Goriva ćelija za vodonik energiju. Korištenje gorivnih ćelija za napajanje

Jednom u budućnosti možda je početak našeg veka rekao da su sve veće cijene za zabrinutost nafte i okoliša dovele do oštre širenju izgleda automobila i prisilili ih na razvoj i uvođenje novih i motora i motora.

Jedna od ovih goriva nazit će se vodik. Kao što je poznato, kada su povezani vodik i kisik, dobija voda i stoga, ako ovaj postupak stavite u bazu automobila, ispuh neće biti mješavina opasnih plinova i hemijskih elemenata, već obične vode.

Uprkos nekim tehničkim poteškoćama povezanim sa upotrebom vodoničnih gorivnih ćelija (TE), automobila se neće odreći i već razvijati svoje nove modele hidrogenom kao gorivo. Na Motorovskoj emisiji za 2011. godinu, moguće je vidjeti kao jednu od staze autoiinadustria, Daimler AG predstavio je javnost nekoliko Mercedes-Benz prototipa sa vodonik motorom. Iste godine, Korejski Hyndai najavio je da će odbiti razviti električna vozila i koncentrirati se na razvoj automobila koji će koristiti vodonične ćelije.

Uprkos ovom aktivnom razvoju, ne toliko ljudi tačno zamišljaju da je upravo ta vodika te i da su unutra.

Da bismo razjasnili situaciju, prećujmo se u historiju vodoničnih gorivnih ćelija.

Prvi koji su teoretski opisali mogućnost stvaranja hidrogenika, bio je njemački kršćanin Friedrich Schönbein. 1838. godine opisao je princip u jednom od naučnih časopisa u to vrijeme.

Godinu dana kasnije. 1939. godine sudac iz Walesa, sir Sir William Robert Grove kreirao je i pokazao praktično radno hidrogen bateriju. Ali naboj proizveden baterom nije bilo dovoljno da se osigura da se izum široko koristi.

Izraz "gorivna ćelija" prvi put je korištena 1889. godine istraživači Ludwig Mond i Charles Langer, koji su pokušali stvoriti rad koji koriste plin zraka i koksa. Prema drugoj verziji, prvi koji je koristio izraz "gorivne ćelije" bio je William White Jaques. Bio je i prvi koji je koristio fosfornu kiselinu u elektrolitskoj kupki.

U 1920-ima su studije koje su u Njemačkoj provodile na načine korištenja karbonatnih ciklusa i čvrstih oksidnih gorivnih ćelija koje se sada koriste.

1932. godine inženjer Francis T Bacon započeo je istraživanje hidrogen te. Pred njim, istraživači su koristili porozne platične elektrode i sumpornu kiselinu u elektrolitskoj kupki. Platinum je proizvodnja izrazila vrlo skupo, a sumporna kiselina stvorila je dodatne poteškoće zbog njegovog učinka. Bacon je zamijenio skupu platinu na nikal i sumpornu kiselinu - na manje kaustični alkalni elektrolit.

Bacon je neprestano poboljšao svoj razvoj, a 1959. godine bio u stanju da predstavi gorivni element od 5 kruna uglja u javnost, što je moglo opskrbiti aparat za zavarivanje energijom. Istraživač je nazvao svoju TE "Bacon ćeliju".

U oktobru iste 1959. godine, Harry Karl Ihhrg demonstrirao je električni traktor u 20 konjskih snaga, koji je postao prvo svjetsko vozilo koje je dobilo iz gorivne ćelije.

1960-ih, američki opći električni električni princip rada Grejskog elementa bajkona i razvio sistem proizvodnje električne energije za NASA BEMINI i APOLLO svemirske programe. NASA je izračunala da bi upotreba nuklearnog reaktora bila preskušenja, a obične baterije ili solarne ploče zahtijevaju previše prostora. Pored toga, hidrogene ćelije mogle bi istovremeno mogle opskrbiti brod za struju, a posada je voda.

Prvi autobus na vodiku TE izgrađen je 1993. godine. 1997. godine Daimler Benz i Toyota Automakeri predstavili su svoje prototipove putničkih automobila.

- FacePla.net -

Komentari:

A o radu na temu TE u SSSR-u zaboravio sam reći, da?

prilikom primanja električne energije se formira voda. I to više prvo i to. A sad mi dozvolite kako će brze kapljice postići sve ćelije za gorivo i kanale za prolaz gasova - H2, O2 i kako će ovaj generator raditi na minus temperaturi?

da li predlažete da izgorete desetine tona uglja, bacajući tonu čađe u atmosferu da biste dobili vodik da biste dobili par AMPERE aktuelne za novomodno tvrdo?!
Gdje se nalazi Zhezh, štedi sa ekologijom?!

Evo ga - ružičasto razmišljanja!
Zašto spaliti tonove uglja? Živimo u 21. stoljeću i već postoje tehnologije koje vam omogućuju da u svakom slučaju dobivate energiju. Ostaje samo kompetentno nakupljajući ovu energiju za praktičnu dodatnu upotrebu.

Poduzetnik Danila Shaposhhkov kaže da je bilo potrebno da se proizvod dovede na tržište iz laboratorije. Pokretanje u energiji čini vodonične gorivne ćelije na kojima će bespilotni brodovi moći da lete u više puta duže nego sada.

Poduzetnik Danila Shaposhhnov pomaže naučniku Yuri Dobrovolskyja i Sergej Nefelkin da komercijaliziraju svoj izum - kompaktne vodonične gorivne ćelije koje mogu raditi nekoliko sati bez straha od mraza i vlage. Kompanija na energetskoj već stvorila je već privukla oko 100 miliona rubalja. Ulaganja i priprema se za osvajanje globalnog tržišta bespilotnih antenskih vozila sa zapreminom od 7 milijardi dolara, što je i dalje poželjno korišteno litijum-jonske baterije.

Od laboratorija na tržište

Početak poslovanja postavio je poznanstvo Shaposhnikova sa dva ljekara nauka u oblasti energetike i elektrohemije - Dobrovolsky iz Instituta za probleme hemijskog fizike Ruske akademije nauka u Chernogolovki, krenuli su u Moskvu u Moskvi Energetski institut. Profesori su imali ideju kako napraviti niskotemperaturne gorivne elemente, ali nisu shvatili kako povući svoj izum na tržište. "Bio sam poduzetnik - investitor koji je riskirao da donese proizvod na tržište iz laboratorije", prisjeća se Shaposhhkov u intervjuu sa RBC-om.

U kolovozu 2012., Shaposhkov, Dobrovolsky i Nefelkin registrovali su se na energiji (LLC "Ey Ti Energy") i počeli da pripremaju prototipove. Kompanija je podnijela prijavu i postala prebivalište Skolkova. Sve 2013. godine u najamnoj bazi Instituta u Černogolovki, osnivači energije radili su radikalno povećati vijek trajanja baterije goriva. "Chernogolovka - nauke, dovoljno je lako pronaći i privlačiti laboratorijske tehničare, inženjere i elektrokemiste da rade", kaže Shaposhnikov. Tada se na energiji preselilo u Chernogolovsky Technopark. Tamo se pojavio prvi proizvod - gorivna ćelija za drone.

"Srce" gorivne ćelije razvijene su u energiji membransko-elektroda, u kojem se pojavljuje elektrohemijska reakcija: na jednoj ruci se isporučuje zrak sa kisikom, sa komprimiranim vodonikm, kao rezultat hemijskog vodika Reakcija oksidacije, energija se proizvodi.

Pod pravim proizvodom na energiji uspio je dobiti dva granta Skolkovo (u iznosu od gotovo 47 miliona rubalja), kao i privući oko milion dolara ulaganja. Vjeruje se u fondaciju sjeverne energetske poduhvate (primljeno 13,8% na energiji, njegov partner je samposhnikov sam, a fond od Phystecha (13,8%), koji su osnovali diplomirani institut za fiziku i tehnologiju, i Morton Programer (10%); Direktno Shaposhhkov i Dobrovolsky sada pripadaju 26,7% na energiji, a Nevelkin - 9% (sve - prema EGRUL-u).

Na energiji u brojevima
Oko 1. 00 miliona rubalja. - Ukupna investicija privlačna
3-30 kg - Masa drona, za koja u energiji čini elektroenergetski sistem
7 milijardi dolara godišnje - svezak globalnog tržišta drona u 2015. godini
90 miliona dolara - Zapremina ruskog tržišta vojne drone u 2014. godini
5 miliona dolara - Zapremina ruskog civilnog tržišta civilnog automobila u 2014. godini
2,6 milijardi dolara - Obim globalnog tržišta elemenata goriva u 2014. godini
Izvor: Podaci o kompaniji, poslovni insajder, tržišta i tržišta

Leti duže, još duže

Do danas, gotovo 80% dronova u svijetu koristi električne motore koji se hrane iz litijum-jonskih ili litijum-polimernih baterija. "Najveći problem sa baterijama je da ima ograničenja energetskog intenziteta na dimenzije. Želite dvostruko energiju - stavite drugu bateriju i još jedan itd. A u dronovima najvažniji parametar je njegova masa ", objašnjava Shaposhnikov.

Od mase drona ovisi o njegovom blagotvornom opterećenju - broju uređaja koji mogu objesiti na njemu (na primjer, kamere, termički snimci, uređaji za skeniranje itd.), Kao i vrijeme leta. Do danas, drona leti uglavnom od pola sata do jednog i po sata. "Pola sata nije zanimljivo", kaže Shaposhhnikov. "Ispada da ste ga samo vi podigli u zrak, jer je vrijeme za promjenu baterije." Pored toga, litijum-jonske baterije su kaprikozno ponašane na negativnim temperaturama. Shaposhnikov tvrdi da se gorivne ćelije razvijene u energiji omogućavaju letjeli da lete do pet puta duže: od dva i pol do četiri sata, a mraz se ne boji (do minus 20 stepeni).

Potrošni materijal i komponente za njihove akumulatore na kupovini energije i u Rusiji i u inostranstvu. "Za naučna dešavanja namijenjena je malim serijama, tako da još ne možemo dati potencijalnim ruskim proizvođačima komponenti planiranja horizonta koji mogu lokalizirati svoju proizvodnju", objašnjava Shaposhnikov.

U 2014. godini, na energiji je ispunila prve ugovore: Set 20 baterijskih sustava zasnovanih na njihovim gorivnim ćelijama vojske (kupac Shaposhhkov ne zove). Takođe su opremili bespilotni brodove kompanije "AFM-server", koji su ih koristili kada je video snimanje olimpijade u Sočiju. "Jedan od ciljeva kompanije bio je testirati naše sisteme na dronovima, a mi ga još uvek imamo, oni će nam platiti za njega ili ne", prisjeća se Shaposhhkov. Do danas, na energiji potpisali su brojne ugovore i predpremere, potencijalni prihod za koji, prema Shaposhnikovu, iznosi 100 miliona rubalja. (uglavnom sa državnim strukturama).

Finansijski rezultati u Energy Shaposhhkov ne otkriva. Prema "Kontur.fokusu", kompanija je u 2014. godini imala prihod od 12,4 miliona rubalja. i neto gubitak od 1,2 miliona rubalja. Trošak gorivnih elemenata sa kapacitetom do 0,5 kW izrađivali su na energiji, prema Shaposhnikovu, fluktuira u rasponu od 10-25 tisuća, ovisno o vrsti drona s IT zadacima, trajanjem leta i drugih parametara .

Devalvacija rublja, prema Shaposhnikovu, olakšat će kompaniji koja ulazi u svjetsko tržište. "Cilj smo u 2016. stavljali u 2016. da uspostavimo odnose sa zapadnim igračima, a u 2017. da napravimo prve proizvode za glavne vrste stranih drona", kaže on.

Investitor.

"Na energiji je uspela da stvori goriva sa jedinstvenim karakteristikama"

Oleg Perssovsky, direktor za operativni rad klastera energetski učinkovitih tehnologija Skolkovog fondacije

"Mogli su napraviti uređaj koji radi na negativnim temperaturama, dok je prilično kompaktan i jeftin. Za visokotehnološke projekte, četiri godine je kratak vremenski period, tako da se kreću s normalnim tempom, po našem mišljenju. Podzemni svet su jedna od očiglednih i najperspektivnijih područja za upotrebu gorivnih ćelija. Zamena izvora napajanja, drona će moći povećati vrijeme leta nekoliko puta u istoj masovno-dimenzijskim karakteristikama. Još uvijek postoji autonomno tržište opskrbe energijom, na primjer, za mobilne mreže, gdje postoji velika potreba za malim izvorima napajanja u udaljenim područjima gdje se ne isporučuju električne mreže. "

"Stvaranje konkurentnog proizvoda i pristupa ovom tržištu imaju značajne investicione rizike"

Sergej Filimonov, šef fondacije korporativnog poduhvata GS poduhvat (kao dio GS grupe)

"Tržište gorivnih ćelija sa velikim kapacitetom mnogo je šire i složenije sferom bespilotnih antena. Ali gorivne ćelije treba da se takmiče sa brojnim postojećim izvorima energije, kako u pogledu efikasnosti i troškova. Stvaranje konkurentnog proizvoda i pristupa ovom tržištu ima značajne investicione rizike. Za GS Poduzme, upute UAV-a i gorivnih elemenata su prilično zanimljivi, ali fond nije spreman uložiti u početniku samo zato što ova kompanija radi u području u razvoju i ima za cilj aktivno rasti tržište.

Kupci

"Ovo je najbolja tehnologija na tržištu, ali preskupa."

Oleg Panfilenok, osnivač i generalni direktor COPTER Express-a

"Na energiji je vrlo jaka tehnologija. Paketa "gorivna ćelija plus cilindar sa vodonikom" omogućava vam da postignete samouvjerene intenzitet energije, znatno veći nego u litijum-polimernim ili litijum-jonskim baterijama. Već smo dizajnirali dronu za mapiranje, prečnika oko 1 metar za odleti s velikim teritorijom - ako na njega stavite ćelije hidrogen-gorivo, letjet će do četiri sata. Bilo bi zgodno i efikasno, uređaj ne bi moralo stavljati uređaj za ponovno punjenje nekoliko puta.

Do danas je to potpuno najbolja tehnologija na tržištu, ali postoji jedan problem: za nas je preskupo. Jedna baterija iz energije može koštati oko 500 hiljada rubalja. - Redoslijed veličine veći od litijum-polimernih baterija. Da, to je jedno i pol puta jeftinije od stranih analoga, ali moramo napraviti deset. Mi nismo vojska koja ima proračune, mi smo komercijalna kompanija i nisu spremni platiti veliki novac. Ovo je za vojne karakteristike drona važnije od njegove vrijednosti, a za trgovinu, naprotiv, bit će bolje ako je gore, ali jeftinije. "

"Vrijeme leta Drone za mnoge zadatke je najvažniji faktor."

Maxim Shinkevič, generalni direktor kompanije Nepaćene sustavne grupe kompanija

"Veoma smo upoznati sa energijom i potpisali su sa njima sporazum o saradnji. Nedavno smo završili razvoj novog multicottertera s višestrukim veličinama sa korisnom teretom do 2 kg, koji će biti opremljen u elementu energije i letjet će od 2,5 do 4 sata. Na litijumskim baterijama, takav dron bi letio samo 30 minuta. Ovaj se drono može koristiti i u civilnoj, a za vojne svrhe je kompleks video nadzora za pretraživanje i spašavanje ljudi, spremni smo da ga pokrenu u nizu. Već imamo prvog civilnog kupca na njemu, čim to pokažemo u akciji, pojavit će se i drugi ugovori.

Jedan od glavnih problema u masovnoj upotrebi gorivnih ćelija je nedostatak mreže stanica za punjenje ih. Oni su skuplji od baterija (kao rezultat, troškovi drona sa njihovom upotrebom povećavaju se za 15%), ali zauzvrat ste nabavljali povećanje trajanja leta više nego dva puta. Drona Vrijeme leta za mnoge zadatke je najvažniji faktor. "

Natalia Suvorov

Ekologija znanja.Nauk i tehnika: Vodonik Energy jedna je od najopljnijih industrija, a gorivne ćelije omogućavaju da ostane na naprednim inovativnim tehnologijama.

Goriva ćelija je uređaj koji učinkovito proizvodi izravnu struju i toplinu od goriva bogate vodonik elektrohemijskom reakcijom.

Goriva ćelija je slična bateriji u činjenici da proizvodi izravnu struju hemijskim reakcijama. Opet, poput baterije, gorivnih elemenata, anode, katode i elektrolit. Međutim, za razliku od baterija, gorivne ćelije ne mogu akumulirati električnu energiju, ne pražnjenje i ne zahtijevaju struju za ponovno punjenje. Gorivne ćelije mogu neprestano proizvoditi struju dok nemaju zalihe i vazdušni zalihe. Tačan izraz za opisivanje radne gorivne ćelije je sustav elemenata, jer za puni rad zahtijeva neke pomoćne sisteme.

Za razliku od ostalih generatora električne energije, poput motora sa unutrašnjim sagorevanjem ili turbina koje rade na plinu, ugao, lož ulje itd., Gorivne ćelije ne spaljuju gorivo. To znači odsustvo bučnih rotora visokog pritiska, glasan šum kada ispušni, vibracije. Gorivne ćelije proizvode električnu energiju tihom elektrohemijskom reakcijom. Druga karakteristika gorivnih ćelija je da pretvore kemijsku energiju goriva direktno u struju, toplinu i vodu.

Gorivne ćelije su vrlo efikasne i ne proizvode veliku količinu stakleničkih plinova, poput ugljičnog dioksida, metan i dušičnog oksida. Jedini proizvod emisije tokom rada gorivnih ćelija je voda kao par i mala količina ugljičnog dioksida, koja se ne dodjeljuje ako se čisti vodik koristi kao gorivo. Gorivne ćelije se sakupljaju u montaži, a potom u zasebne funkcionalne module.

Princip rada gorivnih ćelija

Gorivne ćelije proizvode struju i toplinu zbog pogrešne elektrohemijske reakcije pomoću elektrolita, katode i anode.

Anoda i katoda odvojena su elektrolitnim provodljivim protokama. Nakon što hidrogen ide na anodu, a kisik na katodi započinje hemijska reakcija, kao rezultat toga što se generiraju električna struja, toplina i voda. Na anodi katalizatora, molekularni vodonik se distribuira i gubi elektrone. Vodikove joni (protonovi) provodi se kroz elektrolit na katodu, dok se elektroni prenose elektrolitom i prelaze vanjski električni krug, stvarajući stalnu struju koja se može koristiti za napajanje opreme. Na katalizatoru katode molekule kisika povezan je sa elektronom (koji se isporučuje iz vanjskih komunikacija) i protona zalaganja i formira vodu, što je jedini reakcijski proizvod (kao parni i / ili tečnost).

Ispod je odgovarajuća reakcija:

Reakcija na anos: 2h2 \u003d\u003e 4h + + 4e-
Katodna reakcija: O2 + 4H + + 4E- \u003d\u003e 2h2o
Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

Vrste gorivnih ćelija

Kao i postojanje različitih vrsta motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, postoje različite vrste gorivnih ćelija - izbor odgovarajuće vrste gorivne ćelije ovisi o njegovoj upotrebi.Gorivne ćelije podijeljene su na visokoj temperaturi i nisku temperaturu. Zgorne ćelije niskog temperature zahtijevaju relativno čisti vodik kao gorivo.

To često znači da je obrada goriva potrebna za pretvorbu primarnog goriva (poput prirodnog plina) u čisti vodonik. Ovaj proces troši dodatnu energiju i zahtijeva posebnu opremu. Gorivne ćelije visokotemperaturne gorivne ćelije ne trebaju ovaj dodatni postupak, jer mogu izvršiti "unutrašnju transformaciju" goriva na povišenim temperaturama, što znači nepostojanje potrebe za ulaganjem u vodoničnu infrastrukturu.

Gorivne ćelije na topljenje karbonata (RTE).

Elementi za gorivo s moltenom karbonatnom elektrolitom su visokotemperaturne gorivne ćelije. Visoka radna temperatura omogućava vam direktno korištenje prirodnog plina bez procesora goriva i goriva sa niskom kaloričnom vrijednošću goriva proizvodnih procesa i iz drugih izvora. Ovaj proces je razvijen sredinom 1960-ih. Od tada su poboljšane proizvodne tehnologije, pokazatelji i pouzdanosti performansi.

Rad RTE razlikuje se od ostalih gorivnih ćelija. Ovi elementi koriste elektrolit iz mješavine rastopnih karbonatalnih soli. Trenutno se koriste dvije vrste smjesa: litijum karbonat ili kalijum karbonat ili litijum karbonat i natrijum karbonat. Za topljenje karbonatnih soli i postizanje visokog stepena ionske mobilnosti u elektrolitu, operacija gorivnih ćelija s moltenom karbonatnom elektrolitom javlja se na visokim temperaturama (650 ° C). Učinkovitost varira u roku od 60-80%.

Kada se zagreva na temperaturu od 650 ° C, soli postaju dirigent za karbonatne ioni (CO32-). Ovi ioni prelaze s katode do anode, gdje postoji sindikat s vodikom s formiranjem vode, ugljičnog dioksida i besplatnih elektrona. Ovi elektroni su usmjereni na vanjski električni krug nazad na katodu, dok se električna struja generira, a toplota kao nusproizvod.

Reakcija na Anod: CO32- + H2 \u003d\u003e H2O + CO2 + 2E-
Reakcija na katodu: CO2 + 1 / 2O2 + 2E- \u003d\u003e CO32-
Ukupna reakcija elementa: H2 (g) + 1 / 2O2 (G) + CO2 (katoda) \u003d\u003e H2O (G) + CO2 (anoda)

Visoke operativne temperature gorivnih ćelija s moltenom karbonatnom elektrolitom imaju određene prednosti. Na visokim temperaturama nalazi se unutarnje reforme prirodnog plina, što eliminira potrebu za korištenjem procesora goriva. Pored toga, među prednostima može se pripisati korištenju standardnih konstrukcijskih materijala, poput listovnog čelika i nikla katalizatora na elektrode. Bočna toplo se može koristiti za generiranje pare visokog pritiska u razne industrijske i komercijalne svrhe.

Visoke reakcijske temperature u elektrolitu takođe imaju svoje prednosti. Upotreba visokih temperatura zahtijeva veliko vrijeme za postizanje optimalnih radnih uvjeta, dok sustav reagira sporije za promjene u potrošnji energije. Ove karakteristike omogućuju vam da koristite instalacije na gorivnim ćelijama pomoću rastopljenih karbonatnih elektrolita pod stalnim uvjetima napajanja. Visoke temperature sprječavaju oštećenje gorivne ćelije ugljičnog oksida, "trovanje", itd.

Gorivne ćelije s moltenom karbonatnom elektrolitom pogodne su za upotrebu u velikim stacionarnim instalacijama. Toplina i elektrane sa izlazom električne energije od 2,8 MW su industrijalizirani. Instalacije se razvijaju sa izlaznim napajanjem do 100 MW.

Elementi hrane na bazi fosforne kiseline (FTE).

Gorivne ćelije zasnovane na fosforičnoj (ortofosforičkoj) kiselini postale su prvi elementi goriva za komercijalnu upotrebu. Ovaj proces je razvijen sredinom 1960-ih., Testovi su provedeni od 1970-ih. Od tada je stabilnost povećana, pokazatelji uspješnosti i smanjeni trošak.

Elementi hrane na bazi fosforne (ortofosforne) kiseline koriste elektrolit na osnovu ortofosforne kiseline (H3PO4) sa koncentracijom do 100%. Jonska provodljivost ortofosforne kiseline niska je na niskim temperaturama, iz tog razloga, ove se gorivne ćelije koriste na temperaturama do 150-220 ° C.

Nosač naboja u gorivnim elementima ove vrste je vodonik (H +, proton). Sličan proces se javlja u gorivnim ćelijama sa membranom za razmjenu protona (MOSTE), u kojem vodonik koji vodi do anode podijeljen je u protone i elektrone. Protoni prolaze kroz elektrolit i kombiniraju se sa kisikom dobivenim iz zraka, na katodi s formiranjem vode. Elektroni se šalju po vanjskom električnom krugu, generira se električna struja. Ispod su reakcije, kao rezultat kojih se stvara električna struja i toplina.

Reakcija na anos: 2h2 \u003d\u003e 4h + + 4e-
Katodna reakcija: O2 (G) + 4H + + 4E- \u003d\u003e 2h2o
Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

Učinkovitost gorivnih ćelija zasnovanih na fosfornom (ortofosforičnoj) kiselini je veća od 40% prilikom stvaranja električne energije. Sa kombiniranom proizvodom toplotne i električne energije, ukupna efikasnost je oko 85%. Pored toga, s obzirom na radne temperature, bočna toplina može se koristiti za zagrijavanje vode i stvaranje para atmosferskog pritiska.

Visoka produktivnost termofita (ortofosforne) kiselo gorivne ćelije na kombiniranoj proizvodnji toplotne i električne energije jedna je od prednosti ove vrste goriva. U instalacijama se u karbonskim monoksidom koristi koncentracijom od oko 1,5%, što značajno proširuje mogućnost izbora goriva. Pored toga, CO2 ne utiče na elektrolit i rad gorivne ćelije, ova vrsta elemenata radi s reformiranim prirodnim gorivom. Jednostavan dizajn, mala volatilnost elektrolita i povećana stabilnost su takođe prednosti ove vrste gorivnih ćelija.

Industrijske industrije proizvode termoelektrane sa izlaznim električnim napajanjem do 400 kW. Instalacije za 11 MW proslijedile su odgovarajuće testove. Instalacije se razvijaju sa izlaznim napajanjem do 100 MW.

Elementi goriva sa membranom za razmjenu protona (MOSTE)

Gorivne ćelije s membranom metabolizma smatraju se najboljom vrstom gorivnih ćelija za generiranje prehrane vozila, koje mogu zamijeniti benzinski i dizel motore za sagorijevanje. Ovi gorivni elementi prvo je koristio NASA za program "Blizanci". Danas su razvijene i demonstrirane instalacije na PEP-ove snage 1W do 2 kW.

Kao elektrolit u tim gorivnim ćelijama koristi se čvrsta polimerna membrana (tanka plastična filma). Kada se namočite vodom, ovaj polimer promašuje protone, ali ne vodi elektrone.

Reakcija na anodu: 2h2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4e-
Reakcija na katodi: O2 + 2H2O + 4E- \u003d\u003e 4oh-
Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

U usporedbi s drugim vrstama gorivnih ćelija, gorivne ćelije s metabolizmom protona proizvedene su više energije po dat volumen ili težinu gorivne ćelije. Ova značajka omogućava im kompaktno i lagano. Pored toga, radna temperatura je manja od 100 ° C, što vam omogućava da brzo pokrenete iskorištavanje rada. Ove karakteristike, kao i mogućnost brzog promjene izlaza energije - samo neke funkcije koje ove gorivne ćelije čine prvom kandidatu za upotrebu u vozilima.

Još jedna prednost je što je elektrolit čvrst, a ne tečno, supstanca. Držite gasove na katodi i anoda je lakše korištenjem čvrste elektrolite, a samim tim, takvi su gorivni elementi jeftiniji za proizvodnju. U odnosu na druge elektrolite, upotreba čvrste elektrolite ne nastaje takve poteškoće kao orijentacije, postoji manje problema zbog pojave korozije, što dovodi do veće trajnosti elementa i njegovih komponenti.

SOLID oksidna gorivna ćelija (TOTO)

Zgodne ćelije za gorivo su gorivne ćelije s najvećom radnom temperaturom. Radna temperatura može varirati od 600 ° C do 1000 ° C, što omogućava upotrebu različitih vrsta goriva bez posebne prethodne obrade. Raditi sa tako visokim temperaturama, elektrolit koji se koristi je tanki čvrsti metalni oksid na keramičkoj osnovi, često leguj ytrijuma i cirkonijuma, koji je istraživač kisikovih jona (O2-). Tehnologija upotrebe čvrstih oksidnih gorivnih ćelija razvija se od kraja 1950-ih. i ima dvije konfiguracije: ravninu i cevastu.

Čvrsti elektrolit pruža hermetički prelazak plina s jedne elektrode u drugi, dok se tečni elektroliti nalaze u poroznom supstratu. Nosač naboja u gorivnim ćelijama ove vrste je kisik ion (O2-). Na katodi se razdvaja molekula kisika iz kisika i četiri elektrona. Kisionici prolaze kroz elektrolit i kombiniraju se s vodikom, dok se formira četiri besplatna elektrona. Elektroni su usmjereni prema vanjskom električnom krugu, dok se generira električna struja i bočna toplina.

Reakcija na anodi: 2h2 + 2o2- \u003d\u003e 2h2o + 4e-
Katodna reakcija: O2 + 4E- \u003d\u003e 2o2-
Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

Učinkovitost proizvedene električne energije najviša je od svih gorivnih ćelija - oko 60%. Pored toga, visoke operativne temperature omogućuju kombiniranu proizvodnju termičke i električne energije za stvaranje pare visokog pritiska. Kombinacija visokotemperaturne gorivne ćelije s turbinom omogućava vam stvaranje hibridne gorivne ćelije za povećanje efikasnosti stvaranja električne energije na 70%.

Godišne \u200b\u200bopsežne ćelije djeluju na vrlo visokim temperaturama (600 ° C-1000 ° C), kao rezultat toga potrebno je do velikog vremena za postizanje optimalnih radnih uvjeta, dok sustav reagira sporije za promjenu potrošnje energije. Na takvim visokim radnim temperaturama, pretvarač nije potreban za vraćanje vodika iz goriva, što omogućava da instalacija toplote snage radi s relativno nečistom gorivom dobivenom kao rezultat gasifikacije ugljena ili izduvnih gasova itd. Također, ova gorivna ćelija je odlična za rad sa velikom snagom, uključujući industrijske i velike centralne elektrane. Industrijski moduli sa izlaznim električnom energijom od 100 kW.

Elementi goriva sa direktnom oksidacijom metanola (POM)

Tehnologija korištenja gorivnih ćelija sa direktnom oksidacijom metanola doživljava period aktivnog razvoja. Uspješno se dokazala u hranjivoj hrani, prijenosnim računalima, kao i za stvaranje prijenosnih izvora električne energije. U čemu je za cilj buduće korištenje ovih predmeta.

Uređaj gorivnih ćelija sa direktnom oksidacijom metanola sličan je gorivnim ćelijama sa membranom protona (MOSTE), I.E. Polimer se koristi kao elektrolit, a vodik ion (proton) koristi se kao nosač za punjenje. Međutim, tečni metanol (CH3OH) je oksidiran u prisustvu vode na anodi sa puštanjem CO2, vodikovih jona i elektrona, koji se šalju po vanjskom električnom krugu, a generira se električni električni krug, a generira se električna struja. Vodikove ioni provode se elektrolitom i reagiraju sa kisikom iz zraka i elektrona koji dolaze iz vanjskog lanca da bi se formirala voda na anodi.

Reakcija na anodu: CH3OH + H2O \u003d\u003e CO2 + 6H + + 6E-
Katodna reakcija: 3 / 2o2 + 6h + + 6E- \u003d\u003e 3h2o
Ukupna reakcija elemenata: CH3OH + 3 / 2O2 \u003d\u003e CO2 + 2H2O

Razvoj ovih gorivnih ćelija pokrenut je početkom 1990-ih. Nakon kreiranja poboljšanih katalizatora i zahvaljujući drugim nedavnim inovacijama, posebna moć i efikasnost do 40% povećana.

Provedeni su testovi ovih elemenata u temperaturnom rasponu od 50-120 ° C. Zbog niskih radnih temperatura i nedostatka potrebe za korištenjem pretvarača, gorivne ćelije s izravnom oksidacijom metanola najbolji su kandidat za upotrebu i na mobilnim telefonima i drugim proizvodima široko rasprostranjene potrošnje i u automobilima. Prednost ove vrste gorivnih ćelija su male dimenzije, zbog upotrebe tečnog goriva i nepostojanja potrebe za korištenjem pretvarača.

Alkalni gorivni elementi (BTE)

Alkalne gorivne ćelije (BTE) jedna su od najupređenijih tehnologija koje se koriste od sredine 1960-ih. Nasana agencija u Apolonu i svemirskih shuttle programa. Na brodu ovih svemirskih letjelica, gorivne ćelije proizvode električnu energiju i pitku vodu. Alkalne gorivne ćelije jedan su od najefikasnijih elemenata koji se koriste za proizvodnju električne energije, efikasnost proizvodnje električne energije doseže do 70%.

U alkalnim gorivnim ćelijama koristi se elektrolit, odnosno vodena otopina kalijum hidroksida sadržana u poroznoj stabiliziranoj matrici. Koncentracija kalijum hidroksida može varirati ovisno o radnoj temperaturi gorivne ćelije, od kojih se raspon varira od 65 ° C do 220 ° C. Nosač naboja u BTE-u je hidroksil jon (on-) premještanje iz katode do anode, gdje reagira s vodikom, proizvodnjom vode i elektrona. Voda dobivena na anodi se vraća na katodu, opet generira hidroksilelne jone. Kao rezultat ove serije reakcija prolazeći u gorivnoj ćeliji, proizvodi se električna energija i, kao nusproizvod, toplina:

Reakcija na anodu: 2h2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4e-
Reakcija na katodi: O2 + 2H2O + 4E- \u003d\u003e 4oh-
Opće sistem reakcije: 2H2 + O2 \u003d\u003e 2H2O

Prednost BCT-a je da su ove gorivne ćelije najjeftinije u proizvodnji, jer katalizator koji je potreban na elektrodama može biti bilo koja od tvari jeftinija od onih koji se koriste kao katalizatori za ostale gorivne ćelije. Pored toga, BTE posluje na relativno niskim temperaturama i jedna su od najefikasnijih gorivnih ćelija - takve karakteristike mogu u skladu s tim doprinijeti ubrzanju prehrane i visoke efikasnosti prehrane.

Jedna od karakterističnih karakteristika CTE je velika osjetljivost na CO2, koja se može sadržavati u gorivu ili zraku. CO2 reagira sa elektrolitom, brzo ga otrovao, a snažno smanjuje efikasnost gorivne ćelije. Stoga je upotreba liječenja ograničena na zatvorene prostore, poput kosmičke i podvodne vozilo, moraju raditi na čistom vodiku i kisiku. Štaviše, takvi molekuli poput CO, H2O i CH4, koji su sigurni za ostale gorivne ćelije, a za neke su čak i gorivo, štetno za BC.

Polimerne elektrolitne gorivne ćelije (PET)

U slučaju polimernih elektrolitnih ćelija, polimerna membrana sastoji se od polimernih vlakana sa vodnim regijama, u kojima se vodi vodnja iona H2O + (proton, crveni) pridružuje se molekuli vode. Vodeni molekuli predstavljaju problem zbog spore ionske razmjene. Stoga je potrebna visoka koncentracija vode i u gorivu i na izduvnim elektrodama, što ograničava radnu temperaturu od 100 ° C.

Manje goriva za gorivo (TKET)

U valjenim gorivnim ćelijama za gorivo, elektrolit (CSHSO4) ne sadrži vodu. Radna temperatura je stoga 100-300 ° C. Rotacija osi So22 Anion omogućava protone (crveno) da se kreću kao što je prikazano na slici.

U pravilu je tvrdi gorivni element sendvič u kojem se nalazi vrlo tanki sloj tvrdog jedinjenja između dvije čvrsto komprimirane elektrode kako bi se osigurao dobar kontakt. Kada se zagrijava, organska komponenta isparava, ostavljajući kroz pore u elektrode, uz održavanje sposobnosti brojnih kontakata između goriva (ili kisika na drugom kraju elemenata), elektrolita i elektroda. Objavljeno

Vrsta gorivne ćelije	Radna temperatura	Efikasnost proizvodnje električne energije	Vrsta goriva	Područje primjene
Rte	550-700 ° C.	50-70%		Srednja i velika instalacija
FCTE	100-220 ° C.	35-40%	Čisti vodonik	Velike instalacije
Mopte.	30-100 ° C.	35-50%	Čisti vodonik	Male instalacije
Tote	450-1000 ° C.	45-70%	Većina vrsta ugljovodonika za gorivo	Male, srednje i velike instalacije
Pom	20-90 ° C.	20-30%	Metanol.	Prijenosne instalacije
Izliječiti	50-200 ° C.	40-65%	Čisti vodonik	Svemirske studije
Kućni ljubimac	30-100 ° C.	35-50%	Čisti vodonik	Male instalacije

Pridružite nam se u

Gorivni element - Ovo je elektrohemijski uređaj sličan galvanskom elementu, ali se razlikuje od toga da su tvari za elektrohemijsku reakciju dostavljene na njega - za razliku od ograničene količine energije pohranjene u galvanskom elementu ili bateriji.

Sl. jedan. Neki elementi goriva

Gorivne ćelije transformišu kemijsku energiju goriva u električnu energiju, zaobilazeći neefikasne procese paljenja, idući velikim gubicima. Kao rezultat hemijske reakcije, vodonik i kisik u električnoj energiji se transformišu. Kao rezultat ovog procesa formira se voda i razlikuje se velika količina topline. Goriva ćelija je vrlo slična bateriji koja se može napuniti, a zatim koristiti akumuliranu električnu energiju. Izumi za gorivne ćelije smatra se William R. Groove, koji ga je izumio 1839. godine. U ovoj gorivnoj ćeliji, rješenje sumporne kiseline korištena je kao elektrolit, a vodonik se koristio kao gorivo, što je bilo povezano sa kisikom u okruženju oksidansa. Donedavno su gorivne ćelije korištene samo u laboratorijama i svemirskom brodu.

Sl. 2.

Za razliku od ostalih generatora električne energije, poput motora sa unutrašnjim sagorevanjem ili turbina koje rade na plinu, ugao, lož ulje itd., Gorivne ćelije ne spaljuju gorivo. To znači odsustvo bučnih rotora visokog pritiska, glasan šum kada ispušni, vibracije. Gorivne ćelije proizvode električnu energiju tihom elektrohemijskom reakcijom. Još jedna karakteristika gorivnih ćelija je da pretvoruju hemijsku energiju goriva direktno u struju, toplinu i vodu.

Gorivne ćelije nemaju pokretne dijelove (barem unutar samog elementa), pa se ne poštuju zakon Carno. To jest, oni će imati veći od 50%, efikasnosti i posebno efikasnog pri niskim opterećenjima. Dakle, automobili sa gorivnim ćelijama mogu postati (i već su ga dokazali) ekonomičnijim od običnih automobila u stvarnim uvjetima pokreta.

Gripanski element pruža proizvodnju električne struje stalnog napona, koji se može koristiti za aktiviranje električnog motora, instrumenata osvjetljenja i drugih električnih sustava u automobilu.

Postoji nekoliko vrsta gorivnih ćelija koje se razlikuju u korištenim kemijskim procesima. Gorivne ćelije obično se klasificiraju prema vrsti elektrolita koja se koristi u njima.

Neke vrste gorivnih ćelija obećavaju da će ih koristiti kao elektrane elektrana, dok ostale - za prijenosne uređaje ili za automobilsku vožnju.

1. Alkalni elementi goriva (BTE)

Alkalna gorivna ćelija - Ovo je jedan od prvih razvijenih elemenata. Alkalne gorivne ćelije (BCTE) jedna su od najočitijih tehnologija koje se koriste od sredine 60-ih dvadesetog stoljeća NASA-e u Apollo programima i svemirskom prijevozu. Na brodu ovih svemirskih letjelica, gorivne ćelije proizvode električnu energiju i pitku vodu.

Sl. 3.

Alkalne gorivne ćelije jedan su od najefikasnijih elemenata koji se koriste za proizvodnju električne energije, efikasnost proizvodnje električne energije doseže do 70%.

U alkalnim gorivnim ćelijama koristi se elektrolit, odnosno vodena otopina kalijum hidroksida sadržana u poroznoj stabiliziranoj matrici. Koncentracija kalijum hidroksida može varirati ovisno o radnoj temperaturi gorivne ćelije, od kojih se raspon varira od 65 ° C do 220 ° C. Nosač naboja u BTE-u je hidroksil jon (on-) premještanje iz katode do anode, gdje reagira s vodikom, proizvodnjom vode i elektrona. Voda dobivena na anodi se vraća na katodu, opet generira hidroksilelne jone. Kao rezultat ovog broja reakcija koje prolaze u gorivnoj ćeliji, struja se proizvodi i, kao nusproizvod, toplina:

Reakcija na anodu: 2h2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4e

Katodna reakcija: O2 + 2H2O + 4E- \u003d\u003e 4oh

Opće sistem reakcije: 2H2 + O2 \u003d\u003e 2H2O

Prednost BCT-a je da su ove gorivne ćelije najjeftinije u proizvodnji, jer katalizator koji je potreban na elektrodama može biti bilo koja od tvari, jeftinija od onih koji se koriste kao katalizatori za ostale gorivne stanice. Pored toga, BTE radi na relativno niskim temperaturama i među najefikasnijim su.

Jedna od karakterističnih karakteristika CTE je velika osjetljivost na CO2, koja se može sadržavati u gorivu ili zraku. CO2 reagira sa elektrolitom, brzo ga otrovao, a snažno smanjuje efikasnost gorivne ćelije. Stoga je upotreba BCT-a ograničena na zatvorene prostore, poput kosmičke i podvodne vozilo, djeluju na čistom vodonik i kisiku.

2. Elementi goriva na topljenje karbonata (RTE)

Goriva ćelija sa mostom karbonatnom elektrolitom su visokotemperaturne gorivne ćelije. Visoka radna temperatura omogućava vam direktno korištenje prirodnog plina bez procesora goriva i goriva sa niskom kaloričnom vrijednošću goriva proizvodnih procesa i iz drugih izvora. Ovaj proces je dizajniran sredinom 60-ih dvadesetog veka. Od tada su poboljšane proizvodne tehnologije, pokazatelji i pouzdanosti performansi.

Sl. Četiri.

Kada se zagreva na temperaturu od 650 ° C, soli postaju dirigent za karbonatne ioni (CO32-). Ovi ioni prelaze s katode do anode, gdje postoji sindikat s vodikom s formiranjem vode, ugljičnog dioksida i besplatnih elektrona. Ti se elektroni šalju na vanjskom električnom krugu natrag na katodu, dok se električna struja generira i kao nusproizvod - toplina.

Reakcija na anodu: CO32- + H2 \u003d\u003e H2O + CO2 + 2E

Reakcija na katodu: CO2 + 1 / 2O2 + 2E- \u003d\u003e CO32-

Ukupna reakcija elementa: H2 (g) + 1 / 2O2 (G) + CO2 (katoda) \u003d\u003e H2O (G) + CO2 (anoda)

Visoke operativne temperature gorivnih ćelija s moltenom karbonatnom elektrolitom imaju određene prednosti. Prednost - mogućnost primjene standardnih materijala (lim od nehrđajućeg čelika i nikl katalizatora na elektrode). Bočna toplina se može koristiti za postizanje pare visokog pritiska. Visoke reakcijske temperature u elektrolitu takođe imaju svoje prednosti. Upotreba visokih temperatura zahtijeva dugo vremena za postizanje optimalnih radnih uvjeta, dok sustav reagira sporije za promjene u potrošnji energije. Ove karakteristike omogućuju vam da koristite instalacije na gorivnim ćelijama pomoću rastopljenih karbonatnih elektrolita pod stalnim uvjetima napajanja. Visoke temperature sprečavaju oštećenje gorivne ćelije ugljičnog oksida, trovanja itd.

3. Elementi zasnovani na gorivnim ćelijama (FTE)

Elementi hrane na bazi fosforne (ortofosforne) kiseline Čelici Prvi elementi goriva za komercijalnu upotrebu. Ovaj proces je razvijen sredinom 60-ih XX-a, testovi su provedeni od 70-ih dvadesetog stoljeća. Kao rezultat toga, povećani su stabilnost i radni pokazatelji i troškovi se smanjuju.

Sl. pet.

Elementi hrane na bazi fosforne (ortofosforne) kiseline koriste elektrolit na osnovu ortofosforne kiseline (H3PO4) sa koncentracijom do 100%. Jonska provodljivost ortofosforne kiseline je niska na niskim temperaturama, tako da se ove gorivne ćelije koriste na temperaturama do 150-220 ° C.

Reakcija na anodi: 2h2 \u003d\u003e 4h + + 4e

Katodna reakcija: O2 (G) + 4H + + 4E- \u003d\u003e 2h2o

Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

Visoka produktivnost termofita (ortofosforne) kiselo gorivne ćelije na kombiniranoj proizvodnji toplotne i električne energije jedna je od prednosti ove vrste goriva. U instalacijama se u karbonskim monoksidom koristi koncentracijom od oko 1,5%, što značajno proširuje mogućnost izbora goriva. Jednostavan dizajn, slaba volatilnost elektrolita i povećana stabilnost - takođe prednosti takvih gorivnih ćelija.

Industrijske industrije proizvode termoelektrane sa izlaznim električnim napajanjem do 400 kW. Instalacije sa kapacitetom od 11 MW proslijedile su odgovarajuće testove. Instalacije se razvijaju sa izlaznim napajanjem do 100 MW.

4. Elementi goriva sa membranom protona (GESTE)

Goriva ćelija sa membranom za razmjenu protona Smatra se najboljom vrstom gorivnih ćelija za generiranje prehrane vozila, što može zamijeniti benzinski i dizelski motori sa unutrašnjim sagorijevanjem. Ovi gorivni elementi prvo je koristio NASA za program "Blizanci". Razvijeno i prikazivanje instalacija na snazi \u200b\u200b1W do 2 kW.

Sl. 6.

Elektrolit u tim gorivnim ćelijama je čvrsta polimerna membrana (fini plastični film). Kada se namočite vodom, ovaj polimer promašuje protone, ali ne vodi elektrone.

Gorivo je vodonik, a nosač naboja je vodik ion (proton). Na anodi, molekula vodonika podijeljena je u vodik ion (proton) i elektrone. Vodikove ioni prolaze kroz elektrolit do katode, a elektroni se kreću duž vanjskog kruga i proizvode električnu energiju. Kiseonik, koji se uzima iz zraka, isporučuje se na katodu i povezan je s elektronima i vodikovim jonivima, čime se formira vodu. Na elektrode se pojavljuju sljedeće reakcije: reakcija na anodu: 2H2 + 4oh- \u003d\u003e 4h2o + 4enetacija na katodi: O2 + 2H2O + 4E- \u003d\u003e 4h21O: 2H2O u odnosu na druge vrste goriva Ćelije, gorivni elementi sa membranom protona, protoni proizvode više energije po dat volumen ili težinu gorivne ćelije. Ova značajka omogućava im kompaktno i lagano. Pored toga, radna temperatura je manja od 100 ° C, što vam omogućuje brzo pokretanje eksploatacije. Ove karakteristike, kao i sposobnost brzog promjene prinosa energije - samo neke od tih gorivnih ćelija prvog kandidata za upotrebu u vozilima.

Još jedna prednost je što je elektrolit čvrst, a ne tečna supstanca. Držite gasove na katodi i anoda je lakše sa čvrstim elektrolitom, tako da su takve ćelije goriva jeftinije u proizvodnji. Prilikom primjene čvrstog elektrolita ne postoje takve poteškoće poput orijentacije i manje problema zbog pojave korozije, što povećava trajnost elementa i njegovih komponenti.

Sl. 7.

5. Gorivne ćelije za roll-oksid (Toto)

Tolloksidni gorivni elementi su gorivne ćelije s najvećom radnom temperaturom. Radna temperatura može varirati od 600 ° C do 1000 ° C, što omogućava upotrebu različitih vrsta goriva bez posebne prethodne obrade. Raditi sa tako visokim temperaturama, elektrolit koji se koristi je tanki čvrsti metalni oksid na keramičkoj osnovi, često leguj ytrijuma i cirkonijuma, koji je istraživač kisikovih jona (O2-). Tehnologija korištenja gorivnih ćelija za gorivo u krutu oksid razvija se od kraja 50-ih dvadesetog stoljeća i ima dvije konfiguracije: ravnine i cevaste.

Čvrsti elektrolit pruža hermetički prelazak plina s jedne elektrode u drugi, dok se tečni elektroliti nalaze u poroznom supstratu. Nosač naboja u gorivnim ćelijama ove vrste je kisik ion (O2-). Na katodi se razdvaja molekula kisika iz kisika i četiri elektrona. Kisionici prolaze kroz elektrolit i kombiniraju se s vodikom, dok se formira četiri besplatna elektrona. Elektroni se šalju na vanjskom električnom krugu, generiraju se električna struja i toplina kapice.

Sl. Osam.

Reakcija na anodu: 2h2 + 2o2- \u003d\u003e 2h2o + 4e

Katodna reakcija: O2 + 4E- \u003d\u003e 2o2-

Ukupna reakcija elementa: 2h2 + O2 \u003d\u003e 2h2o

Učinkovitost proizvodnje električne energije najviša je od svih gorivnih ćelija - oko 60%. Pored toga, visoke operativne temperature omogućuju kombiniranu proizvodnju termičke i električne energije za stvaranje pare visokog pritiska. Kombinacija visokotemperaturne gorivne ćelije s turbinom omogućava vam stvaranje hibridne gorivne ćelije za povećanje efikasnosti stvaranja električne energije na 70%.

6. Elementi goriva sa direktnom oksidacijom metanola (PSTE)

Elementi goriva sa direktnom oksidacijom metanola Uspješno se primjenjuje u području ishrane mobilnih telefona, prijenosnih računala, kao i za stvaranje prijenosnih izvora električne energije, na koje je za cilj buduću upotrebu takvih elemenata.

Uređaj gorivnih ćelija sa direktnom oksidacijom metanola sličan je uređaju za gorivo sa membranom za razmjenu protona (MOSTE), I.E. Polimer se koristi kao elektrolit, a vodik ion (proton) koristi se kao nosač za punjenje. Ali tečni metanol (CH3OH) je oksidiran u prisustvu vode na anodi sa izdanm izlaska CO2, vodikovih jona i elektrona, koji se šalju na vanjskom električnom krugu, a generira se električna struja. Vodikove ioni provode se elektrolitom i reagiraju sa kisikom iz zraka i elektrona koji dolaze iz vanjskog lanca da bi se formirala voda na anodi.

Reakcija na anodu: CH3OH + H2O \u003d\u003e CO2 + 6H + + 6Elektrament na katodi: 3 / 2o2 + 6h + + 6E- \u003d\u003e 3H2O Opća reakcija elementa: CH3OH + 3 / 2O2 \u003d\u003e CO2 + 2H2O Razvoj takvih gorivnih elemenata provedeno je od početka90 - X godina dvadesetog stoljeća i njihova specifična moć i efikasnost povećana su na 40%.

Provedeni su testovi ovih elemenata u temperaturnom rasponu od 50-120 ° C. Zbog niskih radnih temperatura i nedostatka potrebe za korištenjem pretvarača takve ćelije za gorivo su najbolji kandidat za upotrebu u mobilnim telefonima i drugim potrošačkim robama i automobilskim motorima. Njihovo dostojanstvo su takođe male dimenzije.

7. Polimerne elektrolitne gorivne ćelije (PET)

U slučaju polimernih elektrolitnih ćelija, polimerna membrana sastoji se od polimernih vlakana sa vodnim regijama, u kojima se vodi vodnja iona H2O + (proton, crveni) pridružuje se molekuli vode. Vodeni molekuli predstavljaju problem spore ionske razmjene. Stoga je potrebna visoka koncentracija vode i u gorivu i na izduvnim elektrodama, što ograničava radnu temperaturu od 100 ° C.

8. FIDDIKCIJSKI GORIVI ELEMENTI (TCTE)

U valjenim gorivnim ćelijama za gorivo, elektrolit (CSHSO4) ne sadrži vodu. Radna temperatura je stoga 100-300 ° C. Rotacija o oxyanion-a za so42 dopuštaju protone (crveni) za pomicanje kao što je prikazano na slici. U pravilu je tvrdi gorivni element sendvič u kojem se nalazi vrlo tanki sloj tvrdog jedinjenja između dvije čvrsto komprimirane elektrode kako bi se osigurao dobar kontakt. Kada se zagreva, organska komponenta isparava, ostavljajući kroz pore u elektrode, uz održavanje sposobnosti brojnih kontakata između goriva (ili kisika na drugom kraju elemenata), elektrolita i elektroda.

Sl. devet.

9. poređenje najvažnijih karakteristika gorivnih elemenata

Karakteristike goriva

Vrsta gorivne ćelije	Radna temperatura	Efikasnost proizvodnje električne energije	Vrsta goriva	Opseg
				Srednja i velika instalacija
			Čisti vodonik	instalacije
			Čisti vodonik	Male instalacije
			Većina vrsta ugljovodonika za gorivo	Male, srednje i velike instalacije
				Prenosiv instalacije
			Čisti vodonik	Svemir istraživanje
			Čisti vodonik	Male instalacije

Sl. 10.

10. Upotreba gorivnih ćelija u automobilima

Sl. jedanaest.

Sl. 12.

Prednosti gorivnih ćelija / ćelija

Goriva ćelija / ćelija je uređaj koji učinkovito proizvodi izravnu struju i toplinu iz vodonika bogatog goriva elektrohemijskom reakcijom.

Goriva ćelija je slična bateriji u činjenici da proizvodi izravnu struju hemijskim reakcijama. Goriva ćelija uključuje anodu, katodu i elektrolit. Međutim, za razliku od baterija, gorivne ćelije / ćelije ne mogu akumulirati električnu energiju, ne pražnjenje i ne zahtijevaju struju za ponovno punjenje. GORIVNE ZELE / CELLS MOŽE KONTASTNO PROIZVODITI ELEKTRIČNOST dok nemaju zalihe i vazdušni zalihe.

Za razliku od ostalih generatora za električnu energiju, poput motora sa unutrašnjim sagorevanjem ili turbina koje rade na plinu, uglju, lož ulje itd., Gorivne ćelije / stanice nisu spaljene gorivo. To znači odsustvo bučnih rotora visokog pritiska, glasan šum kada ispuh, vibracije. Gorivne ćelije / ćelije proizvode struju tihom elektrohemijskom reakcijom. Druga karakteristika gorivnih ćelija / ćelija je da pretvore kemijsku energiju goriva direktno u struju, toplinu i vodu.

Gorivne ćelije su vrlo efikasne i ne proizvode veliku količinu stakleničkih plinova, poput ugljičnog dioksida, metan i dušičnog oksida. Jedini proizvod emisije tijekom rada je voda u obliku pare i male količine ugljičnog dioksida, koji se ne ističe ako se čisti vodik koristi kao gorivo. Gorivne ćelije / ćelije se sakupljaju u montaži, a potom u zasebne funkcionalne module.

Istorija razvoja gorivnih ćelija / ćelija

1950-ih i 1960-ih, jedan od najodgovornijih zadataka za gorivne ćelije rođen je iz potreba Nacionalnog aeronautike i svemirskog prostora istraživanja (NASA) u izvorima energije za dugoročne prostorne misije. Alkalna ćelija goriva / NASA ćelija koristi vodonik i kisik kao gorivo, povezujući ova dva hemijska elementa u elektrohemijskoj reakciji. Na izlazu su tri korisne reakcijske nusproizvode korisne u svemirskom letu - struja za napajanje svemirskih letjelica, vode za piće i hlađenje i toplinu za zagrijavanje astronauta.

Otvaranje gorivnih ćelija odnosi se na početak XIX veka. Prvo svjedočenje efekta gorivnih ćelija dobijeno je 1838. godine.

Na kraju 1930-ih rade na gorivnim ćelijama sa alkalnim elektrolitom, a do 1939. godine izgrađen je element pomoću niklovanih elektroda visokog pritiska. Tokom Drugog svjetskog rata, celije / ćelije za podmornice britanske flote razvijene su i u 1958. godini predstavljena je sklop goriva, koji se sastoji od alkalnih gorivnih stanica / ćelija s promjerom samo preko 25 cm.

Kamata se povećavalo 1950. - 1960., kao i 1980-ih, kada je industrijski svijet doživio nedostatak naftne goriva. U istom periodu svetske zemlje takođe su zabrinute zbog problema zagađenja zraka i razmatrane metode ekološki prihvatljive električne energije. Trenutno tehnologija proizvodnje gorivnih ćelija / ćelija doživljava fazu brzog razvoja.

Princip rada gorivnih ćelija / ćelija

Gorivne ćelije / ćelije proizvode struju i toplinu zbog pogrešne elektrohemijske reakcije pomoću elektrolita, katode i anode.

Na anodi katalizatora, molekularni vodonik se distribuira i gubi elektrone. Vodikove joni (protonovi) provodi se kroz elektrolit na katodu, dok se elektroni prenose elektrolitom i prelaze vanjski električni krug, stvarajući stalnu struju koja se može koristiti za napajanje opreme. Na katalizatoru katode molekule kisika povezan je sa elektronom (koji se isporučuje iz vanjskih komunikacija) i protona zalaganja i formira vodu, što je jedini reakcijski proizvod (kao parni i / ili tečnost).

Ispod je odgovarajuća reakcija:

Reakcija na anodu: 2h 2 \u003d\u003e 4h + + 4e -
Reakcija na katodu: o 2 + 4h + + 4e - \u003d\u003e 2h 2 o
Ukupna reakcija elemenata: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Vrste i sorte gorivnih ćelija / ćelija

Kao i postojanje različitih vrsta motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, postoje različite vrste gorivnih ćelija - izbor odgovarajuće vrste gorivne ćelije ovisi o njegovoj upotrebi.

Gorivne ćelije podijeljene su na visokoj temperaturi i nisku temperaturu. Zgorne ćelije niskog temperature zahtijevaju relativno čisti vodik kao gorivo. To često znači da je obrada goriva potrebna za pretvorbu primarnog goriva (poput prirodnog plina) u čisti vodonik. Ovaj proces troši dodatnu energiju i zahtijeva posebnu opremu. Gorivne ćelije visokotemperaturne gorivne ćelije ne trebaju ovaj dodatni postupak, jer mogu izvršiti "unutrašnju transformaciju" goriva na povišenim temperaturama, što znači nepostojanje potrebe za ulaganjem u vodoničnu infrastrukturu.

Goriva ćelija / ćelije na topi karbonata (RTE)

Kada se zagreva na temperaturu od 650 ° C, soli postaju dirigent za karbonatne ioni (CO 3 2-). Ovi ioni prelaze s katode do anode, gdje postoji sindikat s vodikom s formiranjem vode, ugljičnog dioksida i besplatnih elektrona. Ovi elektroni su usmjereni na vanjski električni krug nazad na katodu, dok se električna struja generira, a toplota kao nusproizvod.

Reakcija na anodu: CO 3 2- + H 2 \u003d\u003e H 2 O + CO 2 + 2E -
Katodna reakcija: CO 2 + 1 / 2o 2 + 2E - \u003d\u003e CO 3 2-
Ukupna reakcija elementa: H 2 (g) + 1 / 2o 2 (G) + CO 2 (katoda) \u003d\u003e H 2 O (G) + CO 2 (Anoda)

Gorivne ćelije s moltenom karbonatnom elektrolitom pogodne su za upotrebu u velikim stacionarnim instalacijama. Postrojenja za toplinu sa izlazom električne snage 3,0 MW su industrijski dostupne. Instalacije se razvijaju do 110 MW.

Gorivne ćelije / ćelije zasnovane na fosfornoj kiselini (FTE)

Gorivne ćelije zasnovane na fosforičnoj (ortofosforičkoj) kiselini postale su prvi elementi goriva za komercijalnu upotrebu.

Goriva ćelija na bazi fosforne kiseline (ortofosforozna) kiseline koriste elektrolit na osnovu ortofosforne kiseline (H 3 PO 4) sa koncentracijom do 100%. Jonska provodljivost ortofosforne kiseline niska je na niskim temperaturama, iz tog razloga, ove se gorivne ćelije koriste na temperaturama do 150-220 ° C.

Nosač naboja u gorivnim elementima ove vrste je vodonik (H +, proton). Sličan proces javlja se u gorivnim ćelijama sa membranom za razmjenu protona, u kojem se vodik, isporučuje se na anode, podijeljen u protone i elektrone. Protoni prolaze kroz elektrolit i kombiniraju se sa kisikom dobivenim iz zraka, na katodi s formiranjem vode. Elektroni se šalju po vanjskom električnom krugu, generira se električna struja. Ispod su reakcije, kao rezultat kojih se stvara električna struja i toplina.

Reakcija na anodu: 2h 2 \u003d\u003e 4h + + 4e -
Reakcija na katodi: o 2 (g) + 4h + + 4E - \u003d\u003e 2 h 2 o
Ukupna reakcija elemenata: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Visoka produktivnost termofita (ortofosforne) kiselo gorivne ćelije na kombiniranoj proizvodnji toplotne i električne energije jedna je od prednosti ove vrste goriva. U instalacijama se u karbonskim monoksidom koristi koncentracijom od oko 1,5%, što značajno proširuje mogućnost izbora goriva. Pored toga, CO 2 ne utječe na elektrolit i rad gorivne ćelije, ova vrsta elemenata radi s reformiranim prirodnim gorivom. Jednostavan dizajn, mala volatilnost elektrolita i povećana stabilnost su takođe prednosti ove vrste gorivnih ćelija.

Izrađuju se toplina i elektrane sa izlazom električne energije do 500 kW. Instalacije za 11 MW proslijedile su odgovarajuće testove. Instalacije se razvijaju sa izlaznim napajanjem do 100 MW.

SOLID oksidna gorivna ćelija / ćelije (TOTO)

Zgodne ćelije za gorivo su gorivne ćelije s najvećom radnom temperaturom. Radna temperatura može varirati od 600 ° C do 1000 ° C, što omogućava upotrebu različitih vrsta goriva bez posebne prethodne obrade. Raditi sa tako visokim temperaturama, elektrolit koji se koristi je tanki čvrsti metalni oksid na keramičkoj osnovi, često legura ytrijuma i cirkonijuma, koji je istraživač kisikovih jona (O 2-).

Čvrsti elektrolit pruža hermetički prelazak plina s jedne elektrode u drugi, dok se tečni elektroliti nalaze u poroznom supstratu. Nosač naboja u gorivnim ćelijama ove vrste je kisik ion (O 2-). Na katodi se razdvaja molekula kisika iz kisika i četiri elektrona. Kisionici prolaze kroz elektrolit i kombiniraju se s vodikom, dok se formira četiri besplatna elektrona. Elektroni su usmjereni prema vanjskom električnom krugu, dok se generira električna struja i bočna toplina.

Reakcija na anodi: 2h 2 + 2o 2- \u003d\u003e 2h 2 O + 4E -
Katodna reakcija: O 2 + 4E - \u003d\u003e 2o 2-
Ukupna reakcija elemenata: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Učinkovitost proizvedene električne energije najviša je od svih gorivnih ćelija - oko 60-70%. Visoke radne temperature omogućuju kombiniranu proizvodnju toplotne i električne energije za stvaranje pare visokog pritiska. Kombinacija visokotemperaturne gorivne ćelije s turbinom omogućava vam stvaranje hibridne gorivne ćelije za povećanje efikasnosti stvaranja električne energije na 75%.

Gorivne ćelije / ćelije sa direktnom oksidacijom metanola (POM)

Uređaj gorivnih ćelija sa direktnom oksidacijom metanola sličan je gorivnim ćelijama sa membranom protona (MOSTE), I.E. Polimer se koristi kao elektrolit, a vodik ion (proton) koristi se kao nosač za punjenje. Međutim, tečni metanol (CH 3 OH) je oksidiran u prisustvu vode na anodi sa izdanje CO 2, vodikov jona i elektrona koji se šalju po vanjskom električnom krugu, a generira se električna struja. Vodikove ioni provode se elektrolitom i reagiraju sa kisikom iz zraka i elektrona koji dolaze iz vanjskog lanca da bi se formirala voda na anodi.

Reakcija na anodu: CH 3 OH + H 2 O \u003d\u003e CO 2 + 6H + + 6E -
Katodna reakcija: 3 / 2o 2 + 6 h + + 6E - \u003d\u003e 3h 2 o
Ukupna reakcija elemenata: CH 3 OH + 3 / 2O 2 \u003d\u003e CO 2 + 2H 2 O

Prednost ove vrste gorivnih ćelija su male dimenzije, zbog upotrebe tečnog goriva i nepostojanja potrebe za korištenjem pretvarača.

Alkalni elementi goriva / ćelije (BTE)

Alkalne gorivne ćelije jedan su od najefikasnijih elemenata koji se koriste za proizvodnju električne energije, efikasnost proizvodnje električne energije doseže do 70%.

U alkalnim gorivnim ćelijama koristi se elektrolit, odnosno vodena otopina kalijum hidroksida sadržana u poroznoj stabiliziranoj matrici. Koncentracija kalijum hidroksida može varirati ovisno o radnoj temperaturi gorivne ćelije, od kojih se raspon varira od 65 ° C do 220 ° C. Nosač naboja u BTE-u je hidroksil jon (ona), premještajući se iz katode do anode, gdje ulazi u reakciju hidrogenom, proizvodnjom vode i elektrona. Voda dobivena na anodi se vraća na katodu, opet generira hidroksilelne jone. Kao rezultat ove serije reakcija prolazeći u gorivnoj ćeliji, proizvodi se električna energija i, kao nusproizvod, toplina:

Reakcija na anodu: 2h 2 + 4oh - \u003d\u003e 4h 2 o + 4e -
Reakcija na katodi: O 2 + 2h 2 O + 4E - \u003d\u003e 4 Oh -
Opća reakcija sistema: 2h 2 + o 2 \u003d\u003e 2h 2 o

Prednost BCT-a je da su ove gorivne ćelije najjeftinije u proizvodnji, jer katalizator koji je potreban na elektrodama može biti bilo koja od tvari jeftinija od onih koji se koriste kao katalizatori za ostale gorivne ćelije. BTE posluje na relativno niskim temperaturama i jedna su od najefikasnijih gorivnih ćelija - takve karakteristike mogu u skladu s tim doprinijeti ubrzanju prehrane i visoku efikasnost goriva.

Jedna od karakterističnih karakteristika CTE je velika osjetljivost na CO 2, koja se može sadržavati u gorivu ili zraku. CO 2 doseže elektrolit, brzo ga trovati, a snažno smanjuje efikasnost gorivne ćelije. Stoga je upotreba liječenja ograničena na zatvorene prostore, poput kosmičke i podvodne vozilo, moraju raditi na čistom vodiku i kisiku. Štaviše, takvi molekuli kao CO, H 2 O i CH4, koji su sigurni za ostale gorivne ćelije, a za neke su čak i gorivo, štetno za BC.

Polimerne elektrolitske gorivne ćelije / ćelije (PET)

U slučaju polimernih elektrolitnih gorivnih ćelija, polimerna membrana sastoji se od polimernih vlakana sa vodenim prostorima, u kojima postoji provodljivost iona vode H 2 O + (proton, crvena) pridruženo molekuli). Vodeni molekuli predstavljaju problem zbog spore ionske razmjene. Stoga je visoka koncentracija vode potrebna i u gorivu i na izduvnim elektrodama, što ograničava radnu temperaturu od 100 ° C.

Manje ćelija / ćelija za gorivo za kiselinu (TKET)

U pogonskim stanicama za gorivo, elektrolit (CSHSO 4) ne sadrži vodu. Radna temperatura je stoga 100-300 ° C. Rotacija aniona tako da 4 2- omogućava protone (crveno) da se kreće kao što je prikazano na slici. U pravilu je tvrdi gorivni element sendvič u kojem se nalazi vrlo tanki sloj tvrdog jedinjenja između dvije čvrsto komprimirane elektrode kako bi se osigurao dobar kontakt. Kada se zagreva, organska komponenta isparava, ostavljajući kroz pore u elektrode, uz održavanje sposobnosti brojnih kontakata između goriva (ili kisika na drugom kraju elemenata), elektrolita i elektroda.

Različiti moduli za gorivo. Baterija gorivne ćelije

Baterija gorivnih ćelija
Ostatak opreme koji djeluje na visokoj temperaturi (integrirani generator pare, komora za izgaranje, uređaj za promjenu termičke ravnoteže)
Izolacija otporna na toplinu

Modul za gorivo

Uporedna analiza vrsta i sorti gorivnih ćelija

Inovativna oprema za uštedu energije i elektrana na energiju obično su izgrađene na čvrstih oksidnih ćelija (TOTO), polimerna elektrolitna gorivna ćelija (PET), gorivne ćelije na fosfornom kiselini (FTE), gorivnim ćelijama sa membranom protona (MOSTE) i alkalne gorivne ćelije (BCTE). Obično imaju sljedeće karakteristike:

Najprikladnije bi trebale prepoznati gorivne ćelije za gorivne oksida (Toto), što:

rad na višim temperaturama, što smanjuje potrebu za skupim plemenitim metalima (poput platine)
može raditi na različitim vrstama ugljikovodičnog goriva, uglavnom na prirodnom plinu
imaju veće vrijeme i zato bolje odgovara dugoročnoj akciji
demonstriraju visoku efikasnost proizvodnje električne energije (do 70%)
zbog visokih operativnih temperatura, instalacija se može kombinirati sa reverznim sistemima prijenosa topline, što dovode ukupnu efikasnost sistema na 85%
imaju praktično nultu razinu emisije, tiho rade i nameću male potrebe za radom u odnosu na postojeće tehnologije proizvodnje električne energije

Vrsta gorivne ćelije	Radna temperatura	Efikasnost proizvodnje električne energije	Vrsta goriva	Područje primjene
Rte	550-700 ° C.	50-70%		Srednja i velika instalacija
FCTE	100-220 ° C.	35-40%	Čisti vodonik	Velike instalacije
Mopte.	30-100 ° C.	35-50%	Čisti vodonik	Male instalacije
Tote	450-1000 ° C.	45-70%	Većina vrsta ugljovodonika za gorivo	Male, srednje i velike instalacije
Pom	20-90 ° C.	20-30%	Metanol.	Prenosiv
Izliječiti	50-200 ° C.	40-70%	Čisti vodonik	Svemirske studije
Kućni ljubimac	30-100 ° C.	35-50%	Čisti vodonik	Male instalacije

Budući da se male termoelektrane mogu priključiti na konvencionalnu opskrbnu mrežu plina, gorivne ćelije ne zahtijevaju zasebni vodonik. Kada se koristi male termoelektrane zasnovane na čvrstim oksidnim ćelijama, generirana toplina može se integrirati u izmjenjivače topline za grijanje vode i ventilacijskog zraka, povećavajući ukupnu efikasnost sistema. Ova inovativna tehnologija je najprikladnija za efikasnu proizvodnju električne energije bez potrebe za skupim infrastrukturom i složenim integracijama instrumenata.

Primjena gorivnih ćelija / ćelija

Upotreba gorivnih ćelija / ćelija u telekomunikacijskim sistemima

Zbog brzog širenja bežičnih komunikacijskih sustava širom svijeta, kao i rast društveno-ekonomskih prednosti tehnologije mobilne telefone, potreba za pouzdanim i ekonomičnim sigurnosnim napajanjem stekla je odlučujuća vrijednost. Gubici električne mreže tokom cijele godine zbog loših vremenskih prilika, prirodne katastrofe ili ograničena mrežna snaga su stalni složen problem za mrežne operatere.

Tradicionalna telekomunikaciona rješenja u području sigurnosne kopije uključuju baterije (olovni element baterije sa podešavanjem ventila) za sigurnosnu kopiju električne energije za kratko vrijeme i dizel i propan generatore za dužu sigurnosnu kopiju. Baterije su relativno jeftini izvor sigurnosne kopije za 1 do 2 sata. Međutim, baterije nisu pogodne za duže sigurnosne kopije, jer je njihovo održavanje skupo, oni postaju nepouzdani nakon duge usluge, osjetljive na temperature i čine su opasne za okoliš nakon odlaganja. Dizel i propan generatori mogu pružiti dugotrajnu sigurnosnu snagu. Međutim, generatori mogu biti nepouzdani, zahtijevaju radno intenzivno održavanje, ističu visoke razine zagađenja i gasova koji uzrokuju efekt staklenika u atmosferu.

Kako bi se uklonili ograničenja tradicionalnih rješenja u oblasti rezervne snage, razvijena je inovativna tehnologija ekološki prihvatljivih gorivnih ćelija. Goriva ćelija su pouzdana, nema buke, sadrže manje pokretnih dijelova od generatora, imaju širi spektar radne temperature od baterije: od -40 ° C do + 50 ° C i, kao rezultat, pružaju izuzetno visoku razinu uštede energije. Pored toga, troškovi takve instalacije u odnosu na radni vijek ispod troškova generatora. Niže troškovi ćelije goriva rezultat su samo jedne posjete u svrhu održavanja godišnje i znatno veće performanse ugradnje. Na kraju, gorivna ćelija je ekološki prihvatljivo tehnološko rješenje uz minimalni utjecaj na okoliš.

Instalacije za gorivo pružaju sigurnosnu kopiju napajanja za kritičnu komunikacijsku mrežnu infrastrukturu za bežičnu, konstantnu i širokopojasnu komunikaciju u telekomunikacijskom sustavu, u rasponu od 250 W do 15 kW, nude mnoge nenadmašne inovativne karakteristike:

Pouzdanost - mali broj pokretnih dijelova i bez pražnjenja u stanju pripravnosti
Uštedu energije
Tišina - niska buka
Održivost - Radni domet od -40 ° C do + 50 ° C
Prilagodljivost - Instalacija na ulici i u zatvorenom prostoru (spremnik / zaštitni spremnik)
Velika snaga - do 15 kW
Nisko održavanje potreba - Minimalno godišnje održavanje
Ekonomija - atraktivni kumulativni trošak vlasništva
Ekološka energija - Niska emisija sa minimalnim uticajem na životnu sredinu

Sistem uvijek oseća da DC sabirni napon i glatko prihvaća kritična opterećenja ako napon DC sabirnica padne ispod navedene vrijednosti koje je korisnik definirao. Sistem djeluje na vodonik, koji ulazi u bateriju za gorivo za jednu od dvije staze - bilo iz industrijskog izvora vodika, ili iz tečnih goriva od metanola i vode pomoću ugrađenog reformskog sustava.

Električna energija izrađuje bateriju gorivnih ćelija u obliku DC-a. DC energija se prenosi na pretvarač koji pretvara neregulirani istosmjerni električnu energiju koji proizlaze iz baterije gorivnih ćelija u visokokvalitetni upravljani DC električnom energijom za potrebna opterećenja. Instalacija na gorivnim ćelijama može pružiti sigurnosnu kopiju sigurnosnih kopija više dana, jer je trajanje djelovanja ograničeno samo na količinu vodonika ili goriva iz metanola / vode dostupnog u rezervi.

Gorivne ćelije nude visoku razinu uštede energije, povećane pouzdanosti sistema, više predvidljive operativne kvalitete u širokom rasponu klimatskih uvjeta, kao i pouzdane operativne izdržljivosti u odnosu na pakete baterije sa livenim elementima sa ventilom koji reguliše industrijski standard. Troškovi s vremenom također su niži zbog znatno manje potrebe za održavanjem i zamjenom. Gorivne ćelije nude kraj korisničkim naknadama za okoliš, jer troškovi zbrinjavanja i rizika od odgovornosti povezane sa olovnim elementima kiselina uzrokuju rastuću zabrinutost.

Operativne karakteristike električnih baterija mogu negativno utjecati na širok spektar faktora, poput punjenja, temperature, ciklusa, servisnog vijeka i drugih varijabilnih faktora. Navedena energija bit će različita ovisno o tim faktorima, nije lako predvidjeti. Operativne karakteristike gorivne ćelije s metabolizmom protona (mopestriranje) relativno ne utječu ovi faktori i mogu pružiti kritično napajanje dok postoji gorivo. Povećana predvidljivost je važna prednost u prelasku na gorivne ćelije za kritična područja korištenja sigurnosnog napajanja.

Gorivne ćelije generiraju energiju samo kad se napaja gorivo, poput generatora plinskih turbina, ali nemaju mobilne dijelove u generacijskoj zoni. Stoga, za razliku od generatora, ne podliježu brzom trošenju i ne zahtijevaju stalno održavanje i podmazivanje.

Gorivo koje se koristi za aktiviranje pretvarača goriva s povećanim trajanjem akcije je mješavina goriva metanola i vode. Metanol je široko dostupan, proizveden na industrijskoj skali goriva, koji trenutno ima mnogo aplikacija, između ostalog, staklene vune, plastične boce, motorne aditive, emulzijske boje. Metanol se lako prevozi, može se miješati s vodom, ima dobru sposobnost bioloda i ne sadrži sumpor. Ima nisku točku smrzavanja (-71 ° C) i ne raspada se s dugoročnim pohranama.

Upotreba gorivnih ćelija / ćelija u komunikacijskim mrežama

Mreže klasificirane komunikacije trebaju pouzdana rješenja u polju rezervnog napajanja, koja može funkcionirati nekoliko sati ili nekoliko dana u vanrednim situacijama ako se snaga za napajanje prestala.

Ako postoji manji broj pokretnih dijelova, kao i odsustvo smanjenja energije u stanju pripravnosti, inovativna tehnologija gorivnih ćelija nudi atraktivno rješenje u odnosu na trenutno postojeće sigurnosne elektroenergetske sustave.

Najgrozniji argument u korist primjene tehnologije goriva u komunikacijskim mrežama povećava se ukupna pouzdanost i sigurnost. Tokom takvih incidenata, kao što su prekidi struje, potresa, oluje i uragana, važno je da sustavi i dalje rade i pružaju pouzdanu ponudu sigurnosne kopije u dužem vremenskom periodu, bez obzira na temperaturu ili vijek trajanja Sistem za sigurnosno kopiranje.

Linija uređaja za napajanje na bazi gorivnih ćelija idealna je za podršku mrežama klasificirane komunikacije. Zahvaljujući principima uštede energije koji su postavljeni u dizajnu, oni pružaju ekološki prihvatljivu, pouzdanu sigurnosnu snagu s povećanim trajanjem akcije (do nekoliko dana) za upotrebu u rasponu kapaciteta od 250 W do 15 kW.

Primjena gorivnih ćelija / ćelija u podatkovnim mrežama

Pouzdano napajanje za podatkovne mreže, poput brzih mreža za prijenos podataka i mreže optičkih vlakana, ključno je za cijelu svijetu. Informacije koje takve mreže prenose sadrže kritične podatke za institucije kao što su banke, aviokompanije ili medicinske centre. Onemogući moć u takvim mrežama ne samo ne samo da predstavlja opasnost za prenesene informacije, već i u pravilu dovodi do značajnih financijskih gubitaka. Pouzdane inovativne instalacije na gorivnim ćelijama koje pružaju sigurnosnu kopiju napajanja pružaju pouzdanost potrebnu za osiguravanje kontinuiranog napajanja.

Instalacije na gorivnim ćelijama koje rade na tečnoj gorivnoj smjesi od metanola i vode pružaju pouzdanu sigurnosnu kopiju sa povećanim trajanjem akcije, do nekoliko dana. Pored toga, ove su postavke karakterizirane značajno smanjenim zahtjevima za održavanje u usporedbi s generatorima i baterijama, potrebna vam je samo jedna posjeta u svrhu održavanja godišnje.

Tipične karakteristike aplikacija za upotrebu instalacija na gorivnim ćelijama u podatkovnim mrežama:

Prijave sa količinama energije konzumirane sa 100 W do 15 kW
Aplikacije sa autonomnim zahtevima\u003e 4 sata
Ponavljači u optičkim vlaknama (hijerarhijski sinhroni digitalni sustavi, brzi internet, glasovna komunikacija preko IP protokola ...)
Velika brzina podataka
WiMAX čvorovi za prijenos

Instalacije na gorivne ćelije za sigurnosnu kopiju napajanja nude brojne prednosti za kritičnu mrežnu infrastrukturu u usporedbi s tradicionalnim autonomnim baterijama ili dizelskim generatorima, omogućavajući povećati mogućnosti korištenja na mjestu:

Tekuća tehnologija goriva omogućava rješavanje rješenja za postavljanje vodonika i pruža gotovo neograničen rad sigurnosne kopije napajanja.
Zbog mirne radne snage, niske težine, otpornost na padajuće kapi i funkcioniranje, gotovo bez vibracija, gorivne ćelije mogu se instalirati izvan zgrade, u industrijskim prostorijama / kontejnera ili na krovovima ili na krovovima.
Kuhanje za korištenje sistema na mjestu je brz i ekonomičan, troškovi rada je nizak.
Gorivo ima mogućnost bioloda i ekološki je rješenje za urbano okruženje.

Upotreba gorivnih ćelija / ćelija u sigurnosnim sistemima

Najveljiji dizajnirani sistem sigurnosti sistema i komunikacijski sustavi pouzdani su jednako kao i pouzdano napajanje, što podržava njihov rad. Iako većina sistema uključuje neke vrste sigurnosnih kopija neprekinutih sustava napajanja za kratkoročne gubitke napajanja, ne stvaraju uslove za duže prekide u radu snage napajanja, koji se mogu pojaviti nakon prirodnih katastrofa ili terorističkih napada. To može biti kritično pitanje za mnoge korporativne i vladine agencije.

Takvi vitalni sustavi kao što su sustavi za nadgledanje i pristup pomoću sistema za video nadzor (identifikacijskih kartica, uređaji za zatvaranje uređaja, biometrijske tehnike identifikacije itd.), Automatski uređaji za gašenje požara, sustavi za gašenje požara i telekomunikacijske mreže, a Rizik u nedostatku pouzdanog alternativnog izvora napajanja kontinuiranog rada.

Dizelski generatori proizvode puno buke, teško ih je smjestiti, također je dobro svjestan problema sa pouzdanošću i održavanjem. Suprotno tome, instalacija na gorivnim ćelijama koje pružaju sigurnosnu kopiju električne energije ne proizvodi buku, pouzdana je, emisija dodijeljena na nlju nula ili prilično niska, lako je ugraditi na krov ili izvan zgrade. Ne uklanja se i ne gubi snagu u stanju pripravnosti. Osigurava kontinuirani rad kritičnih sustava, čak i nakon što institucija prestane s radom i zgradu će napustiti ljudi.

Inovativne instalacije na gorivnim ćelijama štite skupe priloge kritičnih aplikacija. Oni pružaju ekološki prihvatljive, pouzdanu sigurnosnu snagu s povećanim trajanjem (do mnogih dana) za upotrebu u rasponu kapaciteta od 250 W do 15 kW u kombinaciji s brojnim nenadmašnim karakteristikama i, posebno visokoj razini uštede energije.

Instalacije na gorivne ćelije za sigurnosnu kopiju nude brojne prednosti za upotrebu u kritičnim područjima primjene, poput sistema za osiguranje sigurnosti i upravljanja zgradama, u odnosu na tradicionalne autonomne baterije ili dizel generatore. Tekuća tehnologija goriva omogućava rješavanje rješenja za postavljanje vodonika i pruža gotovo neograničen rad sigurnosne kopije napajanja.

Upotreba gorivnih ćelija / ćelija u općinskom domaćinstvu i električnoj generaciji

Na čvrstih oksidnih gorivnih ćelija (TOTO), pouzdana, energetski efikasna i nepoštitna emisija termoelektrane za proizvodnju električne energije i topline izgrađena su dostupnih prirodnih gasa i obnovljivih izvora goriva. Ove inovativne instalacije koriste se na širokom rasponu tržišta, od kuće koje stvaraju električnu energiju do struke do zaliha na udaljenim područjima, kao i kao pomoćni pribor za napajanje.

Upotreba gorivnih ćelija / ćelija u distributivnim mrežama

Male termoelektrane dizajnirane su za rad u distribuiranoj mreži za proizvodnju energije koja se sastoji od velikog broja malih instalacija generatora umjesto jedne centralizirane elektrane.

Na donjoj slici prikazuje gubitak efikasnosti proizvodnje električne energije kada se razvija na CHP-u i prijenos u kuću putem tradicionalnih elektroenergetskih mreža koje se trenutno koriste. Gubitak efikasnosti s centraliziranim vježbanjem uključuje gubitke od elektrane, niskonapona i visokonaponskog mjenjača, kao i gubitka tokom distribucije.

Na slici se prikazuje rezultati integracije malih toplotnih i elektrana: električna energija se proizvodi s efikasnošću do 60% na mjestu korištenja. Pored ovoga, domaćinstvo može koristiti toplinu koju generiraju gorivne ćelije za grijanje vode i prostorije, što povećava ukupnu efikasnost obrade energije goriva i povećava nivo uštede energije.

Upotreba gorivnih ćelija za zaštitu okoliša odlaganja pridruženog naftnog plina

Jedan od najvažnijih zadataka u naftnoj industriji je odlaganje pridruženog naftnog plina. Postojeće metode zbrinjavanja pridruženog naftnog plina imaju puno nedostataka, glavna od njih je ekonomski nepovoljna. Natrag naftni plin je spaljen, što uzrokuje ogromnu štetu ekologiji i zdravlju ljudi.

Inovativne toplotne i elektrane na gorivnim ćelijama koristeći pridruženi naftni plin kao gorivo, otvorite put do radikalnog i isplativ rješenja za probleme odlaganja pridruženog naftnog plina.

Jedna od glavnih prednosti instalacija na gorivnim ćelijama je da mogu biti pouzdano i otporni na rad na prolazu naftnog sastava plina. Zahvaljujući beskužljivoj kemijskoj reakciji u osnovi rada gorivne ćelije, smanjenje postotnog sadržaja, na primjer metan, uzrokuje samo odgovarajuće smanjenje izlazne snage.
Fleksibilnost u odnosu na električno opterećenje potrošača, pad, skica tereta.
Za montažu i povezivanje elektrana na toplinu na gorivne ćelije, njihova implementacija nije potrebna za prijedlog kapitalnih troškova, jer Instalacije se lako montiraju na nespremne web lokacije u blizini depozita, jednostavnim za rukovanje, pouzdano i efikasno.
Visoka automatizacija i moderan daljinski upravljač ne zahtijevaju stalno pronalazak osoblja na instalaciji.
Jednostavnost i tehnička savršenstvo dizajna: nedostatak pokretnih dijelova, trenja, sustava podmazivanja daje značajne ekonomske koristi od rada instalacija na gorivnim ćelijama.
Potrošnja vode: odsutna na temperaturi okoline do +30 ° C i beznačajnim na višim temperaturama.
Prinos vode: odsutan.
Pored toga, termoelektrane na gorivnim ćelijama nisu bučne, ne vibriraju, ne dajte štetne emisije u atmosferu