ENERGIA ELETTROCHIMICA. 2009. V. 9, n. 3. S.161-165

CDU 66,02; 536,7;

METODI PER IL TRATTAMENTO SUPERFICIALE DI PIASTRE BIPOLARI IN TITANIO DI CELLE A COMBUSTIBILE IDROGENO-ARIA

M. S. Vlaskin, E. I. Shkolnikov, E. A. Kiseleva, A. A. Chinenov* e V. P. Kharitonov*

Institute of New Energy Problems JIHT RAS, Mosca, Russia *CJSC "Rimos", Mosca, Russia E-mail: [e-mail protetta]

Ricevuto l'11 giugno 2009

L'articolo è dedicato allo studio dell'influenza dei trattamenti superficiali delle piastre bipolari (BP) sulle caratteristiche elettriche specifiche delle celle a combustibile (FC). Gli studi sono stati condotti su lastre a base di titanio. Vengono presi in considerazione due metodi di lavorazione BP: doratura elettrochimica e impianto di ioni di carbonio. Vengono presentate brevi descrizioni delle tecnologie di cui sopra, nonché la metodologia e i risultati degli esperimenti. È dimostrato che sia la placcatura in oro che il drogaggio al carbonio della superficie delle BP in titanio migliorano le caratteristiche elettriche delle FC. La diminuzione relativa delle resistenze ohmiche FC rispetto alle lastre di titanio non rivestite è stata di 1,8 per la doratura elettrochimica e di 1,4 per l'impianto ionico.

Parole chiave: celle a combustibile idrogeno-aria, piastre bipolari a base di titanio, impianto di carbonio, spettroscopia di impedenza.

Il lavoro è dedicato alla ricerca dell'influenza dei trattamenti superficiali delle piastre bipolari (BP) su specifiche caratteristiche elettriche del combustibile ce)(s (FC). Le ricerche sono state condotte su piastre sulla base del titano. Sono considerati due metodi di elaborazione BP: doratura elettrochimica e impiantazione ionica del carbonio. Nel lavoro vengono presentate brevi descrizioni delle tecnologie risultanti, nonché una tecnica e risultati di esperimenti. doratura chimica e 1.4 per impiantazione ionica.

Parole chiave: celle a combustibile idrogeno-aria, piastre bipolari a base di titanio, impianto di carbonio, spettroscopia di impedenza.

INTRODUZIONE

Attualmente, nel mondo vengono utilizzati due tipi principali di materiali per BP: BP da compositi polimerici di carbonio o grafite e BP in metallo.

La ricerca nel campo della grafite BP ha portato a un significativo miglioramento delle loro proprietà fisiche e chimiche e delle loro caratteristiche specifiche. Gli alimentatori a base di grafite sono più resistenti alla corrosione di quelli in metallo, ma il loro principale svantaggio è ancora la loro debole resistenza meccanica, che ne impedisce l'uso nelle celle a combustibile per i trasporti e nelle centrali elettriche portatili portatili.

A questo proposito, i metalli presentano numerosi indubbi vantaggi rispetto ai materiali in carbonio. Sono caratterizzati da maggiore conducibilità termica ed elettrica, assenza di pori, impermeabilità ai gas ed elevata resistenza meccanica. Gli alimentatori in metallo sono anche più economici degli alimentatori in grafite. Tuttavia, tutti i suddetti vantaggi dei metalli sono ampiamente svalutati da svantaggi come la bassa resistenza alla corrosione e l'elevata resistenza al contatto con gli strati di diffusione del gas di carbonio (GDL).

Il metallo più promettente come materiale per la produzione di alimentatori è il titanio. Il documento presenta alcuni vantaggi degli alimentatori in titanio. Il titanio ha buone proprietà meccaniche e la contaminazione con ioni di titanio non è pericolosa per il catalizzatore dell'unità elettrodo a membrana (MEA). La resistenza alla corrosione del titanio è anche una delle più alte tra i metalli, tuttavia, nell'ambiente aggressivo delle celle a combustibile, il titanio deve ancora essere protetto dalla corrosione. Un ulteriore fattore nella ricerca di rivestimenti per il titanio è la sua elevata resistenza al contatto con gli HDS di carbonio.

Il nostro laboratorio (JIHT RAS Laboratory of Aluminium Hydrogen Energy) è impegnato nello sviluppo di fonti di energia portatili basate su celle a combustibile idrogeno-aria (HHFC). Il titanio è stato scelto come materiale BP, anche per quanto sopra. I lavori da noi eseguiti in precedenza hanno confermato la necessità di ricercare rivestimenti e/o metodi per la sua ulteriore lavorazione.

Un modo ben noto per proteggere la superficie del titanio è ricoprirlo di oro. Questo rivestimento aumenta la resistenza alla corrosione e riduce la resistenza ohmica della cella a combustibile, il che porta ad un miglioramento delle sue caratteristiche elettriche. Tuttavia, questa tecnologia è

© 2009

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

costoso, principalmente a causa dell'uso di metalli preziosi.

In questo documento, oltre alla doratura elettrochimica, viene considerato un metodo per la produzione di un PB dal titanio con la successiva lavorazione mediante impiantazione ionica. La legatura della superficie del BP con il carbonio crea un'ulteriore protezione dalla corrosione e riduce la resistenza al contatto con il carbonio GDS. Questa tecnologia promette di ridurre i costi di produzione degli alimentatori, pur mantenendo elevate caratteristiche elettriche.

L'articolo presenta i risultati di esperimenti che confrontano le caratteristiche elettriche di un alimentatore in titanio "puro" (cioè senza rivestimenti), titanio rivestito elettrochimicamente con oro e titanio legato con carbonio mediante il metodo dell'impianto ionico.

1. TECNICA SPERIMENTALE

La curva corrente-tensione e l'impedenza FC sono state scelte come caratteristiche elettriche, con l'aiuto delle quali sono stati confrontati tra loro i suddetti metodi di produzione di un alimentatore in titanio. Gli esperimenti sono stati condotti su un impedenziometro specializzato Z-500PX (con le funzioni di un potenziostato) prodotto da Elins LLC. L'FC è stato caricato con un carico elettronico integrato nell'impedenza in modalità potenziostatica a tensioni di 800, 700, 600 e 500 mV. Ad ogni tensione, l'FC è stato mantenuto per 2000 s per raggiungere uno stato stazionario, dopodiché è seguita la misurazione dell'impedenza. In ogni caso, dopo l'esposizione e

quando la cella a combustibile ha raggiunto lo stato stazionario, sono stati presi 5 odografi. Durante la misurazione dell'impedenza, l'ampiezza del segnale di tensione sinusoidale perturbante era di 10 mV, l'intervallo di frequenza era di 105-1 Hz. Le curve corrente-tensione sono state tracciate da valori stazionari.

Tutti gli esperimenti sono stati condotti su HVFE di prova modello appositamente realizzati (Fig. 1). L'elemento di test è un singolo MEA, inserito tra due piastre di raccolta di corrente, che sono analoghe alle piastre terminali nelle batterie FC. La dimensione complessiva delle piastre collettore di corrente è di 28x22 mm, lo spessore è di 3 mm ciascuna. Per comodità della collezione attuale, i piatti hanno speciali "code" 4x4 mm. Dimensione superficie attiva 12x18 mm (2,16 cm2). L'idrogeno viene fornito al MEA attraverso la piastra del collettore di corrente anodica e si propaga secondo il campo di flusso dato sulla superficie attiva di questa piastra. L'aria alimenta il VVTE per convezione naturale. La piastra del collettore catodico ha 4 canali con un diametro di 2 mm con fessure nell'area della superficie attiva. La lunghezza del canale attraverso il quale viene distribuita l'aria è di 22 mm. I MEA a tre elementi sono realizzati in Mayop 212, con un consumo di catalizzatore di platino di 0,2 mg/cm2 all'anodo e 0,5 mg/cm2 al catodo.

I test VVTE sono stati assemblati dagli stessi componenti, ad eccezione delle piastre del collettore di corrente. Tre paia di piastre di raccolta della corrente sono state realizzate in titanio VT1-0. La prima coppia era in titanio "puro" rettificato

Riso. 1. Testare la cella a combustibile in uno stato collassabile. Dettagli da sinistra a destra: piastra collettore di corrente anodica, guarnizione, anodo GDS, MEA, catodo HDS, guarnizione, piastra collettore di corrente catodica; fondo - viti e dadi di fissaggio

lastre, cioè senza rivestimenti e senza alcuna lavorazione aggiuntiva. Il secondo è stato rivestito con oro di 3 µm di spessore attraverso un sottostrato di nichel di 2 µm di spessore mediante il metodo elettrochimico standard. La terza coppia è stata drogata con carbonio mediante impiantazione ionica.

Il processo tecnologico di impiantazione ionica è noto da circa 50 anni. Si basa sull'introduzione di ioni accelerati di una sostanza nel materiale bersaglio per modificare le proprietà fisiche e chimiche della sua superficie. L'impianto ionico di titanio BP e piastre terminali è stato effettuato presso uno stand specializzato di CJSC "RIMOS". Lo stand è un iniettore in grado di creare fasci ionici accelerati di varie sostanze in condizioni di alto vuoto oil-free. Le piastre in titanio impiantate su questo supporto hanno un'elevata resistenza alla corrosione e continuità di lega. Le lastre di titanio sono state sottoposte a trattamento con fascio ionico a un'energia ionica di 20 keV, una dose di impianto di 1018 cm-2 e una temperatura del prodotto lavorato di 300 °C ± 10 °C.

La dose di impianto di carbonio è stata misurata lungo la profondità del profilo di distribuzione di una piastra di titanio lucidata mediante il metodo della spettrometria di massa di ioni secondari sull'apparecchiatura CAMECA 1M84B (Francia). La curva di distribuzione della concentrazione di carbonio nel titanio è mostrata in fig. 2. Secondo la figura, la profondità dello strato superficiale di carbonio è 200^220 nm, che è sufficiente per ottenere proprietà fisiche e chimiche fondamentalmente nuove della superficie BP.

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

Profondità, micron

Riso. 2. Curva di distribuzione della concentrazione di carbonio nel titanio

2. RISULTATI E DISCUSSIONE

Sulla fig. La Figura 3 mostra le curve volt-ampere e le corrispondenti curve di densità di potenza per celle a combustibile con diverse piastre di raccolta di corrente. I valori assoluti della corrente e della potenza sono riferiti alla superficie attiva MEA, che è di 2,16 cm2. Dalla figura risulta chiaramente che sia l'alligazione con il carbonio che la doratura elettrochimica comportano un miglioramento delle caratteristiche specifiche delle celle a combustibile. Va notato che le caratteristiche volt-ampere mostrano simultaneamente perdite di attivazione, ohmica e diffusione in una cella a combustibile. Le perdite di attivazione sono associate al superamento della barriera energetica delle reazioni degli elettrodi, le perdite ohmiche sono la somma delle resistenze elettriche di ciascuno degli strati FC elettricamente conduttivi e delle resistenze di contatto tra di essi e le perdite di diffusione sono associate a una mancanza di fornitura di reagenti alla regione di reazione MEA. Nonostante il fatto che, di norma, uno dei tre tipi di perdite sopra elencati prevalga in varie aree di densità di corrente, le curve corrente-tensione e le curve di densità di potenza non sono sufficienti per quantificare l'uno o l'altro metodo di elaborazione dell'alimentatore (piastre terminali). Nel nostro caso sono interessanti le perdite ohmiche delle FC. Le perdite di attivazione e diffusione sono le stesse per tutte le celle a combustibile in prima approssimazione: perdite di attivazione dovute all'uso dello stesso MEA con lo stesso consumo di catalizzatore, perdite di diffusione dovute allo stesso design delle piastre del collettore di corrente di prova.

Gli odografi dell'impedenza ottenuti nel corso degli esperimenti sono stati utilizzati per identificare le perdite ohmiche. I risultati di questa parte degli esperimenti sono mostrati nelle Figg. 4. A titolo di esempio, le figure mostrano uno dei cinque odografi presi in ciascun caso dopo che la FC ha raggiunto lo stato stazionario.

La spettroscopia di impedenza consente di quantificare le perdite elettriche delle FC. I documenti presentano una descrizione di questo metodo in relazione a HVTE. Secondo le regole di interpretazione degli odografi, la resistenza ohmica è la parte reale dell'impedenza alle alte frequenze (/ = 105-104 Hz). Il valore viene selezionato nel punto di intersezione dell'odografo con l'asse delle ascisse (1m R = 0) nella regione ad alta frequenza. Inoltre, con l'aiuto degli odografi, si trova la capacità del doppio strato sulla superficie dell'elettrodo/elettrolita. Il diametro del semicerchio dell'odografo caratterizza la totale resistenza al passaggio della carica attraverso questo strato. Sulla fig. Nella gamma sono presentati 4 odografi di impedenza

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Riso. 3. Curve volt-ampere (a) e corrispondenti curve di densità di potenza (b): - - - titanio non rivestito,

W- - titanio + C, -■- - titanio + N1 + Au

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1t, da 3,8 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

Riso. Fig. 4. Impedenza TE a polarizzazione costante, mV: a - 800, b - 700 c - 600, d - 500: - titanio non rivestito;

Titanio + N1 + Au; o - titanio + C

frequenze di 105-1 Hz, dal momento che vale la pena notare le perdite per diffusione piuttosto elevate delle celle a combustibile (oltre 2 Ohm-cm2). Tuttavia, ciò non è una conseguenza del trattamento superficiale delle piastre in titanio, ma è associato al design della piastra del collettore di corrente catodica e alle condizioni di convezione naturale quando l'aria viene fornita al MEA.

La tabella mostra i valori assoluti delle resistenze ohmiche a seconda della polarizzazione della cella a combustibile e del metodo di elaborazione delle sue piastre di raccolta della corrente, nonché dei loro errori sistematici. I risultati indicano che la placcatura in oro riduce la resistenza ohmica totale di un fattore di circa 1,8 rispetto al titanio non rivestito a causa di una diminuzione delle perdite di contatto. Il drogaggio con ioni di carbonio dà un guadagno di ~1,4 volte, rispettivamente. Il valore dell'intervallo di confidenza indica l'elevata accuratezza delle misurazioni dei valori di resistenza ohmica.

Resistenza ohmica di una cella a combustibile (Ohm) con piastre collettrici di corrente in titanio non rivestito, titanio rivestito elettrochimicamente con N1, Au e titanio drogato con ioni C+, a seconda della polarizzazione della cella a combustibile

Campione di tensione TE, mV

Titanio non rivestito 0,186 0,172 0,172 0,169

Titanio+Ni, Au 0,1 0,098 0,097 0,093

Titanio+C 0,131 0,13 0,125 0,122

Pertanto, è stato dimostrato che sia la placcatura in oro che la lega di carbonio del titanio BP riducono la loro resistenza al contatto con gli HDD in carbonio. Rivestire i wafer con oro risulta essere leggermente più vantaggioso in termini di caratteristiche elettriche rispetto alla loro lavorazione per impiantazione ionica.

Tutto quanto sopra suggerisce che sia l'una che l'altra delle tecnologie considerate possono essere utilizzate per elaborare il titanio BP.

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Elettrodi SOFC prodotti presso l'Institute of Solid State Physics RAS: verde - anodo e nero - catodo. Le celle a combustibile si trovano su piastre bipolari per batterie SOFC

Un mio amico ha recentemente visitato l'Antartide. Un viaggio divertente! - ha detto, l'attività turistica è ugualmente sviluppata per portare il viaggiatore sul posto e fargli godere della dura magnificenza dell'Artico senza morire di freddo. E non è così facile come potrebbe sembrare, anche con la tecnologia moderna: l'elettricità e il calore in Antartide valgono il loro peso in oro. Giudicate voi stessi, i generatori diesel convenzionali inquinano la neve vergine e richiedono l'erogazione di una grande quantità di carburante e le fonti di energia rinnovabile non sono ancora molto efficienti. Ad esempio, alla stazione del museo popolare tra i turisti antartici, tutta l'energia è generata dalla forza del vento e del sole, ma all'interno del museo fa fresco e quattro custodi fanno la doccia solo sulle navi che portano ospiti da loro.

I problemi con un'alimentazione costante e ininterrotta sono familiari non solo agli esploratori polari, ma anche a qualsiasi produttore e persona che vive in aree remote.

Possono essere risolti con nuovi modi di immagazzinare e generare energia, tra i quali le fonti di corrente chimica sembrano le più promettenti. In questi mini-reattori, l'energia delle trasformazioni chimiche direttamente, senza conversione in calore, viene convertita in elettricità. Pertanto, le perdite e, di conseguenza, il consumo di carburante sono drasticamente ridotte.

Diverse reazioni possono verificarsi nelle fonti di energia chimica, e ognuna ha i suoi vantaggi e svantaggi: alcune "falliscono" rapidamente, altre possono funzionare solo in determinate condizioni, ad esempio temperature ultra elevate o con un combustibile rigorosamente definito, come l'idrogeno puro. Un gruppo di scienziati dell'Istituto di fisica dello stato solido dell'Accademia delle scienze russa (ISSP RAS) guidato da Sergei Bredikhin ha scommesso sulla cosiddetta cella a combustibile a ossidi solidi (SOFC). Gli scienziati sono fiduciosi che con il giusto approccio sarà in grado di sostituire i generatori inefficienti nell'Artico. Il loro progetto è stato sostenuto nell'ambito del Federal Target Program "Research and Development for 2014-2020".

Sergey Bredikhin, capo del progetto FTP "Sviluppo di una tecnologia scalabile da laboratorio per la produzione di SOFC planari e il concetto di creare sulla base centrali elettriche per vari scopi e strutture, comprese quelle ibride, con la produzione e il collaudo di un campione sperimentale su piccola scala di una centrale elettrica con una capacità di 500 - 2000 W"

Senza rumore e polvere, ma con pieno ritorno

Oggi, la lotta nell'industria energetica è per una produzione di energia utile: gli scienziati si battono per ogni percentuale di efficienza. I generatori che funzionano secondo il principio della combustione interna con combustibili a base di idrocarburi sono ampiamente utilizzati: olio combustibile, carbone, gas naturale (quest'ultimo tipo di combustibile è il più rispettoso dell'ambiente). Le perdite durante il loro utilizzo sono significative: anche con la massima ottimizzazione, l'efficienza di tali impianti non supera il 45%. Allo stesso tempo, durante il loro funzionamento, si formano ossidi di azoto (NOx) che, interagendo con l'acqua nell'atmosfera, si trasformano in acidi piuttosto aggressivi.

Batteria SOFC sotto carico meccanico

Le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) non hanno questi "effetti collaterali". Tali impianti hanno un'efficienza superiore al 50% (e questo solo in termini di produzione di elettricità, e tenendo conto della potenza termica, l'efficienza può raggiungere l'85-90%) e non emettono composti pericolosi nell'atmosfera.

“Questa è una tecnologia molto importante per l'Artico o la Siberia, dove l'ambiente e i problemi con la consegna del carburante sono particolarmente importanti. Poiché i SOFC consumano molte volte meno carburante, ha spiegato Sergey Bredikhin. "Devono lavorare senza sosta, quindi sono adatti a lavorare in una stazione polare o in un aeroporto settentrionale".

Con un consumo di carburante relativamente basso, tale installazione funziona anche senza manutenzione fino a 3-4 anni. “Il generatore diesel, che oggi è il più utilizzato, richiede un cambio d'olio ogni mille ore. E SOFC funziona 10-20 mila ore senza manutenzione", ha sottolineato Dmitry Agarkov, ricercatore junior presso ISSP.

Dall'idea alla batteria

Il principio di funzionamento di SOFC è abbastanza semplice. Sono una "batteria" in cui sono assemblati diversi strati di celle a combustibile ad ossido solido. Ogni elemento ha un anodo e un catodo, il carburante gli viene fornito dal lato dell'anodo e l'aria gli viene fornita dal lato del catodo. È interessante notare che una varietà di combustibili è adatta per SOFC, dall'idrogeno puro al monossido di carbonio e vari composti di idrocarburi. Come risultato delle reazioni che si verificano all'anodo e al catodo, si consumano ossigeno e carburante e si crea una corrente ionica tra gli elettrodi. Quando una batteria è incorporata in un circuito elettrico, la corrente inizia a fluire in quel circuito.

Simulazione al computer della distribuzione delle correnti e dei campi di temperatura in una batteria di SOFC di dimensioni 100×100 mm.

Una caratteristica spiacevole del funzionamento SOFC è la necessità di temperature elevate. Ad esempio, un campione raccolto presso l'Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, opera a 850°C. Per riscaldarsi alla temperatura di esercizio, il generatore impiega circa 10 ore, ma poi funzionerà per diversi anni.

Le celle a ossido solido in fase di sviluppo presso l'Institute of Solid State Physics RAS produrranno fino a due kilowatt di elettricità, a seconda delle dimensioni della piastra del combustibile e del numero di queste piastre nella batteria. Sono già stati assemblati e testati piccoli modelli di batterie da 50 watt.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alle lastre stesse. Una piastra è composta da sette strati, ognuno dei quali ha una propria funzione. Due strati sul catodo e sull'anodo catalizzano la reazione e lasciano passare gli elettroni, lo strato ceramico tra di loro isola diversi mezzi (aria e carburante), ma consente il passaggio di ioni di ossigeno carichi. Allo stesso tempo, la membrana stessa deve essere sufficientemente resistente (la ceramica di questo spessore si danneggia molto facilmente), quindi essa stessa è composta da tre strati: quello centrale conferisce le proprietà fisiche necessarie - elevata conduttività ionica - e gli strati aggiuntivi depositati su entrambi i lati conferiscono resistenza meccanica. Tuttavia, una cella a combustibile è molto sottile, non più di 200 micron di spessore.

Strati SOFC

Ma una cella a combustibile non è sufficiente: l'intero sistema deve essere collocato in un contenitore resistente al calore che resista al funzionamento per diversi anni a una temperatura di 850 ° C. A proposito, nell'ambito del progetto, per proteggere gli elementi strutturali metallici, gli scienziati dell'Istituto di fisica dello stato solido dell'Accademia delle scienze russa utilizzano rivestimenti sviluppati nel corso di un altro progetto.

"Quando abbiamo avviato questo progetto, ci siamo trovati di fronte al fatto che non abbiamo nulla nel nostro paese: nessuna materia prima, nessun adesivo, nessun sigillante", ha detto Bredikhin. “Dovevamo fare tutto. Abbiamo fatto simulazioni, praticate su piccole celle a combustibile sotto forma di pillole. Abbiamo capito cosa dovrebbero essere in termini di composizione e configurazione e come dovrebbero essere posizionati.

Inoltre, si deve tener conto del fatto che la cella a combustibile funziona in un ambiente ad alta temperatura. Ciò significa che è necessario garantire la tenuta, controllare che alla temperatura target i materiali non reagiscano tra loro. Un compito importante era "sincronizzare" l'espansione di tutti gli elementi, perché ogni materiale ha il proprio coefficiente lineare di dilatazione termica, e se qualcosa non è coordinato, i contatti possono allontanarsi, i sigillanti e gli adesivi possono rompersi. I ricercatori hanno ricevuto un brevetto per la fabbricazione di questo elemento.

Sulla strada per l'implementazione

Questo è probabilmente il motivo per cui il gruppo Bredikhin presso l'Institute of Solid State Physics ha costruito un intero sistema di preparazione graduale prima dei materiali, poi delle piastre e, infine, delle celle a combustibile e dei generatori. Oltre a questa ala applicata, c'è anche una direzione che si occupa della scienza fondamentale.

All'interno delle mura dell'Institute of Solid State Physics, viene effettuato un rigoroso controllo di qualità di ogni lotto di celle a combustibile.

Il partner principale di questo progetto è il Krylov State Research Center, che funge da principale sviluppatore della centrale elettrica, compreso lo sviluppo della necessaria documentazione di progettazione e la produzione di hardware presso il suo impianto pilota. Parte del lavoro è svolto da altre organizzazioni. Ad esempio, una membrana ceramica che separa il catodo e l'anodo è prodotta dalla società di Novosibirsk NEVZ-Ceramics.

A proposito, la partecipazione del centro cantieristico al progetto non è casuale. Sottomarini e droni sottomarini possono diventare un'altra promettente area di applicazione SOFC. Anche per loro è estremamente importante per quanto tempo possono essere completamente offline.

Il partner industriale del progetto, la Energy Without Borders Foundation, potrebbe organizzare la produzione di piccoli lotti di generatori da due kilowatt presso il Centro di ricerca di Krylov, ma gli scienziati sperano in una significativa espansione della produzione. Secondo gli sviluppatori, l'energia ricevuta nel generatore SOFC è competitiva anche per l'uso domestico negli angoli remoti della Russia. Il costo di un kWh per loro dovrebbe essere di circa 25 rubli e con l'attuale costo dell'energia in Yakutia fino a 100 rubli per kWh, un tale generatore sembra molto attraente. Il mercato è già stato preparato, Sergei Bredikhin ne è sicuro, l'importante è avere il tempo di mettersi alla prova.

Nel frattempo, le società straniere stanno già introducendo generatori basati su SOFC. Il leader in questa direzione è l'americano Bloom Energy, che produce installazioni da 100 kilowatt per potenti centri di calcolo di aziende come Google, Bank of America e Walmart.

Il vantaggio pratico è chiaro: gli enormi data center alimentati da tali generatori dovrebbero essere indipendenti dalle interruzioni di corrente. Ma oltre a ciò, le grandi aziende cercano di mantenere l'immagine di aziende progressiste che hanno a cuore l'ambiente.

Solo qui negli Stati Uniti, sono dovuti ingenti pagamenti governativi per lo sviluppo di tali tecnologie "verdi": fino a $ 3.000 per ogni kilowatt di energia generata, che è centinaia di volte superiore al finanziamento per i progetti russi.

In Russia, c'è un'altra area in cui l'uso dei generatori SOFC sembra molto promettente: questa è la protezione catodica delle condutture. Prima di tutto, stiamo parlando di gasdotti e oleodotti che si estendono per centinaia di chilometri attraverso il paesaggio deserto della Siberia. È stato stabilito che quando viene applicata tensione a un tubo metallico, è meno suscettibile alla corrosione. Ora le stazioni di protezione catodica operano su termogeneratori, che devono essere costantemente monitorati e la cui efficienza è solo del 2%. Il loro unico vantaggio è il loro basso costo, ma se guardi a lungo termine, prendi in considerazione il costo del carburante (e sono alimentati dal contenuto del tubo), e questo loro "pregio" sembra poco convincente. Con l'ausilio di stazioni basate su generatori SOFC, è possibile organizzare non solo una fornitura ininterrotta di tensione al gasdotto, ma anche la trasmissione di elettricità per i rilievi telemetrici ... Dicono che la Russia senza scienza sia una pipa. Si scopre che anche questa pipa senza scienza e nuove tecnologie è una pipa.

Lo sviluppo delle celle a combustibile è probabilmente la tecnologia più ambita oggi nel settore dei trasporti, poiché gli sviluppatori spendono ingenti somme ogni anno alla ricerca di una valida alternativa (o complemento) al motore a combustione interna. Negli ultimi anni, gli ingegneri Dana hanno dedicato le loro capacità produttive e ingegneristiche alla sfida di ridurre la dipendenza del veicolo dalle fonti energetiche tradizionali. Nel corso della storia umana, le principali fonti di energia sono passate dai combustibili solidi (come legno e carbone) a quelli liquidi (petrolio). Nei prossimi anni, come molti credono, i prodotti gassosi diventeranno gradualmente la fonte di energia dominante in tutto il mondo.

In breve, una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte l'energia di una reazione chimica direttamente in elettricità, calore e cenere. Questo processo cambia in meglio la bassa efficienza della tradizionale conversione termomeccanica dei portatori di energia.

Riso. veicolo a celle a combustibile

L'idrogeno è il primo esempio di combustibile gassoso rinnovabile che consente una tale reazione e, in ultima analisi, l'energia elettrica. E questo processo non inquina l'ambiente.

Un modello tipico di una cella a combustibile che utilizza l'energia dell'idrogeno include l'idrogeno che fluisce verso l'anodo della cella a combustibile, dove, attraverso un processo elettrochimico in presenza di un catalizzatore di platino, le molecole di idrogeno vengono scisse in elettroni e ioni caricati positivamente. Gli elettroni viaggiano e bypassano la membrana a scambio protonico (PEM), generando così una corrente elettrica. Allo stesso tempo, gli ioni idrogeno positivi continuano a diffondersi attraverso la cella a combustibile attraverso il PEM. Gli elettroni e gli ioni idrogeno positivi si combinano quindi con l'ossigeno sul lato del catodo per formare acqua e generare calore. A differenza di un'auto tradizionale con motore a combustione interna, qui l'elettricità viene immagazzinata in batterie o va direttamente ai motori di trazione, che a loro volta azionano le ruote.

Un ostacolo ai sistemi di celle a combustibile è l'attuale mancanza di infrastrutture per produrre o fornire quantità sufficienti di idrogeno. Di conseguenza, la disponibilità del tipo specifico di combustibile utilizzato nella cella a combustibile rimane un importante problema irrisolto. La benzina e il metanolo sono i vettori energetici più probabili per le celle a combustibile. Tuttavia, ogni carburante deve ancora affrontare le proprie sfide.

La tecnologia è attualmente in fase di sviluppo per piastre bipolari brasate a maglia composita, condotti e isolatori integrati. Gli ingegneri stanno sviluppando piastre bipolari metalliche con rivestimenti speciali, canali di regioni di corrente ad alta temperatura, isolanti ad alta temperatura e schermatura ad alta temperatura. Sviluppano inoltre metodi e progetti di controllo per processori di combustibile, condensatori di vapore, preriscaldatori e moduli di raffreddamento con ventole e motori integrati. Sono in fase di sviluppo soluzioni per il trasporto di idrogeno, liquidi carboniosi, acqua deionizzata e aria in varie parti del sistema. Il team di filtrazione di Dana sviluppa filtri per l'ingresso dell'aria del sistema di celle a combustibile.

È riconosciuto che l'idrogeno è il combustibile del futuro. Si ritiene inoltre comunemente che le celle a combustibile alla fine avranno un impatto significativo sull'industria automobilistica.

Auto e camion con celle a combustibile ausiliarie per alimentare l'aria condizionata e altri dispositivi elettronici dovrebbero arrivare presto sulle strade.

Riso. Celle a combustibile su un'auto (

I titolari del brevetto RU 2267833:

L'invenzione riguarda l'industria automobilistica, cantieristica, energetica, chimica ed elettrochimica, in particolare nell'elettrolisi per la produzione di cloro, ed è utilizzabile nella produzione di celle a combustibile con unità membrana-elettrodo. Il risultato tecnico dell'invenzione è quello di espandere la funzionalità, migliorare le proprietà operative e le caratteristiche delle piastre bipolari e della cella a combustibile nel suo insieme, ottenere piastre bipolari con sporgenze portatrici di corrente di forma e posizione arbitrarie con un'altezza delle sporgenze da 0,3 a 2,0 mm, nonché aumentare l'efficienza del trasporto dei reagenti e la rimozione dei prodotti di reazione, aumentare la resistenza alla corrosione lungo la periferia con un carico tecnologico, che è un tutt'uno con una parte centrale elettricamente conduttiva avente un carico funzionale. Una piastra bipolare costituita da parti periferiche con fori e una parte centrale con sporgenze conduttrici di corrente di forma arbitraria, le cui sommità si trovano sullo stesso piano con le parti periferiche, mentre le sporgenze conduttrici di corrente sono realizzate con una determinata area di base, con un diametro ridotto alla base di 0,5-3,0 mm, un'altezza da 0,3 a 2,0 mm e con un passo tra i centri delle sporgenze conduttrici di 1,0-4,0 mm. Il metodo per produrre una piastra bipolare include la preparazione di una resina termoindurente di una data composizione in un solvente volatile con un riempitivo di carbonio, la miscelazione, l'essiccamento, la ricottura e la pressatura mediante caricamento ripetuto a una pressione di 15-20 MPa a una temperatura di indurimento della resina. In questo caso la ricottura dell'impasto viene effettuata ad una temperatura di 50-60°C inferiore alla temperatura di termoindurimento dell'impasto. Quando si prepara una miscela di polveri di carbone con un solvente, il rapporto tra fase solida e fase liquida è compreso tra 1:3 e 1:5. Nella composizione della miscela iniziale per la pressatura aggiungere lo 0,1-3% di agente espandente. 2 n. e 6 zp f-ly, 3 ill.

L'invenzione riguarda l'industria automobilistica, cantieristica, energetica, chimica ed elettrochimica, in particolare nell'elettrolisi per la produzione di cloro, ed è utilizzabile nella produzione di celle a combustibile con unità membrana-elettrodo.

Placche bipolari conosciute, costituite dalle parti centrali e periferiche situate attorno alla parte centrale. Sulla parte centrale, su uno o entrambi i lati, sono disposte scanalature labirintiche longitudinali parallele per la distribuzione dei flussi di reagenti gassosi, formanti sporgenze funzionali portanti corrente con vertici posti sullo stesso piano, con un foro centrale e due diagonali per la circolazione e la distribuzione dei flussi di elettroliti. Sulle parti periferiche delle piastre sono presenti fori passanti per il loro assemblaggio in confezione. Le parti periferiche e centrali sono separate da un elemento di tenuta lungo il perimetro della parte centrale. Allo stesso tempo, per una distribuzione organizzata dei flussi di reagenti gassosi, le scanalature longitudinali parallele, come le sporgenze funzionali portanti corrente, hanno una direzione labirintica dal foro centrale ai fori periferici o viceversa, vedere il catalogo pubblicitario di Schunk KOHLNSTOFF GmbH.

Gli svantaggi delle note piastre bipolari per celle a combustibile sono una diminuzione dell'efficienza del trasporto dei reagenti e la rimozione dei prodotti di reazione nelle aree schermate del collettore di corrente poroso e, di conseguenza, una diminuzione della densità di corrente della cella a combustibile a una data tensione, la possibilità di ostruire i canali con gocce di acqua di condensazione durante le fluttuazioni del regime di temperatura della cella a combustibile e / o del bilancio idrico del sistema, che porta anche a una diminuzione dell'efficienza del trasporto dei reagenti e alla rimozione dei prodotti di reazione attraverso questi canali e, di conseguenza , una diminuzione della densità di corrente dell'elemento della cella a combustibile a una data tensione.

Un metodo noto per la produzione di lastre bipolari, comprendente la preparazione di una miscela di resina termoindurente di una certa composizione in un solvente volatile, miscelando il carbon filler con la soluzione preparata fino ad omogeneità, essiccamento, pressatura e termoindurimento (domanda di brevetto USA n. US 2002/0037448 A1 del 28/03/2002, MKI H 01 M 8/02; H 01 B 1/4; H 01 in 1/20).

Lo svantaggio del metodo noto è che il termoindurimento viene effettuato non contemporaneamente, ma dopo la pressatura del prodotto. Inoltre, l'essiccazione a bassa temperatura della miscela non garantisce la rimozione di una grande quantità di componenti volatili dal legante, il che porta alla non compressione dei microvolumi nel materiale delle piastre bipolari, specialmente nei punti delle sporgenze che trasportano corrente che servono a fornire il contatto elettrico e la pressatura meccanica del collettore di corrente allo strato catalitico, il che porta alla formazione di punti difettosi alla base delle sporgenze e alla distruzione di quest'ultimo sotto l'influenza del carico di lavoro durante l'assemblaggio e il funzionamento della pila di celle a combustibile.

La soluzione tecnica più vicina sono le piastre bipolari e un metodo per la loro fabbricazione, costituito da una parte centrale e una periferica situata di fronte alla parte centrale. Sulla parte centrale, su uno o entrambi i lati, per la distribuzione di flussi di reagenti gassosi, sono presenti scanalature longitudinali parallele, che formano tra loro sporgenze portanti corrente con vertici situati nel piano delle parti periferiche delle piastre e che le collegano. Sulle parti periferiche delle piastre sono presenti fori passanti che, dopo essere stati assemblati in un pacchetto con piastre adiacenti, formano canali longitudinali per migliorare la circolazione e la distribuzione dei flussi di elettrolita. Il metodo per la produzione di lastre bipolari prevede la miscelazione di componenti in polvere di carbonio-grafite e un legante termoplastico resistente alla corrosione, la pressatura a freddo della miscela di polveri in uno stampo a 14500 kPa, il riscaldamento a 150°C, la riduzione della pressione a 2000 kPa, l'innalzamento della temperatura a 205°C, il ripristino della pressione a 14500 kPa, con la fase finale di graduale riduzione di pressione e temperatura. Vedere la descrizione del brevetto RU n. 2187578 C2, IPC 7 C 25 V 9/04, 9/00.

Gli svantaggi dei piatti bipolari noti sono la distribuzione uniforme del flusso solo in un breve tratto, determinato dalla lunghezza della parte mediana, ed il limitato spazio di distribuzione dei flussi dei reagenti gassosi, determinato dal numero di scanalature longitudinali parallele. Lo svantaggio del metodo noto per produrre piastre bipolari è una tecnologia di produzione complessa, che porta a una diminuzione dell'efficienza della formazione di sporgenze che trasportano corrente e costi aggiuntivi.

Il risultato tecnico dell'invenzione è quello di espandere la funzionalità, migliorare le proprietà operative e le caratteristiche delle piastre bipolari e della cella a combustibile nel suo insieme, ottenere piastre bipolari con sporgenze portatrici di corrente di forma e posizione arbitrarie con un'altezza delle sporgenze da 0,3 a 2,0 mm, nonché aumentare l'efficienza del trasporto dei reagenti e la rimozione dei prodotti di reazione, aumentare la resistenza alla corrosione lungo la periferia con un carico tecnologico, che è un tutt'uno con una parte centrale elettricamente conduttiva avente un carico funzionale. Il risultato tecnico è raggiunto dal fatto che in una piastra bipolare, costituita da parti periferiche con fori e una parte centrale con sporgenze conduttrici di corrente, i cui vertici sono posti sullo stesso piano delle parti periferiche, le sporgenze conduttrici di corrente sono realizzate con una determinata area geometrica di base, con un diametro ridotto alla base di 0,5-3,0 mm, un'altezza da 0,3 a 2,0 mm e con un passo tra i centri delle sporgenze conduttrici di 1,0- 4,0 mm, sono realizzati con una base a forma di cerchio o quadrato, o rettangolo, o ellisse, o rombo, o trapezio, o loro combinazioni, le sporgenze conduttrici di corrente sono realizzate a forma di tronco di piramide, o cilindro, o cono, o piramide; le sporgenze conduttrici di corrente sono realizzate sotto forma di un prisma con diametro ridotto alla base di 0,5-3,0 mm, un'altezza da 0,3 a 2,0 mm e un passo tra i centri delle sporgenze conduttrici di corrente di 1,0-4,0 mm, inoltre, le sporgenze conduttrici di corrente sono disposte in modo casuale o ordinato, oppure sfalsato, o romboidale, o circolare, o a spirale, o a labirinto ordine della loro disposizione, e in un metodo per produrre lastre bipolari, compresa la miscela di preparazione di resina termoindurente di una data composizione in un solvente volatile, introducendo un riempitivo di carbonio e miscelandole fino a renderle omogenee, essiccando, pressando e termoindurendo, la miscela viene essiccata prima della pressatura, seguita da ricottura a una temperatura di 50-60 ° C inferiore alla temperatura di termoindurimento della miscela, e la pressatura viene eseguita caricando ripetutamente a una pressione di 15-20 MPa, riscaldando contemporaneamente fino a quando la miscela non è indurita, viene eseguita la ricottura con l'aumento graduale della temperatura per 10,0-15,0 h e il successivo mantenimento a questa temperatura per 1,0-2,0 h, e la pressatura viene effettuata a una temperatura del corpo di lavoro dell'unità di pressatura 1,5-2,0 volte superiore alla temperatura di ricottura, il rapporto "t:l" quando si forma una miscela di polveri di carbone con un solvente di resina termoindurente viene selezionato nell'intervallo da 1:3 a 1:5, 0,1-3,0 viene aggiunto alla composizione del miscela per pressatura % agente espandente.

Ciò assicurerà una distribuzione uniforme dei reagenti sulla superficie della cella a combustibile e un'efficiente rimozione dei prodotti di reazione e, di conseguenza, aumenterà la densità di corrente nella cella a combustibile a una data tensione.

Nel metodo per la produzione di lastre bipolari, che comprende la preparazione di una miscela di una resina termoindurente di una certa composizione in un solvente volatile, l'introduzione di un riempitivo di carbonio e la miscelazione fino a uno stato omogeneo, l'essiccazione, la pressatura e la termoindurimento, la miscela viene essiccata prima della pressatura, seguita da ricottura a una temperatura di 50-60 ° C inferiore alla temperatura del termoindurente della miscela, e la pressatura viene effettuata caricando ripetutamente a una pressione di 15-20 MPa contemporaneamente al riscaldamento, appropriato per l'indurimento della miscela. In questo caso, la ricottura viene eseguita con un aumento graduale della temperatura per 10,0-15,0 h e successivo mantenimento a questa temperatura per 1,0-2,0 h, e la pressatura viene eseguita a una temperatura del corpo di lavoro dell'unità di pressatura 1,5-2,0 volte superiore alla temperatura di ricottura. Il rapporto "solido:liquido" (fase solida e liquida) durante la formazione di una miscela di polveri di carbone con un solvente per resina termoindurente (acetone) varia nell'intervallo da 1:2 a 1:5, e lo 0,1-3,0% (in massa) dell'agente espandente viene aggiunto alla composizione della miscela iniziale per la pressatura.

La necessità di utilizzare una resina termoindurente è causata dal fatto sperimentalmente stabilito che non vi è una corretta sigillatura delle aree delle sporgenze che trasportano corrente quando si preme BP contenente carbonio su un legante termoplastico, che è stata espressa in debole adesione delle sporgenze che trasportano corrente al corpo della piastra e la loro delaminazione. La presenza di una resina termoindurente di qualsiasi composizione nella miscela per la pressatura consente in questo caso di formare sporgenze portatrici di corrente prive di difetti e BP nel suo insieme mediante il meccanismo di sinterizzazione con una fase liquida che scompare subito dopo la sua comparsa nonostante il riscaldamento continuo.

La sequenza delle principali operazioni che si verificano durante le piastre bipolari è la seguente: sulla superficie delle particelle di carica di carbone si forma un sottile strato di legante polimerico termoindurente durante la preparazione della miscela, la sua essiccazione e successiva ricottura, compattazione della miscela, comparsa di una fase liquida dovuta alla fusione dello strato di legante sulle particelle di carica, ulteriore compattazione del prodotto per ritiro caratteristico della sinterizzazione in fase liquida, termoindurimento del legante e del prodotto nel suo insieme.

La necessità di ricottura prima della pressatura è dovuta alla presenza negli impasti agglomerati di una grande quantità di componenti volatili che impediscono una pressatura efficace. Una temperatura di ricottura più elevata può portare a processi indesiderati di indurimento prematuro del legante in singoli microvolumi della miscela e una ricottura a temperatura inferiore è inefficace.

Un parametro importante è la pressione di pressatura. Per le miscele di cariche disperse al carbonio e un legante termoindurente, la pressione di pressatura dipende dal tipo specifico di riempitivo e non deve superare il valore al di sopra del quale il legante liquido viene espulso dalla miscela - 20 MPa. La bassa pressione di pressatura (inferiore a 15 MPa) non fornisce un'efficace tenuta dell'alimentatore, specialmente nell'area delle sporgenze che trasportano corrente.

L'effettuazione della pressatura contemporaneamente al riscaldamento dello stampo con l'impasto per la vulcanizzazione consente di attuare lo stadio 4 della suddetta sequenza di fenomeni che si verificano durante la formazione delle lastre.

Il design della piastra bipolare è illustrato dai disegni, in cui la figura 1 mostra una vista generale della piastra bipolare, e la figura 2 è una sezione della piastra lungo A-A con sporgenze che trasportano corrente, realizzate a forma, ad esempio, di un cilindro, la figura 3 è una sezione della piastra lungo A-A con sporgenze che trasportano corrente, realizzate a forma, ad esempio, di un cono o di una piramide.

La piastra bipolare è costituita da una parte centrale 1 e una parte periferica 2. La parte centrale ha sporgenze 3, le cui sommità sono sullo stesso piano con la parte periferica, alte da 0,3 a 2 mm e con un diametro da 0,5 a 3,0 mm alla base. Le sporgenze sono disposte in ordine lineare verticalmente e orizzontalmente con un passo di 1,0-4,0 mm e consentono, con una maggiore area sviluppata e volume di passaggio dei flussi di reagente gassoso, di distribuire le sollecitazioni (pressioni) risultanti in tutte le direzioni. È possibile una disposizione delle sporgenze a scacchiera, romboidale, circolare, a spirale oa labirinto. E le sporgenze stesse possono avere la forma di un cilindro, un tronco di piramide, un prisma e/o un tronco di cono. È stato riscontrato sperimentalmente che, a seconda dei diametri ridotti delle sporgenze, della loro altezza e del passo tra i centri delle sporgenze, la forma ottimale delle sporgenze che trasportano corrente differisce, perché ottimizzano i flussi di reagente, l'efficienza di trasferimento del calore e la conduttività elettrica in modi diversi. Quindi, in particolare, per un passo di 1 mm, la forma a tronco di piramide è ottimale. Per sporgenze con un diametro di base di 0,5 mm, la forma ellittica è ottimale. Per le sporgenze che trasportano corrente con un'altezza di 0,3 mm, la forma di un cilindro è ottimale. Per modalità operative specifiche (intensità di corrente, tensione, flusso del reagente, dimensione della cella, ecc.), la selezione della forma ottimale delle sporgenze che trasportano corrente e delle loro dimensioni geometriche viene eseguita individualmente.

Le piastre bipolari sono realizzate come segue.

La combinazione di componenti di particolato di carbonio viene miscelata per formare una miscela omogenea con una certa quantità di soluzione di resina termoindurente. Grafite, fuliggine, fibra tritata, coke frantumato, ecc. possono essere sotto forma di componenti dispersi di carbonio. La miscela preparata sotto agitazione periodica viene posta ad essiccare a temperatura ambiente per eliminare la maggior parte dei componenti volatili. Pertanto, è possibile ottenere un semilavorato sotto forma, ad esempio, di granuli per il successivo processo di fabbricazione di BP. Inoltre, dopo controllo visivo, l'impasto secco viene ricotto ad una temperatura di 50-60°C inferiore alla temperatura di termoindurimento. Quindi la miscela ricotta viene pressata ad una pressione di 15-20 MPa in uno stampo, i cui punzoni sono realizzati con rientranze che formano sporgenze conduttrici di corrente durante la pressatura e l'indurimento. Contemporaneamente alla pressatura, lo stampo con l'impasto viene riscaldato dalla temperatura di ricottura alla temperatura di stagionatura. Dopo averlo mantenuto a una temperatura di indurimento di 0,5-1 h, lo stampo viene rimosso dalla pressa e raffreddato all'aria, quindi pressato utilizzando uno strumento speciale.

Una proprietà importante di un piatto bipolare è la struttura della sua superficie. Per ottenere caratteristiche superiori della cella a combustibile, è opportuno che la superficie lungo la quale passano i gas di lavoro tra le sporgenze conduttrici di corrente abbia una certa rugosità e microporosità. In questo caso, l'acqua formata dalla reazione tra i gas si accumula parzialmente nei pori superficiali e quindi aumenta l'umidità dei gas, che ha un effetto positivo sulle caratteristiche energetiche specifiche della cella a combustibile. La formazione della voluta struttura dello strato superficiale secondo il metodo proposto, contrariamente al prototipo, avviene introducendo nella composizione della miscela iniziale per la pressatura lo 0,1-3,0% (in peso) rispetto alla componente solida della miscela ("t") dell'agente espandente (carbonato di ammonio, polietilenglicole, polietilene). L'agente di formazione dei pori introdotto nella composizione della miscela iniziale per la deposizione dell'acqua non influisce sull'indurimento del legante e, decomponendosi durante il trattamento termico, premendo durante l'indurimento, forma una struttura microporosa della lastra e, di conseguenza, dello strato superficiale (fino a una profondità di 1-2 μm).

Una diminuzione del contenuto del formatore di pori inferiore allo 0,1% non ha praticamente alcun effetto sulla microporosità e rugosità dello strato vicino alla superficie e un aumento del contenuto del formatore di pori oltre il 3,0% non è pratico a causa di una diminuzione della resistenza meccanica e del possibile verificarsi di permeabilità attraverso le lastre.

Il metodo per ottenere un piatto bipolare è illustrato dai seguenti esempi.

Esempio 1. Per la fabbricazione di un alimentatore (con sporgenze cilindriche conduttrici disposte linearmente, con un diametro di 0,5 mm, un'altezza di 0,5 mm, con una distanza tra i centri delle sporgenze di 1,0 mm) con una dimensione di 100 × 100 mm, uno spessore di 7 mm e una massa di 115 g, viene preparata una miscela della seguente composizione con il rapporto "t:l" = 1,33:3,00

Grafite marca KS-10 - 98 g

Marchio di fuliggine PM-100 - 1 g

Vernice bachelite marca LBS-1 - 34 g

Acetone - 300 gr.

In un misurino, mescolare la quantità indicata di vernice bachelite e, ad esempio, acetone in una soluzione di colore uniforme. Una porzione pesata di polvere di grafite e nerofumo viene premiscelata a secco fino ad ottenere una miscela omogenea. Successivamente, la miscela di polveri e la soluzione di lacca di bachelite vengono poste in un contenitore di miscelazione e miscelate meccanicamente per 5-10 minuti fino allo stato di uniformità. Quindi la miscela viene lasciata asciugare sotto il tiraggio di una cappa aspirante a temperatura ambiente per 12-15 ore fino a quando non è visivamente asciutta, mentre si asciuga, agitando periodicamente la miscela e strofinando grossi agglomerati (più di 2-3 mm) attraverso una rete metallica con una dimensione delle celle di 2 mm. Una parte della miscela secca viene versata nello stampo, lo stampo viene posto in forno e riscaldato ad una temperatura di 90°C per 13,5-14 ore, quindi mantenuto a questa temperatura per 2 ore, quindi la carica viene rimossa dal forno e posta in una pressa idraulica riscaldata a 170°C. Pressata sulla pressa a scatti (questa è la velocità di caricamento) per 1-2 secondi fino ad una forza di circa 22 ton.Dopo circa 5 secondi di esposizione la forza viene nuovamente aumentata a 22-25 ton.La gabbia viene lasciata sotto la pressa per 1 ora, dopodiché lo stampo viene tolto dalla pressa e lasciato raffreddare a temperatura ambiente. Dopo il raffreddamento lo stampo viene scaricato su una pressa a vite manuale tramite 4 espulsori in acciaio. Il controllo visivo della qualità dell'alimentatore indica l'assenza di graffi, difetti e crepe sulla superficie della piastra (anche nell'area delle sporgenze che trasportano corrente), delaminazione del materiale dell'alimentatore al confine tra l'area delle sporgenze che trasportano corrente e la base dell'alimentatore. Esaminando la piastra dopo il test di resistenza (la piastra viene posizionata tra piastre di acciaio e sottoposta a compressione con una forza di 5 tonnellate (pressione 5 MPa), che corrisponde alla forza di lavoro nella cella a combustibile per 1 ora), non sono state riscontrate modifiche o difetti. Il valore di resistività di volume era di 0,025 Ohm·cm.

Esempio 2. Un piatto bipolare è realizzato con una composizione e con un metodo simile all'esempio 1 con sporgenze a forma di tronco di cono con un diametro alla base di 3,0 mm, alla sommità 2,5 mm, un'altezza di 2,0 mm, con una distanza tra i centri delle sporgenze di 4,0 mm.

Prima e dopo i test di resistenza, non vengono rilevati difetti superficiali e sporgenze. Il valore della resistività di volume è 0,030 Ohm·cm.

Esempio 3. Viene realizzata una lastra bipolare con configurazione e secondo un procedimento simile all'esempio 1, ma come legante termoindurente viene utilizzato il legante epossifenolico n. 560 prodotto da FGUP SSC VIAM nella quantità di 31 g.

Prima e dopo i test di resistenza, non vengono rilevati difetti superficiali e sporgenze. Il valore della resistività di volume è 0,017 Ohm·cm.

Esempio 4. Viene realizzata una piastra bipolare con una configurazione e secondo un metodo simile all'esempio 1, alla miscela iniziale per la pressatura viene aggiunto un agente espandente - polvere di polietilene ad alta pressione in una quantità di 3,5 g (3,0% in peso). Prima e dopo i test di resistenza, non vengono rilevati difetti superficiali e sporgenze. Il valore della resistività di volume è 0,028 Ohm·cm. La porosità dello strato vicino alla superficie (fino a 100 µm di profondità), misurata mediante assorbimento d'acqua, è del 2,8%.

Esempio 5 Viene realizzato un piatto bipolare con una configurazione simile all'esempio 1, dalla composizione e secondo la procedura descritta nell'esempio 9.

Prima dei test di resistenza, è stato rilevato fino al 10% delle sporgenze distrutte e difettose, dopodiché il numero di sporgenze distrutte è di circa il 30%. Il valore della resistività di volume è 0,025 Ohm·cm.

Esempio 6 Una piastra bipolare viene fabbricata con una configurazione simile all'Esempio 1 (sporgenze che trasportano corrente disposte in modo lineare) e testata in una cella a combustibile nelle seguenti condizioni:

Membrana - MF4-SK spessore 135 micron

Catalizzatore - Pt 40 /C nella quantità di 2,5 mg / cm 2

Carburante - idrogeno a una pressione di 2 ati

Agente ossidante - ossigeno a una pressione di 3 ati

Temperatura di esercizio della cella - 85°С

Reazione all'anodo: H 2 → 2H + + 2e -

Reazione al catodo: O 2 + 4e - + 4H + → 2H 2 O

Reazione complessiva: O 2 + 2H 2 → 2H 2 O

Ad una tensione di 0,7 V, la densità di corrente massima è di 1,1 A/cm2.

Esempio 7 Viene realizzata una piastra bipolare con una configurazione e una procedura simili all'esempio 1, ma le sporgenze che portano corrente sono rombiche e testate in una cella a combustibile in condizioni simili all'esempio 6. Ad una tensione di 0,7 V, la densità di corrente massima è 1,25 A/cm 2 .

Esempio 8. Una piastra bipolare è realizzata da una composizione e secondo una procedura simile all'esempio 1, le sporgenze sono realizzate sotto forma di un prisma con un diametro di 2 mm, un'altezza di 1,5 mm, con una distanza tra i centri delle sporgenze di 3,0 mm, e le sporgenze che trasportano corrente sono disposte a rombi e le prove vengono eseguite in una cella a combustibile in condizioni simili all'esempio 6. Ad una tensione di 0,7 V, la densità di corrente massima era 0 .95 A/cm 2 .

Esempio 9 Viene realizzata una piastra bipolare con una configurazione simile alla soluzione tecnica nota dalla composizione e secondo la procedura descritta nell'esempio 9, vengono eseguiti i test in una cella a combustibile in condizioni simili all'esempio 6. Ad una tensione di 0,7 V, la densità di corrente massima era di 0,9 A/cm 2 . È stato sperimentalmente stabilito che, a seconda dei diametri ridotti delle sporgenze, della loro altezza e del passo tra i centri delle sporgenze, la forma ottimale delle sporgenze che trasportano corrente differisce, perché ottimizzano i flussi di reagenti, l'efficienza di scambio termico e la conduttività elettrica in modi diversi. Quindi, in particolare, per un passo di 1 mm, la forma a tronco di piramide è ottimale. Per sporgenze con un diametro di base di 0,5 mm, la forma di un'ellisse è ottimale. Per le sporgenze che trasportano corrente con un'altezza di 0,3 mm, la forma di un cilindro è ottimale. Per modalità operative specifiche (intensità di corrente, tensione, flusso del reagente, dimensione della cella, ecc.), la selezione della forma ottimale delle sporgenze che trasportano corrente e delle loro dimensioni geometriche viene eseguita individualmente.

EFFETTO: l'invenzione consente di estendere la funzionalità, migliorare le proprietà operative e le caratteristiche delle piastre bipolari e della cella a combustibile nel suo insieme e ottenere piastre bipolari con sporgenze portanti corrente di forma e posizione arbitrarie con un'altezza delle sporgenze da 0,3 a 2,0 mm, nonché aumentare l'efficienza del trasporto dei reagenti e la rimozione dei prodotti di reazione, aumentando la resistenza alla corrosione lungo la periferia con un carico tecnologico, che è un insieme unico con una parte centrale elettricamente conduttiva avente un carico funzionale.

1. Piastra bipolare per cella a combustibile, costituita da parti periferiche forate e da una parte centrale con rilievi conduttori di corrente, le cui sommità sono complanari con le parti periferiche, caratterizzata dal fatto che i rilievi conduttori di corrente sono realizzati con una determinata area di base con diametro ridotto alla base di 0,5-3,0 mm, altezza da 0,3 a 2,0 mm, e con passo tra i centri dei rilievi conduttori di corrente di 1,0-4 0,0 mm.

2. Piastra bipolare secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le sporgenze conduttrici di corrente sono realizzate con base a forma di cerchio, o quadrato, o rettangolo, o ellisse, o rombo, o trapezio, o loro combinazioni.

Gli Stati Uniti hanno intrapreso diverse iniziative per sviluppare le celle a combustibile a idrogeno, le infrastrutture e le tecnologie per rendere i veicoli a celle a combustibile pratici ed economici entro il 2020. Per questi scopi è stato stanziato più di un miliardo di dollari.

Le celle a combustibile generano elettricità in modo silenzioso ed efficiente senza inquinare l'ambiente. A differenza delle fonti energetiche fossili, i sottoprodotti delle celle a combustibile sono calore e acqua. Come funziona?

In questo articolo, esamineremo brevemente ciascuna delle tecnologie a combustibile esistenti oggi, oltre a parlare della progettazione e del funzionamento delle celle a combustibile e confrontarle con altre forme di produzione di energia. Discuteremo anche di alcuni degli ostacoli che i ricercatori devono affrontare per rendere le celle a combustibile pratiche e convenienti per i consumatori.

Le celle a combustibile lo sono dispositivi di conversione dell'energia elettrochimica. La cella a combustibile converte sostanze chimiche, idrogeno e ossigeno, in acqua, generando elettricità.

Un altro dispositivo elettrochimico che tutti conosciamo molto bene è la batteria. La batteria ha al suo interno tutti gli elementi chimici necessari e trasforma queste sostanze in elettricità. Ciò significa che la batteria alla fine "muore" e tu la butti via o la ricarichi.

In una cella a combustibile, le sostanze chimiche vengono costantemente immesse in essa in modo che non "muoia mai". L'elettricità verrà generata finché le sostanze chimiche entrano nella cella. La maggior parte delle celle a combustibile in uso oggi utilizza idrogeno e ossigeno.

L'idrogeno è l'elemento più abbondante nella nostra galassia. Tuttavia, l'idrogeno praticamente non esiste sulla Terra nella sua forma elementare. Ingegneri e scienziati devono estrarre l'idrogeno puro dai composti dell'idrogeno, compresi i combustibili fossili o l'acqua. Per estrarre idrogeno da questi composti, è necessario spendere energia sotto forma di calore o elettricità.

Invenzione delle celle a combustibile

Sir William Grove ha inventato la prima cella a combustibile nel 1839. Grove sapeva che l'acqua poteva essere scissa in idrogeno e ossigeno facendola passare attraverso una corrente elettrica (un processo chiamato elettrolisi). Ha suggerito che nell'ordine inverso si potrebbero ottenere elettricità e acqua. Ha creato una cella a combustibile primitiva e l'ha chiamata batteria galvanica a gas. Dopo aver sperimentato la sua nuova invenzione, Grove ha dimostrato la sua ipotesi. Cinquant'anni dopo, gli scienziati Ludwig Mond e Charles Langer coniarono il termine celle a combustibile quando si cerca di costruire un modello pratico per la produzione di energia.

La cella a combustibile competerà con molti altri dispositivi di conversione dell'energia, comprese le turbine a gas nelle centrali elettriche urbane, i motori a combustione interna nelle automobili e le batterie di ogni tipo. I motori a combustione interna, come le turbine a gas, bruciano vari tipi di carburante e utilizzano la pressione creata dall'espansione dei gas per eseguire lavori meccanici. Le batterie convertono l'energia chimica in energia elettrica quando necessario. Le celle a combustibile devono svolgere questi compiti in modo più efficiente.

La cella a combustibile fornisce tensione CC (corrente continua) che può essere utilizzata per alimentare motori elettrici, illuminazione e altri apparecchi elettrici.

Esistono diversi tipi di celle a combustibile, ognuno dei quali utilizza processi chimici diversi. Le celle a combustibile sono generalmente classificate in base alla loro temperatura di esercizio E tipoelettrolita, che usano. Alcuni tipi di celle a combustibile sono adatti per l'uso in centrali elettriche fisse. Altri possono essere utili per piccoli dispositivi portatili o per alimentare automobili. I principali tipi di celle a combustibile includono:

Cella a combustibile con membrana a scambio polimerico (PEMFC)

PEMFC è considerato il candidato più probabile per le applicazioni di trasporto. PEMFC ha sia una potenza elevata che una temperatura operativa relativamente bassa (nell'intervallo da 60 a 80 gradi Celsius). La bassa temperatura di esercizio significa che le celle a combustibile possono riscaldarsi rapidamente per iniziare a generare elettricità.

Cella a combustibile ad ossido solido (SOFC)

Queste celle a combustibile sono più adatte per grandi generatori di energia stazionari che potrebbero fornire elettricità a fabbriche o città. Questo tipo di cella a combustibile funziona a temperature molto elevate (da 700 a 1000 gradi Celsius). L'alta temperatura è un problema di affidabilità perché alcune celle a combustibile possono guastarsi dopo diversi cicli di accensione e spegnimento. Tuttavia, le celle a combustibile a ossido solido sono molto stabili nel funzionamento continuo. In effetti, le SOFC hanno dimostrato la vita operativa più lunga di qualsiasi cella a combustibile in determinate condizioni. L'alta temperatura ha anche il vantaggio che il vapore generato dalle celle a combustibile può essere diretto alle turbine e generare più elettricità. Questo processo è chiamato cogenerazione di calore ed elettricità e migliora l'efficienza complessiva del sistema.

Cella a combustibile alcalina (AFC)

È uno dei progetti di celle a combustibile più antichi, utilizzato dagli anni '60. Gli AFC sono molto suscettibili all'inquinamento in quanto richiedono idrogeno e ossigeno puri. Inoltre, sono molto costosi, quindi è improbabile che questo tipo di celle a combustibile venga messo in produzione in serie.

Cella a combustibile a carbonati fusi (MCFC)

Come le SOFC, anche queste celle a combustibile sono più adatte per grandi centrali elettriche fisse e generatori. Funzionano a 600 gradi Celsius in modo da poter generare vapore, che a sua volta può essere utilizzato per generare ancora più energia. Hanno una temperatura di esercizio inferiore rispetto alle celle a combustibile a ossido solido, il che significa che non necessitano di tali materiali resistenti al calore. Questo li rende un po' più economici.

Cella a combustibile ad acido fosforico (PAFC)

Cella a combustibile ad acido fosforico ha il potenziale per l'uso in piccoli sistemi di alimentazione stazionari. Funziona a una temperatura più elevata rispetto a una cella a combustibile con membrana a scambio polimerico, quindi richiede più tempo per riscaldarsi, rendendola inadatta all'uso automobilistico.

Celle a combustibile a metanolo Celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC)

Le celle a combustibile a metanolo sono paragonabili alle PEMFC in termini di temperatura operativa, ma non sono altrettanto efficienti. Inoltre, i DMFC richiedono molto platino come catalizzatore, il che rende costose queste celle a combustibile.

Cella a combustibile con membrana a scambio polimerico

La cella a combustibile a membrana a scambio polimerico (PEMFC) è una delle tecnologie di celle a combustibile più promettenti. PEMFC utilizza una delle reazioni più semplici di qualsiasi cella a combustibile. Considera in cosa consiste.

1. UN nodo – Terminale negativo della cella a combustibile. Conduce gli elettroni che vengono rilasciati dalle molecole di idrogeno, dopodiché possono essere utilizzati in un circuito esterno. È inciso con canali attraverso i quali l'idrogeno gassoso viene distribuito uniformemente sulla superficie del catalizzatore.

2.A atomo - il terminale positivo della cella a combustibile presenta anche canali per la distribuzione dell'ossigeno sulla superficie del catalizzatore. Riconduce anche gli elettroni dalla catena esterna del catalizzatore, dove possono combinarsi con ioni idrogeno e ossigeno per formare acqua.

3.Membrana di scambio elettrolita-protone. È un materiale trattato in modo speciale che conduce solo ioni caricati positivamente e blocca gli elettroni. In PEMFC, la membrana deve essere idratata per funzionare correttamente e rimanere stabile.

4. Catalizzatoreè un materiale speciale che favorisce la reazione di ossigeno e idrogeno. Di solito è costituito da nanoparticelle di platino depositate in uno strato molto sottile su carta carbone o tessuto. Il catalizzatore ha una struttura superficiale tale che la superficie massima del platino può essere esposta all'idrogeno o all'ossigeno.

La figura mostra l'idrogeno gassoso (H2) che entra sotto pressione nella cella a combustibile dal lato dell'anodo. Quando una molecola di H2 entra in contatto con il platino sul catalizzatore, si divide in due ioni H+ e due elettroni. Gli elettroni passano attraverso l'anodo dove vengono utilizzati nei circuiti esterni (svolgendo un lavoro utile come far girare un motore) e vengono restituiti al lato catodo della cella a combustibile.

Nel frattempo, sul lato catodo della cella a combustibile, l'ossigeno (O2) dell'aria passa attraverso il catalizzatore dove forma due atomi di ossigeno. Ciascuno di questi atomi ha una forte carica negativa. Questa carica negativa attrae due ioni H+ attraverso la membrana dove si combinano con un atomo di ossigeno e due elettroni dal circuito esterno per formare una molecola d'acqua (H2O).

Questa reazione in una singola cella a combustibile produce solo circa 0,7 volt. Per aumentare la tensione a un livello ragionevole, molte singole celle a combustibile devono essere combinate per formare una pila di celle a combustibile. Le piastre bipolari vengono utilizzate per collegare una cella a combustibile a un'altra e subire l'ossidazione con potenziale decrescente. Il grosso problema con i piatti bipolari è la loro stabilità. Le piastre bipolari metalliche possono essere corrose e i sottoprodotti (ioni di ferro e cromo) riducono l'efficienza delle membrane e degli elettrodi delle celle a combustibile. Pertanto, le celle a combustibile a bassa temperatura utilizzano metalli leggeri, grafite e composti compositi di carbonio e materiale termoindurente (il materiale termoindurente è un tipo di plastica che rimane solido anche se sottoposto ad alte temperature) sotto forma di un foglio bipolare.

Efficienza delle celle a combustibile

Ridurre l'inquinamento è uno degli obiettivi principali di una cella a combustibile. Confrontando un'auto alimentata da una cella a combustibile con un'auto alimentata da un motore a benzina e un'auto alimentata da una batteria, puoi vedere come le celle a combustibile potrebbero migliorare l'efficienza delle auto.

Poiché tutti e tre i tipi di auto hanno molti degli stessi componenti, ignoreremo questa parte dell'auto e confronteremo le efficienze fino al punto in cui viene prodotta la potenza meccanica. Cominciamo con l'auto a celle a combustibile.

Se una cella a combustibile è alimentata da idrogeno puro, la sua efficienza può arrivare fino all'80%. Pertanto, converte l'80 percento del contenuto energetico dell'idrogeno in elettricità. Tuttavia, dobbiamo ancora convertire l'energia elettrica in lavoro meccanico. Ciò è ottenuto da un motore elettrico e un inverter. Anche l'efficienza del motore + inverter è di circa l'80 percento. Ciò fornisce un'efficienza complessiva di circa 80*80/100=64%. Secondo quanto riferito, il concept car FCX di Honda ha un'efficienza energetica del 60%.

Se la fonte di carburante non è sotto forma di idrogeno puro, anche il veicolo avrà bisogno di un reformer. I riformatori convertono idrocarburi o combustibili alcolici in idrogeno. Generano calore e producono CO e CO2 oltre all'idrogeno. Vengono utilizzati vari dispositivi per purificare l'idrogeno risultante, ma questa purificazione è insufficiente e riduce l'efficienza della cella a combustibile. Pertanto, i ricercatori hanno deciso di concentrarsi sulle celle a combustibile per veicoli alimentati a idrogeno puro, nonostante i problemi associati alla produzione e allo stoccaggio dell'idrogeno.

Efficienza di un motore a benzina e di un'auto con batterie elettriche

L'efficienza di un'auto alimentata a benzina è sorprendentemente bassa. Tutto il calore che esce sotto forma di gas di scarico o viene assorbito dal radiatore è energia sprecata. Il motore utilizza anche molta energia per far funzionare le varie pompe, ventole e generatori che lo tengono in funzione. Pertanto, l'efficienza complessiva di un motore a benzina per automobile è di circa il 20 percento. Pertanto, solo circa il 20 percento del contenuto di energia termica della benzina viene convertito in lavoro meccanico.

Un veicolo elettrico a batteria ha un'efficienza piuttosto elevata. La batteria ha un'efficienza di circa il 90% (la maggior parte delle batterie genera calore o richiede riscaldamento) e il motore + inverter ha un'efficienza di circa l'80%. Ciò fornisce un'efficienza complessiva di circa il 72 percento.

Ma non è tutto. Affinché un'auto elettrica possa muoversi, l'elettricità deve prima essere generata da qualche parte. Se si trattava di una centrale elettrica che utilizzava un processo di combustione di combustibili fossili (piuttosto che nucleare, idroelettrico, solare o eolico), solo il 40% circa del combustibile consumato dalla centrale elettrica veniva convertito in elettricità. Inoltre, il processo di ricarica di un'auto richiede la conversione della corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Questo processo ha un'efficienza di circa il 90%.

Ora, se guardiamo all'intero ciclo, l'efficienza di un veicolo elettrico è del 72 percento per l'auto stessa, del 40 percento per la centrale elettrica e del 90 percento per la ricarica dell'auto. Ciò fornisce un'efficienza complessiva del 26 percento. L'efficienza complessiva varia notevolmente a seconda della centrale elettrica utilizzata per caricare la batteria. Se l'elettricità per un'auto viene generata, ad esempio, da una centrale idroelettrica, l'efficienza di un'auto elettrica sarà di circa il 65%.

Gli scienziati stanno ricercando e perfezionando i progetti per continuare a migliorare l'efficienza delle celle a combustibile. Uno dei nuovi approcci consiste nel combinare veicoli alimentati a celle a combustibile ea batteria. È in fase di sviluppo un concept car alimentato da un propulsore ibrido a celle a combustibile. Utilizza una batteria al litio per alimentare l'auto mentre una cella a combustibile ricarica la batteria.

I veicoli a celle a combustibile sono potenzialmente efficienti quanto un'auto a batteria che viene caricata da una centrale elettrica priva di combustibili fossili. Ma raggiungere tale potenziale in modo pratico e accessibile può essere difficile.

Perché utilizzare le celle a combustibile?

Il motivo principale è tutto ciò che riguarda il petrolio. L'America deve importare quasi il 60% del suo petrolio. Entro il 2025, le importazioni dovrebbero salire al 68%. Gli americani usano i due terzi del petrolio ogni giorno per il trasporto. Anche se ogni auto in strada fosse un'auto ibrida, entro il 2025 gli Stati Uniti dovrebbero comunque utilizzare la stessa quantità di petrolio consumata dagli americani nel 2000. L'America, infatti, consuma un quarto di tutto il petrolio prodotto nel mondo, anche se qui vive solo il 4,6% della popolazione mondiale.

Gli esperti prevedono che i prezzi del petrolio continueranno a salire nei prossimi decenni man mano che le fonti più economiche si esauriranno. Le compagnie petrolifere devono sviluppare giacimenti petroliferi in condizioni sempre più difficili, che faranno salire i prezzi del petrolio.

I timori vanno ben oltre la sicurezza economica. Gran parte dei proventi della vendita di petrolio vengono spesi per sostenere il terrorismo internazionale, i partiti politici radicali e la situazione instabile nelle regioni produttrici di petrolio.

L'uso del petrolio e di altri combustibili fossili per produrre energia produce inquinamento. È meglio che tutti trovino un'alternativa: bruciare combustibili fossili per produrre energia.

Le celle a combustibile sono un'interessante alternativa alla dipendenza dal petrolio. Le celle a combustibile producono acqua pulita come sottoprodotto anziché inquinamento. Mentre gli ingegneri si sono temporaneamente concentrati sulla produzione di idrogeno da varie fonti fossili come benzina o gas naturale, si stanno esplorando modi rinnovabili e rispettosi dell'ambiente per produrre idrogeno in futuro. Il più promettente, ovviamente, sarà il processo per ottenere idrogeno dall'acqua.

La dipendenza dal petrolio e il riscaldamento globale sono un problema internazionale. Diversi paesi sono coinvolti congiuntamente nello sviluppo della ricerca e sviluppo per la tecnologia delle celle a combustibile.

Chiaramente, scienziati e produttori hanno molto lavoro da fare prima che le celle a combustibile diventino un'alternativa agli attuali metodi di produzione di energia. Eppure, con il supporto di tutto il mondo e la cooperazione globale, un sistema energetico vitale basato sulle celle a combustibile può diventare una realtà in un paio di decenni.