si lëndë djegëse. Qelizat e karburantit grumbullohen në kuvend, dhe pastaj në module të veçanta funksionale.

Qelizat e karburantit nuk kanë pjesë në lëvizje (të paktën brenda vetë elementit), prandaj ata nuk i binden ligjit të Carno. Kjo është, ata do të kenë një më të madh se 50%, efikasitet dhe veçanërisht efektiv në ngarkesa të ulëta. Kështu, makinat me qeliza të karburantit mund të bëhen (dhe tashmë e kanë provuar) më ekonomike se makinat e zakonshme në kushtet reale të lëvizjes.

Elementi i karburantit siguron prodhimin e rrymës elektrike të tensionit të vazhdueshëm, i cili mund të përdoret për të aktivizuar motorin elektrik, instrumentet e sistemit të ndriçimit dhe sistemeve të tjera elektrike në makinë.

Ka disa lloje të qelizave të karburantit që ndryshojnë në proceset kimike të përdorura. Qelizat e karburantit zakonisht klasifikohen nga lloji i elektroliteve të përdorura në to.

Disa lloje të qelizave të karburantit po premtojnë t'i përdorin ato si termocentrale të termocentraleve, ndërsa të tjerët - për pajisje portative ose për makinë makinë.

1. Elementet e karburantit alkaline (BTE)

Qeliza e karburantit alkaline - Kjo është një nga elementet e zhvilluara shumë të zhvilluara. Qelizat e karburantit alkaline (BCTE) janë një nga teknologjitë më të studiuara që përdoren nga mesi i viteve '60 të shekullit të njëzetë nga NASA në programet Apollo dhe anijes hapësinore. Në bordin e këtyre anijeve, qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike dhe ujë të pijshëm.

Fik. 3.

Qelizat e karburantit alkaline janë një nga elementet më efektive të përdorura për të gjeneruar energji elektrike, efikasiteti i gjenerimit të energjisë elektrike arrin deri në 70%.

Në qelizat e karburantit alkaline, përdoret një elektrolit, që është, një zgjidhje ujore e hidroksidit të kaliumit që gjendet në një matricë të stabilizuar poroze. Përqendrimi i hidroksidit të kaliumit mund të ndryshojë në varësi të temperaturës së operimit të qelizës së karburantit, vargu i të cilit varion nga 65 ° C deri në 220 ° C. Transportuesi i ngarkesës në BTE është një jon hidroksil (on-) që lëviz nga katodi në anodë, ku reagon me hidrogjen, prodhimin e ujit dhe elektroneve. Uji i marrë në anodë po kthehet në katodë, përsëri duke gjeneruar jonet hydroxyl atje. Si rezultat i këtij numri të reagimeve që kalojnë në qelizën e karburantit, prodhohet energjia elektrike dhe, si një nënprodukt, ngrohtësi:

Reagimi ndaj anodës: 2h2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4e

Reagimi katodë: o2 + 2h2o + 4e- \u003d\u003e 4oh

Reagimi i sistemit të përgjithshëm: 2h2 + o2 \u003d\u003e 2h2o

Avantazhi i BCT është se këto qeliza të karburantit janë më të lirë në prodhim, pasi katalizatori që nevojitet në elektroda mund të jetë ndonjë nga substancat, më të lira se ato që përdoren si katalizatorë për qelizat e tjera të karburantit. Përveç kësaj, BTE punojnë në temperatura relativisht të ulëta dhe janë ndër më efektive.

Një nga karakteristikat karakteristike të CTE është ndjeshmëri e lartë ndaj CO2, e cila mund të përfshihet në karburant ose ajër. CO2 reagon me electrolyte, shpejt e helmoi atë, dhe me forcë redukton efikasitetin e qelizës së karburantit. Prandaj, përdorimi i një BC është i kufizuar në hapësirat e mbyllura, të tilla si automjetet kozmike dhe nënujore, ato veprojnë në hidrogjen dhe oksigjen të pastër.

2. Elementet e karburantit në shkrirjen e karbonatit (rte)

Qelizat e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë janë qeliza të karburantit të temperaturës së lartë. Temperatura e lartë e operimit ju lejon të përdorni drejtpërdrejt gazin natyror pa procesorin e karburantit dhe gazin e karburantit me vlerë të ulët kalorifike të karburantit të proceseve të prodhimit dhe nga burime të tjera. Ky proces është projektuar në mesin e viteve '60 të shekullit të njëzetë. Që atëherë, teknologjia e prodhimit, treguesit e performancës dhe besueshmëria janë përmirësuar.

Fik. katër.

Funksionimi i RTE ndryshon nga qelizat e tjera të karburantit. Këto elemente përdorin elektrolitin nga përzierja e kripërave të karbonateve të shkrirë. Aktualisht, përdoren dy lloje të përzierjeve: karbonat litium dhe karbonat kaliumi ose karbonat litium dhe karbonat natriumi. Për shkrirjen e kripërave të karbonateve dhe arritjen e një shkalle të lartë të lëvizshmërisë jon në elektrolit, funksionimi i qelizave të karburantit me elektrolit të karbonat të shkrirë ndodh në temperatura të larta (650 ° C). Efikasiteti ndryshon brenda 60-80%.

Kur nxehet në një temperaturë prej 650 ° C, kripërat bëhen një dirigjent për jonet karbonate (CO32-). Këto jonet kalojnë nga katodë në anodë, ku ka një bashkim me hidrogjen me formimin e ujit, dioksidit të karbonit dhe elektroneve të lira. Këto elektron janë dërguar përgjatë një qarku elektrik të jashtëm mbrapa në katodë, ndërsa rryma elektrike gjenerohet, dhe si një nënprodukt - ngrohje.

Reagimi ndaj anodës: CO32- + H2 \u003d\u003e H2O + CO2 + 2E

Reagimi ndaj katodës: CO2 + 1 / 2O2 + 2E- \u003d\u003e CO32-

Reagimi total i elementit: H2 (g) + 1 / 2o2 (g) + CO2 (katodë) \u003d\u003e H2O (g) + CO2 (anode)

Temperaturat e larta operative të qelizave të karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë kanë avantazhe të caktuara. Avantazhi - aftësia për të aplikuar materiale standarde (fletë çeliku inox dhe katalizator nikel në elektroda). Ngrohtësia anësore mund të përdoret për të marrë avull me presion të lartë. Temperaturat e larta të reagimit në Electrolyte gjithashtu kanë avantazhet e tyre. Përdorimi i temperaturave të larta kërkon një kohë të gjatë për të arritur kushte optimale të punës, ndërsa sistemi reagon më ngadalë në ndryshimet në konsumin e energjisë. Këto karakteristika ju lejojnë të përdorni instalimet në qelizat e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë nën kushte të vazhdueshme të energjisë. Temperaturat e larta parandalojnë dëmtimin e qelizës së karburantit të oksidit të karbonit, helmimit, etj.

Qelizat e karburantit me electrolyte karbonate të shkrirë janë të përshtatshme për përdorim në instalime të mëdha stacionare. Ngrohja dhe termocentralet me një fuqi elektrike të prodhimit të 2.8 MW janë të industrializuara. Instalimet janë duke u zhvilluar me një fuqi të prodhimit deri në 100 MW.

3. Elementet e bazuara në qeliza të karburantit (FTE)

Elementet e ushqimit bazuar në acidin fosforik (ortofrofoskor) Steel elementet e para të karburantit për përdorim komercial. Ky proces u zhvillua në mesin e viteve '60 të XX, testet u kryen që nga vitet '70 të shekullit të njëzetë. Si rezultat, treguesit e stabilitetit dhe punës u rritën dhe kostoja është zvogëluar.

Fik. Pesë.

Elementet e ushqimit të bazuara në fosforik (ortofrofoskorik) përdorin elektrolitin e acidit në bazë të acidit ortophosphorik (H3PO4) me një përqendrim deri në 100%. Përçueshmëria jonike e acidit ortophoskorik është e ulët në temperatura të ulëta, kështu që këto qeliza të karburantit përdoren në temperatura deri në 150-220 ° C.

Transportuesi i ngarkesës në elementet e karburantit të këtij lloji është hidrogjeni (H +, proton). Një proces i ngjashëm ndodh në qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit (Moste), në të cilin hidrogjeni që çon në anodë është i ndarë në protonet dhe elektronet. Protonët kalojnë përmes elektrolitit dhe kombinohen me oksigjenin e marrë nga ajri, në një katodë me formim të ujit. Elektronet dërgohen përgjatë një qarku elektrik të jashtëm, gjenerohet rryma elektrike. Më poshtë janë reagimet, si rezultat i të cilave gjenerohen rryma elektrike dhe nxehtësia.

Reagimi në Anode: 2H2 \u003d\u003e 4H + + 4E

Reagimi katodë: o2 (g) + 4h + + 4e- \u003d\u003e 2h2o

Reagimi total i elementit: 2h2 + o2 \u003d\u003e 2h2o

Efikasiteti i qelizave të karburantit në bazë të acidit fosforik (ortofrofoskor) është më shumë se 40% gjatë gjenerimit të energjisë elektrike. Me prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike, efikasiteti i përgjithshëm është rreth 85%. Përveç kësaj, duke pasur parasysh temperaturat operative, ngrohja anësore mund të përdoret për të ngrohur ujin dhe duke gjeneruar një palë presion atmosferik.

Produktiviteti i lartë i termophyte (ortofforike) qelizat e karburantit acid në prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike është një nga avantazhet e këtij lloji të qelizës së karburantit. Në instalimet, monoksidi i karbonit përdoret me një përqendrim prej rreth 1.5%, gjë që zgjeron ndjeshëm mundësinë e zgjedhjes së karburantit. Dizajn i thjeshtë, paqëndrueshmëria e ulët e elektroliteve dhe rritja e stabilitetit - gjithashtu avantazhet e qelizave të tilla të karburantit.

Industrialët janë prodhuar termocentralet me një fuqi elektrike të prodhimit deri në 400 kW. Instalimet me kapacitet prej 11 MW kaluan testet e duhura. Instalimet janë duke u zhvilluar me një fuqi të prodhimit deri në 100 MW.

4. Elementet e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit (mostye)

Qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit Është konsideruar lloji më i mirë i qelizave të karburantit për të gjeneruar të ushqyerit e automjeteve, të cilat mund të zëvendësojnë motorët me djegie të brendshme të benzinës dhe naftës. Këto elemente të karburantit u përdorën për herë të parë nga NASA për programin "Binjak". Zhvilluar dhe duke treguar instalime në një fuqi prej 1 deri në 2 kW.

Fik. 6.

Elektrolit në këto qeliza të karburantit është një membranë solide polimer (filmi i shkëlqyer plastik). Kur ngjyhet me ujë, ky polimer mungon protonet, por nuk kryen elektronet.

Karburanti është hidrogjen, dhe bartësi i ngarkesës është ion hidrogjeni (proton). Në anodë, molekula e hidrogjenit ndahet në hidrogjen (proton) dhe elektronet. Jonet e hidrogjenit kalojnë nëpër elektrolit në katodë, dhe elektronet lëvizin përgjatë rrethit të jashtëm dhe prodhojnë energji elektrike. Oksigjen, i cili merret nga ajri, furnizohet me katodë dhe është i lidhur me elektronet dhe jonet e hidrokave, duke formuar ujë. Reagimet e mëposhtme ndodhin në elektrodat: reagimi ndaj anodës: 2h2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4enetion në katodë: o2 + 2h2o + 4e- \u003d\u003e 4oh 2h2o: 2h2 + o2 \u003d\u003e 2h2o në krahasim me llojet e tjera të karburantit Qelizat, elementet e karburantit me membranën e protoneve, protonet prodhojnë më shumë energji në një vëllim të caktuar ose peshë të qelizës së karburantit. Kjo veçori u lejon atyre të jenë kompakte dhe të lehta. Përveç kësaj, temperatura e punës është më pak se 100 ° C, e cila ju lejon të filloni shpejt shfrytëzimin. Këto karakteristika, si dhe aftësia për të ndryshuar shpejt yield-in e energjisë - vetëm disa nga këto qeliza të karburantit të kandidatit të parë për përdorim në automjete.

Një avantazh tjetër është se elektroliti është i fortë, dhe jo një substancë e lëngshme. Mbajnë gazra në katodë dhe anode është më e lehtë me elektrolit të ngurta, kështu që qelizat e tilla të karburantit janë më të lira në prodhim. Kur aplikoni elektrolit të ngurta, nuk ka vështirësi të tilla si orientimi, dhe më pak probleme për shkak të shfaqjes së korrozionit, gjë që rrit qëndrueshmërinë e elementit dhe komponentëve të tij.

Fik. 7.

5. Qelizat e karburantit të roll-oksid (Toto)

Elementet e karburantit tolloksid janë qelizat e karburantit me temperaturën më të lartë të operimit. Temperatura e punës mund të ndryshojë nga 600 ° C në 1000 ° C, e cila lejon përdorimin e llojeve të ndryshme të karburantit pa pretretim të veçantë. Për të punuar me temperatura të tilla të larta, electrolyte e përdorur është një oksid i hollë metalik i ngurtë në një bazë qeramike, shpesh aliazh i Yttrium dhe Zirconium, i cili është një eksplorues i joneve të oksigjenit (o2-). Teknologjia e përdorimit të qelizave të ngurta të oksidit të oksidit po zhvillohet nga fundi i viteve '50 të shekullit të njëzetë dhe ka dy konfigurime: aeroplan dhe tuba.

Electrolyte solide ofron një tranzicion hermetik gaz nga një elektrodë në tjetrën, ndërsa elektrolite të lëngëta janë të vendosura në një substrate poroze. Transportuesi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është një jon oksigjeni (o2-). Në katodë ka një ndarje të molekulave të oksigjenit nga një jon oksigjeni dhe katër elektronet. Jonet e oksigjenit kalojnë përmes elektrolit dhe janë të kombinuara me hidrogjen, ndërsa katër elektron të lirë janë formuar. Elektronet dërgohen përgjatë një qarku elektrik të jashtëm, gjenerohet ngrohja elektrike dhe nxehtësia elektrike.

Fik. tetë.

Reagimi ndaj anodës: 2H2 + 2O2- \u003d\u003e 2h2o + 4E

Reagimi katodë: o2 + 4e- \u003d\u003e 2O2-

Reagimi total i elementit: 2h2 + o2 \u003d\u003e 2h2o

Efikasiteti i prodhimit të energjisë elektrike është më i larti nga të gjitha qelizat e karburantit - rreth 60%. Përveç kësaj, temperaturat e larta të operimit lejojnë prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike për të gjeneruar avull me presion të lartë. Kombinimi i qelizës së karburantit me temperaturë të lartë me një turbinë ju lejon të krijoni një qelizë të karburantit hibrid për të rritur efikasitetin e gjenerimit të energjisë elektrike në 70%.

Qelizat e ngurta të oksidit të oksidit veprojnë në temperatura shumë të larta (600 ° C-1000 ° C), si rezultat i së cilës kërkohet një kohë e konsiderueshme për të arritur kushte optimale të punës, ndërsa sistemi reagon më ngadalë për të ndryshuar konsumin e energjisë. Në temperatura të tilla të larta operative, nuk kërkohet një konvertues për të rivendosur hidrogjenin nga karburanti, i cili lejon instalimin e energjisë elektrike për të operuar me një karburant relativisht të papastër të marrë si rezultat i gazifikimit të qymyrit ose gazeve të shkarkimit etj. Gjithashtu, kjo qelizë e karburantit është e shkëlqyer për të punuar me fuqi të lartë, duke përfshirë termocentralet industriale dhe të mëdha qendrore. Modulet industriale me një fuqi elektrike të prodhimit prej 100 kW.

6. Elementet e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit (PSTE)

Elementet e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit Aplikuar me sukses në fushën e të ushqyerit të telefonave celularë, laptopë, si dhe për të krijuar burime portative të energjisë elektrike, në të cilën synon përdorimi i ardhshëm i elementeve të tilla.

Pajisja e qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanol është i ngjashëm me një pajisje qelizore të karburantit me një membranë të shkëmbimit të protonit (moste), i.e. Një polimer përdoret si një elektrolit, dhe ion hidrogjeni (proton) përdoret si një transportues i ngarkuar. Por metanol i lëngët (ch3oh) oksidohet në prani të ujit në një anodë me lirimin e CO2, joneve të hidrogjenit dhe elektroneve, të cilat janë dërguar përgjatë një qarku elektrik të jashtëm dhe gjenerohet një rrymë elektrike. Jonet e hidrogjenit kryhen nga elektroliti dhe reagojnë me oksigjen nga ajri dhe elektronet që vijnë nga zinxhiri i jashtëm për të formuar ujë në anodë.

Reagimi ndaj anodës: CH3OH + H2O \u003d\u003e CO2 + 6H + + 6Exament në katodë: 3 / 2O2 + 6H + + 6E- \u003d\u003e 3H2O Reagimi i përgjithshëm i elementit: CH3OH + 3 / 2O2 \u003d\u003e CO2 + 2H2O Zhvillimi E elementeve të tilla të karburantit u krye nga vitet e filluara90- x vitet e shekullit të njëzetë dhe fuqia dhe efikasiteti i tyre specifik u rritën në 40%.

Testet e këtyre elementeve në rangun e temperaturës prej 50-120 ° C u kryen. Për shkak të temperaturave të ulëta operative dhe mungesës së nevojës për të përdorur konvertuesit qelizat e tilla të karburantit janë kandidati më i mirë për përdorim në të dy telefonat mobil dhe mallrat e tjera të konsumit dhe motorët e makinave. Dinjiteti i tyre është gjithashtu dimensione të vogla.

7. Polimer Electrolyte Cells (PET)

Në rastin e qelizave të karburantit të polimerit, membrana e polimerit përbëhet nga fibra polimer me rajonet e ujit, në të cilat ka një përçueshmëri të h2o + joneve të ujit (proton, të kuqe) bashkohet me molekulën e ujit. Molekulat e ujit paraqesin problemin e një shkëmbimi të ngadaltë të joneve. Prandaj, një përqendrim i lartë i ujit kërkohet si në karburant ashtu edhe në elektrodat e shkarkimit, që kufizon temperaturën e punës prej 100 ° C.

8. Elementet e karburantit të fiddictional (tcte)

Në qelizat e karburantit të ngurtë-acid, elektrolite (CSHSO4) nuk përmban ujë. Temperatura e punës është pra 100-300 ° C. Rrotullimi i Oxyanions SO42 lejohet nga protonet (të kuqe) për të lëvizur siç tregohet në figurë. Si rregull, një element i karburantit i fortë është një sanduiç në të cilin një shtresë shumë e hollë e një përbërje të vështirë është e vendosur në mes të dy elektrodave të ngjeshura fort për të siguruar kontakt të mirë. Kur të nxehtë, komponenti organik avullon, duke lënë nëpër poret në elektroda, duke ruajtur aftësinë e kontakteve të shumta midis karburantit (ose oksigjenit në anën tjetër të elementeve), elektrolit dhe elektrodave.

Fik. nëntë.

9. Krahasimi i karakteristikave më të rëndësishme të elementeve të karburantit

Fik. 10.

10. Përdorimi i qelizave të karburantit në makina

Fik. njëmbëdhjetë.

Fik. 12.