Kognitionsøkologi Videnskab og teknologi: Hydrogenergi er en af ​​de mest effektive industrier, og brændselsceller holder den i spidsen for innovative teknologier.

En brændselscelle er en enhed, der genererer effektivt D.C. og varme fra brintrig brændstof ved elektrokemisk reaktion.

En brændselscelle ligner et batteri, idet den genererer jævnstrøm gennem en kemisk reaktion. Igen, ligesom et batteri, inkluderer en brændselscelle en anode, en katode og en elektrolyt. I modsætning til batterier kan brændselsceller imidlertid ikke lagre elektrisk energi, aflades ikke og kræver ikke elektricitet for at genoplade. Brændselsceller kan kontinuerligt generere elektricitet, så længe de har forsyning med brændstof og luft. Det korrekte udtryk til at beskrive en driftende brændselscelle er et cellesystem, da for fuldgyldigt arbejde nogle supportsystemer er påkrævet.

I modsætning til andre generatorer af elektricitet, såsom motorer forbrænding eller møller, der drives af gas, kul, fyringsolie osv., brænder brændselscellerne ikke brændstof. Dette betyder ingen støjende højtryksrotorer, ingen kraftig udstødningsstøj, ingen vibrationer. Brændselsceller genererer elektricitet gennem en lydløs elektrokemisk reaktion. Et andet træk ved brændselsceller er, at de omdanner brændstofets kemiske energi direkte til elektricitet, varme og vand.

Brændselsceller er yderst effektive og producerer ikke store mængder drivhusgasser som kuldioxid, metan og nitrogenoxid. De eneste emissioner, der produceres af brændselsceller, er vand i form af damp og en lille mængde kuldioxid, som slet ikke udsendes, hvis der bruges rent brint som brændstof. Brændselsceller samles i samlinger og derefter i separate funktionelle moduler.

Sådan fungerer brændselsceller

Brændselsceller genererer elektricitet og varme fra en elektrokemisk reaktion, der finder sted ved hjælp af en elektrolyt, katode og anode.

Anoden og katoden adskilles af en elektrolyt, der leder protoner. Efter at hydrogen er kommet ind i anoden, og oxygen kommer ind i katoden, begynder en kemisk reaktion, som følge heraf elektricitet, varme og vand. På anodekatalysatoren dissocierer molekylært brint og mister elektroner. Hydrogenioner (protoner) ledes gennem elektrolytten til katoden, mens elektroner ledes gennem elektrolytten og passerer gennem et eksternt elektrisk kredsløb, hvilket skaber en jævnstrøm, der kan bruges til at drive udstyr. På katodekatalysatoren kombineres et iltmolekyle med en elektron (som leveres fra ekstern kommunikation) og en indkommende proton og danner vand, som er det eneste reaktionsprodukt (i form af damp og / eller væske).

Følgende er den tilsvarende reaktion:

Reaktion ved anoden: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodereaktion: O2 + 4H + + 4e- => 2H20
Elementets generelle reaktion: 2H2 + O2 => 2H2O

Brændselscelletyper

I lighed med eksistensen af ​​forskellige typer af forbrændingsmotorer er der forskellige typer brændselsceller - valg passende type brændselscellen afhænger af dens anvendelse.Brændselsceller er opdelt i høj temperatur og lav temperatur. Lavtemperatur brændselsceller kræver relativt rent hydrogen som brændstof.

Dette betyder ofte, at brændstofbehandling er nødvendig for at konvertere det primære brændstof (f.eks. Naturgas) til rent brint. Denne proces kræver ekstra energi og kræver specielt udstyr. Højtemperaturbrændselsceller har ikke brug for denne ekstra procedure, da de kan "internt konvertere" brændstoffet ved forhøjede temperaturer, hvilket betyder, at der ikke er behov for at investere i brintinfrastruktur.

Brændselsceller baseret på smeltet carbonat (RKTE).

Smeltede carbonatelektrolytbrændselsceller er brændselsceller ved høj temperatur. Høj driftstemperatur gør det muligt at bruge naturgas direkte uden en brændstofprocessor og lav brændselsgas med en opvarmningsværdi produktionsprocesser og fra andre kilder. Denne proces blev udviklet i midten af ​​1960'erne. Siden da er produktionsteknologi, ydeevne og pålidelighed blevet forbedret.

Driften af ​​RKTE er forskellig fra andre brændselsceller. Disse celler anvender en elektrolyt fra en blanding af smeltede carbonatsalte. Der er i øjeblikket to typer blandinger i brug: lithiumcarbonat og kaliumcarbonat eller lithiumcarbonat og natriumcarbonat. Til smeltning af carbonatsalte og opnåelse høj grad mobilitet af ioner i elektrolytten, sker driften af ​​brændselsceller med smeltet carbonatelektrolyt, når høje temperaturer(650 ° C). Effektiviteten varierer mellem 60-80%.

Ved opvarmning til 650 ° C bliver salte en leder for carbonationer (CO32-). Disse ioner passerer fra katoden til anoden, hvor de kombineres med hydrogen for at danne vand, kuldioxid og frie elektroner. Disse elektroner ledes tilbage til katoden gennem et eksternt elektrisk kredsløb, der genererer elektrisk strøm og varme som et biprodukt.

Reaktion ved anoden: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Katodereaktion: CO2 + 1 / 2O2 + 2e- => CO32-
Elementets generelle reaktion: H2 (g) + 1 / 2O2 (g) + CO2 (katode) => H2O (g) + CO2 (anode)

De høje driftstemperaturer for smeltede carbonatelektrolytbrændselsceller har visse fordele. Ved høje temperaturer reformeres naturgas internt, hvilket eliminerer behovet for en brændstofprocessor. Derudover omfatter fordelene evnen til at anvende standardkonstruktionsmaterialer, såsom rustfrit stålplade og en nikkelkatalysator på elektroderne. Spildevarmen kan bruges til at generere højtryksdamp til forskellige industrielle og kommercielle formål.

Høje reaktionstemperaturer i elektrolytten har også deres fordele. Brugen af ​​høje temperaturer tager lang tid at opnå optimale driftsbetingelser, og systemet reagerer langsommere på ændringer i energiforbruget. Disse egenskaber tillader brug af brændselscelleinstallationer med smeltet carbonatelektrolyt under konstante strømforhold. Høje temperaturer forhindrer kuliltebeskadigelse af brændselscellen, "forgiftning" osv.

Smeltede carbonatelektrolytbrændselsceller er velegnede til brug i store stationære installationer. Varme- og kraftværker produceres industrielt med en fridag elektrisk strøm 2,8 MW. Installationer med en udgangseffekt på op til 100 MW er under udvikling.

Fosforsyre brændselsceller (FCTE).

Brændselsceller baseret på fosforsyre (orthophosphorsyre) var de første brændselsceller til kommerciel brug... Denne proces blev udviklet i midten af ​​1960'erne og er blevet testet siden 1970'erne. Siden da er stabiliteten blevet øget, ydeevnen er reduceret, og omkostningerne er reduceret.

Brændselsceller baseret på fosforsyre (orthophosphorsyre) anvender en elektrolyt baseret på fosforsyre (H3PO4) med en koncentration på op til 100%. Den ioniske ledningsevne af fosforsyre er lav, når lave temperaturer af denne grund bruges disse brændselsceller ved temperaturer op til 150-220 ° C.

Opladningsholder i brændselsceller af denne type er hydrogen (H +, proton). En lignende proces forekommer i brændselsceller med en protonudvekslingsmembran (MOPTE), hvor hydrogenet, der tilføres anoden, adskilles i protoner og elektroner. Protoner bevæger sig gennem elektrolytten og kombineres med ilt fra luften ved katoden for at danne vand. Elektroner ledes gennem et eksternt elektrisk kredsløb og genererer en elektrisk strøm. Nedenfor er de reaktioner, der genererer elektricitet og varme.

Reaktion ved anoden: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodereaktion: O2 (g) + 4H + + 4e- => 2H20
Elementets generelle reaktion: 2H2 + O2 => 2H2O

Brændselscellernes effektivitet baseret på fosforsyre (orthophosphorsyre) er mere end 40%, når der genereres elektrisk energi. Med kraftvarmeproduktion er den samlede effektivitet omkring 85%. I betragtning af driftstemperaturerne kan spildvarmen desuden bruges til at opvarme vand og generere damp ved atmosfærisk tryk.

Den høje ydelse af termiske kraftværker på brændselsceller baseret på fosforsyre (orthophosphorsyre) i den kombinerede produktion af varme og elektricitet er en af ​​fordelene ved denne type brændselsceller. Anlæggene bruger kulilte med en koncentration på cirka 1,5%, hvilket markant udvider brændstofvalget. Derudover påvirker CO2 ikke elektrolytten og driften af ​​brændselscellen; denne celletype fungerer med reformeret naturligt brændstof. Enkel konstruktion, lav elektrolytvolatilitet og øget stabilitet er også fordele ved denne type brændselscelle.

Termiske kraftværker med en elektrisk effekt på op til 400 kW produceres industrielt. De 11 MW enheder er blevet testet i overensstemmelse hermed. Installationer med en udgangseffekt på op til 100 MW er under udvikling.

Membranprotonudvekslingsbrændselsceller (MOPTE)

Membranbrændselsceller betragtes som den bedste type brændselscelle til frembringelse af køretøjskraft, som kan erstatte benzin- og dieselforbrændingsmotorer. Disse brændselsceller blev først brugt af NASA til Gemini -programmet. I dag udvikles og demonstreres MOPTE -enheder med en kapacitet fra 1W til 2 kW.

Disse brændselsceller anvender en fast polymermembran (tynd plastfilm) som elektrolyt. Når den er imprægneret med vand, tillader denne polymer protoner at passere, men leder ikke elektroner.

Brændstoffet er hydrogen, og ladningsbæreren er en hydrogenion (proton). Ved anoden opdeles et brintmolekyle i en hydrogenion (proton) og elektroner. Hydrogenioner passerer gennem elektrolytten til katoden, mens elektroner bevæger sig rundt i den ydre cirkel og producerer elektrisk energi. Oxygen, der tages fra luften, føres til katoden og kombineres med elektroner og hydrogenioner for at danne vand. Følgende reaktioner forekommer på elektroderne:

Reaktion ved anoden: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodereaktion: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Elementets generelle reaktion: 2H2 + O2 => 2H2O

Sammenlignet med andre typer brændselsceller producerer protonudvekslingsmembranbrændselsceller mere energi til et givet volumen eller vægt af brændselscellen. Denne funktion giver dem mulighed for at være kompakte og lette. Derudover er driftstemperaturen mindre end 100 ° C, hvilket muliggør hurtig opstart af driften. Disse egenskaber samt evnen til hurtigt at ændre energiproduktionen er blot nogle af de funktioner, der gør disse brændselsceller til en førsteklasses kandidat til brug af køretøjer.

En anden fordel er, at elektrolytten er et fast stof, ikke et flydende stof. Det er lettere at holde gasser ved katoden og anoden med en fast elektrolyt, og derfor er sådanne brændselsceller billigere at fremstille. Sammenlignet med andre elektrolytter, når der bruges en fast elektrolyt, er der ingen vanskeligheder som orientering, der er færre problemer på grund af udseende af korrosion, hvilket fører til større holdbarhed af elementet og dets komponenter.

Faste oxidbrændselsceller (SOFC)

Faste oxidbrændselsceller er de brændselsceller med den højeste driftstemperatur. Arbejdstemperatur kan variere fra 600 ° C til 1000 ° C, hvilket tillader brug af forskellige typer brændstof uden særlige forbehandling... For at håndtere disse høje temperaturer er den anvendte elektrolyt et tyndt, keramisk baseret fast metaloxid, ofte en legering af yttrium og zirconium, som er en leder af ilt (O2-) ioner. Teknologien til brug af faste oxidbrændselsceller har været under udvikling siden slutningen af ​​1950'erne. og har to konfigurationer: plan og rørformet.

Fast elektrolyt tilvejebringer en hermetisk lukket overgang af gas fra en elektrode til en anden, mens flydende elektrolytter er placeret i et porøst substrat. Ladningsbæreren i denne type brændselscelle er en oxygenion (O2-). Ved katoden adskilles iltmolekyler fra luften til en oxygenion og fire elektroner. Oxygenioner passerer gennem elektrolytten og kombineres med hydrogen for at danne fire frie elektroner. Elektroner ledes gennem et eksternt elektrisk kredsløb, der genererer elektrisk strøm og spildvarme.

Reaktion ved anoden: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Katodereaktion: O2 + 4e- => 2O2-
Elementets generelle reaktion: 2H2 + O2 => 2H2O

Effektiviteten af ​​den genererede elektriske energi er den højeste af alle brændselsceller - cirka 60%. Desuden gør de høje driftstemperaturer det muligt for kombineret varme- og elproduktion at generere højtryksdamp. Kombination af en høj temperatur brændselscelle med en turbine skaber en hybrid brændselscelle til forbedring af effektiviteten generere elektrisk energi op til 70%.

Faste oxidbrændselsceller fungerer ved meget høje temperaturer (600 ° C - 1000 ° C), hvilket tager lang tid at opnå optimale driftsbetingelser, og systemet reagerer langsommere på ændringer i energiforbruget. Ved så høje driftstemperaturer er en konverter ikke nødvendig for at genvinde brint fra brændstoffet, hvilket gør det muligt for termisk kraftværk at fungere med relativt urene brændstoffer som følge af forgasning af kul eller spildgasser og lignende. Denne brændselscelle er også fremragende til drift med høj effekt, herunder industrielle og store centrale kraftværker. Moduler med en elektrisk effekt på 100 kW produceres kommercielt.

Direkte methanoloxidationsbrændstofceller (POMTE)

Teknologien til brug af brændselsceller med direkte methanoloxidation gennemgår en periode med aktiv udvikling. Det har med succes etableret sig inden for strømforsyning af mobiltelefoner, bærbare computere samt til at skabe bærbare strømkilder. hvad den fremtidige brug af disse elementer er rettet mod.

Designet af brændselsceller med direkte methanoloxidation ligner brændselsceller med en protonbytningsmembran (MOPTE), dvs. en polymer bruges som en elektrolyt, og en hydrogenion (proton) bruges som en ladningsbærer. Flydende methanol (CH3OH) oxiderer imidlertid i nærværelse af vand ved anoden med frigivelse af CO2, hydrogenioner og elektroner, som ledes gennem et eksternt elektrisk kredsløb og derved genererer en elektrisk strøm. Hydrogenioner passerer gennem elektrolytten og reagerer med ilt fra luften og elektroner fra det ydre kredsløb for at danne vand ved anoden.

Reaktion ved anoden: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e-
Katodereaktion: 3 / 2O2 + 6H + + 6e- => 3H2O
Elementets generelle reaktion: CH3OH + 3 / 2O2 => CO2 + 2H2O

Udviklingen af ​​disse brændselsceller begyndte i begyndelsen af ​​1990'erne. Med udviklingen af ​​forbedrede katalysatorer og andre nyere innovationer er effekttætheden og effektiviteten øget til 40%.

Disse elementer blev testet i et temperaturområde på 50-120 ° C. Med deres lave driftstemperaturer og ikke behov for en konverter er methanolbrændselsceller med direkte oxidation den bedste kandidat til applikationer i både mobiltelefoner og andre forbrugsvarer og bilmotorer. Fordelen ved denne type brændselscelle er dens lille størrelse på grund af brugen af flydende brændstof, og det er ikke nødvendigt at bruge en konverter.

Alkaliske brændselsceller (SHFC)

Alkaliske brændselsceller (ALFC'er) er en af ​​de mest undersøgte teknologier, der har været brugt siden midten af ​​1960'erne. af NASA i programmerne Apollo og Space Shuttle. Ombord på disse rumskibe brændselsceller genererer elektrisk energi og drikker vand... Alkaliske brændselsceller er et af de mest effektive elementer, der bruges til at generere elektricitet, og strømproduktionseffektiviteten når op til 70%.

Alkaliske brændselsceller anvender en elektrolyt, det vil sige en vandig opløsning af kaliumhydroxid indeholdt i en porøs stabiliseret matrix. Koncentrationen af ​​kaliumhydroxid kan variere afhængigt af brændselscellens driftstemperatur, som varierer fra 65 ° C til 220 ° C. Ladningsbæreren i SHFC er en hydroxylion (OH-), der bevæger sig fra katoden til anoden, hvor den reagerer med hydrogen, producerer vand og elektroner. Vandet produceret ved anoden bevæger sig tilbage til katoden og genererer igen hydroxylioner der. Denne række reaktioner i brændselscellen producerer elektricitet og, som et biprodukt, varme:

Reaktion ved anoden: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodereaktion: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Generelt systemrespons: 2H2 + O2 => 2H2O

Fordelen ved SHFC'er er, at disse brændselsceller er de billigste at fremstille, da den katalysator, der er nødvendig på elektroderne, kan være et hvilket som helst af de stoffer, der er billigere end dem, der bruges som katalysatorer for andre brændselsceller. Derudover fungerer SHFC'er ved en relativt lav temperatur og er en af ​​de mest effektive brændselsceller - sådanne egenskaber kan derfor bidrage til acceleration af kraftproduktion og høj brændstofeffektivitet.

En af karakteristiske træk SHCHE - høj følsomhed over for CO2, som kan være indeholdt i brændstof eller luft. CO2 reagerer med elektrolytten, forgifter den hurtigt og reducerer brændselscellens effektivitet betydeligt. Derfor er brugen af ​​SHTE begrænset til lukkede rum, såsom plads og undervandsbiler, de skal fungere på rent brint og ilt. Desuden er molekyler som CO, H2O og CH4, der er sikre for andre brændselsceller, og endda brændstof for nogle af dem, skadelige for SHFC'er.

Polymerelektrolytbrændselsceller (PETE)

I tilfælde af polymerelektrolytbrændselsceller består polymermembranen af ​​polymerfibre med vandområder, hvor der er ledningsevne for vandioner H2O + (proton, rød) er knyttet til vandmolekylet. Vandmolekyler udgør et problem på grund af deres langsomme ionbytning. Derfor kræves en høj koncentration af vand både i brændstoffet og ved afgangselektroderne, hvilket begrænser driftstemperaturen til 100 ° C.

Solide brændstofceller (TKTE)

I brændselsceller med fast syre indeholder elektrolytten (CsHSO4) ikke vand. Driftstemperaturen er derfor 100-300 ° C. Rotationen af ​​oxyanionerne SO42-tillader protoner (røde) at bevæge sig som vist på figuren.

Typisk er en fast syre brændselscelle en sandwich, hvor meget tyndt lag fast syreforbindelse placeres mellem to tæt komprimerede elektroder for at tilvejebringe god kontakt... Når den opvarmes, fordamper den organiske komponent og forlader gennem porerne i elektroderne og bevarer evnen til flere kontakter mellem brændstoffet (eller ilt i den anden ende af cellerne), elektrolytten og elektroderne.

Brændselscelletype	Arbejdstemperatur	Effektproduktionseffektivitet	Brændstoftype	Anvendelsesområde
RKTE	550-700 ° C	50-70%		Mellemstore og store installationer
FKTE	100-220 ° C	35-40%	Rent brint	Store installationer
MOPTE	30-100 ° C	35-50%	Rent brint	Små installationer
SOFC	450-1000 ° C	45-70%	De fleste kulbrintebrændstoffer	Små, mellemstore og store installationer
POMTE	20-90 ° C	20-30%	Methanol	Bærbare installationer
SHTE	50-200 ° C	40-65%	Rent brint	Rumudforskning
PETE	30-100 ° C	35-50%	Rent brint	Små installationer

Kom med os på

De drives af US National Aeronautics and Space Administration (NASA) rumfartøj. De leverer elektricitet til computerne i First National Bank i Omaha. De bruges på nogle offentlige bybusser i Chicago.

Disse er alle brændselsceller. Brændselsceller er elektrokemiske enheder, der genererer elektricitet uden at brænde - kemisk meget ligesom batterier. Den eneste forskel er, at de bruger andre kemiske stoffer, hydrogen og ilt, og produktet af en kemisk reaktion er vand. Naturgas kan også bruges, men når man bruger kulbrintebrændstoffer, er naturligvis et vist niveau af kuldioxidemissioner uundgåeligt.

Fordi brændselsceller kan fungere effektivt og uden skadelige emissioner, lover de store løfter om en bæredygtig energikilde, der hjælper med at reducere emissioner af drivhusgasser og andre forurenende stoffer. Den største hindring for udbredt brug af brændselsceller er deres høje omkostninger i forhold til andre enheder, der genererer elektricitet eller driver køretøjer.

Udviklingens historie

De første brændselsceller blev demonstreret af Sir William Groves i 1839. Groves viste, at elektrolyseprocessen - splittelsen af ​​vand i hydrogen og ilt med en elektrisk strøm - er reversibel. Det vil sige, at brint og ilt kan kombineres kemisk for at danne elektricitet.

Efter at dette blev demonstreret, skyndte mange forskere sig for at studere brændselsceller med iver, men opfindelsen af ​​forbrændingsmotoren og udviklingen af ​​infrastruktur til udvinding af oliereserver i anden halvdel af det nittende århundrede efterlod udviklingen af ​​brændselsceller langt bagud . Udviklingen af ​​brændselsceller blev yderligere begrænset af deres høje omkostninger.

Udbruddet af udviklingen af ​​brændselsceller kom i 1950'erne, da NASA henvendte sig til dem i forbindelse med det nye behov for en kompakt kraftgenerator til rumfart. Midlerne blev investeret, og som følge heraf blev Apollo og Gemini -flyvninger udført på brændselsceller. Rumfartøjer drives også af brændselsceller.

Brændselsceller er stadig stort set en eksperimentel teknologi, men flere virksomheder sælger dem allerede på det kommercielle marked. Alene i de sidste næsten ti år har der været betydelige fremskridt inden for kommerciel brændselscelleteknologi.

Hvordan fungerer en brændselscelle

Brændselsceller er som opbevaringsbatterier - de genererer elektricitet gennem en kemisk reaktion. I modsætning hertil forbrænder forbrændingsmotorer brændstof og genererer dermed varme, som derefter omdannes til mekanisk energi. Medmindre varmen fra udstødningsgasserne bruges på en eller anden måde (f.eks. Til opvarmning eller aircondition), kan effektiviteten af ​​forbrændingsmotoren siges at være ganske lav. For eksempel forventes effektiviteten af ​​brændselsceller i et køretøj - et projekt under udvikling - at være mere end det dobbelte af effektiviteten af ​​nutidens typiske benzinmotorer, der bruges i biler.

Mens batterier og brændselsceller begge genererer elektricitet kemisk, gør de to ting perfekt. forskellige funktioner... Batterier er lagrede energienheder: den elektricitet, de genererer, er resultatet af en kemisk reaktion fra et stof, der allerede er inde i dem. Brændselsceller lagrer ikke energi, men konverterer noget af energien fra eksternt leveret brændstof til elektricitet. I denne henseende ligner en brændselscelle mere et konventionelt kraftværk.

Der findes flere forskellige typer brændselsceller. Den enkleste brændselscelle består af en særlig membran kendt som en elektrolyt. Pulverformede elektroder påføres på begge sider af membranen. Dette design - en elektrolyt omgivet af to elektroder - er et separat element. Hydrogen strømmer til den ene side (anode) og ilt (luft) til den anden (katode). Forskellige kemiske reaktioner finder sted ved hver elektrode.

Ved anoden henfalder hydrogen til en blanding af protoner og elektroner. I nogle brændselsceller er elektroderne omgivet af en katalysator, normalt lavet af platin eller andre ædelmetaller, som letter dissociationsreaktionen:

2H2 ==> 4H + + 4e-.

H2 = diatomisk brintmolekyle, form, in

hvilket hydrogen er til stede i form af en gas;

H + = ioniseret hydrogen, dvs. proton;

e- = elektron.

Driften af ​​en brændselscelle er baseret på, at elektrolytten passerer protoner gennem sig selv (mod katoden), men elektroner gør det ikke. Elektroner bevæger sig til katoden langs et eksternt ledende kredsløb. Denne bevægelse af elektroner er en elektrisk strøm, der kan bruges til at drive ekstern enhed forbundet til en brændselscelle, f.eks. en elektrisk motor eller en pære. Denne enhed kaldes almindeligvis en "belastning".

På brændselscellens katodeside "genforenes" protoner (som er passeret gennem elektrolytten) og elektroner (som har passeret gennem en ekstern belastning) og reagerer med iltet, der tilføres katoden for at danne vand, H2O:

4H + + 4e- + O2 ==> 2H2O.

Det samlede svar i en brændselscelle er skrevet som følger:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

I deres arbejde bruger brændselsceller brintbrændstof og ilt fra luften. Brintet kan tilføres direkte eller ved ekstraktion fra en ekstern brændstofkilde, såsom naturgas, benzin eller methanol. I tilfælde af en ekstern kilde skal den omdannes kemisk til ekstraktion af brint. Denne proces kaldes "reformering". Brint kan også fås fra ammoniak, alternative ressourcer såsom gas fra bydeponi og rensningsanlæg og vandelektrolyse, som bruger elektricitet til at nedbryde vand til brint og ilt. I øjeblikket bruger de fleste brændselscelleteknologier, der bruges til transport, methanol.

For brændstofreformering for at producere brint til brændselsceller, forskellige midler... Det amerikanske energiministerium har udviklet et brændstofsystem inde i en benzinreformer til at levere brint til en selvstændig brændselscelle. Forskere ved Pacific Northwest National Laboratory i USA har demonstreret et kompakt reformerbrændselsanlæg en tiendedel af størrelsen på en strømforsyningsenhed. Et amerikansk elselskab, Northwest Power Systems og Sandia National Laboratory har demonstreret en brændstofreformer, der konverterer dieselolie til brint til brændselsceller.

Individuelt producerer brændselscellerne ca. 0,7-1,0 volt hver. For at øge spændingen samles elementerne i en "kaskade", dvs. seriel forbindelse. For at skabe mere strøm er sæt af kaskadeelementer forbundet parallelt. Hvis du kombinerer kaskader af brændselsceller med et brændstofsystem, et luft- og kølesystem og et kontrolsystem, får du en brændselscellemotor. Denne motor kan drive et køretøj, et stationært kraftværk eller en bærbar elektrisk generator6. Brændselscelle motorer er forskellige størrelser afhængigt af formålet, typen af ​​brændselscelle og det anvendte brændstof. F.eks. Er størrelsen på hvert af de fire separate 200 kW stationære kraftværker installeret på en bank i Omaha nogenlunde på størrelse med en lastvognstrailer.

Ansøgninger

Brændselsceller kan bruges i både stationære og mobile enheder. Som reaktion på strengere amerikanske emissionsregler har bilproducenter, herunder DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda og Nissan eksperimenteret og demonstreret brændselscellebiler. De første kommercielle brændselscellebiler forventes at komme på vej i 2004 eller 2005.

En stor milepæl i brændselscelleteknologiens historie var demonstrationen i juni 1993 af Ballard Power Systemets eksperimentelle 32-fods bybus drevet af en brændselscellemotor på 90 kilowatt brint. Siden da har mange forskellige typer og forskellige generationer af brændselscelle personbiler, der kører på forskellige brændstoffer. Siden slutningen af ​​1996 har tre hydrogenbrændselscelle golfbiler været i brug i Palm Desert, Californien. På vejene i Chicago, Illinois; Vancouver, Britisk Columbia; og Oslo, Norge tester brændselscellebusser. Alkaliske brændselscelletaxier testes på Londons gader.

Stationære installationer, der anvender brændselscelleteknologi, demonstreres også, men de er endnu ikke udbredt kommercielt. The First National Bank of Omaha i Nebraska bruger et brændselscellesystem til at drive computere, da systemet er mere pålideligt end gammelt system drives fra lysnettet med en nødbatteri. Den største i verden kommercielt system brændselscelle med en kapacitet på 1,2 MW installeres snart i et postbehandlingscenter i Alaska. Brændselscelle bærbare computere, spildevandsrensningsanlægs kontrolsystemer og automater testes og demonstreres også.

"Fordele og ulemper"

Brændselsceller har flere fordele. Mens effektivitet moderne motorer forbrænding er kun 12-15%, for brændselsceller er dette forhold 50%. Brændselscellernes effektivitet kan forblive på et ret højt niveau, selvom de ikke bruges med deres fulde nominelle effekt, hvilket er en betydelig fordel i forhold til benzinmotorer.

Det modulære design af brændselsceller betyder, at kapaciteten i et brændselscelleanlæg kan øges blot ved at tilføje et par trin mere. Dette minimereren, hvilket giver mulighed for et bedre match mellem udbud og efterspørgsel. Da effektiviteten af ​​en brændselscellestak bestemmes af de enkelte cellers ydeevne, fungerer små brændselscellekraftværker lige så effektivt som store. Desuden kan spildvarme fra stationære brændselscellesystemer bruges til at opvarme vand og rum, hvilket yderligere øger energieffektiviteten.

Ved brug af brændselsceller er der praktisk talt ingen skadelige emissioner. Når motoren kører på rent brint, genereres kun varme og ren vanddamp som biprodukter. Så på rumskibe drikker astronauter vand, som dannes som følge af driften af ​​brændselsceller ombord. Emissionernes sammensætning afhænger af brintkildens art. Brug af methanol producerer nul nitrogenoxider og kulilteemissioner og kun små kulbrinteemissioner. Emissionerne stiger i takt med at der skiftes fra brint til methanol og benzin, selvom emissionerne selv med benzin forbliver ret lave. Under alle omstændigheder ville udskiftning af nutidens traditionelle forbrændingsmotorer med brændselsceller resultere i en samlet reduktion i CO2- og nitrogenoxidemissioner.

Brugen af ​​brændselsceller giver energiinfrastrukturen fleksibilitet, hvilket skaber yderligere funktioner til decentral elproduktion. Flertallet af decentrale energikilder gør det muligt at reducere tab under overførsel af elektricitet og udvikle energimarkeder (hvilket er særligt vigtigt for fjerntliggende og landdistrikter, i mangel af adgang til kraftledninger). Ved hjælp af brændselsceller kan enkelte beboere eller kvarterer forsyne sig selv med det meste af elektriciteten og dermed øge effektiviteten af ​​dens brug betydeligt.

Brændselsceller giver energi Høj kvalitet og øget pålidelighed. De er holdbare, de har ingen bevægelige dele, og de producerer en konstant mængde energi.

Brændselscelleteknologi har imidlertid brug for yderligere forbedringer for at øge deres produktivitet, reducere omkostninger og dermed gøre brændselsceller konkurrencedygtige med andre energiteknologier. Det skal bemærkes, at når man overvejer energiteknologiers omkostningsegenskaber, bør der foretages sammenligninger på grundlag af alle de teknologiske egenskaber, herunder kapitalomkostninger, forurenende emissioner, energikvalitet, holdbarhed, nedlukning og fleksibilitet.

Selvom hydrogengas er det bedste brændstof, eksisterer infrastrukturen eller transportgrundlaget for det endnu ikke. I den nærmeste fremtid at forsyne kraftværker med brintkilder i form af benzin, methanol eller naturgas, eksisterende systemer fossile brændstofforsyninger (tankstationer osv.). Dette ville eliminere behovet for dedikerede brintstationer, men det ville kræve, at der installeres en fossil-til-brintomformer ("reformer") på hvert køretøj. Ulempen ved denne tilgang er, at den bruger fossile brændstoffer og dermed resulterer i kuldioxidemissioner. Methanol, der i øjeblikket er den førende kandidat, genererer færre emissioner end benzin, men det ville kræve en større kapacitet på køretøjet, da det fylder to gange mere plads med samme energiindhold.

I modsætning til forsyningssystemer til fossile brændstoffer kan sol- og vindsystemer (ved hjælp af elektricitet til at skabe brint og ilt fra vand) og direkte fotokonversionssystemer (ved hjælp af halvledermaterialer eller enzymer til at producere brint) levere brint uden et reformeringstrin, og derfor kan ekstremværdier være undgås skadelige stoffer, som observeres ved anvendelse af methanol eller benzinbrændselsceller. Brintet kunne lagres og omdannes til elektricitet i brændselscellen efter behov. Fremover vil kombination af brændselsceller med denne form for vedvarende energi sandsynligvis være en effektiv strategi for at sikre produktiv, miljømæssig forsvarlig og universel kilde energi.

IEERs anbefaling er, at lokale, føderale og statslige regeringer tildeler en del af deres budgetter til transportindkøb til brændselscellebiler samt stationære systemer brændselscelle til at levere varme og elektricitet til nogle af dets væsentlige eller nye bygninger. Dette vil hjælpe med at udvikle vital teknologi og reducere drivhusgasemissioner.

En brændselscelle er en enhed, der effektivt genererer varme og jævnstrøm gennem en elektrokemisk reaktion og bruger brintholdigt brændstof. I princippet ligner det et batteri. Strukturelt er brændselscellen repræsenteret af en elektrolyt. Hvordan er det bemærkelsesværdigt? I modsætning til de samme batterier lagrer brintbrændselsceller ikke elektrisk energi, behøver ikke elektricitet for at genoplade og aflades ikke. Celler fortsætter med at generere elektricitet, så længe de har forsyning af luft og brændstof.

Særegenheder

Forskellen mellem brændselsceller og andre kraftgeneratorer er, at de ikke brænder brændstof under drift. På grund af denne funktion har de ikke brug for højtryksrotorer, udsender ikke høj støj og vibrationer. Elektricitet i brændselsceller genereres af en lydløs elektrokemisk reaktion. Brændstofets kemiske energi i sådanne enheder omdannes direkte til vand, varme og elektricitet.

Brændselsceller er forskellige høj effektivitet og udsender ikke mange drivhusgasser. Emissionsproduktet under cellens drift er en lille mængde vand i form af damp og kuldioxid, som ikke udsendes, hvis rent hydrogen bruges som brændstof.

Udseende historie

I 1950'erne og 1960'erne fremkaldte NASAs nye behov for energikilder til langsigtede rummissioner en af ​​de mest kritiske opgaver for brændselsceller, der eksisterede på det tidspunkt. Alkaliske celler bruger ilt og brint som brændstof, som under en elektrokemisk reaktion omdannes til biprodukter, der er nyttige under rumfart - elektricitet, vand og varme.

Brændselsceller blev først opdaget i begyndelsen af ​​1800 -tallet - i 1838. På samme tid dukkede de første oplysninger om deres effektivitet op.

Arbejdet med brændselsceller ved hjælp af alkaliske elektrolytter begyndte i slutningen af ​​1930'erne. Celler med forniklede elektroder under højt tryk blev først opfundet i 1939. Under anden verdenskrig blev der udviklet brændselsceller til britiske ubåde, bestående af alkaliske celler med en diameter på cirka 25 centimeter.

Interessen for dem steg i 1950'erne og 1980'erne, præget af mangel på fyringsolie. Lande rundt om i verden er begyndt at bekæmpe luftforurening og miljø sigter mod at udvikle sig miljømæssigt sikre måder modtager elektricitet. Teknologien til produktion af brændselsceller er i øjeblikket under aktiv udvikling.

Driftsprincip

Varme og elektricitet genereres af brændselscellerne som følge af en elektrokemisk reaktion ved hjælp af katoden, anoden og elektrolytten.

Katoden og anoden adskilles af en protonledende elektrolyt. Efter tilførsel af ilt til katoden og hydrogen til anoden udløses en kemisk reaktion, hvilket resulterer i varme, strøm og vand.

Dissocierer på anodekatalysatoren, hvilket fører til tab af elektroner. Hydrogenioner kommer ind i katoden gennem elektrolytten, mens elektroner passerer gennem det ydre elektrisk netværk og skabe en konstant strøm, der bruges til at drive udstyret. Oxygenmolekylet på katodekatalysatoren kombineres med en elektron og en indkommende proton, der til sidst danner vand, som er det eneste produkt af reaktionen.

Typer

Valget af en bestemt type brændselscelle afhænger af anvendelsesområdet. Alle brændselsceller falder i to hovedkategorier - høj temperatur og lav temperatur. Sidstnævnte bruger rent brint som brændstof. Sådanne anordninger kræver normalt omdannelse af det primære brændstof til rent brint. Processen udføres ved hjælp af specielt udstyr.

Højtemperaturbrændselsceller har ikke brug for dette, fordi de omdanner brændstof ved forhøjede temperaturer, hvilket eliminerer behovet for en brintinfrastruktur.

Princippet om drift af brintbrændselsceller er baseret på omdannelse af kemisk energi til elektrisk energi uden ineffektive forbrændingsprocesser og omdannelse af termisk energi til mekanisk energi.

Generelle begreber

Brintbrændselsceller er elektrokemiske anordninger, der genererer elektricitet gennem meget effektiv "kold" forbrænding af brændstof. Der er flere typer af sådanne enheder. Den mest lovende teknologi anses for at være brint-luft-brændselsceller udstyret med en PEMFC-protonudvekslingsmembran.

En protonledende polymermembran er designet til at adskille to elektroder - katoden og anoden. Hver af dem er repræsenteret af en kulstofmatrix med en katalysator afsat på den. dissocierer på anodekatalysatoren og donerer elektroner. Kationer ledes til katoden gennem membranen, dog overføres elektroner til det eksterne kredsløb, da membranen ikke er designet til at overføre elektroner.

Oxygenmolekylet på katodekatalysatoren kombineres med en elektron fra det elektriske kredsløb og en indkommende proton, der til sidst danner vand, som er det eneste produkt af reaktionen.

Brintbrændselsceller bruges til fremstilling af membranelektrodesamlinger, der fungerer som de vigtigste genererende elementer i energisystemet.

Fordele ved brintbrændstofceller

Blandt dem skal fremhæves:

• Øget specifik varmekapacitet.
• Bredt driftstemperaturområde.
• Ingen vibrationer, støj og varme pletter.
• Koldstart pålidelighed.
• Ingen selvafladning, hvilket sikrer en lang energilagringstid.
• Ubegrænset autonomi på grund af muligheden for at justere energiforbruget ved at ændre antallet af brændstofpatroner.
• Tilvejebringelse af næsten enhver energiintensitet på grund af en ændring i brintlagringskapaciteten.
• Lang levetid.
• Støjsvagt og miljøvenligt arbejde.
• Højt niveau energiintensitet.
• Tolerance over for fremmede urenheder i brint.

Anvendelsesområde

Tak til høj effektivitet Brintbrændselsceller bruges på forskellige områder:

• Transportabel oplader.
• Strømforsyningssystemer til UAV'er.
• Uafbrydelige strømforsyninger.
• Andre enheder og udstyr.

Udsigt til brintenergi

Den udbredte anvendelse af brændselsceller baseret på hydrogenperoxid vil først være mulig efter oprettelsen af ​​en effektiv metode til produktion af brint. Nye ideer er nødvendige for at bringe teknologien i aktiv brug, med store forhåbninger knyttet til begrebet biobrændselsceller og nanoteknologi. Nogle virksomheder har for nylig frigivet effektive katalysatorer baseret på forskellige metaller, samtidig med at der dukkede oplysninger op om dannelse af brændselsceller uden membraner, hvilket gjorde det muligt at reducere produktionsomkostningerne betydeligt og forenkle designet af sådanne enheder. Fordelene og egenskaberne ved brintbrændselsceller opvejer ikke deres største ulempe - høje omkostninger, især i sammenligning med kulbrinteindretninger. Oprettelsen af ​​et brintkraftværk kræver mindst 500 tusind dollars.

Hvordan samler man en brintbrændselscelle?

En brændselscelle med lav effekt kan oprettes uafhængigt i et almindeligt hjem eller skolelaboratorium. De anvendte materialer er en gammel gasmaske, stykker plexiglas, en vandig opløsning af ethylalkohol og alkali.

Kroppen af ​​en brintbrændselscelle er fremstillet i hånden af ​​plexiglas med en tykkelse på mindst fem millimeter. Skillevægge mellem rum kan være tyndere - cirka 3 millimeter. Plexiglas limes speciel lim fremstillet af chloroform eller dichlorethan og plexiglasspåner. Alt arbejde udføres kun, når emhætten kører.

Der bores et hul med en diameter på 5-6 centimeter i kabinettets ydervæg, hvori der indsættes en gummiprop og et afløbsglasrør. Aktivt kul fra gasmasken hældes i det andet og fjerde rum i brændselscellelegemet - det vil blive brugt som en elektrode.

Brændstoffet cirkuleres i det første kammer, mens det femte fyldes med luft, hvorfra der vil blive tilført ilt. Elektrolytten, der hældes mellem elektroderne, imprægneres med en opløsning af paraffin og benzin for at forhindre den i at komme ind i luftkammeret. Kobberplader med tråde loddet til dem placeres på kullaget, hvorigennem strømmen vil blive afledt.

Den samlede brintbrændselscelle oplades med vodka fortyndet med vand i et forhold på 1: 1. Kaliumhydroxid tilsættes omhyggeligt til den resulterende blanding: 70 gram kalium opløses i 200 gram vand.

Inden brændselscellen testes på brint, hældes brændstof i det første kammer og elektrolyt i det tredje. Aflæsningen af ​​voltmeteret forbundet til elektroderne bør variere fra 0,7 til 0,9 volt. For at sikre cellens kontinuerlige drift skal det brugte brændstof tømmes, og nyt brændstof skal hældes gennem gummirøret. Ved at klemme på røret justeres brændstoftilførselshastigheden. Sådanne hjemmemonterede brintbrændselsceller har ringe effekt.

Brændselscelle nr. 1 - Materiens hjerte (opgave Materiens livmoder)
Aloys allerførste brændselscelle vil blive fundet, inden han går ind i en helt åben verden. Efter indvielsen vil vores heltinde befinde sig i moderens hjerte, Hora -stammens hellige sted og matriarkernes bolig.

Efter at have rejst sig fra sengen, vil Aloy successivt gå gennem flere rum og i et af dem falde over en forseglet dør, der ikke kan åbnes. Se dig omkring - der vil være et ventilationsaksel i nærheden, dekoreret med brændende lys. Du er der.

Efter at have gået langs minen befinder du dig bag en låst dør. Se på gulvet ved siden af ​​lysene og den vægmonterede mysteriumskasse - det er her brændselscellen ligger.

Vigtig: Hvis du ikke henter denne brændselscelle nu, vil du kun kunne komme til dette sted igen på de senere stadier af spillet, efter at du har gennemført "Heart of the Hora" -opgaven.

Brændselscelle nr. 2 - Ruiner
Eloy har allerede været i disse ruiner - hun faldt her som barn. Efter afslutningen af ​​indledningen er det værd at huske din barndom og vende tilbage hertil igen - for at få den anden brændselscelle.

Indgangen til ruinerne ser sådan ud, spring modigt.

Du har brug for det første niveau af ruinerne, det højre bundområde, fremhævet med lilla på kortet. Der er en dør her, som Aloy vil åbne med sit spyd.

Efter at have passeret døren, klatre op ad trappen og drej til højre - Eloy kunne ikke komme igennem disse stalaktitter i sin ungdom, men nu har hun et argument. Tag spydet ud igen og bryd stalaktitterne - stien er klar, det er tilbage at tage brændselscellen, der ligger på bordet.

Brændselscelle nr. 3 - Hovedgrænse (sæt hovedgrænse)
Vi er på vej mod nord. Under historiens søgen udforsker Master Aloy's Reach de gigantiske ruiner af Forløberne. På det tolvte niveau af ruinerne er en anden brændselscelle skjult.

Du skal ikke bare klatre til det øverste niveau af ruinerne, men også at klatre lidt højere. Bestig den overlevende del af bygningen, indtil du befinder dig på et lille område, der er åbent for alle vinde.

Det er her den tredje brændselscelle ligger. Det blev tilbage at gå ned.

Brændselscelle # 4 - Treasure of Death (tildeling af Treasure of Death)
Denne brændselscelle er også skjult i den nordlige del af kortet, men den er meget tættere på landene i Hora -stammen. Eloy vil også falde her under historiens mission.

For at komme til elementet skal Aloy genoprette energiforsyningen til den forseglede dør, der er placeret på det tredje niveau af placeringen.

For at gøre dette skal du løse et lille puslespil - på et niveau under døren er der to blokke med fire regulatorer.

Lad os først behandle den venstre blok af regulatorer. Den første regulator skal "se" op, den anden "til højre", den tredje "til venstre", den fjerde "ned".

Vi passerer til den rigtige blok. Du rører ikke ved de to første knapper, den tredje og fjerde knap skal pege nedad.

Vi stiger et niveau op - her er den sidste blok af regulatorer. Den korrekte rækkefølge er: op, ned, venstre, højre.

Hvis du gør alt korrekt, skifter alle betjeningselementer farve til turkis, strømforsyningen genoprettes. Klatre tilbage til døren og åbn den - det er den næste brændselscelle.

Brændselscelle nr. 5 - GAIA PRIME (opgave for det faldne bjerg)
Endelig den sidste brændselscelle - og igen i historien. Eloy går til ruinerne af GAIA PRIME.

Vær især forsigtig, når du kommer til tredje niveau. På et tidspunkt, foran Eloy, vil der være en attraktiv afgrund, som du kan stige ned på et reb - du behøver ikke der.

Bedre at dreje til venstre og udforske den skjulte hule, du kan komme ind i den, hvis du går ned ad bjergets skråning.

Gå ind og gå frem til det sidste. I det sidste værelse til højre vil der være et stativ, som den sidste brændselscelle ligger på.

Nissan brint brændstofcelle

Hvert år forbedres mobilelektronik, bliver mere udbredt og mere tilgængelig: PDA'er, bærbare computere, mobile og digitale enheder, fotorammer osv. Alle opdateres konstant med nye funktioner, store skærme, trådløs kommunikation, mere stærke processorer, mens den falder i størrelse. Strømteknologi, i modsætning til halvlederteknologi, med spring og grænser gå ikke.

De tilgængelige batterier og akkumulatorer til at drive industriens resultater er ved at blive utilstrækkelige, så spørgsmålet om alternative kilder er meget akut. Brændselsceller er langt den mest lovende retning. Princippet for deres drift blev opdaget tilbage i 1839 af William Grove, der genererede elektricitet ved at ændre elektrolysen af ​​vand.

Video: Dokumentar, brændstofceller til transport: Fortid, nutid, fremtid

Brændselsceller er af interesse for bilproducenter, og rumfartøjsdesignere er også interesserede i dem. I 1965 blev de endda testet af Amerika på Gemini 5 -rumfartøjet, der blev lanceret i rummet og senere på Apollo. Millioner af dollars investeres i forskning af brændselsceller selv i dag, hvor der er problemer forbundet med miljøforurening, stigende emissioner af drivhusgasser fra forbrænding af fossile brændstoffer, hvis reserver heller ikke er uendelige.

En brændselscelle, ofte omtalt som en elektrokemisk generator, fungerer på følgende måde.

At være, ligesom akkumulatorer og batterier, en galvanisk celle, men med den forskel, at aktive stoffer lagres separat i den. De kommer til elektroderne, når de bruges. Den negative elektrode forbrænder naturligt brændstof eller ethvert stof deraf, der kan være gasformigt (for eksempel hydrogen og kulilte) eller flydende, ligesom alkoholer. Oxygen reagerer som regel på den positive elektrode.

Men et tilsyneladende simpelt funktionsprincip er ikke let at omsætte til virkelighed.

DIY brændselscelle

Video: Gør-det-selv brintbrændselscelle

Desværre har vi ikke fotos af, hvordan dette brændstofelement skal se ud, vi håber på din fantasi.

En lav effekt brændselscelle med egne hænder kan laves selv i et skolelaboratorium. Det er nødvendigt at opbevare en gammel gasmaske, flere stykker plexiglas, alkali og en vandig opløsning af ethylalkohol (mere enkelt, vodka), som vil tjene som "brændstof" til brændselscellen.

Først og fremmest har du brug for et hus til en brændselscelle, som er bedre lavet af plexiglas, med en tykkelse på mindst fem millimeter. Interne skillevægge(fem rum indeni) kan gøres lidt tyndere - 3 cm. For at lime plexiglasset skal du bruge lim af følgende sammensætning: i hundrede gram chloroform eller dichlorethan opløses seks gram plexiglasspåner (arbejd under en hætte).

Det er nu nødvendigt at bore et hul i ydervæggen, i hvilket du skal indsætte et drænglasrør med en diameter på 5-6 centimeter gennem en gummiprop.

Alle ved, at i det periodiske system i nederste venstre hjørne er der de mest aktive metaller, og metalloider med høj aktivitet er i tabellen i øverste højre hjørne, dvs. evnen til at donere elektroner forbedres fra top til bund og fra højre til venstre. Elementer, der er i stand til at vise sig som metaller eller metalloider under visse betingelser, er i midten af ​​bordet.

Nu i det andet og fjerde rum hælder vi aktivt kul fra gasmasken (mellem den første partition og den anden, såvel som den tredje og fjerde), som vil fungere som elektroder. For at forhindre trækulet i at spilde ud gennem hullerne, kan det placeres i nylonstof (kvinders nylonstrømper er egnede). V

Brændstoffet cirkulerer i det første kammer, i det femte skulle der være en iltleverandør - luft. Der vil være en elektrolyt mellem elektroderne, og for at forhindre, at den lækker ind i luftkammeret, er det nødvendigt at suge den med en opløsning af paraffin i benzin, inden det fjerde kammer fyldes med kul til luftelektrolytten (forholdet er 2 gram paraffin til et halvt glas benzin). På et lag kul skal du lægge (let trykke ind) kobberplader, hvortil ledningerne er loddet. Gennem dem vil strømmen blive afledt fra elektroderne.

Det er kun tilbage at oplade elementet. Til dette er vodka nødvendig, som skal fortyndes med vand i 1: 1. Tilsæt derefter forsigtigt tre hundrede til tre hundrede og halvtreds gram kaustisk kalium. For elektrolytten opløses 70 gram kaustisk kalium i 200 gram vand.

Brændselscellen er klar til test. Nu skal du samtidig hælde brændstof i det første kammer og elektrolyt i det tredje. Voltmeteret forbundet til elektroderne skal vise fra 07 volt til 0,9. For at sikre kontinuerlig drift af elementet er det nødvendigt at fjerne det brugte brændstof (hæld det i et glas) og tilføje nyt brændstof (gennem et gummirør). Tilførselshastigheden justeres ved at klemme røret. Sådan ser driften af ​​en brændselscelle ud under laboratorieforhold, hvis effekt er forståeligt lav.

Video: Brændselscelle eller evigt batteri derhjemme

For at magten var større, har forskere beskæftiget sig med dette problem i lang tid. Methanol og ethanol brændselsceller er i aktivt udviklingsstål. Men desværre er der ingen måde at øve dem på endnu.

Hvorfor brændselscellen er valgt som en alternativ strømkilde

En brændselscelle blev valgt som en alternativ strømkilde, da slutproduktet af hydrogenforbrænding i den er vand. Problemet vedrører kun at finde en billig og effektiv metode til fremstilling af brint. De kolossale midler investeret i udviklingen af ​​brintgeneratorer og brændselsceller kan ikke andet end bære frugt, derfor et teknologisk gennembrud og deres virkelige anvendelse i Hverdagen, kun et spørgsmål om tid.

Allerede i dag er monstrene i bilindustrien: General Motors, Honda, Dreimler Coaisler, Ballard demonstrerer busser og biler, der kører på brændselsceller, hvis effekt når 50 kW. Men problemerne forbundet med deres sikkerhed, pålidelighed, omkostninger er endnu ikke løst. Som allerede nævnt, i modsætning til traditionelle strømkilder - batterier og batterier, tilføres oxidatoren og brændstoffet i dette tilfælde udefra, og brændselscellen er kun en mellemmand i den igangværende reaktion for at forbrænde brændstof og omdanne den frigivne energi til elektricitet. "Forbrænding" finder kun sted, hvis elementet leverer strøm til lasten, som en dieselelektrisk generator, men uden en generator og dieselmotor, og også uden støj, røg og overophedning. Samtidig er effektiviteten meget højere, da der ikke er mellemliggende mekanismer.

Video: Hydrogen Fuel Cell Vehicle

Der er store forhåbninger knyttet til brugen af ​​nanoteknologi og nanomaterialer som vil hjælpe med at miniaturisere brændselsceller, samtidig med at deres effekt øges. Der er rapporter om, at der er skabt supereffektive katalysatorer, samt design af brændselsceller, der ikke har membraner. I dem tilføres elementet sammen med oxidanten brændstof (for eksempel metan). Interessante løsninger er, hvor ilt opløst i luft bruges som oxidationsmiddel, og organiske urenheder, der ophobes i forurenet vand, bruges som brændstof. Det er de såkaldte biobrændselsceller.

Brændselsceller kan ifølge eksperter komme ind på massemarkedet i de kommende år