Երկբևեռ ափսե և դրա արտադրության մեթոդ. Ինչպես են աշխատում վառելիքի բջիջները Երկբևեռ էլեկտրոդների դասավորությունը վառելիքի բջիջներում

ԷԼԵԿՏՐԱՔԻՄԻԱԿԱՆ ԷՆԵՐԳԻԱ. 2009. V. 9, No 3. S.161-165

UDC 66.02; 536,7;

ՋՐԱԾՆ-ՕԴ ՎԱՌԵԼԱԲՋԻԿՆԵՐԻ ՏԻՏԱՆԱՅԻՆ երկբևեռ թիթեղների մակերևութային մշակման մեթոդներ

Մ.Ս.Վլասկին, Է.Ի.Շկոլնիկով, Է.Ա.Կիսելևա, Ա.Ա.Չինենով* և Վ.Պ.Խարիտոնով*

Նոր էներգետիկ խնդիրների ինստիտուտ JIHT RAS, Մոսկվա, Ռուսաստան *ՓԲԸ «Ռիմոս», Մոսկվա, Ռուսաստան Էլ. [էլփոստը պաշտպանված է]

Ստացվել է 2009 թվականի հունիսի 11-ին

Հոդվածը նվիրված է երկբևեռ թիթեղների (ԲՊ) մակերևութային մշակումների ազդեցության ուսումնասիրությանը վառելիքային բջիջների հատուկ էլեկտրական բնութագրերի վրա։ Ուսումնասիրությունները կատարվել են տիտանի հիմքով թիթեղների վրա։ Դիտարկվում է BP-ի մշակման երկու եղանակ՝ էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծում և ածխածնի իոնային իմպլանտացիա: Ներկայացված են վերը նշված տեխնոլոգիաների համառոտ նկարագրությունները, ինչպես նաև փորձերի մեթոդաբանությունն ու արդյունքները։ Ցույց է տրված, որ տիտանային BP-ների մակերեսի և՛ ոսկեզօծումը, և՛ ածխածնային դոպինգը բարելավում են FC-ների էլեկտրական բնութագրերը: FC ohmic դիմադրության հարաբերական նվազումը՝ համեմատած չծածկված տիտանի թիթեղների հետ, կազմել է 1,8՝ էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծման և 1,4՝ իոնային իմպլանտացիայի համար:

Հիմնաբառեր՝ ջրածին-օդ վառելիքի բջիջներ, տիտանի վրա հիմնված երկբևեռ թիթեղներ, ածխածնի իմպլանտացիա, դիմադրողականության սպեկտրոսկոպիա:

Աշխատանքը նվիրված է երկբևեռ թիթեղների (ԲՊ) մակերեսային վերամշակումների ազդեցության հետազոտությանը վառելիքի ce)(ներ (FC) հատուկ էլեկտրական բնութագրերի վրա: Հետազոտություններ են իրականացվել տիտանների հիման վրա թիթեղների վրա: BP-ի մշակման երկու եղանակ. Էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծում և ածխածնի իոնային իմպլանտացիա Աշխատանքում ներկայացված են ստացված տեխնոլոգիաների կարճ նկարագրությունները, ինչպես նաև փորձերի տեխնիկան և արդյունքները: Աշխատանքում ցույց է տրված, որ ոսկեզօծման և իոնային իմպլանտացիայի արդյունքում ածխածնի տիտանական BP-ի էլեկտրական բնութագրերը բարելավվում են: Օմիկ դիմադրության FC-ի հարաբերական նվազումը «մաքուր» տիտանական թիթեղների համեմատ կազմել է 1.8 էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծման և 1.4 իոնային իմպլանտացիայի համար:

Բանալի բառեր՝ ջրածին-օդ վառելիքի բջիջներ, երկբևեռ տիտանային հիմքով թիթեղներ, ածխածնի իմպլանտացիա, դիմադրողականության սպեկտրոսկոպիա:

ՆԵՐԱԾՈՒԹՅՈՒՆ

Ներկայումս աշխարհում օգտագործվում են երկու հիմնական տեսակի նյութեր BP-ի համար՝ BP ածխածնի կամ գրաֆիտի պոլիմերային կոմպոզիտներից և մետաղական BP:

Գրաֆիտ BP-ի ոլորտում հետազոտությունները հանգեցրել են նրանց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների և հատուկ բնութագրերի զգալի բարելավմանը: Գրաֆիտի վրա հիմնված PSU-ները ավելի դիմացկուն են կոռոզիայից, քան մետաղականները, բայց դրանց հիմնական թերությունը դեռևս նրանց թույլ մեխանիկական ուժն է, ինչը խոչընդոտում է դրանց օգտագործումը վառելիքի բջիջներում տրանսպորտի և շարժական շարժական էլեկտրակայանների համար:

Այս առումով մետաղներն ունեն մի քանի անհերքելի առավելություններ ածխածնային նյութերի նկատմամբ: Դրանք բնութագրվում են ավելի բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակությամբ, ծակոտիների բացակայությամբ, գազի անթափանցելիությամբ և բարձր մեխանիկական ուժով։ Մետաղական PSU-ները նույնպես ավելի խնայող են, քան գրաֆիտի PSU-ները: Այնուամենայնիվ, մետաղների վերը նշված բոլոր առավելությունները հիմնականում արժեզրկվում են այնպիսի թերությունների պատճառով, ինչպիսիք են ցածր կոռոզիոն դիմադրությունը և ածխածնային գազի դիֆուզիոն շերտերի (GDLs) հետ շփման բարձր դիմադրությունը:

Ամենահեռանկարային մետաղը, որպես էլեկտրամատակարարման նյութերի արտադրության նյութ, տիտանն է: Աշխատանքը ներկայացնում է տիտանի PSU-ների որոշ առավելություններ: Տիտանը լավ մեխանիկական հատկություններ ունի, և տիտանի իոններով աղտոտումը վտանգավոր չէ մեմբրանի էլեկտրոդային միավորի (MEA) կատալիզատորի համար: Տիտանի կոռոզիոն դիմադրությունը նույնպես մետաղների մեջ ամենաբարձրներից է, սակայն վառելիքի բջիջների ագրեսիվ միջավայրում տիտանը դեռ պետք է պաշտպանված լինի կոռոզիայից: Տիտանի ծածկույթների որոնման լրացուցիչ գործոնը ածխածնի HDS-ների հետ շփման բարձր դիմադրությունն է:

Մեր լաբորատորիան (JIHT RAS Laboratory of Aluminum Hydrogen Energy) զբաղվում է ջրածնային-օդ վառելիքի բջիջների (HHFC) վրա հիմնված էներգիայի շարժական աղբյուրների մշակմամբ: Որպես BP նյութ ընտրվել է տիտանը, այդ թվում՝ վերը նշվածի պատճառով: Ավելի վաղ մեր կողմից իրականացված աշխատանքները հաստատեցին ծածկույթների և/կամ դրա լրացուցիչ մշակման մեթոդների որոնման անհրաժեշտությունը։

Տիտանի մակերեսը պաշտպանելու հայտնի միջոցը այն ոսկով ծածկելն է: Այս ծածկույթը մեծացնում է կոռոզիոն դիմադրությունը և նվազեցնում վառելիքի բջիջի ohmic դիմադրությունը, ինչը հանգեցնում է դրա էլեկտրական բնութագրերի բարելավմանը: Այնուամենայնիվ, այս տեխնոլոգիան

M. S. VLASKIN, E. I. SHKOLNIKOV, E. A. KISELEVA, A. A. CHINENOV, V. P. KHARITONOV

թանկ, հիմնականում թանկարժեք մետաղների օգտագործման պատճառով։

Այս հոդվածում, ի լրումն էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծման, դիտարկվում է տիտանից PB-ի պատրաստման մեթոդ՝ դրա հետագա մշակմամբ իոնային իմպլանտացիայի միջոցով: BP-ի մակերեսը ածխածնի հետ համաձուլումը ստեղծում է լրացուցիչ կոռոզիայից պաշտպանություն և նվազեցնում է ածխածնի GDS-ի հետ շփման դիմադրությունը: Այս տեխնոլոգիան խոստանում է նվազեցնել PSU-ների արտադրության արժեքը՝ միաժամանակ պահպանելով բարձր էլեկտրական բնութագրերը:

Աշխատանքը ներկայացնում է փորձերի արդյունքները, որոնք համեմատում են «մաքուր» տիտանից (այսինքն՝ առանց ծածկույթների), ոսկով էլեկտրաքիմիապես պատված տիտանի և իոնային իմպլանտացիայի մեթոդով ածխածնի հետ համաձուլված տիտանի էլեկտրական բնութագրերը համեմատելու համար:

1. ՓՈՐՁԱՌՆԱԿԱՆ ՏԵԽՆԻԿԱ

Որպես էլեկտրական բնութագրիչներ ընտրվել են հոսանք-լարման կորը և FC դիմադրությունը, որոնց օգնությամբ տիտանից PSU-ի արտադրության վերը նշված մեթոդները համեմատվել են միմյանց հետ։ Փորձերն իրականացվել են «Էլինս» ՍՊԸ-ի կողմից արտադրված Z-500PX (պոտենցիոստատի գործառույթներով) մասնագիտացված դիմադրողականաչափի վրա։ FC-ը բեռնված էր էլեկտրոնային բեռնվածքով, որը ներկառուցված էր դիմադրության մեջ պոտենցիոստատիկ ռեժիմում 800, 700, 600 և 500 մՎ լարման դեպքում: Յուրաքանչյուր լարման ժամանակ FC-ն պահվում էր 2000 վրկ՝ կայուն վիճակի հասնելու համար, որից հետո հետևում էր դիմադրության չափումը: Յուրաքանչյուր դեպքում, բացահայտումից հետո և

երբ վառելիքի մարտկոցը հասել է անշարժ վիճակի, վերցվել է 5 հոդոգրաֆ: Իմպեդանսը չափելիս անհանգստացնող սինուսոիդային լարման ազդանշանի ամպլիտուդը եղել է 10 մՎ, հաճախականության միջակայքը՝ 105–1 Հց։ Հոսանք-լարման կորերը գծագրվել են անշարժ արժեքներից:

Բոլոր փորձերն իրականացվել են հատուկ պատրաստված մոդելային փորձնական HVFE-ների վրա (նկ. 1): Փորձարկման տարրը մեկ MEA է, որը գտնվում է երկու հոսանք հավաքող թիթեղների միջև, որոնք FC մարտկոցների ծայրային թիթեղների անալոգներն են: Ընթացիկ կոլեկտորային թիթեղների ընդհանուր չափը 28x22 մմ է, հաստությունը՝ յուրաքանչյուրը 3 մմ: Ընթացիկ հավաքածուի հարմարության համար թիթեղները ունեն հատուկ «պոչեր» 4x4 մմ: Ակտիվ մակերեսի չափը 12x18 մմ (2,16 սմ2): Ջրածինը մատակարարվում է MEA-ին անոդային հոսանքի կոլեկտորային ափսեի միջոցով և տարածվում է այս ափսեի ակտիվ մակերևույթի վրա տվյալ հոսքի դաշտի համաձայն: Օդը սնուցում է VVTE-ն բնական կոնվեկցիայի շնորհիվ: Կաթոդային կոլեկտորային ափսեը ունի 2 մմ տրամագծով 4 ալիք՝ ակտիվ մակերեսի տարածքում բացվածքներով: Ալիքի երկարությունը, որով օդը տարածվում է, 22 մմ է։ Երեք տարրերից բաղկացած MEA-ները պատրաստված են Mayop 212-ից, պլատինե կատալիզատորի սպառումով 0,2 մգ/սմ2 անոդում և 0,5 մգ/սմ2 կաթոդում:

Փորձնական VVTE-ն հավաքվել է նույն բաղադրիչներից, բացառությամբ ընթացիկ կոլեկտորային թիթեղների: Երեք զույգ հոսանք հավաքող թիթեղներ պատրաստվել են VT1-0 տիտանից: Առաջին զույգը «մաքուր» աղացած տիտան էր

Բրինձ. 1. Փորձարկել վառելիքի բջիջը փլվող վիճակում: Մանրամասները ձախից աջ՝ անոդի հոսանքի կոլեկցիոների թիթեղ, կնիք, անոդ GDS, MEA, կաթոդ HDS, կնիք, կաթոդային հոսանքի կոլեկտորի թիթեղ; ներքևում - ամրացնող պտուտակներ և ընկույզներ

ափսեներ, այսինքն՝ առանց ծածկույթների և որևէ լրացուցիչ մշակման։ Երկրորդը պատվել է 3 մկմ հաստությամբ ոսկով 2 մկմ հաստությամբ նիկելի ենթաշերտի միջոցով ստանդարտ էլեկտրաքիմիական մեթոդով: Երրորդ զույգը ածխածնի հետ լիցքավորվել է իոնային իմպլանտացիայի միջոցով:

Իոնների իմպլանտացիայի տեխնոլոգիական գործընթացը հայտնի է մոտ 50 տարի։ Այն հիմնված է նյութի արագացված իոնների ներմուծման վրա նպատակային նյութ՝ դրա մակերեսի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները փոխելու համար: Տիտանի BP-ի և ծայրամասային թիթեղների իոնային իմպլանտացիա իրականացվել է «RIMOS» ՓԲԸ մասնագիտացված ստենդում: Ստենդը ներարկիչ է, որն ունակ է ստեղծել տարբեր նյութերի արագացված իոնային ճառագայթներ բարձր յուղազերծ վակուումի պայմաններում: Այս տակդիրի վրա տեղադրված տիտանի թիթեղները ունեն բարձր կոռոզիոն դիմադրություն և համաձուլվածքի շարունակականություն: Տիտանի թիթեղները ենթարկվել են իոնային ճառագայթով մշակման 20 կՎ իոնային էներգիայի, իմպլանտացիայի դոզան 1018 սմ-2 և վերամշակված արտադրանքի 300 °C ± 10 °C ջերմաստիճանում:

Ածխածնի իմպլանտացիայի չափաբաժինը չափվել է փայլեցված տիտանի ափսեի բաշխման պրոֆիլի խորության երկայնքով՝ երկրորդային իոնային զանգվածային սպեկտրոմետրիայի մեթոդով CAMECA 1M84B սարքավորման վրա (Ֆրանսիա): Տիտանի մեջ ածխածնի կոնցենտրացիայի բաշխման կորը ներկայացված է նկ. 2. Ըստ նկարի՝ ածխածնային մակերեսային շերտի խորությունը 200^220 նմ է, ինչը բավարար է BP-ի մակերեսի սկզբունքորեն նոր ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ ստանալու համար։

1016 _I_I_I_I_I_I_I_I_I_I

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Խորությունը, միկրոն

Բրինձ. 2. Տիտանի մեջ ածխածնի կոնցենտրացիայի բաշխման կորը

2. ԱՐԴՅՈՒՆՔՆԵՐ ԵՎ ՔՆՆԱՐԿՈՒՄ

Նկ. Նկար 3-ը ցույց է տալիս վոլտ-ամպերի կորերը և տարբեր հոսանք հավաքող թիթեղներով վառելիքի բջիջների համապատասխան հզորության խտության կորերը: Հոսանքի և հզորության բացարձակ արժեքները կապված են MEA ակտիվ մակերեսի հետ, որը 2,16 սմ2 է: Նկարից հստակ հետևում է, որ և՛ ածխածնի, և՛ էլեկտրաքիմիական ոսկեզօծումը հանգեցնում է վառելիքի բջիջների առանձնահատկությունների բարելավմանը: Հարկ է նշել, որ վոլտ-ամպերի բնութագրերը միաժամանակ ցուցադրում են ակտիվացման, օհմիական և դիֆուզիոն կորուստները վառելիքի մարտկոցում: Ակտիվացման կորուստները կապված են էլեկտրոդային ռեակցիաների էներգետիկ արգելքի հաղթահարման հետ, ohmic կորուստները էլեկտրահաղորդիչ FC շերտերից յուրաքանչյուրի էլեկտրական դիմադրության գումարն է և նրանց միջև շփման դիմադրությունները, իսկ դիֆուզիոն կորուստները կապված են ռեակտիվների մատակարարման բացակայության հետ: MEA արձագանքման շրջան. Չնայած այն հանգամանքին, որ, որպես կանոն, վերը թվարկված երեք տեսակի կորուստներից մեկը գերակշռում է հոսանքի խտության տարբեր ոլորտներում, հոսանքի լարման կորերը և հզորության խտության կորերը բավարար չեն PSU-ի մշակման այս կամ այն եղանակը (վերջնական թիթեղները) քանակականացնելու համար ) Մեր դեպքում հետաքրքրություն են ներկայացնում ՖԿ-ների օմիկական կորուստները։ Ակտիվացման և դիֆուզիոն կորուստները նույնն են բոլոր վառելիքի բջիջների համար առաջին մոտավորմամբ. ակտիվացման կորուստներ՝ կապված նույն MEA-ի օգտագործման հետ՝ նույն կատալիզատորի սպառմամբ, դիֆուզիոն կորուստներ՝ կապված փորձնական հոսանքի կոլեկտորի թիթեղների նույն ձևավորման հետ:

Փորձերի ընթացքում ստացված դիմադրողականության հոդոգրաֆները օգտագործվել են օմիկ կորուստները բացահայտելու համար։ Փորձերի այս մասի արդյունքները ներկայացված են Նկ. 4. Որպես օրինակ՝ նկարները ցույց են տալիս յուրաքանչյուր դեպքում վերցված հինգ հոդոգրաֆներից մեկը ՖԿ-ի անշարժ վիճակին հասնելուց հետո:

Իմպեդանսային սպեկտրոսկոպիան հնարավորություն է տալիս քանակականացնել FC-ների էլեկտրական կորուստները: Փաստաթղթերը ներկայացնում են այս մեթոդի նկարագրությունը HVTE-ի հետ կապված: Համաձայն հոդոգրաֆների մեկնաբանման կանոնների՝ օհմական դիմադրությունը դիմադրության իրական մասն է բարձր հաճախականություններում (/ = 105-104 Հց): Արժեքն ընտրվում է բարձր հաճախականության շրջանում հոդոգրաֆի աբսցիսային առանցքի (1մ R = 0) հատման կետում: Նաև հոդոգրաֆների օգնությամբ հայտնաբերվում է էլեկտրոդի/էլեկտրոլիտի մակերեսի կրկնակի շերտի հզորությունը։ Հոդոգրաֆի կիսաշրջանի տրամագիծը բնութագրում է այս շերտով լիցքի անցման ընդհանուր դիմադրությունը: Նկ. Տեսականու մեջ ներկայացված են 4 դիմադրողական հոդոգրաֆներ

M. S. VLASKIN, E. I. SHKOLNIKOV, E. A. KISELEVA, A. A. CHINENOV, V. P. KHARITONOV

Բրինձ. 3. Վոլտ-ամպեր կորեր (a) և համապատասխան հզորության խտության կորեր (b). - - - չծածկված տիտան,

W- - տիտան + C, -■- - տիտան + N1 + Au

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1տ, 3.8-ից 3.4 3.0 2.6 2.2 1.8 1.4 1.0 0.6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Բրինձ. Նկար 4. TE դիմադրություն մշտական բևեռացման ժամանակ, mV: a - 800, b - 700 c - 600, d - 500. - չծածկված տիտան;

Տիտանի + N1 + Au; o - տիտան + C

105-1 Հց հաճախականություններ, քանի որ հարկ է նշել վառելիքի բջիջների բավականին բարձր դիֆուզիոն կորուստները (ավելի քան 2 Ohm-cm2): Այնուամենայնիվ, սա տիտանի թիթեղների մակերևութային մշակման հետևանք չէ, այլ կապված է կաթոդային հոսանքի կոլեկցիոների ափսեի նախագծման և բնական կոնվեկցիայի պայմանների հետ, երբ օդը մատակարարվում է MEA:

Աղյուսակը ցույց է տալիս օհմական դիմադրության բացարձակ արժեքները՝ կախված վառելիքի բջիջի բևեռացումից և դրա ընթացիկ հավաքող թիթեղների մշակման եղանակից, ինչպես նաև դրանց համակարգված սխալներից: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ ոսկյա երեսպատումը նվազեցնում է ընդհանուր ohmic դիմադրությունը մոտ 1,8 գործակցով, համեմատած չծածկված տիտանի հետ շփման կորուստների նվազման պատճառով: Ածխածնի իոններով դոպինգը տալիս է համապատասխանաբար ~ 1,4 անգամ ավելացում: Վստահության միջակայքի արժեքը ցույց է տալիս ohmic դիմադրության արժեքների չափումների բարձր ճշգրտությունը:

Վառելիքի բջիջի (Օհմ) օմիկ դիմադրություն՝ հոսանք հավաքող թիթեղներով, որոնք պատրաստված են չծածկված տիտանից, տիտանից՝ էլեկտրաքիմիականորեն պատված N1, Au-ով և C+ իոններով պատված տիտանից՝ կախված վառելիքի բջիջի բևեռացումից։

Նմուշ TE լարման, mV

Տիտանի առանց ծածկույթի 0,186 0,172 0,172 0,169

Titanium+Ni, Au 0.1 0.098 0.097 0.093

Տիտանի + C 0,131 0,13 0,125 0,122

Այսպիսով, ապացուցված է, որ տիտան BP-ի և՛ ոսկյա ծածկը, և՛ ածխածնային համաձուլվածքը նվազեցնում են դրանց շփման դիմադրությունը ածխածնային HDD-ների հետ: Վաֆլիները ոսկով պատելը պարզվում է, որ էլեկտրական բնութագրերի առումով մի փոքր ավելի ձեռնտու է, քան իոնային իմպլանտացիայի միջոցով դրանց մշակումը։

Վերոնշյալ բոլորը հուշում են, որ դիտարկված տեխնոլոգիաներից և՛ մեկը, և՛ մյուսը կարող են օգտագործվել տիտանի BP-ի մշակման համար:

ՄԱՏԵՆԱԳՐՈՒԹՅՈՒՆ

1. Middelman E., Kout W, Vogelaar B., Lenssen J., Waal E. de, //J. Էլեկտրաէներգիայի աղբյուրներ. 2003 թ. 118. P. 44-46.

2. Dobrovolsky Yu.A., Ukshe A.E., Levchenko A.V., Arkhangelsky I.V., Ionov S.G., Avdeev V.V., Aldoshin S.M. // Հանդես. Ռոս. քիմ. նրանց մասին. D. I. Մենդելեև. 2006. Հատոր 1, թիվ 6: Ս.83-94.

3. S.-Wang H, Peng J., Lui W.-B., Zhang J.-S. // J. Power Sources. 2006. Հատ.162. P.486-491.

4. Davies D.P., Adcock P.L., Turpin M., Rowen S.J., J. Appl. Էլեկտրաքիմ. 2000. Հատ.30. P.101-105.

5. Է. Ի. Շկոլնիկով, Մ. Ս. Վլասկին, Ա. Ս. Իլյուխին և Ա. Բ. Տարասենկո, Էլեկտրոխիմ: էներգիա. 2007. V.7, No 4 S. 175-182.

6. Շկոլնիկով Է.Ի., Վլասկին Մ.Ս., Իլյուխին Ա.Ս., Ժուկ Ա.Զ., Շեյնդլին Ա.Է. // J. Power Sources. 2008. Հատ.185. P.967-972.

7. Fabian T., Posner J. D., O "Hayre R., Cha S.-W., Eaton J. K., Prinz F. B., Santiago J. G. // J. Power Sources. 2006 թ. հատոր 161. P. 168-182:

8. Իոնների իմպլանտացիա կիսահաղորդիչներում և այլ նյութերում. Շաբ. Արվեստ. Մ.: Միր, 1980:

9. Պլեշիվցև Ն.Վ., Բաժին Ա.Ի. Նյութերի վրա իոնային ճառագայթների ազդեցության ֆիզիկա. Մ.: Վուզովսկայա կնիգա, 1998:

10. Իոնների իմպլանտացիա. Մոսկվա: Մետալուրգիա, 1985 թ.

11. Պատ. 2096856 ՌԴ, IPC՝ H01J027 / 24, H01J003 / 04 / Mashkovtsev BN. Իոնային ճառագայթի արտադրության մեթոդ և դրա իրականացման սարք:

12. Պատ. 2277934 ՌԴ, IPC՝ A61L2/00, A61L2/14 / Kharitonov V.P., Chinenov A.A., Simakov A.I., Samkov A.V. Բժշկական սարքավորումների արտադրանքի իոնային ճառագայթով մշակման սարք:

13. Պատ. 2109495 ՌԴ, IPC՝ A61F002/24 / Իոսիֆ Ն.Ա., Կևորկովա Ռ.Ա.,. Սամկով Ա.Վ., Սիմակով Ա.Ի., Խարիտոնով Վ.Պ., Չինենով Ա.Ա. Արհեստական սրտի փական և դրա պատրաստման եղանակը.

14. Cooper K.R., Ramani V., Fenton J.M., Kunz H.R. Փորձարարական մեթոդներ և տվյալների վերլուծություն պոլիմերային էլեկտրոլիտային վառելիքի բջիջների համար, Scribner Associates, Inc., Illinois, 2005 թ. 122 p.

15. Ազգային էներգետիկ տեխնոլոգիաների լաբորատորիա. Fuel Cell Hand Book, վեցերորդ հրատարակություն, G&G Services Parsons, Inc. Morgantown, West Virginia, 2002. 352 p.

Պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտում արտադրված SOFC էլեկտրոդներ՝ կանաչ՝ անոդ և սև՝ կաթոդ։ Վառելիքի բջիջները տեղակայված են SOFC մարտկոցների երկբևեռ թիթեղների վրա

Վերջերս ընկերս այցելեց Անտարկտիդա: Զվարճալի ճամփորդություն! - ասաց նա, զբոսաշրջային բիզնեսը հավասարապես զարգացած է, որպեսզի ճանապարհորդին բերի այդ վայր և թույլ չտա, որ նա վայելի Արկտիկայի դաժան շքեղությունը՝ առանց սառչելու: Եվ դա այնքան էլ հեշտ չէ, որքան կարող է թվալ, նույնիսկ ժամանակակից տեխնոլոգիաների դեպքում. Անտարկտիդայում էլեկտրաէներգիան և ջերմությունը արժե իրենց կշիռը ոսկով: Դատեք ինքներդ, սովորական դիզելային գեներատորները աղտոտում են կուսական ձյունը և պահանջում են մեծ քանակությամբ վառելիքի մատակարարում, իսկ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրները դեռ այնքան էլ արդյունավետ չեն: Օրինակ, Անտարկտիկայի զբոսաշրջիկների կողմից սիրված թանգարանային կայարանում ամբողջ էներգիան առաջանում է քամու և արևի ուժից, բայց թանգարանի ներսում զով է, և չորս խնամակալներ ցնցուղ են ընդունում միայն նավերի վրա, որոնք հյուրեր են բերում իրենց մոտ:

Մշտական և անխափան սնուցման հետ կապված խնդիրները ծանոթ են ոչ միայն բևեռային հետազոտողներին, այլև ցանկացած արտադրողին և հեռավոր վայրերում ապրող մարդկանց:

Դրանք կարող են լուծվել էներգիայի պահպանման և գեներացման նոր եղանակներով, որոնց թվում ամենահեռանկարայինն են քիմիական ընթացիկ աղբյուրները։ Այս մինի-ռեակտորներում քիմիական փոխակերպումների էներգիան ուղղակիորեն, առանց ջերմության փոխակերպման, վերածվում է էլեկտրականության։ Այսպիսով, կորուստները և, համապատասխանաբար, վառելիքի սպառումը կտրուկ նվազում են։

Քիմիական էներգիայի աղբյուրներում կարող են առաջանալ տարբեր ռեակցիաներ, և յուրաքանչյուրն ունի իր առավելություններն ու թերությունները. ոմանք արագ «ձախողվում են», մյուսները կարող են աշխատել միայն որոշակի պայմաններում, օրինակ՝ ծայրահեղ բարձր ջերմաստիճանի կամ խիստ սահմանված վառելիքի վրա, օրինակ՝ մաքուր: ջրածինը։ Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտի (ISSP RAS) մի խումբ գիտնականներ՝ ղեկավարությամբ. Սերգեյ Բրեդիխինխաղադրույք է կատարել, այսպես կոչված, պինդ օքսիդ վառելիքի բջիջի (SOFC) վրա: Գիտնականները վստահ են, որ ճիշտ մոտեցման դեպքում այն կկարողանա փոխարինել Արկտիկայի անարդյունավետ գեներատորներին։ Նրանց նախագծին աջակցել է «2014-2020 թվականների հետազոտություն և զարգացում» Դաշնային թիրախային ծրագրի շրջանակներում:

Սերգեյ Բրեդիխինը, FTP նախագծի ղեկավար «Պլանավոր SOFC-ների արտադրության լաբորատոր մասշտաբային տեխնոլոգիայի մշակում և դրանց հիման վրա տարբեր նպատակների և կառույցների համար էլեկտրակայաններ ստեղծելու հայեցակարգը, ներառյալ հիբրիդները, փոքր-ի արտադրությամբ և փորձարկմամբ: 500 - 2000 Վտ հզորությամբ էլեկտրակայանի մասշտաբային փորձնական նմուշ

Առանց աղմուկի և փոշու, բայց լիարժեք վերադարձով

Այսօր էներգետիկ արդյունաբերության մեջ պայքարը օգտակար էներգաարտադրության համար է. գիտնականները պայքարում են արդյունավետության յուրաքանչյուր տոկոսի համար: Լայնորեն օգտագործվում են ածխաջրածնային վառելիքի վրա ներքին այրման սկզբունքով աշխատող գեներատորներ՝ մազութ, ածուխ, բնական գազ (վառելիքի վերջին տեսակն ամենաէկոլոգիապես մաքուրն է): Դրանց օգտագործման ընթացքում կորուստները զգալի են. նույնիսկ առավելագույն օպտիմալացման դեպքում նման կայանքների արդյունավետությունը չի գերազանցում 45%-ը: Միաժամանակ, դրանց շահագործման ընթացքում առաջանում են ազոտի օքսիդներ (NOx), որոնք մթնոլորտում ջրի հետ փոխազդելու դեպքում վերածվում են բավականին ագրեսիվ թթուների։

SOFC մարտկոց մեխանիկական բեռի տակ

Պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջները (SOFC) չունեն այս «կողմնակի ազդեցությունները»: Նման կայանքները ունեն ավելի քան 50% արդյունավետություն (և դա միայն էլեկտրաէներգիայի արտադրության մասով, և հաշվի առնելով ջերմային արտադրանքը, արդյունավետությունը կարող է հասնել 85-90%), և նրանք վտանգավոր միացություններ չեն արտանետում մթնոլորտ:

«Սա շատ կարևոր տեխնոլոգիա է Արկտիկայի կամ Սիբիրի համար, որտեղ հատկապես կարևոր են շրջակա միջավայրը և վառելիքի մատակարարման հետ կապված խնդիրները: Քանի որ SOFC-ները մի քանի անգամ ավելի քիչ վառելիք են սպառում, բացատրեց Սերգեյ Բրեդիխինը։ «Նրանք պետք է անդադար աշխատեն, ուստի հարմար են բևեռային կայանում կամ հյուսիսային օդանավակայանում աշխատելու համար»:

Վառելիքի համեմատաբար ցածր սպառման դեպքում նման տեղադրումը նույնպես աշխատում է առանց սպասարկման մինչև 3-4 տարի: «Դիզելային գեներատորը, որն այժմ ամենաշատ օգտագործվողն է, յուրաքանչյուր հազար ժամը մեկ յուղի փոփոխություն է պահանջում: Իսկ SOFC-ն աշխատում է 10-20 հազար ժամ առանց սպասարկման»,- ընդգծեց ISSP-ի կրտսեր գիտաշխատող Դմիտրի Ագարկովը։

Գաղափարից մինչև մարտկոց

SOFC-ի շահագործման սկզբունքը բավականին պարզ է. Դրանք «մարտկոց» են, որոնցում հավաքվում են պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջների մի քանի շերտեր։ Յուրաքանչյուր տարր ունի անոդ և կաթոդ, վառելիքը նրան մատակարարվում է անոդի կողմից, իսկ օդը մատակարարվում է կաթոդի կողմից: Հատկանշական է, որ SOFC-ի համար հարմար են վառելանյութերի բազմազանությունը՝ մաքուր ջրածնից մինչև ածխածնի օքսիդ և տարբեր ածխաջրածնային միացություններ։ Անոդում և կաթոդում տեղի ունեցող ռեակցիաների արդյունքում սպառվում է թթվածինը և վառելիքը, և էլեկտրոդների միջև առաջանում է իոնային հոսանք։ Երբ մարտկոցը ներկառուցվում է էլեկտրական շղթայի մեջ, հոսանքը սկսում է հոսել այդ շղթայում:

100×100 մմ չափսի SOFC-ների մարտկոցում հոսանքների և ջերմաստիճանի դաշտերի բաշխման համակարգչային մոդելավորում:

SOFC-ի շահագործման տհաճ առանձնահատկությունը բարձր ջերմաստիճանի անհրաժեշտությունն է: Օրինակ, Ռուսաստանի Գիտությունների ակադեմիայի Պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտում հավաքված նմուշը գործում է 850°C ջերմաստիճանում: Գործող ջերմաստիճանը տաքացնելու համար գեներատորը տևում է մոտ 10 ժամ, բայց հետո այն կաշխատի մի քանի տարի:

Պինդ օքսիդի բջիջները, որոնք մշակվում են Պինդ վիճակի ֆիզիկայի ինստիտուտում, կարտադրեն մինչև երկու կիլովատ էլեկտրաէներգիա՝ կախված վառելիքի ափսեի չափից և մարտկոցում այդ թիթեղների քանակից: Արդեն հավաքվել և փորձարկվել են 50 վտ հզորությամբ մարտկոցների փոքր մակետներ:

Առանձնահատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել հենց ափսեներին: Մեկ ափսեը բաղկացած է յոթ շերտից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր գործառույթը։ Կաթոդի և անոդի երկու շերտերը կատալիզացնում են ռեակցիան և թողնում էլեկտրոնների միջով, նրանց միջև եղած կերամիկական շերտը մեկուսացնում է տարբեր միջավայրեր (օդ և վառելիք), բայց թույլ է տալիս լիցքավորված թթվածնի իոններին անցնել: Միևնույն ժամանակ, թաղանթն ինքնին պետք է բավականաչափ ամուր լինի (այս հաստության կերամիկան շատ հեշտությամբ վնասվում է), ուստի այն ինքնին բաղկացած է երեք շերտից. կենտրոնականը տալիս է անհրաժեշտ ֆիզիկական հատկությունները՝ բարձր իոնային հաղորդունակություն, և երկուսի վրա նստած լրացուցիչ շերտեր։ կողմերը տալիս են մեխանիկական ուժ: Այնուամենայնիվ, մեկ վառելիքի բջիջը շատ բարակ է `ոչ ավելի, քան 200 միկրոն հաստությամբ:

SOFC շերտեր

Բայց մեկ վառելիքի բջիջը բավարար չէ. ամբողջ համակարգը պետք է տեղադրվի ջերմակայուն կոնտեյների մեջ, որը մի քանի տարի կդիմանա շահագործման 850 ° C ջերմաստիճանում: Ի դեպ, նախագծի շրջանակներում, մետաղական կառուցվածքային տարրերը պաշտպանելու համար, Ռուսաստանի Գիտությունների ակադեմիայի պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտնականները օգտագործում են մեկ այլ նախագծի ընթացքում մշակված ծածկույթներ:

«Երբ մենք սկսեցինք այս նախագիծը, մենք բախվեցինք այն փաստի հետ, որ մենք ոչինչ չունենք մեր երկրում՝ ոչ հումք, ոչ սոսինձներ, ոչ հերմետիկներ», - ասաց Բրեդիխինը: «Մենք պետք է ամեն ինչ անեինք։ Մենք սիմուլյացիաներ արեցինք, վարժվեցինք փոքր վառելիքի բջիջների վրա հաբերի տեսքով: Մենք պարզեցինք, թե դրանք ինչ պետք է լինեն կազմի և կոնֆիգուրացիայի առումով և ինչպես պետք է տեղակայվեն»:

Բացի այդ, պետք է հաշվի առնել, որ վառելիքի բջիջը գործում է բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում: Սա նշանակում է, որ անհրաժեշտ է ապահովել խստություն, ստուգել, որ նպատակային ջերմաստիճանում նյութերը չեն արձագանքի միմյանց: Կարևոր խնդիր էր «սինխրոնիզացնել» բոլոր տարրերի ընդլայնումը, քանի որ յուրաքանչյուր նյութ ունի ջերմային ընդլայնման իր գծային գործակիցը, և եթե ինչ-որ բան համաձայնեցված չէ, շփումները կարող են հեռանալ, հերմետիկները և սոսինձները կարող են կոտրվել: Հետազոտողները արտոնագիր են ստացել այս տարրի արտադրության համար:

Իրականացման ճանապարհին

Հավանաբար սա է պատճառը, որ Պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտի Բրեդիխինի խումբը կառուցել է սկզբում նյութերի, ապա թիթեղների, իսկ վերջում՝ վառելիքի բջիջների և գեներատորների փուլային պատրաստման մի ամբողջ համակարգ: Բացի այս կիրառական թեւից, կա նաև հիմնարար գիտությամբ զբաղվող ուղղություն։

Պինդ մարմնի ֆիզիկայի ինստիտուտի պատերի ներսում իրականացվում է վառելիքի բջիջների յուրաքանչյուր խմբաքանակի որակի խիստ հսկողություն:

Այս նախագծի հիմնական գործընկերը Կռիլովի պետական հետազոտական կենտրոնն է, որը հանդես է գալիս որպես էլեկտրակայանի առաջատար մշակող, ներառյալ անհրաժեշտ նախագծային փաստաթղթերի մշակումը և իր փորձնական գործարանում ապարատային սարքավորումների արտադրությունը: Աշխատանքների մի մասն իրականացվում է այլ կազմակերպությունների կողմից։ Օրինակ, կաթոդն ու անոդը բաժանող կերամիկական թաղանթ արտադրվում է Նովոսիբիրսկի NEVZ-Ceramics ընկերության կողմից:

Ի դեպ, նավաշինական կենտրոնի մասնակցությունը նախագծին պատահական չէ. Սուզանավերը և ստորջրյա դրոնները կարող են դառնալ SOFC-ի կիրառման ևս մեկ խոստումնալից տարածք: Նրանց համար նույնպես չափազանց կարևոր է, թե որքան ժամանակ նրանք կարող են ամբողջովին անցանց լինել:

Ծրագրի արդյունաբերական գործընկերը՝ «Էներգիա առանց սահմանների» հիմնադրամը, կարող է կազմակերպել երկու կիլովատանոց գեներատորների փոքր խմբաքանակների արտադրություն Կռիլովի հետազոտական կենտրոնում, սակայն գիտնականները հույս ունեն արտադրության զգալի ընդլայնման համար։ Ըստ մշակողների, SOFC գեներատորում ստացված էներգիան մրցունակ է նույնիսկ Ռուսաստանի հեռավոր անկյուններում ներքին օգտագործման համար: Ակնկալվում է, որ նրանց համար մեկ կՎտժ-ի արժեքը կկազմի մոտ 25 ռուբլի, իսկ Յակուտիայում էներգիայի ներկայիս արժեքով մինչև 100 ռուբլի մեկ կՎտժ-ի համար, նման գեներատորը շատ գրավիչ է թվում: Շուկան արդեն պատրաստ է, վստահ է Սերգեյ Բրեդիխինը, գլխավորը ինքդ քեզ ապացուցելու ժամանակ ունենալն է։

Մինչդեռ արտասահմանյան ընկերություններն արդեն ներդնում են SOFC-ի վրա հիմնված գեներատորներ։ Այս ուղղությամբ առաջատարը ամերիկյան Bloom Energy-ն է, որն արտադրում է 100 կիլովատ հզորությամբ կայանքներ այնպիսի ընկերությունների հզոր համակարգչային կենտրոնների համար, ինչպիսիք են Google-ը, Bank of America-ն և Walmart-ը։

Գործնական օգուտը պարզ է. նման գեներատորներով աշխատող հսկայական տվյալների կենտրոնները պետք է անկախ լինեն էլեկտրաէներգիայի անջատումներից: Սակայն դրանից դուրս խոշոր ընկերությունները ձգտում են պահպանել շրջակա միջավայրի մասին հոգ տանող առաջադեմ ընկերությունների իմիջը:

Միայն այստեղ՝ Միացյալ Նահանգներում, պետական խոշոր վճարումներ են վճարվում նման «կանաչ» տեխնոլոգիաների զարգացման համար՝ մինչև 3000 դոլար յուրաքանչյուր կիլովատ արտադրվող էներգիայի համար, ինչը հարյուրավոր անգամ ավելի է, քան ռուսական նախագծերի ֆինանսավորումը:

Ռուսաստանում կա ևս մեկ ոլորտ, որտեղ SOFC գեներատորների օգտագործումը շատ խոստումնալից է թվում. սա խողովակաշարերի կաթոդիկ պաշտպանությունն է: Խոսքն առաջին հերթին գազատարների և նավթատարների մասին է, որոնք հարյուրավոր կիլոմետրեր են ձգվում Սիբիրի ամայի լանդշաֆտի վրայով։ Հաստատվել է, որ մետաղական խողովակի վրա լարման դեպքում այն ավելի քիչ ենթակա է կոռոզիայից: Այժմ կաթոդիկ պաշտպանության կայանները գործում են ջերմագեներատորների վրա, որոնք մշտական հսկողության կարիք ունեն, և որոնց արդյունավետությունը կազմում է ընդամենը 2%: Նրանց միակ առավելությունը ցածր արժեքն է, բայց եթե երկարաժամկետ նայեք, ապա հաշվի առեք վառելիքի արժեքը (և դրանք սնվում են խողովակի պարունակությունից), և նրանց այս «վաստակը» անհամոզիչ է թվում: SOFC գեներատորների վրա հիմնված կայանների օգնությամբ հնարավոր է կազմակերպել ոչ միայն խողովակաշարի լարման անխափան մատակարարում, այլ նաև էլեկտրաէներգիայի փոխանցում հեռաչափական հետազոտությունների համար... Ասում են՝ Ռուսաստանը առանց գիտության խողովակ է։ Ստացվում է, որ նույնիսկ այս խողովակն առանց գիտության ու նոր տեխնոլոգիաների խողովակ է։

Վառելիքի բջիջների զարգացումը, հավանաբար, այսօր տրանսպորտային արդյունաբերության ամենաբաղձալի տեխնոլոգիան է, քանի որ մշակողները ամեն տարի հսկայական գումարներ են ծախսում ներքին այրման շարժիչին կենսունակ այլընտրանք (կամ լրացում) փնտրելու համար: Վերջին մի քանի տարիների ընթացքում Dana-ի ինժեներները իրենց արտադրական և ինժեներական հնարավորությունները նվիրել են էներգիայի ավանդական աղբյուրներից մեքենայի կախվածությունը նվազեցնելու մարտահրավերին: Մարդկության պատմության ընթացքում էներգիայի հիմնական աղբյուրները պինդ վառելիքից (օրինակ՝ փայտ և ածուխ) փոխվել են հեղուկի (նավթ): Առաջիկա տարիներին, ինչպես շատերն են կարծում, գազային արտադրանքներն աստիճանաբար կդառնան էներգիայի գերիշխող աղբյուր ամբողջ աշխարհում:

Մի խոսքով, վառելիքի բջիջը էլեկտրաքիմիական սարք է, որը փոխակերպում է քիմիական ռեակցիայի էներգիան անմիջապես էլեկտրականության, ջերմության և մոխրի: Այս գործընթացը ավելի լավ է փոխում ավանդական ջերմամեխանիկական էներգիայի կրիչի փոխակերպման ցածր արդյունավետությունը:

Բրինձ. վառելիքի բջջային մեքենա

Ջրածինը վերականգնվող գազային վառելիքի առաջին օրինակն է, որը թույլ է տալիս նման ռեակցիա և, ի վերջո, էլեկտրական էներգիա: Եվ այս գործընթացը չի աղտոտում շրջակա միջավայրը։

Ջրածնի էներգիան օգտագործող վառելիքի բջիջի տիպիկ մոդելը ներառում է ջրածինը, որը հոսում է դեպի վառելիքի բջիջի անոդ, որտեղ պլատինի կատալիզատորի առկայության դեպքում էլեկտրաքիմիական գործընթացի միջոցով ջրածնի մոլեկուլները բաժանվում են էլեկտրոնների և դրական լիցքավորված իոնների: Էլեկտրոնները ճանապարհորդում և շրջանցում են պրոտոնների փոխանակման թաղանթը (PEM)՝ դրանով իսկ առաջացնելով էլեկտրական հոսանք։ Միևնույն ժամանակ, դրական ջրածնի իոնները շարունակում են ցրվել վառելիքի բջիջով PEM-ի միջոցով: Այնուհետև էլեկտրոնները և ջրածնի դրական իոնները միանում են կաթոդի թթվածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր և առաջացնել ջերմություն: Ի տարբերություն ավանդական ներքին այրման շարժիչով ավտոմեքենայի, այստեղ էլեկտրաէներգիան պահվում է մարտկոցներում կամ ուղղակիորեն գնում դեպի քարշիչ շարժիչներ, որոնք էլ իրենց հերթին անիվները քշում են։

Վառելիքի բջիջների համակարգերի խոչընդոտներից մեկը ջրածնի բավարար քանակի արտադրության կամ մատակարարման համար ենթակառուցվածքի ներկայիս բացակայությունն է: Արդյունքում վառելիքի բջիջներում օգտագործվող վառելիքի հատուկ տեսակի առկայությունը մնում է հիմնական չլուծված խնդիր: Բենզինը և մեթանոլը վառելիքի բջիջների էներգիայի ամենահավանական կրիչներն են: Այնուամենայնիվ, յուրաքանչյուր վառելիք դեռ բախվում է իր մարտահրավերներին:

Տեխնոլոգիան ներկայումս մշակվում է կոմպոզիտային ցանցով հղկված երկբևեռ թիթեղների, խողովակների և ինտեգրված մեկուսիչների համար: Ինժեներները մշակում են մետաղական երկբևեռ թիթեղներ՝ հատուկ ծածկույթներով, բարձր ջերմաստիճանի ընթացիկ շրջանի ալիքներով, բարձր ջերմաստիճանի մեկուսիչներով և բարձր ջերմաստիճանի պաշտպանությամբ: Նրանք նաև մշակում են կառավարման մեթոդներ և դիզայն վառելիքի պրոցեսորների, գոլորշու կոնդենսատորների, նախատաքացուցիչների և հովացման մոդուլների համար՝ ինտեգրված օդափոխիչներով և շարժիչներով: Լուծումներ են մշակվում ջրածնի, ածխածնային հեղուկների, դեիոնացված ջրի և օդի տեղափոխման համար համակարգի տարբեր մասեր: Dana-ի ֆիլտրման թիմը մշակում է ֆիլտրեր վառելիքի բջիջների համակարգի օդի մուտքի համար:

Ընդունված է, որ ջրածինը ապագայի վառելիքն է: Նաև ընդունված է համարել, որ վառելիքի բջիջները ի վերջո զգալի ազդեցություն կունենան ավտոմոբիլային արդյունաբերության վրա:

Ակնկալվում է, որ շուտով ճանապարհներ դուրս կգան ավտոմեքենաներ և բեռնատարներ, որոնք ունեն օժանդակ վառելիքի մարտկոցներ, որոնք սնուցում են օդորակումը և այլ էլեկտրոնիկա:

Բրինձ. Վառելիքի բջիջներ մեքենայի վրա (

RU 2267833 արտոնագրի սեփականատերերը.

Գյուտը վերաբերում է ավտոմոբիլային արդյունաբերությանը, նավաշինությանը, էներգետիկայի, քիմիական և էլեկտրաքիմիական արդյունաբերությանը, մասնավորապես՝ քլորի արտադրության էլեկտրոլիզին և կարող է օգտագործվել թաղանթ-էլեկտրոդային միավորով վառելիքի բջիջների արտադրության մեջ: Գյուտի տեխնիկական արդյունքն է ընդլայնել ֆունկցիոնալությունը, կատարելագործել երկբևեռ թիթեղների գործառնական հատկությունները և բնութագրերը և ամբողջությամբ վառելիքի բջիջը, ստանալ երկբևեռ թիթեղներ կամայական ձևի և տեղակայման հոսանքի ելուստներով՝ 0,3-ից մինչև ելուստների բարձրությամբ: 2.0 մմ, ինչպես նաև ռեակտիվների տեղափոխման և ռեակցիայի արտադրանքի հեռացման արդյունավետության բարձրացում, տեխնոլոգիական բեռով ծայրամասի երկայնքով կոռոզիոն դիմադրության բարձրացում, որը մեկ ամբողջություն է կենտրոնական էլեկտրահաղորդիչ մասով, որն ունի ֆունկցիոնալ բեռ: Երկբևեռ ափսե, որը բաղկացած է անցքերով ծայրամասային մասերից և կամայական ձևի հոսանքատար ելուստներով կենտրոնական մասից, որի գագաթները գտնվում են ծայրամասային մասերի հետ նույն հարթության վրա, մինչդեռ հոսանք կրող ելուստները պատրաստված են բազային տրված տարածքով։ 0,5-3,0 մմ հիմքի վրա կրճատված տրամագծով, 0,3-ից 2,0 մմ բարձրությամբ և 1,0-4,0 մմ հոսանքատար ելուստների կենտրոնների միջև քայլվածքով։ Երկբևեռ ափսեի արտադրության մեթոդը ներառում է տվյալ բաղադրության ջերմակայուն խեժ պատրաստելը ցնդող լուծիչում ածխածնային լցանյութով, խառնելը, չորացնելը, հալվելը և սեղմելը կրկնակի բեռնման միջոցով մինչև 15-20 ՄՊա ճնշման խեժի ամրացման ջերմաստիճանում: Այս դեպքում խառնուրդի եռացումը կատարվում է խառնուրդի ջերմակայման ջերմաստիճանից 50-60°C ցածր ջերմաստիճանում։ Ածխածնի փոշիների խառնուրդը լուծիչով պատրաստելիս պինդ և հեղուկ փուլերի հարաբերակցությունը գտնվում է 1:3-ից 1:5 միջակայքում: Մամլման համար նախնական խառնուրդի բաղադրության մեջ ավելացրեք 0,1-3% փչող նյութ։ 2 n. եւ 6 զ.պ. f-ly, 3 հիվանդ.

Հայտնի երկբևեռ թիթեղներ, որոնք բաղկացած են Կենտրոնական և ծայրամասային մասերից, որոնք գտնվում են Կենտրոնական մասի շուրջ: Կենտրոնական մասում մեկ կամ երկու կողմերում տեղադրված են երկայնական զուգահեռ լաբիրինթոսային ակոսներ՝ գազային ռեակտիվների հոսքերը բաշխելու համար՝ ձևավորելով ֆունկցիոնալ հոսանք կրող ելուստներ՝ նույն հարթության վրա գտնվող գագաթներով, մեկ կենտրոնական և երկու անկյունագծային անցքերով՝ շրջանառության և բաշխման համար։ էլեկտրոլիտային հոսքերի. Թիթեղների ծայրամասային մասերում անցքեր են՝ փաթեթի մեջ դրանց հավաքման համար: Կենտրոնական մասի պարագծի երկայնքով ծայրամասային և կենտրոնական մասերը բաժանված են կնքման տարրով: Միևնույն ժամանակ, գազային ռեակտիվների հոսքերի կազմակերպված բաշխման համար երկայնական զուգահեռ ակոսները, ինչպես ֆունկցիոնալ հոսանք կրող ելուստները, ունեն լաբիրինթոսային ուղղություն կենտրոնական անցքից մինչև ծայրամասային անցքեր կամ հակառակը, տե՛ս Schunk-ի գովազդային կատալոգը։ KOHLNSTOFF GmbH.

Հայտնի երկբևեռ վառելիքի բջիջների թիթեղների թերությունները ռեակտիվների տեղափոխման արդյունավետության նվազումն են և ծակոտկեն հոսանքի կոլեկտորի պաշտպանված տարածքներում ռեակցիայի արտադրանքի հեռացումը և, որպես հետևանք, վառելիքի բջիջի ընթացիկ խտության նվազում: տվյալ լարման բջիջը, վառելիքի մարտկոցի ջերմաստիճանի ռեժիմի տատանումների ժամանակ ալիքները խտացնող ջրի կաթիլներով արգելափակելու հնարավորությունը և/կամ համակարգի ջրային հաշվեկշիռը, ինչը նաև հանգեցնում է տրանսպորտի արդյունավետության նվազմանը։ ռեակտիվների և այդ ալիքների միջոցով ռեակցիայի արտադրանքների հեռացումը և, որպես հետևանք, տվյալ լարման դեպքում վառելիքի բջիջի ընթացիկ խտության նվազում:

Երկբևեռ թիթեղների արտադրության հայտնի մեթոդ, ներառյալ ցնդող լուծիչում որոշակի բաղադրության ջերմակայուն խեժի խառնուրդի պատրաստում, ածխածնային լցանյութը պատրաստված լուծույթի հետ խառնելով մինչև համասեռ դառնալը, չորանալը, սեղմելը և ջերմակայունությունը (ԱՄՆ արտոնագրային հայտ No. US 2002 թ. /0037448 A1 28.03.2002, MKI N 01 M 8/02, N 01 V 1/4, N 01 V 1/20):

Հայտնի մեթոդի թերությունն այն է, որ ջերմակայունությունն իրականացվում է ոչ թե միաժամանակ, այլ արտադրանքը սեղմելուց հետո։ Բացի այդ, խառնուրդի ցածր ջերմաստիճանի չորացումը չի ապահովում կապակցիչից մեծ քանակությամբ ցնդող բաղադրիչների հեռացումը, ինչը հանգեցնում է երկբևեռ թիթեղների նյութի միկրոծավալների չսեղմմանը, հատկապես հոսանք կրող ելուստների վայրերում: որոնք ծառայում են հոսանքի կոլեկտորի էլեկտրական կոնտակտին և մեխանիկական սեղմմանը կատալիտիկ շերտին, ինչը հանգեցնում է ելուստների հիմքում թերի տեղերի ձևավորման և վերջիններիս ոչնչացմանը` հավաքման և շահագործման ընթացքում ծանրաբեռնվածության ազդեցության տակ: վառելիքի բջիջների կույտ:

Ամենամոտ տեխնիկական լուծումը երկբևեռ թիթեղներն են և դրանց արտադրության մեթոդը, որը բաղկացած է կենտրոնական և ծայրամասային մասերից, որոնք գտնվում են կենտրոնական մասի հակառակ կողմում: Կենտրոնական մասում, մեկ կամ երկու կողմերում, գազային ռեակտիվների հոսքերը բաշխելու համար, կան երկայնական զուգահեռ ակոսներ, որոնք իրենց միջև ձևավորում են հոսանք կրող ելուստներ սալերի ծայրամասային մասերի հարթությունում գտնվող գագաթներով և միացնում դրանք: Թիթեղների ծայրամասային մասերում կան անցքեր, որոնք հարակից թիթեղներով փաթեթի մեջ հավաքվելուց հետո ձևավորում են երկայնական ալիքներ՝ էլեկտրոլիտային հոսքերի շրջանառությունը և բաշխումը բարելավելու համար: Երկբևեռ թիթեղների արտադրության մեթոդը ներառում է փոշու ածխածն-գրաֆիտ բաղադրիչները և կոռոզիայից դիմացկուն ջերմապլաստիկ կապակցիչը, փոշի խառնուրդը սառը սեղմելով 14500 կՊա կաղապարի մեջ, տաքացնել 150°C-ում, նվազեցնել ճնշումը 2000 կՊա, ջերմաստիճանը բարձրացնել մինչև 205: °C՝ ճնշումը հետ բերելով մինչև 14500 կՊա՝ ճնշման և ջերմաստիճանի աստիճանական նվազման վերջնական փուլով։ Տե՛ս RU No 2187578 C2, IPC 7 C 25 V 9/04, 9/00 արտոնագրի նկարագրությունը։

Հայտնի երկբևեռ թիթեղների թերությունները հոսքի միասնական բաշխումն են միայն կարճ հատվածում, որը որոշվում է միջին մասի երկարությամբ, և գազային ռեակտիվների հոսքերի բաշխման սահմանափակ տարածությունը, որը որոշվում է երկայնական զուգահեռ ակոսների քանակով: Երկբևեռ թիթեղների արտադրության հայտնի մեթոդի թերությունը բարդ արտադրական տեխնոլոգիան է, որը հանգեցնում է հոսանքատար ելուստների ձևավորման արդյունավետության և լրացուցիչ ծախսերի նվազմանը:

Գյուտի տեխնիկական արդյունքն է ընդլայնել ֆունկցիոնալությունը, կատարելագործել երկբևեռ թիթեղների գործառնական հատկությունները և բնութագրերը և ամբողջությամբ վառելիքի բջիջը, ստանալ երկբևեռ թիթեղներ կամայական ձևի և տեղակայման հոսանքի ելուստներով՝ 0,3-ից մինչև ելուստների բարձրությամբ: 2.0 մմ, ինչպես նաև ռեակտիվների տեղափոխման և ռեակցիայի արտադրանքի հեռացման արդյունավետության բարձրացում, տեխնոլոգիական բեռով ծայրամասի երկայնքով կոռոզիոն դիմադրության բարձրացում, որը մեկ ամբողջություն է կենտրոնական էլեկտրահաղորդիչ մասով, որն ունի ֆունկցիոնալ բեռ: Տեխնիկական արդյունքը ձեռք է բերվում նրանով, որ երկբևեռ ափսեում, որը բաղկացած է ծայրամասային մասերից անցքերով և կենտրոնական մասից՝ հոսանքատար ելուստներով, որոնց գագաթները գտնվում են ծայրամասային մասերի հետ նույն հարթության մեջ, հոսանք կրող ելուստներն են. պատրաստված է տրված երկրաչափական հիմքի մակերեսով, հիմքի վրա 0,5-3,0 մմ կրճատված տրամագծով, 0,3-ից 2,0 մմ բարձրությամբ և 1,0-4,0 մմ հոսանքատար ելուստների կենտրոնների միջև ընկած հատվածով, պատրաստված հիմքով։ շրջանագծի կամ քառակուսու, կամ ուղղանկյունի, կամ էլիպսի, կամ ռոմբի, կամ տրապիզոիդի կամ դրանց համակցությունների տեսքով, հոսանք կրող ելուստները կատարվում են կտրված բուրգի կամ գլանաձևի տեսքով. կոն կամ բուրգ; հոսանքատար ելուստները պատրաստվում են պրիզմայի տեսքով՝ 0,5-3,0 մմ հիմքի վրա կրճատված տրամագծով, 0,3-ից 2,0 մմ բարձրությամբ և 1,0-4,0 մմ հոսանքատար ելուստների կենտրոնների միջև քայլով, և հոսանք կրող ելուստները տեղակայված են կամայականորեն կամ դասավորված, կամ իրենց դասավորության շաշկի, կամ ռոմբի, կամ շրջանաձև, պարուրաձև կամ լաբիրինթոսային կարգով, բայց երկբևեռ թիթեղների արտադրության մեթոդով, ներառյալ ջերմակայուն խեժի խառնուրդ պատրաստելը: տրված բաղադրության մեջ ցնդող լուծիչի մեջ, ներմուծելով ածխածնային լցանյութ և խառնելով դրանք մինչև համասեռ վիճակ, չորացնելով, սեղմելով և ջերմակայունացնելով, խառնուրդը չորացնում են սեղմելուց առաջ, որին հաջորդում է եռացումը 50-60 ° C ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճանում: խառնուրդի ջերմակայունացումը և սեղմումն իրականացվում է կրկնակի բեռնման միջոցով 15-20 ՄՊա ճնշման տակ, միաժամանակ տաքացնելով մինչև խառնուրդը պնդանալը, եռացումը կատարվում է ջերմաստիճանի աստիճանական բարձրացմամբ 10,0-15,0 ժամ և այնուհետև։ ազդեցությունը այս ջերմաստիճանում 1,0-2,0 ժ, իսկ սեղմումն իրականացվում է մամլիչ սարքի աշխատանքային մարմնի ջերմաստիճանում 1,5-2,0 անգամ ավելի բարձր, քան եռացման ջերմաստիճանը, «t:l» հարաբերակցությունը ածխածնի խառնուրդ առաջացնելիս: Ջերմակայուն խեժի լուծիչով փոշիները ընտրվում են 1:3-ից 1:5 միջակայքում, նախնական խառնուրդի բաղադրությանը սեղմելու համար ավելացվում է փչող նյութի 0,1-3,0%:

Սա կապահովի ռեակտիվների միասնական բաշխումը վառելիքի բջիջի մակերևույթի վրա և ռեակցիայի արտադրանքի արդյունավետ հեռացումը և, որպես հետևանք, կբարձրացնի ընթացիկ խտությունը վառելիքի բջիջում տվյալ լարման դեպքում:

Երկբևեռ թիթեղների արտադրության մեթոդով, որը ներառում է ցնդող լուծիչում որոշակի բաղադրության ջերմակայուն խեժի խառնուրդ պատրաստելը, ածխածնային լցանյութի ներմուծումը և դրանք մինչև համասեռ վիճակի խառնումը, չորացումը, սեղմումը և ջերմակայունացումը, խառնուրդը չորանում է սեղմելուց առաջ: , որին հաջորդում է խառնուրդի ջերմակայուն ջերմաստիճանից 50-60°C-ից ցածր ջերմաստիճանում եռացումը, և սեղմումն իրականացվում է կրկնակի բեռնումով մինչև 15-20 ՄՊա ճնշում՝ միաժամանակ տաքացմանը, որը համապատասխանում է խառնուրդի պնդացմանը։ . Տվյալ դեպքում եռացումը կատարվում է 10,0-15,0 ժամ ջերմաստիճանի աստիճանական բարձրացմամբ և այս ջերմաստիճանում 1,0-2,0 ժամ պահելով, իսկ սեղմումը կատարվում է մամլիչ սարքի աշխատանքային մարմնի 1,5- ջերմաստիճանում: 2,0 անգամ ավելի բարձր, քան եռացման ջերմաստիճանը: «t:l» (պինդ և հեղուկ փուլեր) հարաբերակցությունը ջերմակայուն խեժի լուծիչով (ացետոն) ածխածնի փոշիների խառնուրդ ձևավորելիս տատանվում է 1:2-ից մինչև 1:5 միջակայքում, և դրան ավելացվում է 0,1-3: նախնական խառնուրդի բաղադրությունը սեղմելու համար.0% (ք.) փչող նյութ.

Ջերմակայուն խեժ օգտագործելու անհրաժեշտությունը պայմանավորված է փորձարարորեն հաստատված այն փաստով, որ ջերմապլաստիկ կապիչի վրա ածխածին պարունակող BP-ն սեղմելիս չկա հոսանք կրող ելուստների տարածքների պատշաճ կնքումը, որն արտահայտվում էր հոսանք կրող ելուստների թույլ կպչունությամբ։ ափսեի մարմնին և դրանց շերտազատմանը: Մամլման համար խառնուրդի մեջ ցանկացած բաղադրության ջերմակայուն խեժի առկայությունը թույլ է տալիս այս դեպքում ձևավորել անթերի հոսանք կրող ելուստներ և BP, որպես ամբողջություն, սինթրման մեխանիզմով, որի հեղուկ փուլը անհետանում է դրա հայտնվելուց անմիջապես հետո, չնայած շարունակվող տաքացմանը: .

Երկբևեռ թիթեղների ընթացքում կատարվող հիմնական գործողությունների հաջորդականությունը հետևյալն է. խառնուրդը, հեղուկ փուլի առաջացումը՝ կապված մասնիկների լցանյութի վրա կապող շերտի հալման հետևանքով, արտադրանքի հետագա խտացում՝ հեղուկ-փուլային սինթրինգին բնորոշ կծկման պատճառով, կապի և արտադրանքի ջերմային ամրացում:

Սեղմումից առաջ հալման անհրաժեշտությունը պայմանավորված է ագլոմերացված խառնուրդներում մեծ քանակությամբ ցնդող բաղադրիչների առկայությամբ, որոնք կանխում են արդյունավետ սեղմումը: Զրման ավելի բարձր ջերմաստիճանը կարող է հանգեցնել խառնուրդի առանձին միկրոծավալներում կապակցիչի վաղաժամ ամրացման անցանկալի գործընթացների, իսկ ավելի ցածր ջերմաստիճանի եռացումը անարդյունավետ է:

Կարևոր պարամետրը սեղմման ճնշումն է: Ածխածնային ցրված լցանյութերի և ջերմակայուն կապակցիչի խառնուրդների դեպքում սեղմման ճնշումը կախված է լցանյութի հատուկ տեսակից և չպետք է գերազանցի այն արժեքը, որից վեր է հեղուկ կապակցիչը քամվում խառնուրդից՝ 20 ՄՊա: Ցածր սեղմման ճնշումը (15 ՄՊա-ից պակաս) չի ապահովում PSU-ի արդյունավետ կնքումը, հատկապես հոսանք կրող ելուստների տարածքում:

Սեղմումը կատարելը միևնույն ժամանակ կաղապարը պինդ խառնուրդով տաքացնելը հնարավորություն է տալիս իրականացնել թիթեղների ձևավորման ընթացքում տեղի ունեցող երևույթների վերը նշված հաջորդականության 4-րդ փուլը:

Երկբևեռ ափսեի ձևավորումը պատկերված է գծագրերով, որտեղ 1-ին նկարը ցույց է տալիս երկբևեռ ափսեի ընդհանուր տեսքը, իսկ 2-րդ նկարը - ափսեի հատվածը A-A երկայնքով հոսանք կրող ելուստներով, որոնք պատրաստված են, օրինակ, մխոցի տեսքով: , նկար 3 - ափսեի հատվածը A-A երկայնքով հոսանքատար ելուստներով, պատրաստված, օրինակ, կոնի կամ բուրգի տեսքով:

Երկբևեռ ափսեը բաղկացած է կենտրոնական մասից 1 և ծայրամասային մասից 2: Կենտրոնական մասը ունի ելուստներ 3, որոնց գագաթները գտնվում են ծայրամասի հետ նույն հարթության վրա, 0,3-ից 2 մմ բարձրությամբ և 0,5-ից 3,0 մմ տրամագծով: հիմք. Ելույթները դասավորված են գծային կարգով՝ ուղղահայաց և հորիզոնական՝ 1,0-4,0 մմ քայլով և թույլ են տալիս, ավելի մեծ զարգացած տարածքով և գազային ռեագենտների հոսքերի անցման ծավալով, բաշխել առաջացող լարումները (ճնշումները) բոլոր ուղղություններով: Հնարավոր է ելուստների շաշկի, ռոմբի, շրջանաձև, պարուրաձև կամ լաբիրինթոսային դասավորություն։ Իսկ ելուստներն իրենք կարող են լինել գլանի, կտրված բուրգի, պրիզմայի և/կամ կտրված կոնի տեսքով։ Փորձնականորեն պարզվեց, որ կախված ելուստների կրճատված տրամագծերից, դրանց բարձրությունից և ելուստների կենտրոնների միջև եղած քայլից, հոսանք կրող ելուստների օպտիմալ ձևը տարբերվում է, քանի որ դրանք օպտիմալացնում են ռեագենտների հոսքերը, ջերմափոխանակման արդյունավետությունը, և էլեկտրական հաղորդունակությունը տարբեր ձևերով: Այսպիսով, մասնավորապես, 1 մմ քայլի համար օպտիմալ է կտրված բուրգի ձևը: 0,5 մմ հիմքի տրամագծով ելուստների համար էլիպսի ձևն օպտիմալ է։ 0,3 մմ բարձրությամբ հոսանքատար ելուստների համար օպտիմալ է մխոցի ձևը։ Հատուկ աշխատանքային ռեժիմների համար (հոսանքի ուժ, լարում, ռեագենտի հոսք, բջիջի չափ և այլն), հոսանք կրող ելուստների օպտիմալ ձևի և դրանց երկրաչափական չափերի ընտրությունն իրականացվում է անհատապես:

Երկբևեռ թիթեղները պատրաստվում են հետևյալ կերպ.

Ածխածնի մասնիկների բաղադրամասերի համակցությունը խառնվում է միատարր խառնուրդի ձևավորման համար որոշակի քանակությամբ ջերմամեկուսիչ խեժի լուծույթով: Գրաֆիտը, մուրը, մանրացված մանրաթելը, մանրացված կոքսը և այլն կարող են լինել ածխածնային ցրված բաղադրիչների տեսքով։ Պարբերաբար խառնելով պատրաստված խառնուրդը դրվում է սենյակային ջերմաստիճանում չորանալու՝ ցնդող բաղադրիչների հիմնական քանակությունը հեռացնելու համար: Այսպիսով, հնարավոր է ձեռք բերել կիսաֆաբրիկատներ, օրինակ, հատիկների տեսքով BP-ի արտադրության հետագա գործընթացի համար: Այնուհետև, տեսողական ստուգումից հետո չոր խառնուրդը զտվում է ջերմակայուն ջերմաստիճանից 50-60°C ցածր ջերմաստիճանում: Այնուհետև հալված խառնուրդը 15-20 ՄՊա ճնշման տակ սեղմում են կաղապարի մեջ, որի բռունցքները պատրաստվում են մամլման և պնդման ժամանակ հոսանքատար ելուստներ առաջացնող խորշերով։ Սեղմման հետ միաժամանակ խառնուրդով կաղապարը տաքացվում է եռացման ջերմաստիճանից մինչև պնդացման ջերմաստիճանը: 0,5-1 ժամ պնդացման ջերմաստիճանում պահելուց հետո կաղապարը հանվում է մամուլից և սառչում օդում, այնուհետև սեղմում են հատուկ գործիքի միջոցով:

Երկբևեռ ափսեի կարևոր հատկությունը նրա մակերեսի կառուցվածքն է: Վառելիքի բջիջի ավելի բարձր բնութագրեր ստանալու համար նպատակահարմար է, որ մակերեսը, որի երկայնքով աշխատանքային գազերը անցնում են հոսանք կրող ելուստների միջև, ունենա որոշակի կոշտություն և միկրոծակոտկենություն: Այս դեպքում գազերի միջև ռեակցիայի արդյունքում ձևավորված ջուրը մասամբ կուտակվում է մերձմակերևույթի ծակոտիներում և դրանով իսկ մեծացնում գազերի խոնավությունը, ինչը դրականորեն է ազդում վառելիքի բջիջի հատուկ էներգետիկ բնութագրերի վրա: Մակերեւութային շերտի ցանկալի կառուցվածքի ձևավորումը ըստ առաջարկվող մեթոդի, ի տարբերություն նախատիպի, տեղի է ունենում նախնական խառնուրդի բաղադրության մեջ ներդնելով 0,1-3,0% (ք.) պինդ բաղադրիչի նկատմամբ: փչող նյութի խառնուրդ («t») (ամոնիումի կարբոնատ, պոլիէթիլեն գլիկոլ, պոլիէթիլեն): Ջրի նստվածքի համար սկզբնական խառնուրդի բաղադրության մեջ մտցված ծակոտկեն ձևավորող նյութը չի ազդում կապի ամրացման վրա և, ջերմային մշակման ընթացքում քայքայվելով, պնդման ընթացքում սեղմելով, ձևավորում է ափսեի և, հետևաբար, մակերեսի միկրոծակոտկեն կառուցվածքը: շերտ (մինչև 1–2 մկմ խորություն)։

Ծակոտիների պարունակության 0,1%-ից պակաս նվազումը գործնականում չի ազդում մերձմակերևութային շերտի միկրոծակոտկենության և կոշտության վրա, իսկ ծակոտկեն ձևավորող 3,0%-ից ավելի պարունակության ավելացումը անիրագործելի է մեխանիկական նվազման պատճառով: ամրությունը և թիթեղների թափանցելիության հնարավոր առաջացումը:

Երկբևեռ ափսեի ստացման մեթոդը պատկերված է հետևյալ օրինակներով.

Օրինակ 1. Էլեկտրամատակարարման մեկ բլոկ (գլանաձեւ հոսանքատար ելուստներով գծային դասավորված, 0,5 մմ տրամագծով, 0,5 մմ բարձրությամբ, 1,0 մմ ելուստների կենտրոնների միջև հեռավորությամբ) արտադրելու համար՝ չափերով. 100 × 100 մմ, 7 մմ հաստությամբ և 115 գ զանգվածով պատրաստել հետևյալ բաղադրությամբ «t:l» = 1.33:3.00 հարաբերակցությամբ խառնուրդ.

Գրաֆիտ ապրանքանիշ KS-10 - 98 գ

Մուր մակնիշի PM-100 - 1 գ

Բակելիտի լաք մակնիշի LBS-1 - 34 գ

ացետոն - 300 գ:

Չափիչ բաժակի մեջ խառնել նշված քանակությամբ բակելիտի լաքը և, օրինակ, ացետոնը, մինչև միատեսակ գունավոր լուծույթ: Գրաֆիտի փոշու և ածխածնի կշռված մասը նախապես խառնվում են չոր, մինչև ստացվի համասեռ խառնուրդ: Այնուհետև փոշիների խառնուրդը և բակելիտի լաքի լուծույթը դրվում են հարիչ տարայի մեջ և մեխանիկորեն խառնվում են 5-10 րոպե մինչև միանման վիճակ: Այնուհետև խառնուրդը թողնում են գոլորշիների հոսքի տակ, որպեսզի չորանա սենյակային ջերմաստիճանում 12-15 ժամ, մինչև այն տեսողականորեն չորանա, քանի որ այն չորանում է, պարբերաբար խառնելով խառնուրդը և քսելով խոշոր (ավելի քան 2-3 մմ) ագլոմերացիաներ: 2 մմ բջիջի չափսերով մետաղական ցանց: Չոր խառնուրդի մի մասը լցնում են կաղապարի մեջ, կաղապարը դնում ենք ջեռոցում և 13,5-14 ժամ տաքացնում մինչև 90°C, որից հետո 2 ժամ պահելով այս ջերմաստիճանում, այնուհետև լիցքը հանվում է։ ջեռոցից և դնել մինչև 170°C տաքացրած հիդրավլիկ մամլիչում։ Մամլիչի վրա սեղմված սեղմումով (սա բեռնման արագությունն է) 1-2 վայրկյան մինչև մոտավորապես 22 տոննա ուժ: Մոտ 5 վայրկյան ազդեցությունից հետո ուժը կրկին ավելանում է մինչև 22-25 տոննա: Վանդակը մնում է տակի տակ: սեղմել 1 ժամ, որից հետո կաղապարը հանում են մամուլից և թողնում սառչի սենյակային ջերմաստիճանում։ Սառչելուց հետո կաղապարը բեռնաթափվում է ձեռքով պտուտակային մամլիչի վրա՝ օգտագործելով 4 պողպատե արտանետիչներ: PSU-ի որակի տեսողական հսկողությունը ցույց է տալիս ափսեի մակերևույթի վրա քերծվածքների, թերությունների և ճաքերի բացակայությունը (ներառյալ հոսանք կրող ելուստների տարածքում), PSU նյութի շերտազատումը հոսանք կրող տարածքի միջև սահմանին: ելուստները և PSU-ի հիմքը: Ամրության փորձարկումից հետո թիթեղը զննելիս (սալիկը տեղադրվում է պողպատե թիթեղների միջև և ենթարկվում սեղմման 5 տոննա ուժով (ճնշում 5 ՄՊա), որը համապատասխանում է վառելիքի մարտկոցում 1 ժամվա աշխատանքային ուժին), ոչ մի փոփոխություն կամ. հայտնաբերվել են թերություններ. Ծավալային դիմադրողականության արժեքը եղել է 0,025 Ohm·cm:

Օրինակ 2. Երկբևեռ թիթեղը պատրաստված է բաղադրությամբ և օրինակ 1-ին նման մեթոդով, ելուստներով, որոնք ունեն 3,0 մմ տրամագծով կտրված կոնի ձև, որի հիմքում տրամագծով 3,0 մմ է, վերևում՝ 2,5 մմ, բարձրությունը 2,0 մմ, ելուստների կենտրոնների միջև 4 ,0 մմ հեռավորությամբ։

Ամրության փորձարկումներից առաջ և հետո մակերեսային թերություններ և ելուստներ չեն հայտնաբերվում: Ծավալային դիմադրողականության արժեքը 0,030 Ohm·cm է:

Օրինակ 3. Երկբևեռ թիթեղը պատրաստվում է կոնֆիգուրացիայով և օրինակ 1-ին նման ընթացակարգով, սակայն FGUP SSC VIAM-ի կողմից արտադրված թիվ 560 էպօքսիֆենոլային կապակցիչը 31 գ-ի չափով օգտագործվում է որպես ջերմակայուն կապող նյութ:

Ամրության փորձարկումներից առաջ և հետո մակերեսային թերություններ և ելուստներ չեն հայտնաբերվում: Ծավալային դիմադրողականության արժեքը 0,017 Ohm·cm է:

Օրինակ 4. Երկբևեռ թիթեղը պատրաստվում է կոնֆիգուրացիայով և օրինակ 1-ին նման մեթոդի համաձայն, նախնական խառնուրդին ավելացվում է փչող նյութ՝ բարձր ճնշման պոլիէթիլենային փոշի՝ 3,5 գ (3,0 wt.%) քանակով սեղմելու համար։ . Ամրության փորձարկումներից առաջ և հետո մակերեսային թերություններ և ելուստներ չեն հայտնաբերվում: Ծավալային դիմադրողականության արժեքը 0,028 Ohm·cm է: Մերձմակերևութային շերտի ծակոտկենությունը (մինչև 100 մկմ խորություն), որը չափվում է ջրի կլանմամբ, կազմում է 2,8%:

Օրինակ 5 Երկբևեռ թիթեղը պատրաստվում է օրինակ 1-ին նման կոնֆիգուրացիայով, բաղադրությունից և օրինակ 9-ում նկարագրված ընթացակարգի համաձայն:

Մինչ ամրության փորձարկումները հայտնաբերվել են քանդված և թերի ելուստների մինչև 10%-ը, որից հետո քանդված ելուստների թիվը կազմում է մոտ 30%: Ծավալային դիմադրողականության արժեքը 0,025 Ohm·cm է:

Օրինակ 6 Երկբևեռ թիթեղը պատրաստված է օրինակ 1-ին նման կոնֆիգուրացիայով (հոսանք կրող ելուստները դասավորված են գծային ձևով) և փորձարկվում է վառելիքի բջիջում հետևյալ պայմաններում.

Թաղանթ - MF4-SK 135 մկմ հաստությամբ

Կատալիզատոր - Pt 40 /C 2,5 մգ / սմ 2 չափով

Վառելիք - ջրածին 2 ati ճնշման տակ

Օքսիդացնող նյութ - թթվածին 3 ati ճնշման դեպքում

Բջջի աշխատանքային ջերմաստիճանը - 85°С

Ռեակցիան անոդում. H 2 → 2H + + 2e -

Ռեակցիան կաթոդում. O 2 + 4e - + 4H + → 2H 2 O

Ընդհանուր ռեակցիա՝ O 2 + 2H 2 → 2H 2 O

0,7 Վ լարման դեպքում հոսանքի առավելագույն խտությունը 1,1 Ա/սմ2 է։

Օրինակ 7 Երկբևեռ թիթեղը պատրաստված է օրինակ 1-ին նման կազմաձևով և ընթացակարգով, սակայն հոսանք կրող ելուստները ռոմբաձև են և փորձարկվում են վառելիքի մարտկոցում օրինակ 6-ի նման պայմաններում: 0,7 Վ լարման դեպքում հոսանքի առավելագույն խտությունը 1,25 Ա/սմ 2:

Օրինակ 8. Երկբևեռ թիթեղը պատրաստվում է կոմպոզիցիայից և օրինակ 1-ին նման մեթոդով ելուստները պատրաստվում են 2 մմ տրամագծով պրիզմայի տեսքով, 1,5 մմ բարձրությամբ, կենտրոնների միջև հեռավորությամբ: 3.0 մմ ելուստներից, իսկ հոսանք կրող ելուստները տեղադրվում են ռոմբիկ ձևով և փորձարկումները կատարվում են բջջի վառելիքի բջիջում օրինակ 6-ի նման պայմաններում: 0.7 Վ լարման դեպքում հոսանքի առավելագույն խտությունը եղել է 0.95 Ա/սմ 2: .

Օրինակ 9 Երկբևեռ թիթեղը պատրաստված է կազմից հայտնի տեխնիկական լուծույթին նման կոնֆիգուրացիայով և, օրինակ 9-ում նկարագրված ընթացակարգի համաձայն, փորձարկումներն իրականացվում են վառելիքի բջիջում օրինակ 6-ի նման պայմաններում: 0,7 լարման դեպքում: V, առավելագույն ընթացիկ խտությունը 0,9 Ա / սմ 2 էր: Փորձնականորեն հաստատվել է, որ կախված ելուստների կրճատված տրամագծերից, դրանց բարձրությունից և ելուստների կենտրոնների միջև ընկած քայլից, հոսանք կրող ելուստների օպտիմալ ձևը տարբերվում է, քանի որ դրանք օպտիմալացնում են ռեագենտների հոսքերը, ջերմափոխանակման արդյունավետությունը։ , և էլեկտրական հաղորդունակությունը տարբեր ձևերով: Այսպիսով, մասնավորապես, 1 մմ քայլի համար օպտիմալ է կտրված բուրգի ձևը: 0,5 մմ հիմքի տրամագծով ելուստների համար էլիպսի ձևն օպտիմալ է։ 0,3 մմ բարձրությամբ հոսանքատար ելուստների համար օպտիմալ է մխոցի ձևը։ Հատուկ աշխատանքային ռեժիմների համար (հոսանքի ուժ, լարում, ռեագենտի հոսք, բջիջի չափ և այլն), հոսանք կրող ելուստների օպտիմալ ձևի և դրանց երկրաչափական չափերի ընտրությունն իրականացվում է անհատապես:

Գյուտը թույլ է տալիս ընդլայնել ֆունկցիոնալությունը, բարելավել երկբևեռ թիթեղների և վառելիքի բջիջների գործառնական հատկությունները և բնութագրերը որպես ամբողջություն և ստանալ երկբևեռ թիթեղներ՝ կամայական ձևի և դասավորության հոսանքատար ելուստներով, ինչպես նաև 0,3-ից 2,0 մմ ելուստի բարձրությամբ: որպես ռեագենտի տեղափոխման և հեռացման ռեակցիայի արտադրանքի արդյունավետության բարձրացում, ծայրամասի երկայնքով կոռոզիոն դիմադրության բարձրացում տեխնոլոգիական բեռի հետ, որը մեկ ամբողջություն է կենտրոնական էլեկտրահաղորդիչ մասի հետ, որն ունի ֆունկցիոնալ բեռ:

1. Վառելիքի մարտկոցի երկբևեռ թիթեղ՝ բաղկացած ծայրամասային մասերից՝ անցքերով և կենտրոնական մասից՝ հոսանքատար ելուստներով, որոնց գագաթները գտնվում են ծայրամասային մասերի հետ նույն հարթության վրա, բնութագրվում է նրանով, որ հոսանք կրող ելուստները. պատրաստված է 0,5-3,0 մմ հիմքի վրա կրճատված տրամագծով, 0,3-ից 2,0 մմ բարձրությամբ և 1,0-4,0 մմ հոսանքատար ելուստների կենտրոնների միջև քայլով:

2. Երկբևեռ թիթեղը ըստ 1-ին պահանջի, որը բնութագրվում է նրանով, որ հոսանք կրող ելուստները պատրաստված են շրջանագծի կամ քառակուսի, կամ ուղղանկյունի, կամ էլիպսի, կամ ռոմբի կամ տրապիզոի ձևով հիմքով, կամ դրանց համակցությունները:

Միացյալ Նահանգները մի քանի նախաձեռնություններ է ձեռնարկել՝ զարգացնելու ջրածնային վառելիքի բջիջները, ենթակառուցվածքները և տեխնոլոգիաները՝ մինչև 2020 թվականը վառելիքի բջիջներով մեքենաները գործնական և տնտեսական դարձնելու համար: Այդ նպատակների համար հատկացվել է ավելի քան մեկ միլիարդ դոլար։

Վառելիքի բջիջները լուռ և արդյունավետ կերպով արտադրում են էլեկտրաէներգիա՝ առանց շրջակա միջավայրի աղտոտման: Ի տարբերություն հանածո վառելիքի էներգիայի աղբյուրների, վառելիքի բջիջների կողմնակի արտադրանքները ջերմությունն ու ջուրն են: Ինչպես է դա աշխատում?

Այս հոդվածում մենք հակիրճ կվերանայենք այսօր առկա վառելիքի տեխնոլոգիաներից յուրաքանչյուրը, ինչպես նաև կխոսենք վառելիքի բջիջների նախագծման և շահագործման մասին և կհամեմատենք դրանք էներգիայի արտադրության այլ ձևերի հետ: Մենք նաև կքննարկենք որոշ խոչընդոտներ, որոնց բախվում են հետազոտողները՝ սպառողների համար վառելիքի բջիջները գործնական և մատչելի դարձնելու համար:

Վառելիքի բջիջներն են էլեկտրաքիմիական էներգիայի փոխակերպման սարքեր. Վառելիքի բջիջը քիմիական նյութերը՝ ջրածինը և թթվածինը, վերածում է ջրի՝ այդ գործընթացում արտադրելով էլեկտրաէներգիա:

Մեկ այլ էլեկտրաքիմիական սարք, որին մենք բոլորս շատ լավ ծանոթ ենք, մարտկոցն է: Մարտկոցն իր ներսում ունի բոլոր անհրաժեշտ քիմիական տարրերը և այդ նյութերը վերածում է էլեկտրականության։ Սա նշանակում է, որ մարտկոցը, ի վերջո, «մեռնում է», և դուք կամ նետում եք այն, կամ լիցքավորում եք այն:

Վառելիքի բջիջում քիմիական նյութեր անընդհատ սնվում են դրա մեջ, որպեսզի այն երբեք «մեռնի»: Էլեկտրականություն կարտադրվի այնքան ժամանակ, քանի դեռ քիմիական նյութերը մտնում են խց: Այսօր օգտագործվող վառելիքի բջիջների մեծ մասը օգտագործում է ջրածին և թթվածին:

Ջրածինը մեր գալակտիկայում ամենատարածված տարրն է: Այնուամենայնիվ, ջրածինը գործնականում գոյություն չունի Երկրի վրա իր տարրական տեսքով: Ինժեներներն ու գիտնականները պետք է մաքուր ջրածին արդյունահանեն ջրածնի միացություններից, այդ թվում՝ հանածո վառելիքից կամ ջրից։ Այս միացություններից ջրածինը հանելու համար անհրաժեշտ է էներգիա ծախսել ջերմության կամ էլեկտրականության տեսքով։

Վառելիքի բջիջների գյուտ

Սըր Ուիլյամ Գրովը հայտնագործեց առաջին վառելիքի բջիջը 1839 թվականին: Գրոուվը գիտեր, որ ջուրը կարող է բաժանվել ջրածնի և թթվածնի՝ դրա միջով էլեկտրական հոսանք անցնելու միջոցով (գործընթաց, որը կոչվում է. էլեկտրոլիզ) Նա առաջարկեց, որ հակառակ հերթականությամբ կարելի է էլեկտրաէներգիա և ջուր ստանալ։ Նա ստեղծել է վառելիքի պրիմիտիվ բջիջ և անվանել այն գազի գալվանական մարտկոց. Իր նոր գյուտի փորձարկումից հետո Գրովն ապացուցեց իր վարկածը։ Հիսուն տարի անց գիտնականներ Լյուդվիգ Մոնդը և Չարլզ Լանգերը ստեղծեցին տերմինը վառելիքի բջիջներերբ փորձում են կառուցել էլեկտրաէներգիայի արտադրության գործնական մոդել:

Վառելիքի բջիջը մրցակցելու է էներգիայի փոխակերպման շատ այլ սարքերի հետ, այդ թվում՝ գազատուրբինները քաղաքային էլեկտրակայաններում, ներքին այրման շարժիչները մեքենաներում և բոլոր տեսակի մարտկոցները: Ներքին այրման շարժիչները, ինչպես գազատուրբինները, այրում են տարբեր տեսակի վառելանյութեր և օգտագործում են ճնշումը, որն առաջանում է գազերի ընդլայնումից՝ մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար։ Մարտկոցները անհրաժեշտության դեպքում քիմիական էներգիան վերածում են էլեկտրական էներգիայի: Վառելիքի բջիջները պետք է ավելի արդյունավետ կատարեն այս խնդիրները:

Վառելիքի բջիջը ապահովում է DC (ուղղակի հոսանք) լարում, որը կարող է օգտագործվել էլեկտրական շարժիչների, լուսավորության և այլ էլեկտրական սարքերի սնուցման համար:

Կան մի քանի տարբեր տեսակի վառելիքի բջիջներ, որոնցից յուրաքանչյուրը օգտագործում է տարբեր քիմիական գործընթացներ: Վառելիքի բջիջները սովորաբար դասակարգվում են ըստ դրանց աշխատանքային ջերմաստիճանըԵվ տիպէլեկտրոլիտ,որը նրանք օգտագործում են. Վառելիքի բջիջների որոշ տեսակներ հարմար են ստացիոնար էլեկտրակայաններում օգտագործելու համար: Մյուսները կարող են օգտակար լինել փոքր շարժական սարքերի կամ մեքենաների սնուցման համար: Վառելիքի բջիջների հիմնական տեսակները ներառում են.

Պոլիմերային փոխանակման մեմբրանի վառելիքի բջիջ (PEMFC)

PEMFC-ը համարվում է տրանսպորտի կիրառման ամենահավանական թեկնածուն: PEMFC-ն ունի և՛ բարձր հզորություն, և՛ համեմատաբար ցածր աշխատանքային ջերմաստիճան (60-ից 80 աստիճան Ցելսիուսի սահմաններում): Ցածր աշխատանքային ջերմաստիճանը նշանակում է, որ վառելիքի բջիջները կարող են արագ տաքանալ՝ սկսելու էլեկտրաէներգիա արտադրել:

Կոշտ օքսիդի վառելիքի բջիջ (SOFC)

Այս վառելիքի բջիջները առավել հարմար են մեծ ստացիոնար էներգիայի գեներատորների համար, որոնք կարող են էլեկտրաէներգիա ապահովել գործարաններին կամ քաղաքներին: Այս տեսակի վառելիքի բջիջները գործում են շատ բարձր ջերմաստիճաններում (700-ից 1000 աստիճան Ցելսիուս): Բարձր ջերմաստիճանը հուսալիության խնդիր է, քանի որ վառելիքի բջիջներից մի քանիսը կարող են խափանվել միացման և անջատման մի քանի փուլից հետո: Այնուամենայնիվ, պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջները շատ կայուն են շարունակական շահագործման ընթացքում: Իրոք, SOFC-ները որոշակի պայմաններում ցուցադրել են ցանկացած վառելիքի բջիջների ամենաերկար աշխատանքային կյանքը: Բարձր ջերմաստիճանն ունի նաև այն առավելությունը, որ վառելիքի բջիջներից առաջացած գոլորշին կարող է ուղղվել դեպի տուրբիններ և արտադրել ավելի շատ էլեկտրաէներգիա։ Այս գործընթացը կոչվում է ջերմության և էլեկտրաէներգիայի համակցված արտադրությունև բարելավում է համակարգի ընդհանուր արդյունավետությունը:

Ալկալային վառելիքի բջիջ (AFC)

Այն վառելիքի բջիջների հնագույն նմուշներից մեկն է, որն օգտագործվում է 1960-ականներից: AFC-ները շատ ենթակա են աղտոտման, քանի որ պահանջում են մաքուր ջրածին և թթվածին: Բացի այդ, դրանք շատ թանկ են, ուստի այս տեսակի վառելիքային բջիջները դժվար թե զանգվածային արտադրության մեջ մտնեն:

Հալած կարբոնատային վառելիքի բջիջ (MCFC)

Ինչպես SOFC-ները, այս վառելիքի բջիջները նույնպես լավագույնս հարմար են խոշոր ստացիոնար էլեկտրակայանների և գեներատորների համար: Նրանք աշխատում են 600 աստիճան Ցելսիուսի պայմաններում, որպեսզի կարողանան գոլորշի առաջացնել, որն իր հերթին կարող է օգտագործվել ավելի շատ էներգիա արտադրելու համար: Նրանք ունեն ավելի ցածր աշխատանքային ջերմաստիճան, քան պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջները, ինչը նշանակում է, որ նրանք նման ջերմակայուն նյութերի կարիք չունեն: Սա նրանց մի փոքր ավելի էժան է դարձնում:

Ֆոսֆորաթթվային վառելիքի բջիջ (PAFC)

Ֆոսֆորաթթվի վառելիքի բջիջունի փոքր անշարժ էներգահամակարգերում օգտագործման ներուժ: Այն աշխատում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան պոլիմերային փոխանակման մեմբրանի վառելիքի բջիջը, ուստի տաքանալու համար ավելի երկար է տևում, ինչը այն դարձնում է ոչ պիտանի ավտոմոբիլային օգտագործման համար:

Մեթանոլի վառելիքի բջիջներ Ուղղակի մեթանոլի վառելիքի բջիջ (DMFC)

Մեթանոլի վառելիքի բջիջները համեմատելի են PEMFC-ի հետ աշխատանքային ջերմաստիճանի առումով, բայց այնքան էլ արդյունավետ չեն: Բացի այդ, DMFC-ները պահանջում են բավականին շատ պլատին որպես կատալիզատոր, ինչը թանկացնում է այս վառելիքի բջիջները:

Վառելիքի բջիջ պոլիմերային փոխանակման թաղանթով

Պոլիմերային փոխանակման մեմբրանի վառելիքի բջիջը (PEMFC) վառելիքի բջիջների ամենահեռանկարային տեխնոլոգիաներից մեկն է: PEMFC-ն օգտագործում է ցանկացած վառելիքի բջիջի ամենապարզ ռեակցիաներից մեկը: Հաշվի առեք, թե ինչից է այն բաղկացած:

1. Ա հանգույց – Վառելիքի բջիջի բացասական տերմինալ: Այն փոխանցում է էլեկտրոնները, որոնք ազատվում են ջրածնի մոլեկուլներից, որից հետո դրանք կարող են օգտագործվել արտաքին միացումում։ Այն փորագրված է ալիքներով, որոնց միջոցով ջրածնի գազը հավասարաչափ բաշխվում է կատալիզատորի մակերեսի վրա:

2.TO ատոմ - վառելիքի բջիջի դրական տերմինալը ունի նաև կատալիզատորի մակերեսով թթվածին բաշխելու ուղիներ: Այն նաև հետ է տանում էլեկտրոնները կատալիզատորի արտաքին շղթայից, որտեղ դրանք կարող են միանալ ջրածնի և թթվածնի իոնների հետ՝ առաջացնելով ջուր:

3.Էլեկտրոլիտ-պրոտոն փոխանակման թաղանթ. Այն հատուկ մշակված նյութ է, որը փոխանցում է միայն դրական լիցքավորված իոններ և արգելափակում է էլեկտրոնները։ PEMFC-ում մեմբրանը պետք է խոնավացվի, որպեսզի նորմալ գործի և մնա կայուն:

4. Կատալիզատորհատուկ նյութ է, որը նպաստում է թթվածնի և ջրածնի արձագանքին։ Այն սովորաբար պատրաստվում է պլատինի նանոմասնիկներից, որոնք շատ բարակ են դրված ածխածնային թղթի կամ գործվածքի վրա: Կատալիզատորն ունի այնպիսի մակերեսային կառուցվածք, որ պլատինի առավելագույն մակերեսը կարող է ենթարկվել ջրածնի կամ թթվածնի:

Նկարում պատկերված է ջրածնի գազը (H2), որը ճնշման տակ մտնում է վառելիքի բջիջ անոդի կողմից: Երբ H2 մոլեկուլը շփվում է կատալիզատորի պլատինի հետ, այն բաժանվում է երկու H+ իոնների և երկու էլեկտրոնի։ Էլեկտրոններն անցնում են անոդով, որտեղ դրանք օգտագործվում են արտաքին սխեմաներում (կատարում են օգտակար աշխատանք, ինչպիսին է շարժիչը պտտելը) և վերադարձվում են վառելիքի բջիջի կաթոդային կողմ:

Միևնույն ժամանակ, վառելիքի բջիջի կաթոդային կողմում օդից թթվածինը (O2) անցնում է կատալիզատորի միջով, որտեղ ձևավորում է թթվածնի երկու ատոմ: Այս ատոմներից յուրաքանչյուրն ունի ուժեղ բացասական լիցք: Այս բացասական լիցքը ձգում է երկու H+ իոններ մեմբրանի միջով, որտեղ դրանք միանում են թթվածնի ատոմի և արտաքին սխեմայի երկու էլեկտրոնի հետ՝ ձևավորելով ջրի մոլեկուլ (H2O):

Այս ռեակցիան մեկ վառելիքի բջիջում արտադրում է ընդամենը մոտավորապես 0,7 վոլտ: Լարումը ողջամիտ մակարդակի բարձրացնելու համար շատ առանձին վառելիքի բջիջներ պետք է միավորվեն՝ վառելիքի բջիջների կույտ ձևավորելու համար: Երկբևեռ թիթեղները օգտագործվում են վառելիքի մեկ բջիջը մյուսին միացնելու և նվազող պոտենցիալով օքսիդացման ենթարկելու համար: Երկբևեռ թիթեղների մեծ խնդիրը նրանց կայունությունն է: Մետաղական երկբևեռ թիթեղները կարող են կոռոզիայի ենթարկվել, իսկ ենթամթերքները (երկաթի և քրոմի իոնները) նվազեցնում են վառելիքի բջիջների թաղանթների և էլեկտրոդների արդյունավետությունը: Հետևաբար, ցածր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջները օգտագործում են թեթև մետաղներ, գրաֆիտ և ածխածնի և ջերմակայուն նյութի կոմպոզիտային միացություններ (ջերմակայուն նյութը պլաստիկի տեսակ է, որը մնում է ամուր նույնիսկ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում) երկբևեռ թերթիկ նյութի տեսքով:

Վառելիքի բջիջների արդյունավետություն

Աղտոտվածության նվազեցումը վառելիքի բջիջի հիմնական նպատակներից մեկն է: Համեմատելով վառելիքի մարտկոցով աշխատող մեքենան բենզինային շարժիչով սնվող մեքենայի և մարտկոցով աշխատող մեքենայի հետ՝ դուք կարող եք տեսնել, թե ինչպես վառելիքի բջիջները կարող են բարելավել մեքենաների արդյունավետությունը:

Քանի որ բոլոր երեք տեսակի մեքենաներն ունեն նույն բաղադրիչներից շատերը, մենք անտեսելու ենք մեքենայի այս հատվածը և կհամեմատենք արդյունավետությունը մինչև մեխանիկական ուժի արտադրությունը: Սկսենք վառելիքի բջջային մեքենայից:

Եթե վառելիքի մարտկոցը սնուցվում է մաքուր ջրածնով, ապա դրա արդյունավետությունը կարող է հասնել 80 տոկոսի: Այսպիսով, այն ջրածնի էներգիայի պարունակության 80 տոկոսը վերածում է էլեկտրականության։ Այնուամենայնիվ, մենք դեռ պետք է էլեկտրական էներգիան վերածենք մեխանիկական աշխատանքի: Դա ձեռք է բերվում էլեկտրական շարժիչի և ինվերտորի միջոցով: Շարժիչ + ինվերտորի արդյունավետությունը նույնպես մոտավորապես 80 տոկոս է: Սա տալիս է մոտավորապես 80*80/100=64 տոկոս ընդհանուր արդյունավետություն: Հաղորդվում է, որ Honda-ի FCX կոնցեպտային մեքենան ունի 60 տոկոս էներգաարդյունավետություն:

Եթե վառելիքի աղբյուրը մաքուր ջրածնի տեսքով չէ, ապա մեքենան նույնպես ռեֆորմատորի կարիք կունենա: Ռեֆորմատորները ածխաջրածնային կամ ալկոհոլային վառելիքները վերածում են ջրածնի։ Նրանք ջերմություն են առաջացնում և, բացի ջրածնից, արտադրում են CO և CO2: Ստացված ջրածնի մաքրման համար օգտագործվում են տարբեր սարքեր, սակայն այդ մաքրումը անբավարար է և նվազեցնում է վառելիքի մարտկոցի արդյունավետությունը։ Հետևաբար, հետազոտողները որոշել են կենտրոնանալ վառելիքի բջիջների վրա մաքուր ջրածնի վրա աշխատող մեքենաների համար՝ չնայած ջրածնի արտադրության և պահպանման հետ կապված խնդիրներին:

Բենզինային շարժիչի և մեքենայի արդյունավետությունը էլեկտրական մարտկոցների վրա

Բենզինով աշխատող մեքենայի արդյունավետությունը զարմանալիորեն ցածր է։ Ամբողջ ջերմությունը, որը դուրս է գալիս արտանետման տեսքով կամ ներծծվում է ռադիատորի կողմից, անիմաստ էներգիա է: Շարժիչը նաև մեծ էներգիա է ծախսում տարբեր պոմպերը, օդափոխիչները և գեներատորները միացնելու համար, որոնք շարունակում են աշխատել: Այսպիսով, ավտոմոբիլային բենզինային շարժիչի ընդհանուր արդյունավետությունը մոտավորապես 20 տոկոս է: Այսպիսով, բենզինի ջերմային էներգիայի պարունակության միայն մոտավորապես 20 տոկոսն է վերածվում մեխանիկական աշխատանքի:

Մարտկոցով աշխատող էլեկտրական մեքենան բավականին բարձր արդյունավետություն ունի։ Մարտկոցի արդյունավետությունը մոտավորապես 90 տոկոս է (մարտկոցների մեծ մասը առաջացնում է որոշակի ջերմություն կամ պահանջում է ջեռուցում), իսկ շարժիչը + ինվերտորը մոտավորապես 80 տոկոս արդյունավետություն ունի: Սա տալիս է մոտավորապես 72 տոկոս ընդհանուր արդյունավետություն:

Բայց սա դեռ ամենը չէ: Որպեսզի էլեկտրական մեքենան շարժվի, նախ պետք է ինչ-որ տեղ էլեկտրաէներգիա արտադրվի։ Եթե դա էլեկտրակայան էր, որն օգտագործում էր հանածո վառելիքի այրման գործընթաց (ոչ թե միջուկային, հիդրոէլեկտրական, արևային կամ քամու էներգիա), ապա էլեկտրակայանի կողմից սպառված վառելիքի միայն մոտ 40 տոկոսն էր փոխարկվում էլեկտրաէներգիայի: Բացի այդ, մեքենայի լիցքավորման գործընթացը պահանջում է փոփոխական հոսանքի (AC) հզորությունը ուղղակի հոսանքի (DC) էներգիայի փոխակերպում: Այս գործընթացն ունի մոտավորապես 90 տոկոս արդյունավետություն:

Հիմա, եթե նայենք ամբողջ ցիկլին, ապա էլեկտրական մեքենայի արդյունավետությունը բուն մեքենայի համար կազմում է 72 տոկոս, էլեկտրակայանի համար՝ 40 տոկոս, մեքենան լիցքավորելու համար՝ 90 տոկոս: Սա տալիս է 26 տոկոս ընդհանուր արդյունավետություն: Ընդհանուր արդյունավետությունը զգալիորեն տատանվում է՝ կախված նրանից, թե որ էլեկտրակայանն է օգտագործվում մարտկոցը լիցքավորելու համար: Եթե մեքենայի համար էլեկտրաէներգիան արտադրվում է, օրինակ, հիդրոէլեկտրակայանի կողմից, ապա էլեկտրամեքենայի արդյունավետությունը կկազմի մոտ 65 տոկոս։

Գիտնականները ուսումնասիրում և մշակում են նախագծեր՝ շարունակելու վառելիքի բջիջների արդյունավետությունը բարելավելու համար: Նոր մոտեցումներից մեկը վառելիքի մարտկոցով և մարտկոցով աշխատող մեքենաների համատեղումն է: Մշակվում է կոնցեպտային մեքենա, որը սնուցվում է վառելիքի բջիջներով աշխատող հիբրիդային ուժային ագրեգատով: Այն օգտագործում է լիթիումի մարտկոց՝ մեքենան սնուցելու համար, մինչդեռ վառելիքի մարտկոցը լիցքավորում է մարտկոցը:

Վառելիքի բջիջներով մեքենաները պոտենցիալ արդյունավետ են, որքան մարտկոցով աշխատող մեքենան, որը լիցքավորվում է հանածո վառելիքից զերծ էլեկտրակայանից: Բայց նման ներուժի գործնական և մատչելի ձևով հասնելը կարող է դժվար լինել:

Ինչու՞ օգտագործել վառելիքի բջիջները:

Հիմնական պատճառը նավթի հետ կապված ամեն ինչն է։ Ամերիկան պետք է ներմուծի իր նավթի գրեթե 60 տոկոսը. Մինչև 2025 թվականը նախատեսվում է ներմուծման աճ մինչև 68%: Ամերիկացիներն օրական օգտագործում են նավթի երկու երրորդը փոխադրումների համար։ Նույնիսկ եթե փողոցի յուրաքանչյուր մեքենա լիներ հիբրիդային մեքենա, մինչև 2025 թվականը ԱՄՆ-ը դեռ պետք է օգտագործի նույն քանակությամբ նավթ, որը ամերիկացիները սպառել էին 2000 թվականին: Իրոք, Ամերիկան սպառում է աշխարհում արդյունահանվող ամբողջ նավթի մեկ քառորդը, չնայած այստեղ ապրում է աշխարհի բնակչության միայն 4,6%-ը։

Փորձագետներն ակնկալում են, որ նավթի գները կշարունակեն աճել առաջիկա մի քանի տասնամյակների ընթացքում, քանի որ ավելի էժան աղբյուրները սպառվում են: Նավթային ընկերությունները պետք է զարգացնեն նավթի հանքավայրերը գնալով ավելի բարդ պայմաններում, ինչը կբարձրացնի նավթի գները։

Մտավախությունները շատ ավելի հեռու են տնտեսական անվտանգության սահմաններից: Նավթի վաճառքից ստացված միջոցների զգալի մասը ծախսվում է միջազգային ահաբեկչության, արմատական քաղաքական կուսակցությունների, նավթարդյունահանող շրջաններում անկայուն իրավիճակի աջակցության վրա։

Նավթի և այլ հանածո վառելիքի օգտագործումը էներգիայի համար առաջացնում է աղտոտում: Լավագույնն այն է, որ բոլորը այլընտրանք գտնեն՝ էներգիայի համար հանածո վառելիքի այրումը:

Վառելիքի բջիջները նավթից կախվածության գրավիչ այլընտրանք են: Վառելիքի բջիջները աղտոտման փոխարեն արտադրում են մաքուր ջուր՝ որպես կողմնակի արտադրանք: Մինչ ինժեներները ժամանակավորապես կենտրոնացել են տարբեր հանածո աղբյուրներից ջրածնի արտադրության վրա, ինչպիսիք են բենզինը կամ բնական գազը, վերականգնվող, էկոլոգիապես մաքուր եղանակներ են ուսումնասիրվում ապագայում ջրածնի արտադրության համար: Ամենահեռանկարայինը, իհարկե, կլինի ջրից ջրածնի ստացման գործընթացը։

Նավթից կախվածությունը և գլոբալ տաքացումը միջազգային խնդիր է։ Մի քանի երկրներ համատեղ ներգրավված են վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիայի հետազոտության և զարգացման մեջ:

Ակնհայտ է, որ գիտնականներն ու արտադրողները շատ աշխատանք ունեն անելու, մինչև վառելիքի բջիջները դառնան էներգիայի արտադրության ներկայիս մեթոդների այլընտրանք: Եվ այնուամենայնիվ, ամբողջ աշխարհի աջակցությամբ և գլոբալ համագործակցությամբ, վառելիքի բջիջների վրա հիմնված կենսունակ էներգետիկ համակարգը կարող է իրականություն դառնալ մի քանի տասնամյակ անց: