Pažinimo ekologija Mokslas ir technologijos: Vandenilio energija yra viena iš efektyviausių pramonės šakų, o kuro elementai išlaiko ją novatoriškų technologijų priešakyje.

Kuro elementas yra efektyviai generuojantis įrenginys D.C. ir šilumą iš vandenilio turtingo kuro elektrocheminės reakcijos būdu.

Kuro elementas yra panašus į akumuliatorių, nes jis generuoja nuolatinę srovę per cheminę reakciją. Vėlgi, kaip ir akumuliatorius, kuro elementas apima anodą, katodą ir elektrolitą. Tačiau, skirtingai nei baterijos, kuro elementai negali kaupti elektros energijos, neišsikrauna ir nereikalauja elektros energijos, kad įkrautų. Kuro elementai gali nuolat gaminti elektros energiją, kol jie turi degalų ir oro. Tinkamas terminas veikiančiam kuro elementui apibūdinti yra elementų sistema, nes pilnavertis darbas reikalingos kai kurios palaikymo sistemos.

Skirtingai nuo kitų elektros generatorių, tokių kaip varikliai vidaus degimas ar turbinomis, kurias varo dujos, anglis, mazutas ir pan., kuro elementai nedegina kuro. Tai reiškia, kad nėra triukšmingų aukšto slėgio rotorių, nėra stipraus išmetimo triukšmo, nėra vibracijos. Kuro elementai generuoja elektros energiją per tylią elektrocheminę reakciją. Kitas kuro elementų bruožas yra tas, kad jie cheminę kuro energiją tiesiogiai paverčia elektra, šiluma ir vandeniu.

Kuro elementai yra labai efektyvūs ir nesukuria didelio kiekio šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas, metanas ir azoto oksidas. Vieninteliai kuro elementų išmetami teršalai yra vanduo garo pavidalu ir nedidelis anglies dioksido kiekis, kuris išmetamas visai nėra, jei kaip kuras naudojamas grynas vandenilis. Kuro elementai surenkami į mazgus, o paskui į atskirus funkcinius modulius.

Kaip veikia kuro elementai

Kuro elementai generuoja elektrą ir šilumą iš elektrocheminės reakcijos, vykstančios naudojant elektrolitą, katodą ir anodą.

Anodas ir katodas yra atskirti elektrolitu, kuris veda protonus. Kai vandenilis patenka į anodą, o deguonis patenka į katodą, prasideda cheminė reakcija, dėl kurios elektros, šiluma ir vanduo. Ant anodo katalizatoriaus molekulinis vandenilis išsiskiria ir praranda elektronus. Vandenilio jonai (protonai) per elektrolitą patenka į katodą, o elektronai - per elektrolitą ir praeina per išorinę elektros grandinę, sukurdami nuolatinę srovę, kuri gali būti naudojama įrangai maitinti. Ant katodo katalizatoriaus deguonies molekulė susijungia su elektronu (kuris tiekiamas iš išorinių ryšių) ir įeinančiu protonu ir sudaro vandenį, kuris yra vienintelis reakcijos produktas (garų ir (arba) skysčio pavidalu).

Toliau pateikiama atitinkama reakcija:

Reakcija anode: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 4H + + 4e- => 2H2O
Bendra elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Kuro elementų tipai

Panašiai kaip ir įvairių tipų vidaus degimo varikliai, yra įvairių tipų kuro elementų - pasirinkimas tinkamas tipas kuro elementas priklauso nuo jo taikymo.Kuro elementai skirstomi į aukštą ir žemą. Žemos temperatūros kuro elementams kaip kuro reikia palyginti gryno vandenilio.

Tai dažnai reiškia, kad kurą reikia perdirbti, kad pirminis kuras (pvz., Gamtinės dujos) būtų paverstas grynu vandeniliu. Šis procesas sunaudoja papildomą energiją ir reikalauja specialios įrangos. Aukštos temperatūros kuro elementams šios papildomos procedūros nereikia, nes jie gali „iš vidaus konvertuoti“ degalus aukštesnėje temperatūroje, o tai reiškia, kad nereikia investuoti į vandenilio infrastruktūrą.

Kuro elementai išlydyto karbonato (RKTE) pagrindu.

Lydyto karbonato elektrolito kuro elementai yra aukštos temperatūros kuro elementai. Aukšta darbinė temperatūra leidžia gamtines dujas naudoti tiesiogiai be kuro procesoriaus ir mažos šildymo vertės kuro dujas gamybos procesus ir iš kitų šaltinių. Šis procesas buvo sukurtas septintojo dešimtmečio viduryje. Nuo to laiko pagerėjo gamybos technologija, našumas ir patikimumas.

RKTE veikimas skiriasi nuo kitų kuro elementų. Šios ląstelės naudoja elektrolitą iš išlydytų karbonato druskų mišinio. Šiuo metu naudojami dviejų tipų mišiniai: ličio karbonatas ir kalio karbonatas arba ličio karbonatas ir natrio karbonatas. Karbonato druskoms lydyti ir pasiekti aukštas laipsnis jonų mobilumas elektrolite, kuro elementų veikimas su išlydytu karbonato elektrolitu įvyksta, kai aukšta temperatūra(650 ° C). Efektyvumas svyruoja nuo 60 iki 80%.

Įkaitinus iki 650 ° C, druskos tampa karbonato jonų (CO32-) laidininku. Šie jonai pereina iš katodo į anodą, kur kartu su vandeniliu sudaro vandenį, anglies dioksidą ir laisvus elektronus. Šie elektronai per išorinę elektros grandinę nukreipiami atgal į katodą, sukuriant elektros srovę ir šilumą kaip šalutinis produktas.

Reakcija anode: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Katodo reakcija: CO2 + 1 / 2O2 + 2e- => CO32-
Bendra elemento reakcija: H2 (g) + 1 / 2O2 (g) + CO2 (katodas) => H2O (g) + CO2 (anodas)

Aukšta išlydyto karbonato elektrolito kuro elementų darbo temperatūra turi tam tikrų pranašumų. Esant aukštai temperatūrai, gamtinės dujos yra reformuojamos viduje, todėl nereikia kuro perdirbėjo. Be to, privalumai apima galimybę naudoti standartines konstrukcines medžiagas, tokias kaip nerūdijančio plieno lakštai ir nikelio katalizatorius ant elektrodų. Panaudota šiluma gali būti naudojama aukšto slėgio garams gaminti įvairiems pramonės ir komerciniams tikslams.

Aukšta elektrolito reakcijos temperatūra taip pat turi savo privalumų. Naudojant aukštą temperatūrą, reikia daug laiko optimalioms darbo sąlygoms pasiekti, o sistema lėčiau reaguoja į energijos suvartojimo pokyčius. Šios charakteristikos leidžia naudoti kuro elementų įrenginius su išlydytu karbonato elektrolitu pastovios galios sąlygomis. Aukšta temperatūra neleidžia pažeisti anglies monoksido kuro elementui, „apsinuodyti“ ir pan.

Išlydyti karbonatiniai elektrolitų kuro elementai tinka naudoti dideliuose stacionariuose įrenginiuose. Šilumos ir elektrinės gaminamos pramoniniu būdu su laisva diena elektros energija 2,8 MW. Kuriami įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Fosforo rūgšties kuro elementai (FCTE).

Kuro elementai, kurių pagrindą sudaro fosforo (ortofosforo) rūgštis, buvo pirmieji kuro elementai komercinis naudojimas... Šis procesas buvo sukurtas septintojo dešimtmečio viduryje ir buvo išbandytas nuo 1970-ųjų. Nuo tada padidėjo stabilumas, sumažėjo našumas ir sumažėjo išlaidos.

Kuro elementai, kurių pagrindą sudaro fosforo (ortofosforo) rūgštis, naudoja elektrolitą, kurio pagrindą sudaro fosforo rūgštis (H3PO4) ir kurio koncentracija yra iki 100%. Fosforo rūgšties jonų laidumas yra mažas, kai žemos temperatūros dėl šios priežasties šie kuro elementai naudojami esant temperatūrai iki 150–220 ° C.

Įkrovimo laikiklis kuro elementuose šio tipo yra vandenilis (H +, protonas). Panašus procesas vyksta kuro elementuose su protonų mainų membrana (MOPTE), kai į anodą tiekiamas vandenilis yra padalintas į protonus ir elektronus. Protonai keliauja per elektrolitą ir susilieja su deguonimi iš oro prie katodo, kad susidarytų vanduo. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriant elektros srovę. Žemiau pateikiamos reakcijos, kurios sukelia elektrą ir šilumą.

Reakcija anode: 2H2 => 4H + + 4e-
Katodo reakcija: O2 (g) + 4H + + 4e- => 2H2O
Bendra elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Kuro elementų, kurių pagrindą sudaro fosforo (ortofosforo) rūgštis, efektyvumas yra daugiau nei 40%, kai gaminama elektros energija. Bendras šilumos ir elektros energijos gamybos efektyvumas yra apie 85%. Be to, atsižvelgiant į darbinę temperatūrą, panaudota šiluma gali būti naudojama vandeniui šildyti ir garams generuoti esant atmosferos slėgiui.

Didelis šiluminių elektrinių našumas kuro elementuose, kurių pagrindą sudaro fosforo (ortofosforo) rūgštis, kartu gaminant šilumą ir elektrą, yra vienas iš šio tipo kuro elementų privalumų. Augalai naudoja anglies monoksidą, kurio koncentracija yra apie 1,5%, o tai žymiai išplečia kuro pasirinkimą. Be to, CO2 neturi įtakos elektrolitui ir kuro elemento veikimui; šio tipo elementai veikia su pertvarkytu natūraliu kuru. Paprasta konstrukcija, mažas elektrolitų lakumas ir padidėjęs stabilumas taip pat yra šio tipo kuro elementų privalumai.

Šiluminės elektrinės, kurių išėjimo galia yra iki 400 kW, gaminamos pramoniniu būdu. Atitinkamai buvo išbandyti 11 MW agregatai. Kuriami įrenginiai, kurių išėjimo galia yra iki 100 MW.

Membraniniai protonų mainų kuro elementai (MOPTE)

Membraniniai kuro elementai yra laikomi geriausiu kuro elementų tipu transporto priemonių energijai gaminti, kurie gali pakeisti benzininius ir dyzelinius vidaus degimo variklius. Šiuos kuro elementus pirmą kartą NASA panaudojo Gemini programai. Šiandien kuriami ir demonstruojami MOPTE įrenginiai, kurių galia yra nuo 1W iki 2 kW.

Šiuose kuro elementuose kaip elektrolitas naudojama kieta polimerinė membrana (plona plastikinė plėvelė). Įmirkęs vandeniu, šis polimeras leidžia protonams praeiti, bet nelaiko elektronų.

Kuras yra vandenilis, o krūvio nešiklis yra vandenilio jonas (protonas). Prie anodo vandenilio molekulė yra padalinta į vandenilio joną (protoną) ir elektronus. Vandenilio jonai eina per elektrolitą į katodą, o elektronai juda aplink išorinį ratą ir gamina elektros energiją. Deguonis, paimtas iš oro, tiekiamas į katodą ir kartu su elektronais ir vandenilio jonais sudaro vandenį. Ant elektrodų atsiranda šios reakcijos:

Reakcija anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Bendra elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Palyginti su kitų tipų kuro elementais, protonų mainų membranos kuro elementai gamina daugiau energijos tam tikram kuro elemento tūriui ar svoriui. Ši savybė leidžia jiems būti kompaktiškiems ir lengviems. Be to, darbinė temperatūra yra mažesnė nei 100 ° C, o tai leidžia greitai pradėti eksploatuoti. Šios savybės, taip pat galimybė greitai pakeisti energijos gamybą, yra tik keletas savybių, dėl kurių šie kuro elementai yra pagrindinis kandidatas naudoti transporto priemonėse.

Kitas privalumas yra tas, kad elektrolitas yra kieta, o ne skysta medžiaga. Naudojant kietąjį elektrolitą lengviau laikyti dujas prie katodo ir anodo, todėl tokius kuro elementus gaminti yra pigiau. Palyginti su kitais elektrolitais, naudojant kietą elektrolitą, nėra tokių sunkumų kaip orientacija, yra mažiau problemų dėl korozijos atsiradimo, dėl kurio padidėja elemento ir jo komponentų patvarumas.

Kietojo oksido kuro elementai (SOFC)

Kietojo oksido kuro elementai yra kuro elementai, kurių darbinė temperatūra yra aukščiausia. Darbinė temperatūra gali skirtis nuo 600 ° C iki 1000 ° C, o tai leidžia naudoti įvairių rūšių degalus be specialaus išankstinis apdorojimas... Šiai aukštai temperatūrai valdyti naudojamas elektrolitas yra plonas keramikos pagrindu pagamintas kietas metalo oksidas, dažnai itrio ir cirkonio lydinys, kuris yra deguonies (O2-) jonų laidininkas. Kietojo oksido kuro elementų naudojimo technologija buvo kuriama nuo 1950 -ųjų pabaigos. ir turi dvi konfigūracijas: plokščias ir vamzdines.

Kietasis elektrolitas užtikrina hermetišką dujų perėjimą iš vieno elektrodo į kitą, o skysti elektrolitai yra porėtame substrate. Šio tipo kuro elementų krūvininkas yra deguonies jonas (O2-). Prie katodo deguonies molekulės iš oro atskiriamos į deguonies joną ir keturis elektronus. Deguonies jonai praeina per elektrolitą ir susijungia su vandeniliu, sudarydami keturis laisvus elektronus. Elektronai nukreipiami per išorinę elektros grandinę, sukuriant elektros srovę ir atlieką.

Reakcija anode: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 4e- => 2O2-
Bendra elemento reakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Sukurtos elektros energijos efektyvumas yra didžiausias iš visų kuro elementų - apie 60%. Be to, aukšta darbinė temperatūra leidžia kartu gaminti šilumą ir energiją, kad būtų sukurtas aukšto slėgio garas. Sujungus aukštos temperatūros kuro elementą su turbina, sukuriamas hibridinis kuro elementas gerinti efektyvumą sukuria elektros energiją iki 70 proc.

Kietojo oksido kuro elementai veikia labai aukštoje temperatūroje (600 ° C - 1000 ° C), todėl optimalioms eksploatavimo sąlygoms pasiekti reikia daug laiko, o sistema lėčiau reaguoja į energijos suvartojimo pokyčius. Esant tokiai aukštai darbinei temperatūrai, keitiklis nereikalingas vandeniliui iš kuro išgauti, o tai leidžia šiluminei jėgainei veikti santykinai nešvariu kuru, susidarančiu dujinant anglis ar išmetamąsias dujas ir panašiai. Be to, šis kuro elementas puikiai tinka didelės galios darbui, įskaitant pramonines ir dideles centrines jėgaines. Moduliai, kurių išėjimo galia yra 100 kW, yra gaminami komerciškai.

Tiesioginio metanolio oksidacijos kuro elementai (POMTE)

Kuro elementų naudojimo su tiesioginiu metanolio oksidacija technologija aktyviai vystosi. Ji sėkmingai įsitvirtino mobiliųjų telefonų, nešiojamųjų kompiuterių maitinimo ir nešiojamų energijos šaltinių kūrimo srityje. koks bus šių elementų naudojimas ateityje.

Kuro elementų su tiesiogine metanolio oksidacija konstrukcija yra panaši į kuro elementus su protonų mainų membrana (MOPTE), t.y. polimeras naudojamas kaip elektrolitas, o vandenilio jonas (protonas) - kaip krūvio nešiklis. Tačiau skystas metanolis (CH3OH) oksiduojamas esant vandeniui prie anodo, išskiriant CO2, vandenilio jonus ir elektronus, kurie nukreipiami per išorinę elektros grandinę, taip sukuriant elektros srovę. Vandenilio jonai praeina per elektrolitą ir reaguoja su deguonimi iš oro ir elektronais iš išorinės grandinės, kad susidarytų vanduo anode.

Reakcija anode: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e-
Katodo reakcija: 3 / 2O2 + 6H + + 6e- => 3H2O
Bendra elemento reakcija: CH3OH + 3 / 2O2 => CO2 + 2H2O

Šių kuro elementų kūrimas prasidėjo dešimtojo dešimtmečio pradžioje. Kuriant patobulintus katalizatorius ir kitas naujausias naujoves, galios tankis ir efektyvumas padidėjo iki 40%.

Šie elementai buvo išbandyti 50–120 ° C temperatūroje. Dėl žemos darbinės temperatūros ir nereikalaujant keitiklio tiesioginiai metanolio kuro elementai yra geriausias kandidatas mobiliesiems telefonams ir kitoms plataus vartojimo prekėms, taip pat automobilių varikliams. Šio tipo kuro elementų privalumas yra jo mažas dydis dėl naudojimo skystas kuras, ir nereikia naudoti keitiklio.

Šarminio kuro elementai (SHFC)

Šarminio kuro elementai (ALFC) yra viena iš labiausiai ištirtų technologijų, naudojama nuo 1960-ųjų vidurio. NASA „Apollo“ ir „Space Shuttle“ programose. Šiuose laive erdvėlaiviai kuro elementai generuoja elektros energiją ir geriamas vanduo... Šarminio kuro elementai yra vienas iš efektyviausių elektros gamybai naudojamų elementų, o energijos gamybos efektyvumas siekia iki 70%.

Šarminiuose kuro elementuose naudojamas elektrolitas, tai yra vandeninis kalio hidroksido tirpalas, esantis akytoje stabilizuotoje matricoje. Kalio hidroksido koncentracija gali skirtis priklausomai nuo kuro elemento darbinės temperatūros, kuri svyruoja nuo 65 ° C iki 220 ° C. SHFC krūvio nešiklis yra hidroksilo jonas (OH-), kuris juda iš katodo į anodą, kur reaguoja su vandeniliu, gamindamas vandenį ir elektronus. Vanduo, susidarantis anode, grįžta į katodą ir vėl ten sukuria hidroksilo jonus. Šios reakcijų serijos kuro elemente gamina elektros energiją ir, kaip šalutinį produktą, šilumą:

Reakcija anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katodo reakcija: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Bendras sistemos atsakas: 2H2 + O2 => 2H2O

SHFC pranašumas yra tas, kad šie kuro elementai yra pigiausi gaminti, nes katalizatorius, kurio reikia ant elektrodų, gali būti bet kuri iš medžiagų, kurios yra pigesnės nei tos, kurios naudojamos kaip katalizatoriai kitiems kuro elementams. Be to, SHFC veikia palyginti žemoje temperatūroje ir yra vienas iš efektyviausių kuro elementų - tokios savybės atitinkamai gali prisidėti prie spartesnio energijos gamybos ir didelio kuro efektyvumo.

Vienas iš būdingų bruožų SHCHE - didelis jautrumas CO2, kuris gali būti degaluose ar ore. CO2 reaguoja su elektrolitu, greitai jį nuodija ir labai sumažina kuro elemento efektyvumą. Todėl SHTE galima naudoti tik uždarose erdvėse, pavyzdžiui, kosminėse ir povandeninėse transporto priemonėse, jos turi veikti grynu vandeniliu ir deguonimi. Be to, tokios molekulės kaip CO, H2O ir CH4, kurios yra saugios kitiems kuro elementams ir netgi kai kurioms iš jų, yra kenksmingos SHFC.

Polimerinio elektrolito kuro elementai (PETE)

Polimerinių elektrolitų kuro elementų atveju polimero membrana susideda iš polimerinių pluoštų su vandens sritimis, kuriose yra vandens jonų laidumas.H2O + (protonas, raudonas) yra prijungtas prie vandens molekulės. Vandens molekulės kelia problemų dėl lėto jonų mainų. Todėl tiek kuro, tiek išleidimo elektroduose reikia didelės vandens koncentracijos, o tai riboja darbinę temperatūrą iki 100 ° C.

Kietosios rūgšties kuro elementai (TKTE)

Kieto rūgšties kuro elementuose elektrolite (CsHSO4) nėra vandens. Todėl darbinė temperatūra yra 100-300 ° C. Oksijinių anijonų SO42 sukimasis leidžia protonams (raudoniems) judėti, kaip parodyta paveikslėlyje.

Paprastai kieto rūgšties kuro elementas yra sumuštinis, kuriame labai plonas sluoksnis kietas rūgšties junginys dedamas tarp dviejų sandariai suspaustų elektrodų geras kontaktas... Kai šildomas, organinis komponentas išgaruoja, išeina per elektrodų poras, išlaikydamas daugybę kontaktų tarp kuro (arba deguonies kitame elementų gale), elektrolito ir elektrodų.

Kuro elementų tipas	Darbinė temperatūra	Energijos gamybos efektyvumas	Kuro tipas	Taikymo sritis
RKTE	550-700 ° C temperatūroje	50-70%		Vidutiniai ir dideli įrenginiai
FKTE	100-220 ° C temperatūroje	35-40%	Grynas vandenilis	Didelės instaliacijos
MOPTE	30-100 ° C temperatūroje	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos
SOFC	450-1000 ° C temperatūroje	45-70%	Dauguma angliavandenilių degalų	Mažos, vidutinės ir didelės instaliacijos
POMTE	20-90 ° C	20-30%	Metanolis	Nešiojami įrenginiai
SHTE	50-200 ° C temperatūroje	40-65%	Grynas vandenilis	Kosmoso tyrinėjimas
PETE	30-100 ° C temperatūroje	35-50%	Grynas vandenilis	Mažos instaliacijos

Prisijunkite prie mūsų

Jas varo JAV nacionalinis aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA) erdvėlaivis. Jie tiekia elektrą Pirmojo Omaho nacionalinio banko kompiuteriams. Jie naudojami kai kuriuose viešuosiuose miesto autobusuose Čikagoje.

Visa tai yra kuro elementai. Kuro elementai yra elektrocheminiai prietaisai, kurie gamina elektros energiją nesudegdami - chemiškai, panašiai kaip baterijos. Vienintelis skirtumas yra tas, kad jie naudoja kitus cheminės medžiagos, vandenilis ir deguonis, o cheminės reakcijos produktas yra vanduo. Gamtines dujas taip pat galima naudoti, tačiau naudojant angliavandenilių kurą, žinoma, neišvengiamas tam tikras anglies dioksido išmetimo lygis.

Kadangi kuro elementai gali veikti efektyviai ir be kenksmingų išmetimų, jie žada tvarų energijos šaltinį, kuris padės sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų ir kitų teršalų kiekį. Pagrindinė kliūtis plačiai naudoti kuro elementus yra didelė jų kaina, palyginti su kitais prietaisais, gaminančiais elektrą ar varančiais transporto priemones.

Vystymosi istorija

Pirmuosius kuro elementus pademonstravo seras Williamas Grovesas 1839 m. Groves parodė, kad elektrolizės procesas - vandens skaidymas į vandenilį ir deguonį elektros srove - yra grįžtamasis. Tai reiškia, kad vandenilis ir deguonis gali būti chemiškai sujungti, kad susidarytų elektra.

Po to, kai tai buvo pademonstruota, daugelis mokslininkų uoliai puolė tyrinėti kuro elementus, tačiau vidinio degimo variklio išradimas ir naftos atsargų gavybos infrastruktūros plėtra XIX a. Antroje pusėje kuro elementų plėtrą paliko toli. . Kuro elementų kūrimą dar labiau ribojo jų didelė kaina.

Kuro elementų plėtros sprogimas įvyko praėjusio amžiaus penktajame dešimtmetyje, kai NASA kreipėsi į juos dėl iškilusio poreikio kompaktiškam elektros generatoriui, skirtam skrydžiams į kosmosą. Lėšos buvo investuotos, todėl „Apollo“ ir „Gemini“ skrydžiai buvo atlikti su kuro elementais. Erdvėlaiviai taip pat varomi kuro elementais.

Kuro elementai vis dar iš esmės yra eksperimentinė technologija, tačiau kelios įmonės jau jas parduoda komercinėje rinkoje. Vien per pastaruosius beveik dešimt metų komercinės kuro elementų technologijos padarė didelę pažangą.

Kaip veikia kuro elementas

Kuro elementai yra kaip akumuliatoriai - jie generuoja elektros energiją per cheminę reakciją. Priešingai, vidaus degimo varikliai degina kurą ir taip generuoja šilumą, kuri vėliau paverčiama mechanine energija. Nebent išmetamųjų dujų šiluma būtų kažkaip panaudota (pavyzdžiui, šildymui ar oro kondicionavimui), galima sakyti, kad vidaus degimo variklio efektyvumas yra gana mažas. Pavyzdžiui, tikimasi, kad kuro elementų efektyvumas transporto priemonėje - šiuo metu kuriamas projektas - bus daugiau nei dvigubai efektyvesnis už šiandien naudojamus automobiliuose naudojamus benzininius variklius.

Nors baterijos ir kuro elementai chemiškai gamina elektros energiją, jie puikiai atlieka du dalykus. skirtingos funkcijos... Baterijos yra saugomi energijos prietaisai: jų gaminama elektros energija yra cheminės reakcijos iš jau esančių medžiagų rezultatas. Kuro elementai nekaupia energijos, bet dalį energijos iš išorės tiekiamo kuro paverčia elektros energija. Šiuo atžvilgiu kuro elementas labiau primena įprastą elektrinę.

Yra keletas skirtingų kuro elementų tipų. Paprasčiausias kuro elementas susideda iš specialios membranos, žinomos kaip elektrolitas. Abiejose membranos pusėse uždedami milteliniai elektrodai. Ši konstrukcija - elektrolitas, apsuptas dviejų elektrodų - yra atskiras elementas. Vandenilis teka į vieną pusę (anodas), o deguonis (oras) į kitą (katodas). Prie kiekvieno elektrodo vyksta skirtingos cheminės reakcijos.

Prie anodo vandenilis suskaido į protonų ir elektronų mišinį. Kai kuriuose kuro elementuose elektrodus supa katalizatorius, paprastai pagamintas iš platinos ar kitų tauriųjų metalų, kurie palengvina disociacijos reakciją:

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

H2 = diatominė vandenilio molekulė, forma, in

kuris vandenilis yra dujų pavidalu;

H + = jonizuotas vandenilis, t.y. protonas;

e- = elektronas.

Kuro elemento veikimas grindžiamas tuo, kad elektrolitas praeina pro save protonus (link katodo), o elektronai - ne. Elektronai juda prie katodo išilgai laidžios grandinės. Šis elektronų judėjimas yra elektros srovė, kuri gali būti naudojama vairuoti išorinis įrenginys prijungtas prie kuro elemento, pvz., elektros variklio ar lemputės. Šis prietaisas paprastai vadinamas „kroviniu“.

Kuro elemento katodo pusėje protonai (kurie praėjo per elektrolitą) ir elektronai (kurie praėjo per išorinę apkrovą) „vėl susijungia“ ir reaguoja su katodui tiekiamu deguonimi, kad susidarytų vanduo H2O:

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

Bendras atsakas kuro elemente parašytas taip:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Kuro elementai savo darbe naudoja vandenilinį kurą ir deguonį iš oro. Vandenilis gali būti tiekiamas tiesiogiai arba išgaunant iš išorinio kuro šaltinio, pavyzdžiui, gamtinių dujų, benzino ar metanolio. Išorinio šaltinio atveju jis turi būti chemiškai transformuotas, kad būtų išgautas vandenilis. Šis procesas vadinamas „reformavimu“. Vandenilio taip pat galima gauti iš amoniako, alternatyvių išteklių, tokių kaip dujos iš miesto sąvartynų ir nuotekų valymo įrenginių, ir vandens elektrolizės, kurios metu elektra skaidoma vandenį į vandenilį ir deguonį. Dauguma transporto priemonių kuro elementų technologijų šiandien naudoja metanolį.

Kuro reformai gaminti vandenilį kuro elementams, skirtingomis priemonėmis... JAV energetikos departamentas benzino reformatoriaus viduje sukūrė kuro sistemą, kuri tiekia vandenilį į autonominį kuro elementą. JAV Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionalinės laboratorijos tyrėjai pademonstravo kompaktišką reformatorių kuro gamyklą, dešimtadaliu didesnį už maitinimo bloką. JAV energetikos bendrovė „Northwest Power Systems“ ir „Sandia National Laboratory“ pademonstravo degalų reformatorių, kuris dyzelinį kurą paverčia vandeniliu kuro elementams.

Individualiai kuro elementai gamina apie 0,7-1,0 voltų. Norėdami padidinti įtampą, elementai surenkami į "kaskadą", ty. serijinis ryšys. Norėdami sukurti daugiau srovės, kaskadinių elementų rinkiniai yra prijungti lygiagrečiai. Jei kuro elementų kaskadas sujungsite su kuro sistema, oro ir aušinimo sistema bei valdymo sistema, gausite kuro elementų variklį. Šis variklis gali vairuoti transporto priemonę, stacionarią elektrinę ar nešiojamą elektros generatorių6. Kuro elementų varikliai yra skirtingų dydžių priklausomai nuo paskirties, kuro elemento tipo ir naudojamo kuro. Pavyzdžiui, kiekvienos iš keturių atskirų 200 kW stacionarių elektrinių, įrengtų Omahos banke, dydis yra maždaug toks, kaip sunkvežimio priekabos.

Programos

Kuro elementai gali būti naudojami tiek stacionariuose, tiek mobiliuose įrenginiuose. Reaguodami į griežtesnes JAV išmetamųjų teršalų normas, automobilių gamintojai, įskaitant „DaimlerChrysler“, „Toyota“, „Ford“, „General Motors“, „Volkswagen“, „Honda“ ir „Nissan“, eksperimentavo ir demonstravo transporto priemones su kuro elementais. Tikimasi, kad pirmosios komercinės kuro elementų transporto priemonės į kelią pateks 2004 ar 2005 m.

Svarbus įvykis kuro elementų technologijų istorijoje buvo 1993 m. Birželio mėn. „Ballard Power System“ eksperimentinio 32 pėdų miesto autobuso demonstravimas, varomas 90 kilovatų vandenilio kuro elementų variklio. Nuo to laiko daugelis skirtingi tipai ir skirtingų kartų kuro elementų keleivinės transporto priemonės, varomos skirtingu kuru. Nuo 1996 m. Pabaigos Palm Desert, Kalifornijoje, buvo naudojami trys vandenilio kuro elementų golfo vežimėliai. Čikagos, Ilinojaus keliais; Vankuveris, Britų Kolumbija; ir Oslas, Norvegija, bando kuro elementų miesto autobusus. Šarminio kuro elementų taksi bandomi Londono gatvėse.

Taip pat demonstruojami stacionarūs įrenginiai, naudojantys kuro elementų technologiją, tačiau jie dar nėra plačiai naudojami komerciniais tikslais. Pirmasis Omahos nacionalinis bankas Nebraskoje naudoja kuro elementų sistemą kompiuteriams maitinti, nes ji yra patikimesnė nei sena sistema valdomas iš elektros tinklo, naudojant avarinį akumuliatoriaus maitinimo šaltinį. Didžiausias pasaulyje komercinė sistema kuro elementas, kurio galia yra 1,2 MW, netrukus bus sumontuotas Aliaskoje esančiame pašto apdorojimo centre. Taip pat bandomi ir demonstruojami kuro elementų nešiojamieji kompiuteriai, nuotekų valymo įrenginių valdymo sistemos ir pardavimo automatai.

"Už ir prieš"

Kuro elementai turi keletą privalumų. Nors efektyvumas modernūs varikliai vidaus degimas yra tik 12-15%, kuro elementams šis santykis yra 50%. Kuro elementų efektyvumas gali išlikti gana aukštas net ir tada, kai jie nenaudojami visa nominalia galia, o tai yra didelis pranašumas prieš benzininius variklius.

Modulinė kuro elementų konstrukcija reiškia, kad kuro elementų elektrinės pajėgumus galima padidinti tiesiog pridedant dar kelis etapus. Tai sumažina pajėgumų nepakankamo panaudojimo koeficientą, kuris leidžia geriau suderinti pasiūlą ir paklausą. Kadangi kuro elementų kamino efektyvumą lemia atskirų elementų veikimas, mažos kuro elementų elektrinės veikia taip pat efektyviai, kaip ir didelės. Be to, stacionarių kuro elementų sistemų atliekų šiluma gali būti naudojama vandeniui ir patalpoms šildyti, taip dar labiau padidinant energijos vartojimo efektyvumą.

Naudojant kuro elementus, kenksmingų teršalų praktiškai nėra. Kai variklis veikia grynu vandeniliu, kaip šalutinis produktas susidaro tik šiluma ir gryni vandens garai. Taigi kosminiuose laivuose astronautai geria vandenį, kuris susidaro veikiant borto kuro elementams. Išmetamųjų teršalų sudėtis priklauso nuo vandenilio šaltinio pobūdžio. Naudojant metanolį išsiskiria azoto oksidai ir anglies monoksidas, o angliavandeniliai - tik nedideli. Išmetamųjų teršalų kiekis didėja, kai pereinama nuo vandenilio prie metanolio ir benzino, nors net ir naudojant benziną, išmetamųjų teršalų kiekis išliks gana mažas. Bet kokiu atveju, pakeitus šiandieninius tradicinius vidaus degimo variklius kuro elementais, bendras CO2 ir azoto oksido išmetimas sumažėtų.

Kuro elementų naudojimas suteikia energijos infrastruktūrai lankstumo, sukuria papildomų funkcijų decentralizuotai elektros gamybai. Decentralizuotų energijos šaltinių įvairovė leidžia sumažinti nuostolius perduodant elektros energiją ir plėtoti energijos rinkas (o tai ypač svarbu atokiose ir kaimo vietovėse, nesant prieigos prie elektros linijų). Kuro elementų pagalba pavieniai gyventojai ar mikrorajonai gali apsirūpinti didžiąja elektros energijos dalimi ir taip žymiai padidinti jos naudojimo efektyvumą.

Kuro elementai siūlo energiją Aukštos kokybės ir padidintas patikimumas. Jie yra patvarūs, neturi judančių dalių ir gamina pastovų energijos kiekį.

Tačiau kuro elementų technologiją reikia toliau tobulinti, kad būtų pagerintos jų eksploatacinės savybės, sumažintos išlaidos ir taip kuro elementai taptų konkurencingi su kitomis energetikos technologijomis. Reikėtų pažymėti, kad, svarstant energetikos technologijų sąnaudų charakteristikas, reikėtų lyginti remiantis visomis sudedamosiomis technologinėmis charakteristikomis, įskaitant kapitalo veiklos sąnaudas, teršalų išmetimą, energijos kokybę, ilgaamžiškumą, eksploatavimo nutraukimą ir lankstumą.

Nors vandenilis yra geriausias kuras, infrastruktūra ar transporto bazė dar nėra. Netolimoje ateityje elektrinėms tiekti vandenilio šaltinius benzino, metanolio ar gamtinių dujų pavidalu, esamas sistemas iškastinio kuro atsargos (degalinės ir kt.). Dėl to nereikėtų specialių vandenilio degalinių, tačiau kiekvienoje transporto priemonėje turėtų būti sumontuotas iškastinio ir vandenilio keitiklis („reformatorius“). Šio metodo trūkumas yra tas, kad jis naudoja iškastinį kurą ir taip išskiria anglies dioksidą. Metanolis, kuris šiuo metu yra pagrindinis kandidatas, išskiria mažiau išmetamųjų teršalų nei benzinas, tačiau tam reikia didesnės transporto priemonės talpos, nes jis užima dvigubai daugiau daugiau vietos su tuo pačiu energijos kiekiu.

Skirtingai nuo iškastinio kuro tiekimo sistemų, saulės ir vėjo sistemos (naudojant elektros energiją vandeniui ir deguoniui gaminti iš vandens) ir tiesioginės fotokonversijos sistemos (naudojant puslaidininkines medžiagas arba fermentus vandeniliui gaminti) galėtų tiekti vandenilį be pertvarkymo žingsnio, todėl gali būti pašalinių rodiklių. išvengta kenksmingų medžiagų, kuris pastebimas naudojant metanolio ar benzino kuro elementus. Jei reikia, vandenilis gali būti laikomas ir konvertuojamas į elektrą kuro elemente. Žvelgiant į priekį, kuro elementų derinimas su tokia atsinaujinančia energija greičiausiai bus veiksminga strategija, užtikrinanti produktyvų, aplinkai nekenksmingą ir universalus šaltinis energijos.

IEER rekomenduoja vietos, federalinėms ir valstijų vyriausybėms dalį savo transporto pirkimų biudžeto skirti kuro elementų transporto priemonėms ir stacionarios sistemos kuro elementas, tiekiantis šilumą ir elektros energiją kai kuriems svarbiems ar naujiems pastatams. Tai padės sukurti gyvybiškai svarbias technologijas ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.

Kuro elementas yra prietaisas, kuris per elektrocheminę reakciją efektyviai generuoja šilumą ir nuolatinę srovę ir naudoja daug vandenilio turinčio kuro. Iš esmės jis yra panašus į akumuliatorių. Struktūriškai kuro elementą vaizduoja elektrolitas. Kuo jis nuostabus? Skirtingai nuo tų pačių akumuliatorių, vandenilio kuro elementai nesaugo elektros energijos, jiems nereikia elektros energijos įkrauti ir neišsikrauna. Ląstelės ir toliau gamina elektros energiją, kol turi oro ir degalų.

Ypatumai

Skirtumas tarp kuro elementų ir kitų energijos generatorių yra tas, kad eksploatacijos metu jie nedegina kuro. Dėl šios savybės jiems nereikia aukšto slėgio rotorių, jie neskleidžia stipraus triukšmo ir vibracijos. Elektra kuro elementuose susidaro dėl tylios elektrocheminės reakcijos. Tokiuose prietaisuose esanti kuro cheminė energija tiesiogiai paverčiama vandeniu, šiluma ir elektra.

Kuro elementai skiriasi didelis efektyvumas ir neišskiria daug šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Išmetimo produktas elementų veikimo metu yra nedidelis vandens kiekis garo ir anglies dioksido pavidalu, kuris neišskiriamas, jei kaip kuras naudojamas grynas vandenilis.

Išvaizda istorija

Praėjusio amžiaus šeštajame ir šeštajame dešimtmečiuose NASA atsiradęs energijos šaltinių poreikis ilgalaikėms kosminėms misijoms išprovokavo vieną iš svarbiausių tuo metu egzistavusių kuro elementų užduočių. Šarminės ląstelės kaip degalus naudoja deguonį ir vandenilį, kurie elektrocheminės reakcijos metu paverčiami šalutiniais produktais, kurie yra naudingi skrendant į kosmosą - elektra, vandeniu ir šiluma.

Kuro elementai pirmą kartą buvo atrasti XIX amžiaus pradžioje - 1838 m. Tuo pačiu metu pasirodė pirmoji informacija apie jų veiksmingumą.

Darbas su kuro elementais naudojant šarminius elektrolitus prasidėjo 1930 -ųjų pabaigoje. Ląstelės su nikeliu padengtais elektrodais aukštas spaudimas buvo išrastas tik 1939 m. Antrojo pasaulinio karo metu britų povandeniniams laivams buvo sukurti kuro elementai, susidedantys iš šarminių elementų, kurių skersmuo yra apie 25 centimetrus.

Susidomėjimas jais padidėjo 1950 -aisiais ir 1980 -aisiais, būdingas mazuto trūkumas. Viso pasaulio šalys pradėjo kovoti su oro tarša ir aplinka siekiama plėtoti aplinką saugiais būdais gaunanti elektros energiją. Kuro elementų gamybos technologija šiuo metu aktyviai plėtojama.

Veikimo principas

Šilumą ir elektrą kuro elementai gamina dėl elektrocheminės reakcijos, naudojant katodą, anodą ir elektrolitą.

Katodas ir anodas yra atskirti protonus laidžiu elektrolitu. Po to, kai katodas tiekiamas deguonimi, o anodas - vandeniliu, prasideda cheminė reakcija, dėl kurios atsiranda šiluma, srovė ir vanduo.

Ant anodo katalizatoriaus išsiskiria, todėl prarandami elektronai. Vandenilio jonai patenka į katodą per elektrolitą, o elektronai - per išorinį elektros tinklas ir sukurti pastovią srovę, kuri naudojama įrangai maitinti. Deguonies molekulė ant katodo katalizatoriaus susijungia su elektronu ir gaunamu protonu, galiausiai sudarydama vandenį, kuris yra vienintelis reakcijos produktas.

Tipai

Tam tikro tipo kuro elementų pasirinkimas priklauso nuo jo taikymo srities. Visi kuro elementai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas - aukšta temperatūra ir žema temperatūra. Pastarieji kaip kurą naudoja gryną vandenilį. Tokiems prietaisams paprastai reikia pirminio kuro paversti grynu vandeniliu. Procesas atliekamas naudojant specialią įrangą.

Aukštos temperatūros kuro elementams to nereikia, nes jie degalus paverčia aukštesnėje temperatūroje, todėl nereikia vandenilio infrastruktūros.

Vandenilio kuro elementų veikimo principas grindžiamas cheminės energijos pavertimu elektros energija be neefektyvių degimo procesų ir šiluminės energijos pavertimu mechanine energija.

Bendrosios sąvokos

Vandenilio kuro elementai yra elektrocheminiai prietaisai, gaminantys elektros energiją labai efektyviai „šaltai“ deginant kurą. Yra keletas tokių prietaisų tipų. Perspektyviausia technologija laikoma vandenilio ir oro kuro elementais su PEMFC protonų mainų membrana.

Protonus laidi polimerinė membrana yra skirta atskirti du elektrodus - katodą ir anodą. Kiekvieną iš jų vaizduoja anglies matrica, ant kurios nusėda katalizatorius. išsiskiria ant anodo katalizatoriaus, dovanodamas elektronus. Katijonai į katodą vedami per membraną, tačiau elektronai perkeliami į išorinę grandinę, nes membrana nėra skirta elektronams perduoti.

Deguonies molekulė ant katodo katalizatoriaus jungiasi su elektronu iš elektros grandinės ir gaunamu protonu, galiausiai sudarydama vandenį, kuris yra vienintelis reakcijos produktas.

Vandenilio kuro elementai naudojami membraninių elektrodų mazgams, kurie veikia kaip pagrindiniai energijos sistemos elementai, gaminti.

Vandenilio kuro elementų privalumai

Tarp jų reikėtų pabrėžti:

• Padidėjusi specifinė šilumos talpa.
• Platus darbinės temperatūros diapazonas.
• Nėra vibracijos, triukšmo ir karščio dėmių.
• Šaltojo paleidimo patikimumas.
• Nėra savaiminio išsikrovimo, o tai užtikrina ilgą energijos saugojimo laiką.
• Neribota autonomija dėl galimybės reguliuoti energijos sąnaudas keičiant kuro kasečių skaičių.
• Beveik bet kokio energijos intensyvumo užtikrinimas dėl vandenilio saugyklos talpos pasikeitimo.
• Ilgas tarnavimo laikas.
• Tylus ir aplinkai nekenksmingas darbas.
• Aukštas lygis energijos intensyvumas.
• Atsparumas pašalinėms vandenilio priemaišoms.

Taikymo sritis

Ačiū didelis efektyvumas Vandenilio kuro elementai naudojami įvairiose srityse:

• Nešiojamas įkrovimo įrenginys.
• Maitinimo sistemos UAV.
• Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai.
• Kiti prietaisai ir įranga.

Vandenilio energijos perspektyvos

Plačiai naudoti vandenilio peroksido kuro elementus bus galima tik sukūrus efektyvų vandenilio gamybos metodą. Norint pradėti aktyviai naudoti technologiją, reikia naujų idėjų, daug vilčių dedant į biokuro elementų koncepciją ir nanotechnologijas. Kai kurios bendrovės palyginti neseniai išleido efektyvius katalizatorius, pagamintus iš įvairių metalų, tuo pačiu metu pasirodė informacija apie kuro elementų be membranų kūrimą, o tai leido žymiai sumažinti gamybos sąnaudas ir supaprastinti tokių prietaisų dizainą. Vandenilio kuro elementų pranašumai ir savybės neatsveria jų pagrindinio trūkumo - didelės išlaidos, ypač lyginant su angliavandenilių įtaisais. Vienai vandenilio jėgainei sukurti reikia mažiausiai 500 tūkstančių dolerių.

Kaip surinkti vandenilio kuro elementą?

Mažos galios kuro elementą galima sukurti savarankiškai įprastoje namų ar mokyklos laboratorijoje. Naudojamos senos dujinės kaukės, organinio stiklo gabalėliai, vandeninis etilo alkoholio ir šarmų tirpalas.

Vandenilio kuro elemento korpusas pagamintas rankomis iš ne mažiau kaip penkių milimetrų storio organinio stiklo. Pertvaros tarp skyrių gali būti plonesnės - apie 3 milimetrus. Plexiglass yra klijuojamas specialus klijai pagamintas iš chloroformo arba dichloretano ir organinio stiklo drožlių. Visi darbai atliekami tik veikiant gaubtui.

Išorinėje korpuso sienelėje išgręžiama 5-6 centimetrų skersmens skylė, į kurią įkišamas guminis kamštis ir išleidimo stiklo vamzdelis. Dujų kaukės aktyvuota anglis pilama į antrą ir ketvirtą kuro elemento korpuso skyrius - ji bus naudojama kaip elektrodas.

Degalai bus cirkuliuojami pirmoje kameroje, o penktoji užpildyta oru, iš kurio bus tiekiamas deguonis. Elektrolitas, kuris pilamas tarp elektrodų, yra įmirkytas parafino ir benzino tirpalu, kad jis nepatektų į oro kamerą. Vario plokštės su prie jų prilituotais laidais dedamos ant anglies sluoksnio, per kurį bus nukreipta srovė.

Surinktas vandenilio kuro elementas pripildomas degtinės, praskiestos vandeniu santykiu 1: 1. Į gautą mišinį atsargiai įpilama kalio hidroksido: 70 gramų kalio ištirpsta 200 gramų vandens.

Prieš bandant kuro elementą vandeniliu, degalai pilami į pirmąją kamerą, o elektrolitas - į trečiąją. Prie elektrodų prijungto voltmetro rodmenys turėtų skirtis nuo 0,7 iki 0,9 voltų. Siekiant užtikrinti nenutrūkstamą elemento veikimą, panaudotas kuras turi būti išleistas, o naujas kuras pilamas per guminį vamzdelį. Suspaudus vamzdelį, sureguliuojamas degalų padavimo greitis. Tokie namuose surinkti vandenilio kuro elementai turi mažai galios.

Kuro elementas Nr. 1 - materijos širdis (priskyrimas materijos įstaigai)
Pirmasis „Aloy“ kuro elementas bus rastas prieš įžengiant į visiškai atvirą pasaulį. Po iniciacijos mūsų herojė atsidurs Motinos širdyje, šventoje Hora genties vietoje ir matriarchų buveinėje.

Atsikėlęs iš lovos, Aloy paeiliui eis per kelis kambarius ir viename iš jų užkliūs už uždarų durų, kurių negalima atidaryti. Apsidairykite - netoliese bus ventiliacijos šachta, papuošta degančiomis žvakėmis. Jūs esate ten.

Pasivaikščioję kasykla atsidursite užrakintų durų. Pažvelkite į grindis šalia žvakių ir prie sienos pritvirtintą paslaptingą dėžę - čia yra kuro elementas.

Svarbu: Jei dabar nepasirinksite šio kuro elemento, į šią vietą vėl galėsite patekti tik vėlesniuose žaidimo etapuose, atlikę užduotį „Hora širdis“.

Kuro elementas Nr. 2 - griuvėsiai
Eloy jau buvo šiuose griuvėsiuose - ji čia nukrito vaikystėje. Baigę Iniciaciją, verta prisiminti vaikystę ir vėl čia sugrįžti - gauti antrą kuro elementą.

Įėjimas į griuvėsius atrodo taip, drąsiai šokinėkite.

Jums reikia pirmo griuvėsių lygio, dešiniojo apatinio ploto, pažymėto violetine spalva žemėlapyje. Čia yra durys, kurias Aloyzas atvers savo ietimi.

Išėję pro duris, lipkite laiptais aukštyn ir pasukite į dešinę - Eloy jaunystėje negalėjo patekti pro šiuos stalaktitus, tačiau dabar ji ginčijasi. Vėl išimkite ietį ir sulaužykite stalaktitus - kelias aiškus, belieka paimti ant stalo gulintį kuro elementą.

Kuro elementas Nr. 3 - pagrindinė riba (nustatykite pagrindinę ribą)
Mes einame į šiaurę. Per istorijos ieškojimus „Master Aloy's Reach“ tyrinėja milžiniškus „Forerunners“ griuvėsius. Dvyliktajame griuvėsių lygyje paslėpta dar viena kuro kamera.

Jums reikia ne tik užkopti į viršutinį griuvėsių lygį, bet ir pakilti šiek tiek aukščiau. Lipkite į išlikusią pastato dalį, kol atsidursite mažoje, nuo vėjų atviroje vietoje.

Čia yra trečias kuro elementas. Beliko nusileisti.

Kuro elementas # 4 - Mirties lobis (mirties lobio priskyrimas)
Šis kuro elementas taip pat yra paslėptas šiaurinėje žemėlapio dalyje, tačiau jis yra daug arčiau Hora genties žemių. Eloy taip pat pateks čia per istorijos misiją.

Norėdami patekti į elementą, „Aloy“ turi atkurti sandarių durų, esančių trečiajame vietos lygyje, energijos tiekimą.

Norėdami tai padaryti, turite išspręsti nedidelį galvosūkį - lygyje žemiau durų yra du keturių reguliatorių blokai.

Pirma, pakalbėkime apie kairįjį reguliatorių bloką. Pirmasis reguliatorius turėtų „žiūrėti“ į viršų, antrasis - į dešinę, trečias - į kairę, ketvirtas - žemyn.

Mes einame į dešinį bloką. Nelieskite pirmųjų dviejų rankenėlių, trečioji ir ketvirtoji rankenėlės turi būti nukreiptos žemyn.

Mes pakylame vienu lygiu aukštyn - čia yra paskutinis reguliatorių blokas. Teisinga tvarka: aukštyn, žemyn, kairėn, dešinėn.

Jei viską padarysite teisingai, visi valdikliai pakeis spalvą į turkio spalvą, bus atkurtas maitinimas. Lipkite atgal prie durų ir atidarykite jas - tai kitas kuro elementas.

Kuro elementas Nr. 5 - GAIA PRIME (Fallen Mountain užduotis)
Pagaliau paskutinis kuro elementas - ir vėl siužete. Eloy eina į GAIA PRIME griuvėsius.

Būkite ypač atsargūs, kai pasiekiate trečiąjį lygį. Tam tikru momentu priešais Eloy bus patraukli bedugnė, į kurią galėsite nusileisti virve - jums to nereikia.

Geriau pasukite į kairę ir ištirkite paslėptą urvą, į jį galite patekti, jei nusileisite kalno šlaitu.

Eik į vidų ir eik į priekį iki pat pabaigos. Paskutiniame dešiniajame kambaryje bus stovas, ant kurio guli paskutinis kuro elementas.

„Nissan“ vandenilio kuro elementas

Kasmet mobilioji elektronika tobulinama, tampa vis labiau paplitusi ir prieinamesnė: PDA, nešiojamieji kompiuteriai, mobilieji ir skaitmeniniai įrenginiai, nuotraukų rėmeliai ir tt Visi jie nuolat atnaujinami naujomis funkcijomis, dideliais monitoriais, belaidžiu ryšiu ir kt. stiprūs procesoriai, tuo pačiu mažėja. Maitinimo technologija, priešingai nei puslaidininkių technologija, šuoliais neik.

Turimos baterijos ir akumuliatoriai, skirti pramonės pasiekimams maitinti, tampa nepakankami, todėl alternatyvių šaltinių problema yra labai opi. Kuro elementai yra pati perspektyviausia kryptis. Jų veikimo principą dar 1839 metais atrado Williamas Grove'as, kuris gamino elektros energiją keisdamas vandens elektrolizę.

Vaizdo įrašas: dokumentinis filmas, kuro elementai transportavimui: praeitis, dabartis, ateitis

Kuro elementai domina automobilių gamintojus, jais domisi ir erdvėlaivių statybininkai. 1965 m. Juos net Amerika išbandė į kosmosą paleistu erdvėlaiviu „Gemini 5“, o vėliau - „Apollo“. Milijonai dolerių investuojami į kuro elementų tyrimus net ir šiandien, kai kyla problemų, susijusių su aplinkos tarša, didėjančiomis šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijomis deginant iškastinį kurą, kurio atsargos taip pat nėra begalinės.

Kuro elementas, dažnai vadinamas elektrocheminiu generatoriumi, veikia taip.

Būdamas kaip akumuliatoriai ir baterijos, galvaninis elementas, tačiau tuo skirtumu, kad veikliosios medžiagos yra laikomos atskirai. Jie ateina prie elektrodų, kaip jie naudojami. Neigiamas elektrodas degina natūralų kurą arba bet kokią iš jo gautą medžiagą, kuri gali būti dujinė (pavyzdžiui, vandenilis ir anglies monoksidas) arba skysta, pavyzdžiui, alkoholiai. Deguonis, kaip taisyklė, reaguoja į teigiamą elektrodą.

Tačiau iš pažiūros paprastą veikimo principą nelengva paversti realybe.

„Pasidaryk pats“ kuro elementas

Vaizdo įrašas: „Pasidaryk pats“ vandenilio kuro elementas

Deja, neturime nuotraukų, kaip šis kuro elementas turėtų atrodyti, tikimės jūsų vaizduotės.

Mažos galios kuro elementą savo rankomis galima pagaminti net mokyklos laboratorijoje. Būtina apsirūpinti sena dujine kauke, keliais organinio stiklo gabalėliais, šarmais ir vandeniniu etilo alkoholio tirpalu (paprasčiau tariant, degtine), kuris bus kuro elemento „kuras“.

Visų pirma, jums reikia kuro elemento korpuso, kuris yra geriau pagamintas iš organinio stiklo, kurio storis ne mažesnis kaip penki milimetrai. Vidinės pertvaros(penki skyriai viduje) gali būti šiek tiek plonesni - 3 cm. Norėdami priklijuoti organinį stiklą, naudokite tokios sudėties klijus: šeši gramai organinio stiklo drožlių ištirpinami šimte gramų chloroformo arba dichloretano (dirbkite po gaubtu).

Dabar išorinėje sienoje reikia išgręžti skylę, į kurią reikia įkišti 5-6 centimetrų skersmens drenažo stiklo vamzdelį per guminį kamštį.

Visi žino, kad periodinėje lentelėje apatiniame kairiajame kampe yra aktyviausi metalai, o didelio aktyvumo metalloidai yra viršutiniame dešiniajame kampe esančioje lentelėje, t.y. galimybė dovanoti elektronus yra padidinta iš viršaus į apačią ir iš dešinės į kairę. Elementai, galintys tam tikromis sąlygomis pasireikšti kaip metalai ar metalloidai, yra lentelės centre.

Dabar antrame ir ketvirtame skyriuose iš dujų kaukės (tarp pirmosios ir antrosios pertvaros, taip pat trečios ir ketvirtos) pilame aktyvintą anglį, kuri veiks kaip elektrodai. Kad anglis neišsilietų per skyles, ją galima dėti į nailoninį audinį (tinka moteriškos nailoninės kojinės). V

Degalai cirkuliuos pirmoje kameroje, penktoje turėtų būti deguonies tiekėjas - oras. Tarp elektrodų bus elektrolitas ir, kad jis nepatektų į oro kamerą, prieš pripildant ketvirtąją kamerą anglimi oro elektrolitui, ją reikia mirkyti parafino tirpale benzino tirpale (santykis yra 2 gramų parafino iki pusės stiklinės benzino). Ant anglies sluoksnio reikia uždėti (šiek tiek įspaudžiant) varines plokšteles, prie kurių laidai yra lituojami. Per juos srovė bus nukreipta nuo elektrodų.

Belieka tik įkrauti elementą. Tam reikia degtinės, kurią reikia praskiesti vandeniu santykiu 1: 1. Tada atsargiai įpilkite nuo trijų šimtų iki trijų šimtų penkiasdešimt gramų kaustinio kalio. Elektrolitui 70 gramų kaustinio kalio ištirpinama 200 gramų vandens.

Kuro elementas yra paruoštas bandymui. Dabar į pirmąją kamerą reikia įpilti degalų, o į trečiąją - elektrolitą. Prie elektrodų prijungtas voltmetras turėtų rodyti nuo 07 voltų iki 0,9. Norint užtikrinti nuolatinį elemento veikimą, būtina pašalinti panaudotą kurą (supilti į stiklinę) ir įpilti naujo kuro (per guminį vamzdelį). Tiekimo greitis reguliuojamas suspaudžiant vamzdelį. Taip laboratorijos sąlygomis atrodo kuro elemento veikimas, kurio galia suprantamai maža.

Vaizdo įrašas: kuro elementas arba amžina baterija namuose

Kad galia būtų didesnė, mokslininkai ilgą laiką sprendė šią problemą. Metanolio ir etanolio kuro elementai yra aktyviai plieno. Bet, deja, kol kas nėra galimybės jų praktikuoti.

Kodėl kuro elementas pasirinktas kaip alternatyvus energijos šaltinis

Kuro elementas buvo pasirinktas kaip alternatyvus energijos šaltinis, nes galutinis vandenilio degimo produktas jame yra vanduo. Problema susijusi tik surasti nebrangų ir efektyvų vandenilio gamybos metodą. Kolosalinės lėšos, investuotos į vandenilio generatorių ir kuro elementų kūrimą, gali tik duoti vaisių, todėl technologinis proveržis ir tikras jų panaudojimas Kasdienybė, tik laiko klausimas.

Jau šiandien automobilių pramonės monstrai:„General Motors“, „Honda“, „Dreimler Coaisler“, „Ballard“ demonstruoja autobusus ir automobilius, kurie varomi kuro elementais, kurių galia siekia 50 kW. Tačiau problemos, susijusios su jų saugumu, patikimumu, kaina, dar nebuvo išspręstos. Kaip jau minėta, skirtingai nuo tradicinių energijos šaltinių - baterijų ir baterijų, šiuo atveju oksidatorius ir kuras tiekiamas iš išorės, o kuro elementas tik tarpininkauja vykstančioje reakcijoje deginant kurą ir paverčiant išsiskiriančią energiją elektra. „Degimas“ vyksta tik tuo atveju, jei elementas tiekia srovę į apkrovą, kaip dyzelinis elektros generatorius, bet be generatoriaus ir dyzelinio variklio, taip pat be triukšmo, dūmų ir perkaitimo. Tuo pačiu metu efektyvumas yra daug didesnis, nes nėra tarpinių mechanizmų.

Vaizdo įrašas: vandenilio kuro elementų transporto priemonė

Didelės viltys dedamos į nanotechnologijų ir nanomedžiagų naudojimą kurie padės miniatiūrizuoti kuro elementus, tuo pačiu padidindami jų galią. Yra pranešimų, kad buvo sukurti itin efektyvūs katalizatoriai, taip pat kuro elementų, neturinčių membranų, konstrukcijos. Juose kartu su oksidatoriumi į elementą tiekiamas kuras (pavyzdžiui, metanas). Įdomūs sprendimai, kai ore ištirpęs deguonis naudojamas kaip oksidatorius, o užterštame vandenyje susikaupusios organinės priemaišos naudojamos kaip kuras. Tai yra vadinamieji biokuro elementai.

Kuro elementai, anot ekspertų, artimiausiais metais gali patekti į masinę rinką