Գիտելիքի էկոլոգիա Գիտություն և տեխնոլոգիա.

Վառելիքի բջիջը այն սարքն է, որն արդյունավետորեն առաջացնում է Դ.Կ.իսկ ջերմությունը ջրածնով հարուստ վառելիքից էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի միջոցով։

Վառելիքի բջիջը նման է մարտկոցին, քանի որ այն առաջացնում է ուղղակի հոսանք քիմիական ռեակցիայի միջոցով: Կրկին, ինչպես մարտկոցը, վառելիքի բջիջը ներառում է անոդ, կաթոդ և էլեկտրոլիտ: Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն մարտկոցների, վառելիքի մարտկոցները չեն կարող կուտակել էլեկտրական էներգիա, չեն լիցքաթափվում և չեն պահանջում էլեկտրաէներգիայի վերալիցքավորում: Վառելիքի բջիջները կարող են շարունակաբար արտադրել էլեկտրաէներգիա, քանի դեռ ունեն վառելիքի և օդի մատակարարում: Աշխատանքային վառելիքի բջիջը նկարագրելու ճիշտ տերմինը տարրերի համակարգ է, քանի որ համար լիարժեք աշխատանքորոշ օժանդակ համակարգեր են պահանջվում:

Ի տարբերություն այլ էներգիայի գեներատորների, ինչպիսիք են շարժիչները ներքին այրմանկամ տուրբինները, որոնք աշխատում են գազով, ածուխով, մազութով և այլն, վառելիքի բջիջները վառելիք չեն այրում: Սա նշանակում է, որ ոչ աղմկոտ բարձր ճնշման ռոտորներ, ոչ բարձր արտանետվող աղմուկ, ոչ թրթռումներ: Վառելիքի բջիջները էլեկտրաէներգիա են արտադրում լուռ էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի միջոցով: Վառելիքի բջիջների մեկ այլ առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք վառելիքի քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրականության, ջերմության և ջրի:

Վառելիքի բջիջները բարձր արդյունավետություն ունեն և չեն արտադրում մեծ քանակությամբ ջերմոցային գազեր, ինչպիսիք են ածխաթթու գազը, մեթանը և ազոտի օքսիդը: Վառելիքի բջիջներից միակ արտանետումները ջուրն է գոլորշու տեսքով և փոքր քանակությամբ ածխաթթու գազ, որն ընդհանրապես չի արտանետվում, եթե որպես վառելիք օգտագործվում է մաքուր ջրածինը։ Վառելիքի բջիջները հավաքվում են հավաքների, այնուհետև առանձին ֆունկցիոնալ մոդուլների մեջ:

Վառելիքի բջիջների շահագործման սկզբունքը

Վառելիքի բջիջները արտադրում են էլեկտրականություն և ջերմություն ընթացող էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի շնորհիվ՝ օգտագործելով էլեկտրոլիտ, կաթոդ և անոդ:

Անոդը և կաթոդը բաժանված են էլեկտրոլիտով, որը փոխանցում է պրոտոնները: Այն բանից հետո, երբ ջրածինը մտնում է անոդ, և թթվածինը մտնում է կաթոդ, սկսվում է քիմիական ռեակցիա, որի արդյունքում. էլեկտրաէներգիա, ջերմություն և ջուր։ Անոդային կատալիզատորի վրա մոլեկուլային ջրածինը տարանջատվում է և կորցնում էլեկտրոնները։ Ջրածնի իոնները (պրոտոնները) էլեկտրոլիտի միջոցով տեղափոխվում են կաթոդ, մինչդեռ էլեկտրոնները փոխանցվում են էլեկտրոլիտի միջով և արտաքին էլեկտրական միացումով, ստեղծելով ուղղակի հոսանք, որը կարող է օգտագործվել սարքավորումները սնուցելու համար: Կաթոդի կատալիզատորի վրա թթվածնի մոլեկուլը միավորվում է էլեկտրոնի (որը մատակարարվում է արտաքին հաղորդակցությունից) և մուտքային պրոտոնի հետ և ձևավորում է ջուր, որը միակ ռեակցիայի արտադրանքն է (գոլորշի և (կամ) հեղուկի տեսքով):

Ստորև ներկայացնում ենք համապատասխան արձագանքը.

Անոդային ռեակցիա՝ 2H2 => 4H+ + 4e-
Ռեակցիան կաթոդում՝ O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ 2H2 + O2 => 2H2O

Վառելիքի բջիջների տեսակները

Ինչպես կան տարբեր տեսակի ներքին այրման շարժիչներ, կան տարբեր տեսակի վառելիքի բջիջներ՝ ընտրությունը հարմար տեսակվառելիքի բջիջը կախված է դրա կիրառությունից:Վառելիքի բջիջները բաժանվում են բարձր ջերմաստիճանի և ցածր ջերմաստիճանի: Ցածր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջները որպես վառելիք պահանջում են համեմատաբար մաքուր ջրածին:

Սա հաճախ նշանակում է, որ վառելիքի վերամշակումը պահանջվում է առաջնային վառելիքը (օրինակ՝ բնական գազը) մաքուր ջրածնի վերածելու համար: Այս գործընթացը լրացուցիչ էներգիա է ծախսում և պահանջում է հատուկ սարքավորումներ: Բարձր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջները այս լրացուցիչ ընթացակարգի կարիք չունեն, քանի որ նրանք կարող են «ներքին փոխակերպել» վառելիքը բարձր ջերմաստիճանի դեպքում, ինչը նշանակում է, որ կարիք չկա ներդրումներ կատարել ջրածնային ենթակառուցվածքում:

Վառելիքի տարրեր հալված կարբոնատի վրա (MCFC):

Հալած կարբոնատային էլեկտրոլիտային վառելիքի բջիջները բարձր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջներ են: Բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանը թույլ է տալիս բնական գազի ուղղակի օգտագործումը առանց վառելիքի պրոցեսորի և ցածր ջերմային արժեքի վառելիքի գազի արտադրական գործընթացներըև այլ աղբյուրներից։ Այս գործընթացըմշակվել է 1960-ականների կեսերին։ Այդ ժամանակվանից ի վեր արտադրության տեխնոլոգիան, կատարողականությունը և հուսալիությունը բարելավվել են:

RCFC-ի աշխատանքը տարբերվում է վառելիքի այլ բջիջներից: Այս բջիջները օգտագործում են էլեկտրոլիտ հալված կարբոնատային աղերի խառնուրդից: Ներկայումս օգտագործվում են երկու տեսակի խառնուրդներ՝ լիթիումի կարբոնատ և կալիումի կարբոնատ կամ լիթիումի կարբոնատ և նատրիումի կարբոնատ։ Կարբոնատային աղերը հալեցնելու և հասնելու համար բարձր աստիճանէլեկտրոլիտում իոնների շարժունակությունը, վառելիքի բջիջների աշխատանքը հալված կարբոնատ էլեկտրոլիտով տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճաններ(650°C): Արդյունավետությունը տատանվում է 60-80%-ի սահմաններում:

Երբ տաքացվում է մինչև 650°C, աղերը դառնում են կարբոնատ իոնների (CO32-) հաղորդիչ։ Այս իոնները կաթոդից անցնում են անոդ, որտեղ միանում են ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր, ածխաթթու գազ և ազատ էլեկտրոններ: Այս էլեկտրոնները արտաքին էլեկտրական շղթայի միջոցով ուղարկվում են դեպի կաթոդ՝ որպես կողմնակի արտադրանք առաջացնելով էլեկտրական հոսանք և ջերմություն։

Անոդային ռեակցիա՝ CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Ռեակցիան կաթոդում. CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(կաթոդ) => H2O(g) + CO2(անոդ)

Հալած կարբոնատային էլեկտրոլիտային վառելիքի բջիջների աշխատանքային բարձր ջերմաստիճանները որոշակի առավելություններ ունեն: Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում բնական գազը ներքին բարեփոխման է ենթարկվում՝ վերացնելով վառելիքի պրոցեսորի կարիքը։ Բացի այդ, առավելությունները ներառում են ստանդարտ շինարարական նյութեր օգտագործելու ունակությունը, ինչպիսիք են չժանգոտվող պողպատից թերթիկը և էլեկտրոդների վրա նիկելի կատալիզատորը: Թափոնային ջերմությունը կարող է օգտագործվել տարբեր արդյունաբերական և առևտրային նպատակներով բարձր ճնշման գոլորշու առաջացման համար:

Էլեկտրոլիտում ռեակցիայի բարձր ջերմաստիճանները նույնպես ունեն իրենց առավելությունները. Բարձր ջերմաստիճանների օգտագործումը երկար ժամանակ է պահանջում՝ հասնելու օպտիմալ աշխատանքային պայմաններին, և համակարգը ավելի դանդաղ է արձագանքում էներգիայի սպառման փոփոխություններին: Այս բնութագրերը թույլ են տալիս օգտագործել վառելիքի բջիջների համակարգեր հալված կարբոնատ էլեկտրոլիտով մշտական ​​հզորության պայմաններում: Բարձր ջերմաստիճանը կանխում է վառելիքի բջիջների վնասումը ածխածնի երկօքսիդի հետևանքով, «թունավորում» և այլն:

Հալած կարբոնատային վառելիքի բջիջները հարմար են խոշոր ստացիոնար կայանքներում օգտագործելու համար: Արդյունաբերական արտադրության ջերմաէլեկտրակայաններ՝ ելքով էլեկտրաէներգիա 2,8 ՄՎտ. Մշակվում են մինչև 100 ՄՎտ ելքային հզորությամբ կայաններ։

Վառելիքի բջիջներ, որոնք հիմնված են ֆոսֆորական թթվի (PFC) վրա:

Ֆոսֆորական (օրթոֆոսֆորական) թթվի վրա հիմնված վառելիքի բջիջները դարձան առաջին վառելիքի բջիջները կոմերցիոն օգտագործում. Այս գործընթացը մշակվել է 1960-ականների կեսերին և փորձարկվել է 1970-ականներից: Այդ ժամանակից ի վեր կայունությունը, կատարողականությունը և արժեքը բարձրացել են:

Ֆոսֆորական (օրթոֆոսֆորական) թթվի վրա հիմնված վառելիքի բջիջները օգտագործում են օրթոֆոսֆորական թթվի (H3PO4) վրա հիմնված էլեկտրոլիտ մինչև 100% կոնցենտրացիայով: Ֆոսֆորական թթվի իոնային հաղորդունակությունը ցածր է ցածր ջերմաստիճաններ, այդ իսկ պատճառով այս վառելիքի բջիջներն օգտագործվում են մինչև 150–220°C ջերմաստիճանում։

Լիցքավորման կրիչ վառելիքի բջիջներում այս տեսակիջրածին է (H+, պրոտոն)։ Նմանատիպ պրոցես տեղի է ունենում պրոտոնափոխանակման մեմբրանի վառելիքի բջիջներում (MEFCs), որտեղ անոդին մատակարարվող ջրածինը բաժանվում է պրոտոնների և էլեկտրոնների: Պրոտոնները անցնում են էլեկտրոլիտի միջով և կաթոդում օդի թթվածնի հետ միանում են՝ առաջացնելով ջուր: Էլեկտրոններն ուղղվում են արտաքին էլեկտրական շղթայի երկայնքով, և առաջանում է էլեկտրական հոսանք։ Ստորև ներկայացված են այն ռեակցիաները, որոնք առաջացնում են էլեկտրականություն և ջերմություն:

Անոդային ռեակցիա՝ 2H2 => 4H+ + 4e-
Ռեակցիան կաթոդում. O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ 2H2 + O2 => 2H2O

Ֆոսֆորական (օրթոֆոսֆորական) թթվի վրա հիմնված վառելիքի բջիջների արդյունավետությունը էլեկտրական էներգիա արտադրելիս կազմում է ավելի քան 40%: Ջերմության և էլեկտրաէներգիայի համակցված արտադրության մեջ ընդհանուր արդյունավետությունը կազմում է մոտ 85%: Բացի այդ, հաշվի առնելով աշխատանքային ջերմաստիճանը, թափոնների ջերմությունը կարող է օգտագործվել ջուրը տաքացնելու և մթնոլորտային ճնշման տակ գոլորշի առաջացնելու համար:

Ֆոսֆորական (օրթոֆոսֆորական) թթվի վրա հիմնված վառելիքի բջիջների վրա ջերմային էլեկտրակայանների բարձր արդյունավետությունը ջերմության և էլեկտրաէներգիայի համակցված արտադրության մեջ այս տեսակի վառելիքի բջիջների առավելություններից մեկն է: Բույսերը օգտագործում են ածխածնի օքսիդը մոտ 1,5% կոնցենտրացիայով, ինչը մեծապես ընդլայնում է վառելիքի ընտրությունը: Բացի այդ, CO2-ը չի ազդում էլեկտրոլիտի և վառելիքի բջիջի աշխատանքի վրա, այս տեսակի բջիջները աշխատում են բարեփոխված բնական վառելիքով: Պարզ դիզայն, էլեկտրոլիտների ցածր անկայունությունը և կայունության բարձրացումը նույնպես այս տեսակի վառելիքի բջիջների առավելություններն են:

Մինչև 400 կՎտ ելքային էլեկտրակայաններ արտադրվում են արդյունաբերական եղանակով։ 11 ՄՎտ հզորությամբ կայանքները անցել են համապատասխան փորձարկումներ։ Մշակվում են մինչև 100 ՄՎտ ելքային հզորությամբ կայաններ։

Վառելիքի բջիջներ պրոտոնային փոխանակման թաղանթով (PME)

Պրոտոնափոխանակման մեմբրանի վառելիքի բջիջները համարվում են վառելիքի բջիջների լավագույն տեսակը ավտոմեքենայի էներգիայի արտադրության համար, որը կարող է փոխարինել բենզինային և դիզելային ներքին այրման շարժիչներին: Այս վառելիքի բջիջներն առաջին անգամ օգտագործվել են ՆԱՍԱ-ի կողմից Gemini ծրագրի համար: Այսօր մշակվում և ցուցադրվում են MOPFC-ի վրա 1 Վտ-ից մինչև 2 կՎտ հզորությամբ կայանքները:

Այս վառելիքի բջիջները որպես էլեկտրոլիտ օգտագործում են ամուր պոլիմերային թաղանթ (բարակ պլաստիկ թաղանթ): Ջրով ներծծվելիս այս պոլիմերը անցնում է պրոտոններով, բայց չի փոխանցում էլեկտրոնները։

Վառելիքը ջրածն է, իսկ լիցքի կրիչը ջրածնի իոնն է (պրոտոն): Անոդում ջրածնի մոլեկուլը բաժանվում է ջրածնի իոնի (պրոտոնի) և էլեկտրոնների։ Ջրածնի իոնները էլեկտրոլիտի միջով անցնում են կաթոդ, մինչդեռ էլեկտրոնները շարժվում են արտաքին շրջանով և արտադրում էլեկտրական էներգիա։ Թթվածինը, որը վերցվում է օդից, սնվում է կաթոդին և միանում էլեկտրոնների և ջրածնի իոնների հետ՝ առաջացնելով ջուր։ Էլեկտրոդների վրա տեղի են ունենում հետևյալ ռեակցիաները.

Անոդային ռեակցիա՝ 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Ռեակցիան կաթոդում՝ O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ 2H2 + O2 => 2H2O

Վառելիքի բջիջների այլ տեսակների համեմատ՝ պրոտոնափոխանակման մեմբրանի վառելիքային բջիջներն ավելի շատ էներգիա են արտադրում վառելիքի բջջի տվյալ ծավալի կամ քաշի համար: Այս հատկությունը թույլ է տալիս նրանց լինել կոմպակտ և թեթև: Բացի այդ, աշխատանքային ջերմաստիճանը 100°C-ից պակաս է, ինչը թույլ է տալիս արագ սկսել աշխատանքը: Այս բնութագրերը, ինչպես նաև էներգիայի արտադրությունը արագ փոխելու ունակությունը, միայն որոշ առանձնահատկություններ են, որոնք այս վառելիքի բջիջները դարձնում են տրանսպորտային միջոցներում օգտագործելու հիմնական թեկնածու:

Մեկ այլ առավելություն այն է, որ էլեկտրոլիտը ոչ թե հեղուկ, այլ պինդ նյութ է: Գազերը կաթոդում և անոդում պահելն ավելի հեշտ է պինդ էլեկտրոլիտով, և, հետևաբար, նման վառելիքի բջիջները արտադրելը ավելի էժան է: Համեմատած այլ էլեկտրոլիտների հետ, պինդ էլեկտրոլիտ օգտագործելիս չկան այնպիսի դժվարություններ, ինչպիսին է կողմնորոշումը. ավելի քիչ խնդիրներկոռոզիայի տեսքի պատճառով, ինչը հանգեցնում է տարրի և դրա բաղադրիչների ավելի երկարակեցության:

Կոշտ օքսիդի վառելիքի բջիջներ (SOFC)

Պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջները վառելիքի բջիջներն են, որոնք ունեն ամենաբարձր աշխատանքային ջերմաստիճանը: Աշխատանքային ջերմաստիճանկարող է տատանվել 600°C-ից մինչև 1000°C, ինչը թույլ է տալիս օգտագործել տարբեր տեսակի վառելիք առանց հատուկ նախնական բուժում. Այս բարձր ջերմաստիճանները կարգավորելու համար օգտագործվող էլեկտրոլիտը բարակ կերամիկական հիմքով պինդ մետաղի օքսիդ է, հաճախ իտրիումի և ցիրկոնիումի համաձուլվածք, որը թթվածնի (O2-) իոնների հաղորդիչ է: Պինդ օքսիդի վառելիքային բջիջների օգտագործման տեխնոլոգիան զարգանում է 1950-ականների վերջից: և ունի երկու կոնֆիգուրացիա՝ հարթ և խողովակային:

Պինդ էլեկտրոլիտը ապահովում է գազի հերմետիկ անցում մեկ էլեկտրոդից մյուսը, մինչդեռ հեղուկ էլեկտրոլիտները գտնվում են ծակոտկեն ենթաշերտի մեջ: Այս տեսակի վառելիքի բջիջներում լիցքակիրը թթվածնի իոնն է (О2-): Կաթոդում թթվածնի մոլեկուլները օդից բաժանվում են թթվածնի իոնի և չորս էլեկտրոնի: Թթվածնի իոնները անցնում են էլեկտրոլիտով և միանում ջրածնի հետ՝ ձևավորելով չորս ազատ էլեկտրոն։ Էլեկտրոնները ուղղորդվում են արտաքին էլեկտրական շղթայի միջոցով՝ առաջացնելով էլեկտրական հոսանք և թափոնային ջերմություն։

Անոդային ռեակցիա՝ 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Ռեակցիան կաթոդում. O2 + 4e- => 2O2-
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ 2H2 + O2 => 2H2O

Արտադրված էլեկտրական էներգիայի արդյունավետությունն ամենաբարձրն է բոլոր վառելիքային բջիջներից՝ մոտ 60%: Բացի այդ, բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանները թույլ են տալիս համատեղ ջերմության և էներգիայի արտադրությունը բարձր ճնշման գոլորշու առաջացման համար: Բարձր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջը տուրբինի հետ համատեղելով հիբրիդային վառելիքի բջիջ է ստեղծում բարձրացնել արդյունավետությունըէլեկտրաէներգիայի արտադրություն մինչև 70%:

Պինդ օքսիդի վառելիքի բջիջները գործում են շատ բարձր ջերմաստիճաններում (600°C-1000°C), ինչը հանգեցնում է երկար ժամանակ աշխատանքի օպտիմալ պայմանների հասնելու համար, և համակարգը ավելի դանդաղ է արձագանքում էներգիայի սպառման փոփոխություններին: Նման բարձր աշխատանքային ջերմաստիճաններում ոչ մի կերպափոխիչ չի պահանջվում վառելիքից ջրածինը վերականգնելու համար, ինչը թույլ է տալիս ՋԷԿ-ին աշխատել ածխի գազաֆիկացման կամ թափոնների գազերի և այլնի համեմատաբար անմաքուր վառելիքով: Բացի այդ, այս վառելիքի մարտկոցը հիանալի է բարձր էներգիայի օգտագործման համար, ներառյալ արդյունաբերական և խոշոր կենտրոնական էլեկտրակայանները: Արդյունաբերական արտադրության մոդուլներ 100 կՎտ ելքային էլեկտրական հզորությամբ:

Վառելիքի բջիջներ ուղղակի մեթանոլի օքսիդացումով (DOMTE)

Մեթանոլի ուղղակի օքսիդացումով վառելիքային բջիջների օգտագործման տեխնոլոգիան ակտիվ զարգացման շրջան է ապրում։ Այն հաջողությամբ հաստատվել է բջջային հեռախոսների, նոութբուքերի սնուցման, ինչպես նաև շարժական էներգիայի աղբյուրների ստեղծման ոլորտում։ ինչին է ուղղված այս տարրերի հետագա կիրառումը։

Մեթանոլի ուղղակի օքսիդացումով վառելիքի բջիջների կառուցվածքը նման է պրոտոնի փոխանակման թաղանթով վառելիքի բջիջներին (MOFEC), այսինքն. որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվում է պոլիմեր, իսկ որպես լիցքակիր՝ ջրածնի իոն (պրոտոն)։ Այնուամենայնիվ, հեղուկ մեթանոլը (CH3OH) օքսիդացվում է անոդում ջրի առկայության դեպքում՝ ազատելով CO2, ջրածնի իոններ և էլեկտրոններ, որոնք առաջնորդվում են արտաքին էլեկտրական շղթայով, և առաջանում է էլեկտրական հոսանք։ Ջրածնի իոնները անցնում են էլեկտրոլիտի միջով և արձագանքում օդից եկող թթվածնին և արտաքին միացումից եկող էլեկտրոններին՝ անոդում ջուր առաջացնելով:

Անոդային ռեակցիա՝ CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
Ռեակցիան կաթոդում՝ 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
Ընդհանուր տարրի ռեակցիա՝ CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Այս վառելիքային բջիջների զարգացումը սկսվել է 1990-ականների սկզբին: Բարելավված կատալիզատորների և այլ վերջին նորամուծությունների մշակումից հետո հզորության խտությունը և արդյունավետությունը բարձրացել են մինչև 40%:

Այս տարրերը փորձարկվել են 50-120°C ջերմաստիճանի միջակայքում: Ցածր աշխատանքային ջերմաստիճաններով և փոխարկիչի կարիք չունենալով, ուղղակի մեթանոլային վառելիքի բջիջները լավագույն թեկնածուն են բջջային հեռախոսներից և սպառողական այլ ապրանքներից մինչև ավտոմոբիլային շարժիչներ: Այս տեսակի վառելիքի բջիջների առավելությունը դրանց փոքր չափն է՝ շնորհիվ օգտագործման հեղուկ վառելիք, և փոխարկիչ օգտագործելու կարիք չկա:

Ալկալային վառելիքի բջիջներ (AFC)

Ալկալային վառելիքի բջիջները (ALFC) ամենաուսումնասիրված տեխնոլոգիաներից են և օգտագործվել են 1960-ականների կեսերից: NASA-ի կողմից Apollo և Space Shuttle ծրագրերում: Սրանց վրա տիեզերանավերվառելիքի բջիջները արտադրում են էլեկտրաէներգիա և խմելու ջուր. Ալկալային վառելիքի բջիջները էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար օգտագործվող ամենաարդյունավետ բջիջներից են, որոնց էներգիայի արտադրության արդյունավետությունը հասնում է մինչև 70%:

Ալկալային վառելիքի բջիջները օգտագործում են էլեկտրոլիտ, այսինքն՝ կալիումի հիդրօքսիդի ջրային լուծույթ, որը պարունակվում է ծակոտկեն, կայունացված մատրիցով: Կալիումի հիդրօքսիդի կոնցենտրացիան կարող է տարբեր լինել՝ կախված վառելիքի բջիջի աշխատանքային ջերմաստիճանից, որը տատանվում է 65°C-ից մինչև 220°C: SFC-ում լիցքակիրը հիդրօքսիդի իոն է (OH-), որը շարժվում է կաթոդից դեպի անոդ, որտեղ այն փոխազդում է ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր և էլեկտրոններ։ Անոդում արտադրված ջուրը հետ է շարժվում դեպի կաթոդ՝ նորից այնտեղ առաջացնելով հիդրօքսիդի իոններ։ Վառելիքի բջիջում տեղի ունեցող ռեակցիաների այս շարքի արդյունքում արտադրվում է էլեկտրականություն և որպես կողմնակի արտադրանք՝ ջերմություն.

Անոդային ռեակցիա՝ 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Ռեակցիան կաթոդում՝ O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Համակարգի ընդհանուր ռեակցիա՝ 2H2 + O2 => 2H2O

SFC-ների առավելությունն այն է, որ այս վառելիքի բջիջներն ամենաէժանն են արտադրվում, քանի որ էլեկտրոդների վրա անհրաժեշտ կատալիզատորը կարող է լինել ցանկացած նյութ, որն ավելի էժան է, քան որպես կատալիզատոր այլ վառելիքի բջիջների համար օգտագործվող նյութերը: Բացի այդ, SCFC-ները աշխատում են համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում և ամենաարդյունավետ վառելիքի բջիջներից են. նման բնութագրերը կարող են համապատասխանաբար նպաստել ավելի արագ էներգիայի արտադրությանը և վառելիքի բարձր արդյունավետությանը:

Մեկը բնորոշ հատկանիշներ SHTE - բարձր զգայունություն CO2-ի նկատմամբ, որը կարող է պարունակվել վառելիքի կամ օդի մեջ: CO2-ը փոխազդում է էլեկտրոլիտի հետ, արագ թունավորում է այն և մեծապես նվազեցնում է վառելիքի մարտկոցի արդյունավետությունը: Հետևաբար, SFC-ների օգտագործումը սահմանափակվում է փակ տարածքներով, ինչպիսիք են տիեզերական և ստորջրյա մեքենաները, դրանք պետք է աշխատեն մաքուր ջրածնի և թթվածնի վրա: Ավելին, մոլեկուլները, ինչպիսիք են CO, H2O և CH4, որոնք անվտանգ են այլ վառելիքի բջիջների, իսկ որոշների համար նույնիսկ վառելիքի համար, վնասակար են SFC-ի համար:

Պոլիմերային էլեկտրոլիտային վառելիքի բջիջներ (PETE)

Պոլիմերային էլեկտրոլիտային վառելիքի բջիջների դեպքում պոլիմերային թաղանթը բաղկացած է պոլիմերային մանրաթելից ջրային շրջաններով, որոնցում ջրի իոնների հաղորդունակություն կա H2O+ (պրոտոն, կարմիր) կցված է ջրի մոլեկուլին: Ջրի մոլեկուլները խնդիր են ներկայացնում դանդաղ իոնափոխանակության պատճառով: Ուստի ջրի բարձր կոնցենտրացիան պահանջվում է ինչպես վառելիքում, այնպես էլ արտանետվող էլեկտրոդների վրա, ինչը սահմանափակում է աշխատանքային ջերմաստիճանը մինչև 100°C:

Պինդ թթու վառելիքի բջիջներ (SCFC)

Պինդ թթվային վառելիքի բջիջներում էլեկտրոլիտը (CsHSO4) ջուր չի պարունակում: Հետևաբար, աշխատանքային ջերմաստիճանը 100-300°C է: SO42-oxy անիոնների պտույտը թույլ է տալիս պրոտոններին (կարմիր) շարժվել, ինչպես ցույց է տրված նկարում:

Որպես կանոն, պինդ թթու վառելիքի բջիջը սենդվիչ է, որի մեջ կան շատ բարակ շերտպինդ թթվային միացությունը տեղադրվում է երկու սերտորեն սեղմված էլեկտրոդների միջև՝ ապահովելու համար լավ շփում. Երբ տաքացվում է, օրգանական բաղադրիչը գոլորշիանում է՝ թողնելով էլեկտրոդների ծակոտիները՝ պահպանելով վառելիքի (կամ բջիջների մյուս ծայրում թթվածնի), էլեկտրոլիտի և էլեկտրոդների միջև բազմաթիվ շփումների ունակությունը։

Վառելիքի բջիջների տեսակը	Աշխատանքային ջերմաստիճան	Էլեկտրաէներգիայի արտադրության արդյունավետություն	Վառելիքի տեսակը	Կիրառման տարածք
RKTE	550–700°C	50-70%		Միջին և մեծ տեղակայանքներ
FKTE	100–220°C	35-40%	մաքուր ջրածին	Մեծ տեղակայանքներ
ՄՈՊՏԵ	30-100°C	35-50%	մաքուր ջրածին	Փոքր կայանքներ
SOFC	450–1000°C	45-70%	Ածխաջրածնային վառելիքի մեծ մասը	Փոքր, միջին և մեծ տեղակայանքներ
POMTE	20-90°C	20-30%	մեթանոլ	Դյուրակիր միավորներ
ՇՏԵ	50–200°C	40-65%	մաքուր ջրածին	տիեզերական հետազոտություն
ՓԻՏ	30-100°C	35-50%	մաքուր ջրածին	Փոքր կայանքներ

Միացե՛ք մեզ

Դրանք շահագործվում են ԱՄՆ Օդագնացության և տիեզերական հետազոտությունների ազգային վարչության (NASA) տիեզերանավերով: Նրանք սնուցում են Օմահայի Առաջին ազգային բանկի համակարգիչներին։ Դրանք օգտագործվում են Չիկագոյի որոշ հասարակական քաղաքային ավտոբուսներում:

Սրանք բոլորը վառելիքի բջիջներ են: Վառելիքի բջիջները էլեկտրաքիմիական սարքեր են, որոնք արտադրում են էլեկտրաէներգիա առանց այրման գործընթացի, քիմիապես, ինչպես մարտկոցները: Միակ տարբերությունն այն է, որ նրանք օգտագործում են տարբեր քիմիական նյութեր, ջրածին եւ թթվածին, իսկ քիմիական ռեակցիայի արդյունքը ջուրն է։ Բնական գազը նույնպես կարող է օգտագործվել, բայց, իհարկե, ածխածնի երկօքսիդի արտանետումների որոշակի մակարդակն անխուսափելի է ածխաջրածնային վառելիքի օգտագործման ժամանակ:

Քանի որ վառելիքի բջիջները կարող են աշխատել բարձր արդյունավետությամբ և առանց վնասակար արտանետումների, դրանք խոստումնալից են որպես էներգիայի կայուն աղբյուր, որը կօգնի նվազեցնել ջերմոցային գազերի և այլ աղտոտիչների արտանետումները: Վառելիքի բջիջների համատարած օգտագործման հիմնական խոչընդոտը դրանց բարձր արժեքն է՝ համեմատած այլ սարքերի հետ, որոնք արտադրում են էլեկտրաէներգիա կամ շարժիչ մեքենաներ:

Զարգացման պատմություն

Վառելիքի առաջին բջիջները ցուցադրվել են սըր Ուիլյամ Գրովսի կողմից 1839 թվականին: Գրուվսը ցույց է տվել, որ էլեկտրոլիզի գործընթացը՝ ջրի բաժանումը ջրածնի և թթվածնի՝ էլեկտրական հոսանքի ազդեցության տակ, շրջելի է: Այսինքն՝ ջրածինը և թթվածինը կարող են քիմիապես միանալ՝ առաջացնելով էլեկտրականություն։

Դա ապացուցելուց հետո շատ գիտնականներ շտապեցին ջանասիրաբար ուսումնասիրել վառելիքի բջիջները, բայց ներքին այրման շարժիչի գյուտը և նավթի պաշարների արդյունահանման ենթակառուցվածքի զարգացումը տասնիններորդ դարի երկրորդ կեսին թողեցին վառելիքի բջիջների զարգացումը: Նույնիսկ ավելի կաշկանդված է զարգացումը վառելիքի բջիջների իրենց բարձր արժեքը.

Վառելիքային բջիջների զարգացման աճը տեղի ունեցավ 1950-ականներին, երբ ՆԱՍԱ-ն դիմեց նրանց՝ կապված տիեզերական թռիչքների համար կոմպակտ էլեկտրական գեներատորի անհրաժեշտության հետ: Համապատասխան միջոցներ են ներդրվել, և արդյունքում «Ապոլոն» և «Ջեմինի» թռիչքներն իրականացվել են վառելիքային մարտկոցներով։ Տիեզերանավերը նույնպես աշխատում են վառելիքի բջիջներով:

Վառելիքի բջիջները դեռ հիմնականում փորձնական տեխնոլոգիա են, սակայն մի քանի ընկերություններ արդեն վաճառում են դրանք առևտրային շուկայում: Միայն վերջին մոտ տասը տարիների ընթացքում զգալի առաջընթաց է գրանցվել վառելիքի բջիջների առևտրային տեխնոլոգիայի ոլորտում:

Ինչպես է աշխատում վառելիքի բջիջը

Վառելիքի բջիջները նման են մարտկոցների. դրանք արտադրում են էլեկտրաէներգիա քիմիական ռեակցիայի միջոցով: Ի հակադրություն, ներքին այրման շարժիչներն այրում են վառելիքը և այդպիսով առաջացնում ջերմություն, որն այնուհետև վերածվում է մեխանիկական էներգիայի։ Եթե ​​արտանետվող գազերից ջերմությունը որևէ կերպ չի օգտագործվում (օրինակ՝ ջեռուցման կամ օդորակման համար), ապա կարելի է ասել, որ ներքին այրման շարժիչի արդյունավետությունը բավականին ցածր է։ Օրինակ, ակնկալվում է, որ վառելիքի բջիջների արդյունավետությունը փոխադրամիջոցում օգտագործելու դեպքում, որը ներկայումս մշակման փուլում գտնվող նախագիծ է, ավելի քան երկու անգամ ավելի արդյունավետ կլինի, քան մեքենաներում օգտագործվող այսօրվա սովորական բենզինային շարժիչները:

Թեև և՛ մարտկոցները, և՛ վառելիքի բջիջները քիմիապես էլեկտրաէներգիա են արտադրում, նրանք երկու շատ կարևոր բան են անում: տարբեր գործառույթներ. Մարտկոցները պահվող էներգիայի սարքեր են. նրանց արտադրած էլեկտրաէներգիան արդյունք է նյութի քիմիական ռեակցիայի, որն արդեն իսկ գտնվում է դրանց մեջ: Վառելիքի բջիջները էներգիա չեն պահում, այլ արտաքինից մատակարարվող վառելիքի էներգիայի մի մասը վերածում են էլեկտրականության: Այս առումով վառելիքի մարտկոցը ավելի շատ նման է սովորական էլեկտրակայանին:

Կան մի քանի տարբեր տեսակի վառելիքի բջիջներ: Ամենապարզ վառելիքի բջիջը բաղկացած է հատուկ թաղանթից, որը հայտնի է որպես էլեկտրոլիտ: Փոշի էլեկտրոդները դրված են մեմբրանի երկու կողմերում: Այս դիզայնը՝ երկու էլեկտրոդներով շրջապատված էլեկտրոլիտ, առանձին տարր է։ Ջրածինը հոսում է մի կողմ (անոդ), իսկ թթվածինը (օդը) մյուս կողմ (կաթոդ): Յուրաքանչյուր էլեկտրոդ ունի տարբեր քիմիական ռեակցիա:

Անոդում ջրածինը տրոհվում է պրոտոնների և էլեկտրոնների խառնուրդի։ Որոշ վառելիքի բջիջներում էլեկտրոդները շրջապատված են կատալիզատորով, որը սովորաբար պատրաստված է պլատինից կամ այլ ազնիվ մետաղներից, ինչը նպաստում է տարանջատման ռեակցիային.

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

H2 = երկատոմային ջրածնի մոլեկուլ, ձև, in

որի մեջ ջրածինը առկա է որպես գազ.

H+ = իոնացված ջրածին, այսինքն. պրոտոն;

e- = էլեկտրոն:

Վառելիքի բջիջի աշխատանքը հիմնված է այն փաստի վրա, որ էլեկտրոլիտը պրոտոններ է անցնում իր միջով (դեպի կաթոդ), իսկ էլեկտրոնները՝ ոչ։ Էլեկտրոնները շարժվում են դեպի կաթոդ արտաքին հաղորդիչ շղթայի երկայնքով: Էլեկտրոնների այս շարժումը էլեկտրական հոսանքն է, որը կարող է օգտագործվել սնուցման համար արտաքին սարքմիացված է վառելիքի բջիջին, օրինակ՝ էլեկտրական շարժիչին կամ լամպին: Այս սարքը սովորաբար կոչվում է «բեռ»:

Վառելիքի բջիջի կաթոդային կողմում պրոտոնները (որոնք անցել են էլեկտրոլիտով) և էլեկտրոնները (որոնք անցել են արտաքին բեռի միջով) «վերամիավորվում են» և արձագանքում կաթոդին մատակարարվող թթվածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր՝ H2O:

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

Ընդհանուր ռեակցիան վառելիքի բջիջում գրված է հետևյալ կերպ.

2H2 + O2 ==> 2H2O:

Իրենց աշխատանքում վառելիքի բջիջները օգտագործում են ջրածնային վառելիք և օդից ստացված թթվածին: Ջրածինը կարող է մատակարարվել ուղղակիորեն կամ առանձնացնելով այն արտաքին վառելիքի աղբյուրից, ինչպիսիք են բնական գազը, բենզինը կամ մեթանոլը: Արտաքին աղբյուրի դեպքում այն ​​պետք է քիմիապես փոխակերպվի ջրածինը հանելու համար: Այս գործընթացը կոչվում է «բարեփոխում»։ Ջրածինը կարելի է ստանալ նաև ամոնիակից, այլընտրանքային աղբյուրներից, ինչպիսիք են գազը քաղաքային աղբավայրերից և կեղտաջրերի մաքրման կայաններից, և ջրի էլեկտրոլիզից, որն օգտագործում է էլեկտրականությունը՝ ջուրը ջրածնի և թթվածնի քայքայելու համար: Ներկայումս տրանսպորտում օգտագործվող վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիաների մեծ մասը օգտագործում է մեթանոլ:

Վառելիքի բարեփոխման համար վառելիքի բջիջների համար ջրածին արտադրելու համար, տարբեր միջոցներ. ԱՄՆ էներգետիկայի նախարարությունը վառելիքի գործարան է մշակել բենզինի ռեֆորմատորի ներսում՝ ջրածին մատակարարելու ինքնուրույն վառելիքի բջիջին: ԱՄՆ Խաղաղօվկիանոսյան հյուսիսարևմտյան ազգային լաբորատորիայի հետազոտողները ցուցադրել են վառելիքի կոմպակտ ռեֆորմատոր, որը հզորության տուփի չափի մեկ տասներորդն է: ԱՄՆ կոմունալ ծառայությունները, Northwest Power Systems-ը և Sandia National Laboratory-ն ցուցադրել են վառելիքի բարեփոխիչ, որը դիզելային վառելիքը վերածում է ջրածնի վառելիքի բջիջների համար:

Առանձին-առանձին վառելիքի բջիջները արտադրում են մոտ 0,7-1,0 վոլտ յուրաքանչյուրը: Լարումը բարձրացնելու համար տարրերը հավաքվում են «կասկադի» մեջ, այսինքն. սերիական միացում. Ավելի շատ հոսանք ստեղծելու համար կասկադի տարրերի հավաքածուները միացված են զուգահեռ: Եթե ​​դուք համատեղում եք վառելիքի բջիջների կասկադները վառելիքի կայանի, օդի մատակարարման և հովացման համակարգի և կառավարման համակարգի հետ, դուք ստանում եք վառելիքի բջիջների շարժիչ: Այս շարժիչը կարող է սնուցել տրանսպորտային միջոցը, ստացիոնար էլեկտրակայան կամ շարժական էլեկտրական գեներատոր6: Վառելիքի բջջային շարժիչներն են տարբեր չափսերկախված նպատակից, վառելիքի բջիջի տեսակից և օգտագործվող վառելիքից: Օրինակ, Օմահայի բանկում տեղադրված չորս առանձին 200 կՎտ հզորությամբ ստացիոնար էլեկտրակայաններից յուրաքանչյուրը մոտավորապես բեռնատարի կցորդի չափ է:

Դիմումներ

Վառելիքի բջիջները կարող են օգտագործվել ինչպես ստացիոնար, այնպես էլ շարժական սարքերում: Ի պատասխան ԱՄՆ-ի արտանետումների կանոնակարգերի խստացման՝ ավտոարտադրողները, այդ թվում՝ DaimlerChrysler-ը, Toyota-ն, Ford-ը, General Motors-ը, Volkswagen-ը, Honda-ն և Nissan-ը, փորձարկել և ցուցադրել են վառելիքի բջիջներով մեքենաներ: Սպասվում է, որ առաջին կոմերցիոն վառելիքի բջջային մեքենաները ճանապարհներ կհայտնվեն 2004 կամ 2005 թվականներին:

Վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիայի պատմության մեջ կարևոր իրադարձություն էր 1993թ. Այդ ժամանակից ի վեր՝ շատերը տարբեր տեսակներև վառելիքի բջիջներով մարդատար մեքենաների տարբեր սերունդներ, որոնք աշխատում են տարբեր վառելիքով: 1996 թվականի վերջից Կալիֆորնիայի Palm Desert-ում օգտագործվել են ջրածնային վառելիքային մարտկոցներով աշխատող գոլֆի երեք սայլեր: Իլինոյս նահանգի Չիկագոյի ճանապարհներին; Վանկուվեր, Բրիտանական Կոլումբիա; և Նորվեգիայի Օսլոն փորձարկում են վառելիքի մարտկոցներով քաղաքային ավտոբուսները: Լոնդոնի փողոցներում փորձարկվում են վառելիքի ալկալային տաքսիները։

Ցուցադրվում են նաև վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիա օգտագործող ֆիքսված կայանքները, սակայն դրանք դեռ լայնորեն չեն օգտագործվում առևտրային ոլորտում: Նեբրասկայի Օմահայի առաջին ազգային բանկը համակարգիչներն սնուցելու համար օգտագործում է վառելիքի բջիջների համակարգ, քանի որ այս համակարգը ավելի հուսալի է, քան հին համակարգ, աշխատում է հիմնական ցանցից՝ վթարային մարտկոցով։ Ամենամեծն աշխարհում կոմերցիոն համակարգ 1,2 ՄՎտ հզորությամբ վառելիքի բջիջը շուտով կտեղադրվի Ալյասկայի փոստային կենտրոնում: Փորձարկվում և ցուցադրվում են նաև վառելիքի բջիջների նոութբուքերը, կոյուղու մաքրման կայաններում և վաճառող մեքենաներում օգտագործվող կառավարման համակարգերը:

"Կողմ եվ դեմ"

Վառելիքի բջիջներն ունեն մի շարք առավելություններ. Մինչդեռ արդյունավետությունը ժամանակակից շարժիչներներքին այրումը կազմում է ընդամենը 12-15%, վառելիքի բջիջների համար այս գործակիցը 50% է: Վառելիքի բջիջների արդյունավետությունը կարող է մնալ բավականին բարձր մակարդակի վրա, նույնիսկ երբ դրանք չեն օգտագործվում ամբողջ հզորությամբ, ինչը զգալի առավելություն է բենզինային շարժիչների նկատմամբ:

Վառելիքի բջիջների նախագծման մոդուլային բնույթը նշանակում է, որ վառելիքի բջիջների էլեկտրակայանի հզորությունը կարող է մեծացվել՝ պարզապես ավելացնելով ևս մի քանի փուլ: Սա ապահովում է, որ կարողությունների թերօգտագործման գործոնը նվազագույնի հասցվի՝ թույլ տալով առաջարկի և պահանջարկի ավելի լավ համապատասխանեցում: Քանի որ վառելիքի բջիջների կույտի արդյունավետությունը որոշվում է առանձին խցերի գործունակությամբ, փոքր վառելիքի բջիջների էլեկտրակայանները աշխատում են նույնքան արդյունավետ, որքան մեծերը: Բացի այդ, անշարժ վառելիքի բջիջների համակարգերի թափոնները կարող են օգտագործվել ջրի և տարածքի ջեռուցման համար՝ հետագայում բարձրացնելով էներգաարդյունավետությունը:

Վառելիքի բջիջներ օգտագործելիս գործնականում վնասակար արտանետումներ չկան: Երբ շարժիչը աշխատում է մաքուր ջրածնի վրա, որպես կողմնակի արտադրանք առաջանում են միայն ջերմություն և մաքուր ջրի գոլորշիներ: Այսպիսով, տիեզերանավերի վրա տիեզերագնացները խմում են ջուրը, որը ձևավորվում է նավի վառելիքի բջիջների աշխատանքի արդյունքում: Արտանետումների կազմը կախված է ջրածնի աղբյուրի բնույթից: Մեթանոլի օգտագործումը առաջացնում է ազոտի օքսիդների և ածխածնի երկօքսիդի զրոյական արտանետումներ և միայն փոքր ածխաջրածինների արտանետումներ: Արտանետումները մեծանում են, երբ դուք անցնում եք ջրածնից մեթանոլից բենզին, չնայած նույնիսկ բենզինի դեպքում արտանետումները կմնան բավականին ցածր: Ամեն դեպքում, այսօրվա ավանդական ներքին այրման շարժիչների փոխարինումը վառելիքի մարտկոցներով կհանգեցնի CO2-ի և NOx-ի արտանետումների ընդհանուր կրճատմանը:

Վառելիքային բջիջների օգտագործումը ապահովում է էներգետիկ ենթակառուցվածքի ճկունությունը՝ ստեղծելով լրացուցիչ հնարավորություններապակենտրոնացված էներգիայի արտադրության համար: Ապակենտրոնացված էներգիայի աղբյուրների բազմազանությունը հնարավորություն է տալիս նվազեցնել հաղորդման կորուստները և զարգացնել էներգիայի վաճառքի շուկաները (ինչը հատկապես կարևոր է հեռավոր և գյուղական շրջանների համար, որտեղ չկա մուտք դեպի էլեկտրահաղորդման գծեր): Վառելիքի բջիջների օգնությամբ առանձին բնակիչները կամ թաղամասերը կարող են իրենց ապահովել էլեկտրաէներգիայի մեծ մասը և այդպիսով զգալիորեն բարձրացնել դրա օգտագործման արդյունավետությունը:

Վառելիքի բջիջները էներգիա են տալիս Բարձրորակև բարձրացրել է հուսալիությունը: Նրանք դիմացկուն են, չունեն շարժական մասեր և արտադրում են մշտական ​​քանակությամբ էներգիա:

Այնուամենայնիվ, վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիան պետք է էլ ավելի կատարելագործվի՝ արդյունավետությունը բարելավելու, ծախսերը նվազեցնելու և այդպիսով վառելիքի բջիջները մրցունակ դարձնելու այլ էներգետիկ տեխնոլոգիաների հետ: Պետք է նշել, որ երբ դիտարկվում են էներգետիկ տեխնոլոգիաների ծախսային բնութագրերը, համեմատությունները պետք է կատարվեն տեխնոլոգիական բնութագրերի բոլոր բաղադրիչների հիման վրա, ներառյալ կապիտալ գործառնական ծախսերը, աղտոտիչների արտանետումները, էներգիայի որակը, երկարակեցությունը, շահագործումից հանելը և ճկունությունը:

Չնայած ջրածնային գազը լավագույն վառելիքն է, դրա համար ենթակառուցվածքը կամ տրանսպորտային բազան դեռ գոյություն չունի: Կարճաժամկետ հեռանկարում էլեկտրակայաններին ապահովել ջրածնի աղբյուրներով բենզինի, մեթանոլի կամ բնական գազի տեսքով, գոյություն ունեցող համակարգերհանածո վառելիքի մատակարարում (գազալցակայաններ և այլն): Սա կվերացնի հատուկ ջրածնի լիցքավորման կայանների անհրաժեշտությունը, բայց կպահանջի յուրաքանչյուր մեքենայի տեղադրումը հանածո վառելիքից ջրածնի փոխարկիչով («բարեփոխիչ»): Այս մոտեցման թերությունն այն է, որ այն օգտագործում է հանածո վառելիք և այդպիսով հանգեցնում է ածխաթթու գազի արտանետումների: Մեթանոլը, որը ներկայումս առաջատար թեկնածուն է, ավելի քիչ արտանետումներ է առաջացնում, քան բենզինը, սակայն մեքենայի վրա ավելի մեծ բաք կպահանջվի, քանի որ այն երկու անգամ ավելի է խլում: ավելի շատ տարածքնույն էներգիայի պարունակությամբ:

Ի տարբերություն հանածո վառելիքի մատակարարման համակարգերի՝ արևային և հողմային համակարգերը (օգտագործելով էլեկտրաէներգիա՝ ջրից ջրածին և թթվածին ստեղծելու համար) և ուղղակի ֆոտոփոխակերպման համակարգերը (օգտագործելով կիսահաղորդչային նյութեր կամ ֆերմենտներ ջրածնի արտադրության համար) կարող են ջրածին մատակարարել առանց բարեփոխման քայլի, և այդպիսով արտանետումները կարող են լինել։ խուսափել վնասակար նյութեր, որը նկատվում է մեթանոլի կամ բենզինի վառելիքի բջիջներ օգտագործելիս։ Անհրաժեշտության դեպքում ջրածինը կարող էր պահվել և վերածվել էլեկտրականության վառելիքի բջիջում: Առաջ գնալով, վառելիքի բջիջները միացնելն այս տեսակի վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներին, ամենայն հավանականությամբ, արդյունավետ ռազմավարություն կլինի արդյունավետ, էկոլոգիապես մաքուր և անվտանգ ապահովելու համար: համընդհանուր աղբյուրէներգիա.

IEER-ի առաջարկություններն են տեղական, նահանգային և դաշնային կառավարություններին իրենց տրանսպորտային գնումների բյուջեի մի մասը հատկացնել վառելիքի բջիջներով տրանսպորտային միջոցներին, ինչպես նաև ստացիոնար համակարգերվառելիքի բջիջների վրա՝ իր որոշ նշանակալից կամ նոր շենքերին ջերմություն և էլեկտրաէներգիա ապահովելու համար: Դա կնպաստի կենսական նշանակություն ունեցող տեխնոլոգիաների զարգացմանը և ջերմոցային գազերի արտանետումների կրճատմանը:

Վառելիքի բջիջը սարք է, որն արդյունավետորեն առաջացնում է ջերմություն և ուղղակի հոսանք էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի միջոցով և օգտագործում է ջրածնով հարուստ վառելիք: Գործողության սկզբունքով այն նման է մարտկոցին։ Կառուցվածքային առումով վառելիքի բջիջը ներկայացված է էլեկտրոլիտով: Ինչո՞ւ է նա ուշագրավ։ Ի տարբերություն մարտկոցների, ջրածնային վառելիքի բջիջները չեն պահում էլեկտրական էներգիան, էլեկտրականության կարիք չունեն վերալիցքավորման համար և չեն լիցքաթափվում: Բջիջները շարունակում են էլեկտրաէներգիա արտադրել այնքան ժամանակ, քանի դեռ ունեն օդի և վառելիքի պաշար:

Առանձնահատկություններ

Վառելիքի բջիջների և այլ էներգիայի գեներատորների միջև տարբերությունն այն է, որ դրանք շահագործման ընթացքում վառելիք չեն այրում: Այս հատկության շնորհիվ նրանք բարձր ճնշման ռոտորների կարիք չունեն, բարձր աղմուկ և թրթռումներ չեն արձակում։ Վառելիքի բջիջներում էլեկտրաէներգիան առաջանում է լուռ էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի արդյունքում: Նման սարքերում վառելիքի քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածվում է ջրի, ջերմության և էլեկտրականության:

Վառելիքի բջիջները տարբեր են բարձր արդյունավետությունև մեծ քանակությամբ ջերմոցային գազեր չեն արտադրում: Շահագործման ընթացքում բջիջների ելքը փոքր քանակությամբ ջուր է գոլորշու և ածխաթթու գազի տեսքով, որը չի արտազատվում, եթե որպես վառելիք օգտագործվում է մաքուր ջրածինը։

Արտաքին տեսքի պատմություն

1950-ականներին և 1960-ականներին ՆԱՍԱ-ի էներգիայի աղբյուրների կարիքը երկարաժամկետ տիեզերական առաքելությունների համար հրահրեց այդ ժամանակ գոյություն ունեցող վառելիքի բջիջների ամենախստապահանջ խնդիրներից մեկը: Ալկալային բջիջները որպես վառելիք օգտագործում են թթվածին և ջրածին, որոնք էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի ընթացքում վերածվում են տիեզերական թռիչքի ժամանակ օգտակար ենթամթերքների՝ էլեկտրականության, ջրի և ջերմության:

Վառելիքի բջիջներն առաջին անգամ հայտնաբերվել են 19-րդ դարի սկզբին՝ 1838 թվականին։ Միաժամանակ հայտնվեցին դրանց արդյունավետության մասին առաջին տեղեկությունները։

Ալկալային էլեկտրոլիտների օգտագործմամբ վառելիքի բջիջների վրա աշխատանքը սկսվել է 1930-ականների վերջին: Նիկելապատ էլեկտրոդներով բջիջներ բարձր ճնշումհայտնագործվել են միայն 1939 թ. Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ բրիտանական սուզանավերի համար ստեղծվել են վառելիքի բջիջներ՝ բաղկացած մոտ 25 սանտիմետր տրամագծով ալկալային բջիջներից։

Նրանց նկատմամբ հետաքրքրությունը մեծացավ 1950-80-ական թվականներին, ինչը բնութագրվում էր նավթային վառելիքի պակասով։ Աշխարհի երկրները սկսել են անդրադառնալ օդի աղտոտվածության խնդիրներին և միջավայրը, ձգտելով զարգանալ բնապահպանական տեսանկյունից անվտանգ ուղիներէլեկտրաէներգիա ստանալը. Վառելիքային բջիջների արտադրության տեխնոլոգիան ներկայումս ակտիվ զարգացում է ապրում։

Գործողության սկզբունքը

Ջերմությունը և էլեկտրականությունը գեներացվում են վառելիքի բջիջների կողմից էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի արդյունքում, որը տեղի է ունենում կաթոդի, անոդի և էլեկտրոլիտի միջոցով:

Կաթոդը և անոդը բաժանված են պրոտոն հաղորդիչ էլեկտրոլիտով: Կաթոդին թթվածնի, իսկ անոդին ջրածնի մատակարարումից հետո սկսվում է քիմիական ռեակցիա, որի արդյունքում առաջանում են ջերմություն, հոսանք և ջուր։

Անոդային կատալիզատորի վրա տարանջատվում է, ինչը հանգեցնում է նրա կողմից էլեկտրոնների կորստի։ Ջրածնի իոնները կաթոդ են մտնում էլեկտրոլիտի միջոցով, իսկ էլեկտրոնները անցնում են արտաքինից էլեկտրական ցանցև ստեղծել ուղղակի հոսանք, որն օգտագործվում է սարքավորումները սնուցելու համար: Կաթոդի կատալիզատորի վրա թթվածնի մոլեկուլը միավորվում է էլեկտրոնի և մուտքային պրոտոնի հետ, ի վերջո ձևավորելով ջուր, որը միակ ռեակցիայի արդյունքն է։

Տեսակներ

Վառելիքի բջիջի որոշակի տեսակի ընտրությունը կախված է դրա կիրառման տարածքից: Բոլոր վառելիքի բջիջները բաժանված են երկու հիմնական կատեգորիայի՝ բարձր ջերմաստիճան և ցածր ջերմաստիճան: Վերջիններս որպես վառելիք օգտագործում են մաքուր ջրածին։ Նման սարքերը, որպես կանոն, պահանջում են առաջնային վառելիքի վերամշակում մաքուր ջրածնի։ Գործընթացն իրականացվում է հատուկ սարքավորումների միջոցով։

Բարձր ջերմաստիճանի վառելիքի բջիջները դրա կարիքը չունեն, քանի որ դրանք փոխակերպում են վառելիքը բարձր ջերմաստիճանի դեպքում՝ վերացնելով ջրածնային ենթակառուցվածքի անհրաժեշտությունը:

Ջրածնային վառելիքի բջիջների շահագործման սկզբունքը հիմնված է քիմիական էներգիան էլեկտրական էներգիայի փոխակերպման վրա՝ առանց անարդյունավետ այրման գործընթացների և ջերմային էներգիան մեխանիկական էներգիայի վերածելու:

Ընդհանուր հասկացություններ

Ջրածնի վառելիքի բջիջները էլեկտրաքիմիական սարքեր են, որոնք արտադրում են էլեկտրաէներգիա բարձր արդյունավետ «սառը» վառելիքի այրման միջոցով: Նման սարքերի մի քանի տեսակներ կան. Ամենահեռանկարային տեխնոլոգիան համարվում է ջրածին-օդ վառելիքի բջիջները, որոնք հագեցած են պրոտոնափոխանակման թաղանթով PEMFC:

Պրոտոն հաղորդիչ պոլիմերային թաղանթը նախատեսված է երկու էլեկտրոդների՝ կաթոդի և անոդի բաժանման համար: Նրանցից յուրաքանչյուրը ներկայացված է կատալիզատորով պատված ածխածնային մատրիցով։ տարանջատվում է անոդային կատալիզատորի վրա՝ նվիրաբերելով էլեկտրոններ։ Կատիոնները մեմբրանի միջոցով հաղորդվում են դեպի կաթոդ, սակայն էլեկտրոնները տեղափոխվում են արտաքին միացում, քանի որ թաղանթը նախատեսված չէ էլեկտրոններ փոխանցելու համար:

Կաթոդի կատալիզատորի վրա թթվածնի մոլեկուլը միավորվում է էլեկտրական շղթայից եկող էլեկտրոնի և մուտքային պրոտոնի հետ՝ ի վերջո առաջացնելով ջուր, որը ռեակցիայի միակ արդյունքն է։

Ջրածնային վառելիքի բջիջները օգտագործվում են թաղանթ-էլեկտրոդային բլոկների արտադրության համար, որոնք հանդես են գալիս որպես էներգետիկ համակարգի հիմնական գեներացնող տարրեր:

Ջրածնի վառելիքի բջիջների առավելությունները

Դրանց թվում պետք է առանձնացնել.

• Հատուկ ջերմային հզորության բարձրացում:
• Գործառնական ջերմաստիճանի լայն շրջանակ:
• Ոչ մի թրթռում, աղմուկ և ջերմային կետ:
• Սառը մեկնարկի հուսալիություն:
• Ինքնալիցքաթափման բացակայություն, որն ապահովում է էներգիայի պահպանման երկար կյանք։
• Անսահմանափակ ինքնավարություն էներգիայի ինտենսիվությունը կարգավորելու ունակության շնորհիվ՝ փոխելով վառելիքի փամփուշտների քանակը:
• Գրեթե ցանկացած էներգիայի ինտենսիվության ապահովում՝ փոխելով ջրածնի պահեստավորման հզորությունը:
• Երկար ծառայության ժամկետ:
• Անաղմուկ և էկոլոգիապես մաքուր շահագործում:
• Բարձր մակարդակէներգիայի ինտենսիվությունը.
• Ջրածնի օտար կեղտերի նկատմամբ հանդուրժողականություն:

Կիրառման տարածք

Շնորհիվ բարձր արդյունավետությունՋրածնի վառելիքի բջիջները օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում.

• Դյուրակիր լիցքավորման սարք.
• Անօդաչու թռչող սարքերի էլեկտրամատակարարման համակարգեր.
• Անխափան սնուցման սարքեր:
• Այլ սարքեր և սարքավորումներ:

Ջրածնի էներգիայի հեռանկարները

Ջրածնի պերօքսիդի վառելիքային բջիջների լայն կիրառումը հնարավոր կլինի միայն ջրածնի արտադրության արդյունավետ մեթոդի ստեղծումից հետո։ Նոր գաղափարներ են պահանջվում տեխնոլոգիան ակտիվ կիրառման մեջ դնելու համար՝ մեծ հույսեր դնելով կենսավառելիքի բջիջների և նանոտեխնոլոգիայի հայեցակարգի վրա: Որոշ ընկերություններ համեմատաբար վերջերս թողարկել են տարբեր մետաղների վրա հիմնված արդյունավետ կատալիզատորներ, միևնույն ժամանակ տեղեկություններ են հայտնվել առանց թաղանթների վառելիքի բջիջների ստեղծման մասին, ինչը հնարավորություն է տվել զգալիորեն նվազեցնել արտադրության արժեքը և պարզեցնել նման սարքերի դիզայնը: Ջրածնային վառելիքի բջիջների առավելություններն ու բնութագրերը չեն գերազանցում դրանց հիմնական թերությունը՝ բարձր արժեքը, հատկապես ածխաջրածնային սարքերի համեմատությամբ: Մեկ ջրածնային էլեկտրակայանի ստեղծման համար պահանջվում է նվազագույնը 500 հազար դոլար։

Ինչպե՞ս կառուցել ջրածնի վառելիքի բջիջ:

Ցածր էներգիայի վառելիքի բջիջը կարող է ինքնուրույն ստեղծվել սովորական տան կամ դպրոցական լաբորատորիայի պայմաններում: Օգտագործված նյութերն են հին հակագազ, պլեքսիգլասի կտորներ, էթիլային սպիրտի և ալկալիի ջրային լուծույթ։

Ինքնուրույն ջրածնային վառելիքի բջիջի մարմինը պատրաստված է պլեքսիգլասից՝ առնվազն հինգ միլիմետր հաստությամբ: Խցիկների միջև միջնորմները կարող են ավելի բարակ լինել՝ մոտ 3 միլիմետր: Պլեքսիգլա սոսնձված միասին հատուկ սոսինձպատրաստված է քլորոֆորմից կամ դիքլորէթանից և պլեքսիգլասից։ Բոլոր աշխատանքները կատարվում են միայն այն ժամանակ, երբ գլխարկը աշխատում է:

Պատյանի արտաքին պատի մեջ փորված է 5-6 սանտիմետր տրամագծով անցք, որի մեջ տեղադրվում է ռետինե խցան և արտահոսքի ապակյա խողովակ։ Գազի դիմակից ակտիվացված ածխածինը լցվում է վառելիքի բջիջի մարմնի երկրորդ և չորրորդ խցիկները. այն կօգտագործվի որպես էլեկտրոդ:

Վառելիքը շրջանառվելու է առաջին խցիկում, իսկ հինգերորդը լցված է օդով, որից թթվածին է մատակարարվելու։ Էլեկտրոլիտը, որը լցվում է էլեկտրոդների միջև, ներծծվում է պարաֆինի և բենզինի լուծույթով, որպեսզի այն չմտնի օդային խցիկ: Պղնձե թիթեղները դրվում են ածուխի շերտի վրա՝ դրանց վրա եռակցված մետաղալարերով, որոնց միջոցով կշեղվի հոսանքը։

Հավաքված ջրածնային վառելիքի մարտկոցը լիցքավորվում է ջրով նոսրացված օղիով 1:1 հարաբերակցությամբ: Ստացված խառնուրդին խնամքով ավելացնում են կաուստիկ կալիումը՝ 70 գրամ կալիումը լուծվում է 200 գրամ ջրի մեջ։

Նախքան վառելիքի բջիջը ջրածնի վրա փորձարկելը, վառելիքը լցվում է առաջին խցիկի մեջ, իսկ էլեկտրոլիտը՝ երրորդ խցիկի մեջ: Էլեկտրոդներին միացված վոլտմետրը պետք է ցույց տա 0,7-ից 0,9 վոլտ: Տարրի շարունակական շահագործումն ապահովելու համար օգտագործված վառելիքը պետք է հեռացվի, իսկ նոր վառելիքը պետք է լցվի ռետինե խողովակի միջով: Խողովակը սեղմելով, վառելիքի մատակարարման արագությունը վերահսկվում է: Նման ջրածնի վառելիքի բջիջները, որոնք հավաքվում են տանը, ունեն փոքր հզորություն:

Fuel Cell #1 - Mother's Heart (որոնում The Womb of the Mother)
Ալոյը կգտնի վառելիքի առաջին բջիջը նույնիսկ նախքան ամբողջովին բաց աշխարհ մտնելը: Նախաձեռնությունից հետո մեր հերոսուհին կհայտնվի Մայրական սրտում՝ Նորա ցեղի սուրբ վայրում և Մատրիարխների բնակավայրում:

Անկողնուց վեր կենալով՝ Ալոյը հաջորդաբար կանցնի մի քանի սենյակներով և դրանցից մեկում կբախվի փակ դռան վրա, որը հնարավոր չէ բացել։ Նայեք շուրջը - մոտակայքում կլինի օդափոխման լիսեռ, որը զարդարված է վառվող մոմերով: դու այնտեղ:

Հանքավայրով անցնելուց հետո դուք կհայտնվեք փակ դռան հետևում։ Նայեք մոմերի կողքին գտնվող հատակին և առեղծվածային նպատակի պատի բլոկին. այստեղ վառելիքի տարր կա:

Կարևոր է.Եթե ​​դուք հիմա չեք վերցնում այս վառելիքի տարրը, ապա կկարողանաք կրկին հասնել այս վայր միայն խաղի վերջին փուլերում՝ «Նորայի սիրտը» առաջադրանքը կատարելուց հետո:

Վառելիքի բջիջ #2 - ավերակներ
Այս ավերակների մեջ Ալոյն արդեն եղել է. նա մանկուց այստեղ է ընկել։ Նախաձեռնությունն անցնելուց հետո արժե հիշել ձեր մանկությունը և նորից վերադառնալ այստեղ՝ վերցնելու երկրորդ վառելիքի բջիջը:

Փլատակների մուտքն այսպիսի տեսք ունի, համարձակ ցատկե՛ք.

Ձեզ անհրաժեշտ է ավերակների առաջին մակարդակը՝ ներքևի աջ հատվածը քարտեզի վրա ընդգծված մանուշակագույնով: Այստեղ մի դուռ կա, որ Ալոյը կբացի իր նիզակով։

Դռնով անցնելուց հետո բարձրացեք աստիճաններով և թեքվեք աջ - Ալոյը երիտասարդ տարիներին չէր կարող բարձրանալ այս ստալակտիտների միջով, բայց այժմ նա վիճաբանություն ունի: Կրկին հանեք նիզակը և կոտրեք ստալակտիտները - ճանապարհը պարզ է, մնում է վերցնել սեղանի վրա ընկած վառելիքի տարրը:

Fuel Cell #3 - Master's Limit (Master's Limit quest)
Եկեք գնանք հյուսիս: «Master's Limit»-ի պատմության որոնման ընթացքում Ալոյը ուսումնասիրում է Forerunners-ի հսկա ավերակները: Ավերակների տասներկուերորդ մակարդակում թաքնված է վառելիքի մեկ այլ տարր։

Պետք է ոչ միայն բարձրանալ ավերակների վերին մակարդակ, այլև մի փոքր բարձրանալ։ Բարձրացե՛ք շենքի գոյատևած հատվածը, մինչև հայտնվեք փոքր հարթակի վրա, որը բաց է բոլոր քամիների համար:

Այստեղ է գտնվում վառելիքի երրորդ բջիջը: Մնում է իջնել:

Fuel Cell #4 - Treasure of Death (quest Treasure of Death)
Այս վառելիքի բջիջը նույնպես թաքնված է քարտեզի հյուսիսային մասում, սակայն այն շատ ավելի մոտ է Նորա ցեղի հողերին։ Ալոյը նույնպես այստեղ կհասնի պատմության առաքելության անցման ժամանակ:

Տարերքին հասնելու համար Aloy-ին անհրաժեշտ է վերականգնել սնուցման սնուցումը դեպի փակ դռան, որը գտնվում է տեղանքի երրորդ մակարդակում:

Դա անելու համար դուք պետք է լուծեք մի փոքր գլուխկոտրուկ՝ դռան ներքևում գտնվող չորս կարգավորիչների երկու բլոկ կա:

Նախ, եկեք զբաղվենք կարգավորիչների ձախ բլոկով: Առաջին կարգավորիչը պետք է «նայի» վեր, երկրորդը «աջ», երրորդը «ձախ», չորրորդը «ներքև»:

Անցնում ենք աջ բլոկ։ Դուք չեք դիպչում առաջին երկու կարգավորիչներին, երրորդ և չորրորդ կարգավորիչները պետք է նայեն «ներքև»:

Մենք բարձրանում ենք մեկ աստիճան վեր՝ ահա կարգավորիչների վերջին բլոկը: Ճիշտ կարգն է՝ վեր, վար, ձախ, աջ:

Եթե ​​ամեն ինչ ճիշտ եք անում, ապա բոլոր կարգավորիչները կփոխեն գույնը փիրուզագույնի, էլեկտրամատակարարումը վերականգնված է: Վերադարձեք դեպի դուռը և բացեք այն. դա վառելիքի ևս մեկ տարր է:

Fuel Cell #5 - GAIA Prime (quest Fallen Mountain)
Վերջապես, վերջին վառելիքի բջիջը - և կրկին սյուժեի առաջադրանքում: Ալոյը ճանապարհորդում է դեպի GAIA Prime-ի ավերակներ:

Հատկապես զգույշ եղեք, երբ հասնեք երրորդ մակարդակ: Ինչ-որ պահի Էլան կկանգնի գրավիչ անդունդի առաջ, որտեղ դուք կարող եք իջնել պարանով. ձեզ հարկավոր չէ այնտեղ գնալ:

Ավելի լավ է թեքվեք ձախ և ուսումնասիրեք թաքնված քարանձավը, կարող եք մտնել դրա մեջ, եթե ուշադիր իջնեք լեռան լանջից:

Ներս մտեք և առաջ գնացեք մինչև վերջ։ Աջ կողմի վերջին սենյակում կլինի դարակ, որի վրա ընկած է վառելիքի վերջին տարրը:

Nissan ջրածնային վառելիքի բջիջ

Բջջային էլեկտրոնիկան տարեցտարի բարելավվում է, դառնում է ավելի լայն տարածում և ավելի մատչելի՝ PDA-ներ, նոութբուքեր, շարժական և թվային սարքեր, լուսանկարների շրջանակներ և այլն: Դրանք բոլորն անընդհատ թարմացվում են նոր հնարավորություններով, մեծ մոնիտորներով, անլար կապով և այլն: ուժեղ պրոցեսորներչափի նվազման ժամանակ: Էլեկտրաէներգիայի տեխնոլոգիաները, ի տարբերություն կիսահաղորդչային տեխնոլոգիայի, թռիչքներով և սահմաններովմի գնա.

Արդյունաբերության ձեռքբերումները սնուցելու համար առկա մարտկոցները և կուտակիչները դառնում են անբավարար, ուստի այլընտրանքային աղբյուրների հարցը շատ սուր է: Վառելիքի բջիջներն ամենահեռանկարային ուղղությունն են: Դրանց գործունեության սկզբունքը հայտնաբերել է դեռևս 1839 թվականին Ուիլյամ Գրովը, ով էլեկտրաէներգիա է արտադրել՝ փոխելով ջրի էլեկտրոլիզը։

Տեսանյութ՝ վավերագրական, փոխադրման վառելիքի բջիջներ. անցյալ, ներկա, ապագա

Վառելիքի բջիջները հետաքրքրում են ավտոարտադրողներին, դրանցով հետաքրքրված են նաև տիեզերանավերի ստեղծողները։ 1965 թվականին դրանք նույնիսկ Ամերիկայի կողմից փորձարկվեցին տիեզերք արձակված Gemini 5-ի վրա, իսկ ավելի ուշ՝ Apollo-ի վրա: Միլիոնավոր դոլարներ են ներդրվում վառելիքի բջիջների հետազոտության մեջ նույնիսկ այսօր, երբ խնդիրներ կան շրջակա միջավայրի աղտոտման, հանածո վառելիքի այրման արդյունքում ջերմոցային գազերի արտանետումների ավելացման հետ, որոնց պաշարները նույնպես անսահման չեն:

Վառելիքի բջիջը, որը հաճախ կոչվում է էլեկտրաքիմիական գեներատոր, գործում է ստորև նկարագրված ձևով:

Լինելով, ինչպես կուտակիչներն ու մարտկոցները, գալվանական բջիջ, բայց այն տարբերությամբ, որ ակտիվ նյութերը պահվում են դրանում առանձին։ Նրանք գալիս են էլեկտրոդներին, քանի որ դրանք օգտագործվում են: Բնական վառելիքը կամ դրանից ստացված ցանկացած նյութ այրվում է բացասական էլեկտրոդի վրա, որը կարող է լինել գազային (օրինակ, ջրածին և ածխածնի օքսիդ) կամ հեղուկ, ինչպես սպիրտները։ Դրական էլեկտրոդում, որպես կանոն, թթվածինը արձագանքում է։

Բայց պարզ թվացող գործողության սկզբունքը հեշտ չէ իրականություն դարձնել:

DIY վառելիքի բջիջ

Տեսանյութ՝ DIY ջրածնի վառելիքի բջիջ

Ցավոք, մենք չունենք լուսանկարներ, թե ինչպիսին պետք է լինի այս վառելիքի տարրը, մենք հույս ունենք ձեր երևակայության վրա:

Ցածր էներգիայի վառելիքի բջիջ ձեր սեփական ձեռքերով կարելի է պատրաստել նույնիսկ դպրոցական լաբորատորիայում: Անհրաժեշտ է համալրել հին գազի դիմակ, մի քանի կտոր plexiglass, ալկալի և էթիլային սպիրտ (ավելի պարզ՝ օղի) ջրային լուծույթ, որը կծառայի որպես «վառելիք» վառելիքի մարտկոցի համար։

Նախևառաջ անհրաժեշտ է վառելիքի բջիջի համար նախատեսված պատյան, որը լավագույնս պատրաստված է պլեքսիգլասից՝ առնվազն հինգ միլիմետր հաստությամբ: Ներքին միջնորմներ(հինգ խցիկ ներսում) կարելի է մի փոքր բարակել՝ 3 սմ։ Պլեքսիգլասը սոսնձելու համար օգտագործվում է հետևյալ բաղադրության սոսինձը՝ վեց գրամ պլեքսիգլասի չիպսերը լուծվում են հարյուր գրամ քլորոֆորմի կամ դիքլորէթանի մեջ (գործում են գլխարկի տակ)։

Արտաքին պատում այժմ անհրաժեշտ է անցք փորել, որի մեջ պետք է ռետինե խցանով 5-6 սանտիմետր տրամագծով ջրահեռացման ապակե խողովակ մտցնել:

Բոլորը գիտեն, որ ներքևի ձախ անկյունում գտնվող պարբերական համակարգում ամենաակտիվ մետաղներն են, իսկ բարձր ակտիվության մետաղները՝ վերին աջ անկյունում գտնվող աղյուսակում, այսինքն. էլեկտրոններ նվիրաբերելու ունակությունը մեծանում է վերևից ներքև և աջից ձախ: Սեղանի կենտրոնում են տարրերը, որոնք որոշակի պայմաններում կարող են դրսևորվել որպես մետաղներ կամ մետալոիդներ:

Այժմ, երկրորդ և չորրորդ խցիկում, մենք ակտիվացված ածխածին ենք լցնում գազի դիմակից (առաջին միջնորմի և երկրորդի, ինչպես նաև երրորդի և չորրորդների միջև), որը կգործի որպես էլեկտրոդներ: Որպեսզի ածուխը դուրս չթափվի անցքերի միջով, այն կարելի է տեղադրել նեյլոնե գործվածքի մեջ (կանացի նեյլոնե գուլպաները լավ կլինեն): IN

Վառելիքը կշրջանառվի առաջին խցիկում, հինգերորդում պետք է լինի թթվածնի մատակարար՝ օդ։ Էլեկտրոդների միջև կլինի էլեկտրոլիտ, և որպեսզի այն բաց չթողնի օդային խցիկ, անհրաժեշտ է այն թրջել բենզինի մեջ պարաֆինի լուծույթով (2 գրամ պարաֆին կես բաժակ բենզինի հարաբերակցությունը) չորրորդ խցիկը օդային էլեկտրոլիտի համար ածուխով լցնելուց առաջ: Ածուխի շերտի վրա պետք է դնել (թեթևակի սեղմելով) պղնձե թիթեղները, որոնց վրա լարերը զոդում են։ Դրանց միջոցով հոսանքը կշեղվի էլեկտրոդներից։

Մնում է միայն լիցքավորել տարրը: Դրա համար անհրաժեշտ է օղի, որը պետք է նոսրացնել ջրով 1:1: Այնուհետև զգուշորեն ավելացրեք երեք հարյուրից երեք հարյուր հիսուն գրամ կաուստիկ կալիում: Էլեկտրոլիտի համար 200 գրամ ջրի մեջ լուծվում է 70 գրամ կաուստիկ կալիում։

Վառելիքի բջիջը պատրաստ է փորձարկման:Այժմ դուք պետք է միաժամանակ վառելիք լցնել առաջին խցիկի մեջ, իսկ էլեկտրոլիտը՝ երրորդ: Էլեկտրոդներին կցված վոլտմետրը պետք է ցույց տա 07 վոլտից մինչև 0,9: Տարրի շարունակական շահագործումն ապահովելու համար անհրաժեշտ է ցամաքեցնել ծախսված վառելիքը (թափել բաժակի մեջ) և ավելացնել նոր վառելիք (ռետինե խողովակի միջոցով): Սնուցման արագությունը վերահսկվում է խողովակը սեղմելով: Այսպիսի տեսք ունի վառելիքի մարտկոցի աշխատանքը լաբորատոր պայմաններում, որի հզորությունը հասկանալիորեն փոքր է։

Տեսանյութ. Վառելիքի բջիջ կամ հավերժական մարտկոց տանը

Ուժն ավելի մեծացնելու համար գիտնականները երկար ժամանակ աշխատում էին այս խնդրի վրա։ Մեթանոլի և էթանոլի վառելիքի բջիջները տեղակայված են ակտիվ մշակման պողպատի վրա: Բայց, ցավոք, մինչ այժմ դրանք գործնականում կիրառելու միջոց չկա։

Ինչու է վառելիքի բջիջը ընտրվում որպես էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր

Որպես էներգիայի այլընտրանքային աղբյուր ընտրվել է վառելիքի բջիջ, քանի որ դրանում ջրածնի այրման վերջնական արդյունքը ջուրն է։ Խնդիրը միայն ջրածնի արտադրության էժան և արդյունավետ միջոց գտնելն է: Ջրածնի գեներատորների և վառելիքի բջիջների զարգացման համար ներդրված հսկայական միջոցները չեն կարող արդյունք չտալ, ուստի տեխնոլոգիական առաջընթացը և դրանց իրական օգտագործումը Առօրյա կյանք, միայն ժամանակի հարց է։

Արդեն այսօր ավտոմոբիլային արդյունաբերության հրեշները. General Motors-ը, Honda-ն, Dreimler Koisler-ը, Ballard-ը ցուցադրում են ավտոբուսներ և մեքենաներ, որոնք աշխատում են վառելիքի բջիջներով մինչև 50 կՎտ հզորությամբ: Սակայն դրանց անվտանգության, հուսալիության, արժեքի հետ կապված խնդիրները դեռ լուծված չեն: Ինչպես արդեն նշվեց, ի տարբերություն էներգիայի ավանդական աղբյուրների՝ մարտկոցների և մարտկոցների, այս դեպքում օքսիդիչը և վառելիքը մատակարարվում են դրսից, իսկ վառելիքի բջիջը միայն միջնորդ է շարունակական ռեակցիայի մեջ՝ վառելիքն այրելու և թողարկված էներգիան էլեկտրաէներգիայի վերածելու համար։ . «Այրումը» տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, եթե տարրը հոսանք է հաղորդում բեռին, ինչպես դիզելային գեներատորը, բայց առանց գեներատորի և դիզելային վառելիքի, ինչպես նաև առանց աղմուկի, ծխի և գերտաքացման: Միևնույն ժամանակ, արդյունավետությունը շատ ավելի բարձր է, քանի որ չկան միջանկյալ մեխանիզմներ։

Տեսանյութ. Ջրածնային վառելիքի բջջային մեքենա

Մեծ հույսեր են կապում նանոտեխնոլոգիաների և նանոնյութերի օգտագործման վրա, ինչը կօգնի փոքրացնել վառելիքի բջիջները՝ միաժամանակ ավելացնելով դրանց հզորությունը։ Տեղեկություններ են ստացվել, որ ստեղծվել են գերարդյունավետ կատալիզատորներ, ինչպես նաև վառելիքի բջիջների դիզայն, որոնք չունեն թաղանթ: Դրանցում օքսիդացնողի հետ միասին տարրին մատակարարվում է վառելիք (օրինակ՝ մեթան)։ Հետաքրքիր են լուծումները, որտեղ որպես օքսիդացնող նյութ օգտագործվում է ջրում լուծված թթվածինը, իսկ որպես վառելիք՝ աղտոտված ջրերում կուտակված օրգանական կեղտերը։ Սրանք այսպես կոչված կենսավառելիքի բջիջներն են:

Վառելիքի բջիջները, մասնագետների կարծիքով, կարող են զանգվածային շուկա դուրս գալ առաջիկա տարիներին