celule de combustie cu hidrogen - energie a viitorului
Surse noi de energie pentru vehicule electrice.
Odată cu apariția revoluției industriale, omenirea a început lipsei de surse puternice de energie. Obținerea de energie printr-o pereche de lucru - prima tehnologie de masă termică în conversia energiei mecanice, - procesul este destul de imperfect. Ca un combustibil pentru cazane de abur utilizate resurse neregenerabile - cărbune și păcură. Deși mijlocul secolului 20, acest lucru nu este privit ca o slăbiciune gravă, eficiență scăzută a unor astfel de sisteme, care au intrat chiar se spune ( „Eficiența - ca o locomotivă“) și a fost în măsură să fumeze în zonele industriale, oamenii de știință forțată și ingineri caute noi modalități de a obține energie. Și apoi a venit pentru a ajuta la surse curate și puternice - pile de combustie cu hidrogen, crearea care oamenii de știință au fost selectate la fel de mult ca o jumătate de secol.
Istoria Hydrogen Energy.
Termenul „celulă de combustibil“, a fost propusă în 1889 de către inventator Ludwig Mond și Charlzom Langerom. Ei au încercat să creeze un dispozitiv de generare a energiei din gaz de cărbune și aer din reacția de oxidare a unui combustibil organic.
Un număr de cercetători din întreaga lume au continuat cercetările în acest domeniu, de exemplu, Spiridonov om de știință a inventat un element de hidrogen-oxigen, cu o densitate de curent de 30 mA per 1cm2 de suprafața de lucru.
In anii 20 ai secolului 20, cercetatorii germani au descoperit o modalitate de a folosi celule de combustibil solid de oxid și ciclul de carbonat, care este utilizat în timpul nostru. In anii '40 ai secolului 20, a creat unitatea de O.Davtyan care funcționează pe baza a generatorului de gaz de ardere electrochimica. Din 1 metru cub de gaz, aparatul produce 5 kWh de energie electrică. Aceasta a fost prima celula de combustibil cu electrolit solid randament suficient de ridicat.
cercetător englez Tomas Bekon structura celulei de combustibil modificate la momentul: pentru a înlocui platină scump folosit drept catalizator, nichel și acid sulfuric coroziv - prin electrolit alcalin, reducând astfel costurile și creșterea timpului de funcționare a unor astfel de dispozitive. In 1959 a construit stiva de celule de combustibil, cu un randament de 80% și o capacitate totală de 6kW, dar dimensiunile sale erau prea mari pentru a fi utilizate în practică.
De la mijlocul anilor 60-e ale secolului trecut, celulele de combustibil au atras atenția creatorilor de nave spațiale, ceea ce a făcut posibil să se ajungă la un nou nivel de electrochimie. Compania americană General Electric a finalizat dispozitiv de Bacon și a creat o sisteme de generare a energiei pentru programele Apollo și Gemini spațiu. Plus utilizarea de celule de combustibil sunt de dimensiuni mici și capacitatea de a oferi echipajului nu numai energie, ci și apă, dar probleme cu durabilitatea, stabilitatea și securitatea au rămas nerezolvate, și produs de puterea actuală a fost relativ mică (100 până la 200 mA / cm2, suprafața de lucru a celulei ), astfel încât dezvoltarea în continuare a programului nu a primit.
În interesul 90 din aceste surse de energie din nou a fost reluată. Acest lucru se datorează problemelor globale de mediu, precum și epuizarea resurselor de petrol, - sursa de energie primară până în prezent. La urma urmei, într-o celulă de combustibil produsul final de ardere este apa, ceea ce le face cele mai curate și sigure pentru mediu și oameni.
Principiul de funcționare a celulelor de combustie.
În prezent două tipuri de electrolit utilizate în celule de combustie: un acid sau alcalin. Tipurile de reacții independente și chimice care au loc în celulă.
Celulele de combustie cu electrolit alcalin, funcționează pe principiul descris în reacțiile figura. Hidrogenul este introdus prin anod în prezența catalizatorului reacționează cu ionii hidroxil (OH-), pentru a forma apa si electroni. La catod, oxigenul reacționează cu electronii din circuitul exterior și apă pentru a forma ioni de hidroxil și pergidroksila. Reacția rezultată are loc la catod, permițând menținerea unui echilibru de substanță și o sarcină în electrolit.
In celulele moderne de combustie cu electrolit acid, de hidrogen este furnizată prin anod tubular, care acționează prin porii fine în material de electrod și în electrolit. In timpul Chemisorpția moleculelor de hidrogen sunt descompuse in atomii devin ioni cu sarcină pozitivă, oferind un singur electron. Oxigenul este furnizat la catod și este, de asemenea, alimentat în electrolit, reacționează cu hidrogen, cu participarea unui catalizator. Atunci când compusul de oxigen cu hidrogen și electronii din circuitul exterior, se formează apă.
Procese care au loc în celulele de combustie, prin natura lor sunt procesul invers de electroliza. În timpul reacțiilor de energie este transformată în căldură, iar fluxul de electroni în circuitul extern este un curent continuu, care este folosit pentru a face munca. Cele mai multe reacții oferă EMF despre 1V.
pile de combustie metanol.
In prezent, celulele de combustibil sunt dezvoltate în care un combustibil de hidrocarburi poate fi utilizată ca sursă de hidrogen. Această așa-numitele celule de combustie directă cu metanol. În designul lor există un element nou - convertor de combustibil care crește dimensiunea lor, dar problema este rezolvata cu un alcool metilic combustibil produs pentru industria chimică în cantități mari, transportul și depozitarea lor nu constituie nici o problemă, ca sursă a procesului de încărcare este mult simplificată. Singurul dezavantaj al acestei surse - este mai puțin eficient. Este posibil să se utilizeze etanol drept combustibil pentru astfel de surse. Acest lucru ar rezolva problema cu toxicitate metanol, dar eficiența elementului combustibil etil mai puțin.
Elementele de combustibil ale modernității.
In timpul dezvoltarii, au fost construite mai multe tipuri de celule de combustibil, diferite tipuri de electroliți și tipul de combustibil. Acestea sunt elemente în electrolit alcalin, pile de combustie de acid fosforic, elemente de carbonat topit și pile de combustie oxid solid. In afara de hidrogen-oxigen și metanol surse de curent standard pot exista elemente de lucru pe total diferite tipuri de combustibil. De exemplu, puterea poate fi obținută prin oxidarea zincului, sodiu și magneziu prin punerea electrozilor consumabili.
În timpul nostru cu acest tip de energie, există multe probleme, cum ar fi: pierderea eficienței ca urmare a ohmice pierderilor de pierdere de rezistență, de difuzie și de polarizare, auto-încălzire din cauza lucrărilor ineficiente de sistem de eliminare a căldurii, dimensiunea mare a acestor dispozitive.
Cu toate acestea, avantajele în celulele de combustie cu hidrogen sunt mult mai mult decât minusuri. Că există doar prietenia absolută de mediu și de eficiență destul de mare. Spre deosebire de turbine cu abur moderne, care eficiența nu depășește 40%, în celula de combustibil existent este de aproape 70% din energie este transformată direct în electricitate.
Celulele de combustie cu hidrogen poate fi folosit ca o energie ridicată, și ca un substitut pentru sursele de energie convenționale în automobile și aparate de uz casnic.
Celulele de combustibil de pe oxizi solizi au performanțe la temperatură ridicată și putere de până la 5 megawați. Produsele de gazificare a cărbunelui solid poate fi utilizat drept combustibil. Astfel de dispozitive sunt angajate firme Vestingaus, Engelgird și internaționale pile de combustie, fiecare dintre acestea are propria dezvoltare în domeniul elementelor termice.
Celulele de combustibil și popular în calculator și echipamentul mobil. electronice mobile au nevoie de surse de puternic, compact și low-cost de aprovizionare, atât de multe companii conduce dezvoltarea lor în acest domeniu.
perspectivele energetice hidrogen.
De îndată ce o modalitate eficientă de a produce hidrogen este găsit, celulele de combustibil pot fi folosite peste tot, și să înlocuiască sursele deja cunoscute care operează pe hidrocarburi combustibile. Pentru introducerea tehnologiei în utilizarea activă a ideilor complet noi sunt necesare. Speranțe foarte mari asupra nanotehnologiei și conceptul de celule de biocombustibil. Recent, mai multe companii au anunțat crearea unor catalizatori eficiente de diferite metale, au apărut, de asemenea, informații despre crearea de celule de combustibil, fără membrane, ceea ce va reduce considerabil costurile de construcție a unor noi celule de combustibil.
Din păcate, dispozitivele de combustibil pe bază de hidrogen beneficiile încă nu pot mari decât dezavantajul principal - cost mai mare, în comparație cu hidrocarburile dispozitive sunt arse pentru a produce energie, - de exemplu, motoarele cu ardere internă. Costurile stabilirii centralelor electrice hidrogenului variind de la 500 până la câteva mii de dolari pe 1 kW. Se poate spera doar pentru noi invenții, Prelungitoare producția lor și atunci omenirea va fi prevăzută cu o sursă puternică, compactă, și cel mai important ecologic de energie.
«Biciclete Volta» TM.