Az üzemanyagcella olyan eszköz, amely elektrokémiai reakció révén hatékonyan termel hőt és egyenáramot, és hidrogénben gazdag üzemanyagot használ. Elvileg hasonló az akkumulátorhoz. Szerkezetileg az üzemanyagcellát elektrolit képviseli. Mennyire figyelemre méltó? Ugyanazokkal az akkumulátorokkal ellentétben a hidrogén üzemanyagcellák nem tárolnak elektromos energiát, nincs szükségük elektromos áramra az újratöltéshez, és nem merítenek. A sejtek mindaddig termelnek áramot, amíg rendelkeznek levegővel és üzemanyaggal.

Sajátosságok

Az üzemanyagcellák és az egyéb villamosenergia-termelők közötti különbség az, hogy működés közben nem égetnek el üzemanyagot. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően nincs szükségük nagynyomású rotorokra, nem bocsátanak ki hangos zajt és rezgést. Az üzemanyagcellákban a villamos energia csendes elektrokémiai reakcióval keletkezik. Az ilyen berendezésekben lévő üzemanyag kémiai energiája közvetlenül vízzé, hővé és elektromos árammá alakul.

Az üzemanyagcellák rendkívül hatékonyak, és nem bocsátanak ki nagy mennyiségű üvegházhatású gázt. A cellák működése során keletkező emissziós termék kis mennyiségű víz gőz és szén-dioxid formájában, amely nem szabadul fel, ha a tiszta hidrogén üzemanyagként működik.

Megjelenés története

Az 1950-es és 1960-as években a NASA növekvő igénye a hosszú távú űrmissziók energiaforrásaira váltotta ki az egyik legkritikusabb feladatot az üzemanyagcellák számára, amelyek akkoriban léteztek. Az alkáli cellák oxigént és hidrogént használnak tüzelőanyagként, amelyek egy elektrokémiai reakció során az űrrepülés során hasznos melléktermékekké alakulnak - elektromos áram, víz és hő.

Az üzemanyagcellákat először a 19. század elején fedezték fel - 1838-ban. Ezzel egy időben megjelentek az első információk a hatékonyságukról.

A lúgos elektrolitokat használó üzemanyagcellákon az 1930-as évek végén kezdõdtek. A nagynyomású nikkelezett elektródákkal ellátott cellákat csak 1939-ben találták fel. A második világháború alatt a brit tengeralattjárók számára üzemanyagcellákat fejlesztettek ki, amelyek körülbelül 25 centiméter átmérőjű lúgos cellákból álltak.

Az 1950-es és 1980-as években megnőtt az érdeklődés irántuk, amit a fűtőolajhiány jellemez. A világ országai elkezdtek foglalkozni a légszennyezéssel és a környezetvédelemmel, törekedtek a környezetbarát fejlesztésre. Az üzemanyagcellák gyártási technológiája jelenleg aktív fejlesztés alatt áll.

Működés elve

Az üzemanyagcellák hőt és villamos energiát termelnek katód, anód és elektrolit felhasználásával végzett elektrokémiai reakció eredményeként.

A katódot és az anódot protonvezető elektrolit választja el. A katód oxigénnel és az anóddal hidrogénnel való ellátása után kémiai reakció indul be, ami hőt, áramot és vizet eredményez.

Az anódkatalizátoron disszociál, ami elektronvesztéshez vezet. A hidrogénionok az elektroliton keresztül jutnak be a katódba, míg az elektronok áthaladnak a külső elektromos hálózaton, és egyenáramot hoznak létre, amelyet a berendezés táplálására használnak. A katódkatalizátoron lévő oxigénmolekula egyesül egy elektronnal és egy bejövő protonnal, végül víz keletkezik, amely a reakció egyetlen terméke.

Típusok

Egy adott típusú üzemanyagcella kiválasztása az alkalmazási területtől függ. Minden üzemanyagcella két fő kategóriába sorolható: magas hőmérséklet és alacsony hőmérséklet. Ez utóbbiak tiszta hidrogént használnak üzemanyagként. Az ilyen berendezések általában megkövetelik az elsődleges tüzelőanyag tiszta hidrogénné való átalakítását. Az eljárást speciális berendezéssel hajtják végre.

A magas hőmérsékletű üzemanyagcellákra nincs szükségük, mert magasabb hőmérsékleten alakítják át az üzemanyagot, így nincs szükség hidrogén-infrastruktúrára.

A hidrogén üzemanyagcellák működési elve a kémiai energia elektromos energiává történő átalakításán alapul, hatástalan égési folyamatok nélkül, és a hőenergiát mechanikai energiává alakítják.

Általános fogalmak

A hidrogén üzemanyagcellák olyan elektrokémiai berendezések, amelyek az üzemanyag rendkívül hatékony "hideg" elégetésével villamos energiát termelnek. Többféle ilyen eszköz létezik. A legígéretesebb technológiának a PEMFC protoncserélő membránnal felszerelt hidrogén-levegő üzemanyagcellákat tartják.

A protonvezető polimer membrán két elektróda - a katód és az anód - elválasztására szolgál. Mindegyiket egy szénmátrix képviseli, amelyen katalizátor van lerakva. az anódkatalizátoron disszociál, elektronokat adva. A kationok a membránon keresztül jutnak a katódhoz, azonban az elektronok a külső áramkörbe kerülnek, mivel a membránt nem elektronok átvitelére tervezték.

A katódkatalizátoron lévő oxigénmolekula egyesül az elektromos áramkörből származó elektronnal és egy bejövő protonnal, végül vizet képezve, amely a reakció egyetlen terméke.

A hidrogén üzemanyagcellákat membrán-elektróda szerelvények gyártására használják, amelyek az energiarendszer fő generáló elemeiként működnek.

A hidrogén üzemanyagcellák előnyei

Ezek közül kiemelendő:

• Megnövelt fajlagos hőkapacitás.
• Széles üzemi hőmérséklet tartomány.
• Nincs vibráció, zaj és hőfolt.
• Hidegindítási megbízhatóság.
• Nincs önkisülés, ami hosszú energiatárolási élettartamot biztosít.
• Korlátlan autonómia az energiafogyasztás beállításának köszönhetően az üzemanyagpatronok számának változtatásával.
• Gyakorlatilag bármilyen energiaintenzitás biztosítása a hidrogéntároló kapacitásának változása miatt.
• Hosszú élettartam.
• Csendes és környezetbarát munkavégzés.
• Magas szintű energiaintenzitás.
• Tolerancia a hidrogénben lévő idegen szennyeződésekkel szemben.

Alkalmazási terület

Nagy hatásfokuk miatt a hidrogén üzemanyagcellákat különféle területeken használják:

• Hordozható töltők.
• Tápellátási rendszerek UAV-okhoz.
• Szünetmentes tápegységek.
• Egyéb eszközök és felszerelések.

A hidrogénenergia kilátásai

A hidrogén-peroxid üzemanyagcellák széleskörű elterjedése csak egy hatékony hidrogén-előállítási módszer megalkotása után lesz lehetséges. Új ötletekre van szükség a technológia aktív használatba vételéhez, nagy reményeket fűzve a bioüzemanyag-cellák és a nanotechnológia koncepciójához. Néhány vállalat viszonylag nemrégiben bocsátott ki hatékony, különféle fémeken alapuló katalizátorokat, ezzel egyidejűleg információ jelent meg a membrán nélküli üzemanyagcellák létrehozásáról, ami lehetővé tette a gyártási költségek jelentős csökkentését és az ilyen eszközök tervezésének egyszerűsítését. A hidrogén üzemanyagcellák előnyei és jellemzői nem haladják meg a fő hátrányukat - a magas költségeket, különösen a szénhidrogén eszközökkel összehasonlítva. Egy hidrogénerőmű létrehozásához legalább 500 ezer dollárra van szükség.

Hogyan szereljünk össze egy hidrogén üzemanyagcellát?

Kis teljesítményű üzemanyagcella önállóan is létrehozható egy közönséges otthoni vagy iskolai laboratóriumban. A felhasznált anyagok egy régi gázálarc, plexidarabok, etil-alkohol és lúg vizes oldata.

A hidrogén üzemanyagcella testét kézzel készítik legalább öt milliméter vastagságú plexiüvegből. A rekeszek közötti válaszfalak vékonyabbak lehetnek - körülbelül 3 milliméter. A plexit speciális, kloroformból vagy diklór-etánból készült ragasztóval és plexiforgácsból ragasztják. Minden munkát csak akkor hajt végre, ha a motorháztető jár.

A tok külső falába 5-6 centiméter átmérőjű lyukat fúrnak, amelybe gumidugót és lefolyóüveg csövet helyeznek. A gázálarcból származó aktív szenet az üzemanyagcella testének második és negyedik rekeszébe öntik - elektródaként fogják használni.

Az első kamrában az üzemanyagot keringetik, míg az ötödik kamrát levegővel töltik meg, amelyből oxigént szállítanak. Az elektródák közé öntött elektrolitot paraffin és benzin oldattal impregnálják, hogy megakadályozzák, hogy bejusson a légkamrába. A szénrétegre rézlemezeket, hozzájuk forrasztott vezetékekkel helyeznek, amelyeken keresztül az áramot elvezetik.

Az összeszerelt hidrogén üzemanyagcellát vízzel hígított vodkával töltik fel 1: 1 arányban. A kapott keverékhez óvatosan kálium-hidroxidot adunk: 70 gramm káliumot 200 gramm vízben feloldunk.

Az üzemanyagcella hidrogénnel történő tesztelése előtt az első kamrába üzemanyagot, a harmadikba elektrolitot öntünk. Az elektródákhoz csatlakoztatott voltmérő leolvasásának 0,7 és 0,9 volt között kell lennie. A cella folyamatos működése érdekében a kiégett fűtőelemet el kell engedni, és a gumicsövön keresztül új fűtőanyagot kell önteni. A cső összenyomásával az üzemanyag adagolási sebessége beállítható. Az ilyen házilag összeszerelt hidrogén üzemanyagcelláknak kevés a teljesítményük.

A hidrogén tiszta üzemanyag, mivel csak vizet termel, és megújuló energiaforrások felhasználásával tiszta energiát képvisel. Üzemanyagcellában tárolható, amely elektrokémiai átalakító berendezéssel villamos energiát termel. A hidrogén a forradalmi újítás forrása, de fejlesztései még mindig nagyon csekélyek. Okok: nehezen előállítható, költséghatékony és a szerkezet energiaigényessége miatt megkérdőjelezhető energia. Ez az energiaellátási lehetőség azonban érdekes távlatokat kínál az energiatárolás szempontjából, különösen, ha megújuló forrásokról van szó.

A koncepciót Humphrey Davy hatékonyan demonstrálta a tizenkilencedik század elején. Ezt követte Christian Friedrich Schonbein úttörő munkája 1838-ban. Az 1960-as évek elején a NASA ipari partnerekkel együttműködve dolgozott ki ilyen típusú generátorokat emberes űrutazáshoz. Ennek eredménye az első PEMFC blokk.

A GE másik kutatója, Leonard Nidrach platina katalizátorként történő felhasználásával korszerűsítette a PEMFC Grubbot. A Grubb-Niedrachot a NASA-val együttműködve fejlesztették tovább, és a Gemini űrprogramban használták az 1960-as évek végén. Az International Fuel Cells (IFC, később UTC Power) fejlesztette ki az 1,5 kW-os Apollo űrrepülőeszközt. Az űrhajósokat küldetésük során árammal és ivóvízzel látták el. Az IFC ezt követően 12 kW-os eszközöket fejlesztett ki, amelyek a fedélzeti áramellátást biztosítják minden űrhajó repülése során.

Az autóipari elemet először Grulle találta fel az 1960-as években. A GM Union Carbide-ot használt az Electrovan autójában. Csak céges autóként használták, de akár 120 mérföldet is tudott megtenni teli tankkal, és akár 70 mérföld/órás sebességet is elérhetett. Kordesch és Grulke 1966-ban kísérletezett egy hidrogénmotorkerékpárral. Ez egy cellás hibrid volt NiCad akkumulátorral, amely lenyűgöző 1,18 l / 100 km-t ért el. Ez a lépés előremozdította az e-bike technológiát és az e-motorkerékpárok kereskedelmi forgalomba hozatalát.

2007-ben az üzemanyagforrások a legkülönfélébb területeken kerültek kereskedelmi forgalomba, írásos garanciával és szervizképességgel adták el a végfelhasználóknak, pl. megfelelnek a piacgazdaság követelményeinek és normáinak. Így számos piaci szegmens a keresletre kezdett összpontosítani. Pontosabban, több ezer PEMFC és DMFC segéderőegység (APU) került kereskedelmi forgalomba szórakoztató alkalmazásokhoz, például csónakokhoz, játékokhoz és edzőkészletekhez.

A Horizon 2009 októberében mutatta be az első reklámfilmet elektronikus rendszer Dynario, amely metanol patronokkal működik. A Horizon üzemanyagcellák alkalmasak mobiltelefonok, GPS-rendszerek, kamerák vagy digitális zenelejátszók töltésére.

A hidrogén üzemanyagcellák olyan anyagok, amelyek üzemanyagként hidrogént tartalmaznak. A hidrogén üzemanyag olyan nulla kibocsátású üzemanyag, amely égés vagy elektrokémiai reakciók során energiát szabadít fel. Az üzemanyagcellák és az akkumulátorok kémiai reakciók során elektromos áramot állítanak elő, de az előbbiek addig termelnek energiát, amíg van üzemanyag, így soha nem veszítenek töltésükből.

A hidrogén előállítására szolgáló termikus eljárások jellemzően gőzreformálást foglalnak magukban, egy magas hőmérsékletű eljárást, amelyben a gőzt szénhidrogénforrással reagáltatják hidrogén keletkezése érdekében. Sok természetes tüzelőanyag átalakítható hidrogén előállítására.

Ma a hidrogén körülbelül 95%-át gázreformálásból nyerik. A vizet elektrolízissel választják szét oxigénre és hidrogénre egy olyan eszközben, amely a Horizon nulla üzemanyagcellaként működik, ellenkező irányban.

Fényt használnak a hidrogén előállításához. Számos napenergiával működő folyamat létezik:

1. fotobiológiai;
2. fotoelektrokémiai;
3. nap;
4. termokémiai.

A fotobiológiai folyamatok kihasználják a baktériumok és zöldalgák természetes fotoszintetikus aktivitását.

A fotoelektrokémiai eljárások olyan speciális félvezetők, amelyek a vizet hidrogénre és oxigénre választják szét.

A termokémiai hidrogén napenergiával történő előállítása koncentrált napenergiát használ a vízelválasztási reakcióhoz, más anyagokkal, például fém-oxidokkal együtt.

A biológiai folyamatok mikrobákat, például baktériumokat és mikroalgákat használnak, és biológiai reakciók révén hidrogént termelhetnek. A mikrobiális biomassza átalakítás során a mikrobák lebontják a szerves anyagokat, például a biomasszát, míg a fotobiológiai folyamatokban a mikrobák a napfényt használják forrásként.

Az elemes eszközök több részből állnak. Mindegyiknek három fő összetevője van:

• anód;
• katód;
• vezető elektrolit.

A Horizon üzemanyagcellák esetében, ahol minden elektróda nagy felületű, platinaötvözet katalizátorral impregnált anyagból készül, az elektrolit anyaga membrán, és ionvezetőként szolgál. Az elektromos termelést két elsődleges kémiai reakció hajtja. Tiszta H2-t használó sejtekhez.

Az anódnál lévő hidrogéngáz protonokra és elektronokra bomlik. Az előbbiek áthaladnak az elektrolit membránon, az utóbbiak pedig körbefolynak, elektromos áramot generálva. A töltött ionok (H + és e -) a katódon egyesülnek az O 2 -vel, víz és hő szabadul fel. Számos ökológiai problémák amelyek befolyásolják a mai világot, mozgósítják a társadalmakat a fenntartható fejlődés és a bolygó védelme érdekében tett előrelépés elérése érdekében. Ebben az összefüggésben a kulcstényező a tényleges alapvető energiaforrások helyettesítése olyanokkal, amelyek teljes mértékben kielégítik az emberi szükségleteket.

A szóban forgó elemek éppen egy ilyen eszköz, aminek köszönhetően ez a szempont találja a legvalószínűbb megoldást, hiszen tiszta üzemanyagból nagy hatásfokkal és CO 2 kibocsátás nélkül lehet villamos energiát nyerni.

A platina rendkívül aktív a hidrogénoxidációban, és továbbra is a leggyakoribb elektrokatalizátor anyag. A Horizon kutatások egyik fő területe, ahol csökkentett platinatartalmú üzemanyagcellákat használnak, az autóipar, ahol a közeljövőben vezetőképes szénre támaszkodó platina nanorészecskékből készült mérnöki katalizátorok alkalmazását tervezik. Ezeknek az anyagoknak az az előnyük, hogy nagymértékben diszpergált nanorészecskéket, nagy elektrokatalitikus felületet (ESA) és minimális részecskenövekedést mutatnak megemelt hőmérsékleten, még magasabb Pt terhelés mellett is.

A Pt-tartalmú ötvözetek hasznosak speciális tüzelőanyag-forrásokon, például metanolon vagy reformáláson (H 2, CO 2, CO és N 2) működő berendezésekben. A Pt/Ru ötvözetek jobb teljesítményt mutattak a tiszta elektrokémiai Pt-katalizátorokhoz képest a metanol oxidációja tekintetében, és nincs lehetőség szén-monoxid-mérgezésre. A Pt 3 Co egy másik érdeklődésre számot tartó katalizátor (különösen a Horizon üzemanyagcellás katódokhoz), és jobb oxigénredukciós reakciót, valamint nagy stabilitást mutatott be.

A Pt / C és Pt 3 Co / C katalizátorok nagymértékben diszpergált nanorészecskéket mutatnak a felszíni szénhordozókon. Az üzemanyagcellás elektrolit kiválasztásakor számos kulcsfontosságú követelményt kell figyelembe venni:

1. Magas protonvezetőképesség.
2. Magas kémiai és termikus stabilitás.
3. Alacsony gázáteresztő képesség.

Hidrogén energiahordozó

A hidrogén a világegyetem legegyszerűbb és legelterjedtebb eleme. A víz, az olaj, a földgáz és az egész élővilág fontos alkotóeleme. Egyszerűsége és bősége ellenére a hidrogén ritkán található természetes gáz halmazállapotban a Földön. Szinte mindig más elemekkel kombinálják. És nyerhető olajból, földgázból, biomasszából, vagy a víz elválasztásával napenergia vagy elektromos energia felhasználásával.

Ha a hidrogén molekuláris H2 formájában képződik, a molekulában jelenlévő energia felszabadulhat az O 2 -vel való kölcsönhatás révén. Ez akár motorral is megvalósítható belső égés, vagy hidrogén üzemanyagcellák. Bennük a H 2 energiája kis teljesítményveszteségű elektromos árammá alakul. Így a hidrogén energiahordozó a más forrásokból előállított energia mozgatásához, tárolásához és szállításához.

Az elemek alternatív energiájának megszerzése lehetetlen speciális szűrők használata nélkül. A klasszikus szűrők kiváló minőségű blokkok révén segítik a teljesítménycella-modulok fejlesztését világszerte. Szűrőket szállítanak az üzemanyagok, például a cellás alkalmazásokhoz használt metanol előállításához.

Ezeknek a tápegységeknek a tipikus alkalmazásai közé tartozik a távoli helyeken történő tápellátás, a kritikus tápegységek tartalék tápellátása, a kisméretű járművek APU-i, valamint az olyan offshore alkalmazások, mint a Project Pa-X-ell, amely egy személyhajók celláinak ellenőrzésére szolgáló projekt.

Rozsdamentes acél szűrőházak, problémákat megoldani szűrés. Ezekben az igényes alkalmazásokban a zero dawn üzemanyagcella-gyártók a Classic Filters rozsdamentes acél szűrőházakat írják elő a gyártási rugalmasság, a magasabb minőségi szabványok, a gyorsabb szállítás és a versenyképes árak miatt.

Hidrogén technológiai platform

A Horizon Fuel Cell Technologies-t 2003-ban alapították Szingapúrban, és ma 5 nemzetközi leányvállalata van. A cég küldetése, hogy változást hozzon az üzemanyagcellák terén azáltal, hogy globálisan dolgozik a gyors kereskedelmi forgalomba hozatal, a technológiai költségek csökkentése és a hidrogénellátás elől az ősrégi akadályok felszámolása érdekében. A cég kis, egyszerű termékekkel indult, amelyek kis mennyiségű hidrogént igényelnek a nagyobb, összetettebb alkalmazások előkészítése érdekében. A szigorú irányelveket és ütemtervet követve a Horizon gyorsan a világ legnagyobb, 1000 W alatti ömlesztett cellák gyártója lett, több mint 65 országban szolgálja ki ügyfeleit az iparág legszélesebb kereskedelmi termékválasztékával.

A Horizon technológiai platform a következőkből áll: PEM - Horizon zero dawn üzemanyagcellák (mikroüzemanyag és kötegek) és ezek anyagai, hidrogénellátás (elektrolízis, reformálás és hidrolízis), eszközök és hidrogéntároló.

A Horizon kiadta a világ első hordozható és személyre szabott HydroFill állomását, amely a víz tartályban történő lebontásával és HydroStick kazettákban való tárolásával képes hidrogént előállítani. A szilárd anyagok tárolására szolgáló hidrogéngáz elnyelő ötvözetét tartalmazzák. A patronok ezután a MiniPak töltőbe helyezhetők, amely kis üzemanyagszűrő elemekkel is működhet.

Horizont vagy otthoni hidrogén

A Horizon technológiák hidrogéntöltő és energiatároló rendszert bocsátanak ki az otthonok számára, így otthon energiát takarítanak meg a hordozható eszközök töltéséhez. A Horizon egy 2006-os H-racer játékot, egy kis hidrogéncellás autót tartalmazott, amelyet az év „Legjobb Találmánya” címmel ismertek el. A Horizon decentralizált energiatárolást kínál otthonában a Hydrofill hidrogéntöltő állomásának köszönhetően, amely képes újratölteni kis hordozható és újrafelhasználható akkumulátorokat. Ennek a hidrogénerőműnek csak vízre van szüksége a működéshez és az energiatermeléshez.

A munkát a hálózat, napelemek vagy szélturbina biztosíthatja. Innen a hidrogént kivonják az állomás víztartályából, és szilárd formában kis fémötvözet cellákban tárolják. A körülbelül 500 dollárért árusított Hydrofill egy avantgárd megoldás telefonokhoz. Ahol a felhasználóknak nem nehéz megtalálni a Hydrofill üzemanyagcellákat ezen az áron, csak kérniük kell az interneten.

Az akkumulátoros elektromos autókhoz hasonlóan a hidrogénnel üzemelők is áramot használnak az autó meghajtására. De ahelyett, hogy ezt az elektromos energiát akkumulátorokban tárolnák, amelyek újratöltése sok órát vesz igénybe, a cellák közvetlenül az autó fedélzetén termelnek energiát a hidrogén és az oxigén reakciójával. A reakció egy elektrolit, egy nemfémes vezető jelenlétében megy végbe, amelyben az elektromos áramlást az ionok mozgása hordozza olyan eszközökben, amelyekben a Horizon zero üzemanyagcellák protoncserélő membránokkal vannak felszerelve. A következőképpen működnek:

1. A cella "-" anódjához (A) hidrogéngázt, a pozitív pólushoz pedig oxigént vezetnek.
2. Az anódnál a katalizátor a platina, ami kidobja a hidrogénatomok elektronjait, "+" ionokat és szabad elektronokat hagyva hátra. A között elhelyezkedő membránon csak az ionok haladnak át.
3. Az elektronok elektromos áramot hoznak létre egy külső áramkör mentén mozogva. A katódon az elektronok és a hidrogénionok oxigénnel egyesülve víz áramlik ki a cellából.

Eddig két dolog akadályozta a hidrogénautók nagyüzemi gyártását: a költség és a hidrogéntermelés. Egészen a közelmúltig egy platina katalizátor, amely a hidrogént ionra és elektronra hasítja, megfizethetetlenül drága volt.

Néhány évvel ezelőtt a hidrogén üzemanyagcellák körülbelül 1000 dollárba kerültek minden kilowatt teljesítményért, vagy körülbelül 100 000 dollárba egy autóért. Különféle tanulmányokat végeztek a projekt költségeinek csökkentésére, beleértve a platina katalizátor cseréjét egy platina-nikkel ötvözetre, amely 90-szer hatékonyabb. Tavaly az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma azt közölte, hogy a rendszer ára kilowattonként 61 dollárra esett, ami még mindig nem versenyképes az autóiparban.

Röntgen-számítógépes tomográfia

Ezt a roncsolásmentes vizsgálati módszert egy kétrétegű elem szerkezetének vizsgálatára használják. A szerkezet tanulmányozására általánosan használt egyéb módszerek:

• higany behatolási porozimetria;
• atomerőmikroszkópia;
• optikai profilometria.

Az eredmények azt mutatják, hogy a porozitás eloszlásának szilárd alapja van a hő- és elektromos vezetőképesség, permeabilitás és diffúzió kiszámításához. Az elemek porozitásának mérése nagyon nehézkes a vékony, összenyomható és nem egyenletes geometria miatt. Az eredmény azt mutatja, hogy a porozitás csökken, ha a GDL-t összenyomják.

A porózus szerkezet jelentős hatással van az elektródában történő anyagátvitelre. A kísérletet különféle melegsajtolási nyomásokon végeztük, amelyek 0,5 és 10 MPa között változtak. A teljesítmény elsősorban a platina fémtől függ, ami nagyon drága. A diffúzió fokozható kémiai kötőanyagok használatával. Ezenkívül a hőmérséklet változásai befolyásolják a cella fazékidejét és átlagos teljesítményét. A magas hőmérsékletű PEMFC-k lebomlási sebessége kezdetben alacsony, majd gyorsan növekszik. Ez a vízképződés meghatározására szolgál.

Kereskedelmi problémák

Ahhoz, hogy a költség versenyképes legyen, az üzemanyagcella költségét felére kell csökkenteni, és az akkumulátor élettartamát hasonlóan növelni kell. A működési költségek azonban még ma is sokkal magasabbak, a hidrogén előállítási költsége 2,5 és 3 dollár között mozog, és a szállított hidrogén valószínűleg nem kerül 4 dollár/kg alá. Annak érdekében, hogy a cella hatékonyan versenyezzen az akkumulátorokkal, a töltési időnek rövidnek kell lennie, és az akkumulátorcsere folyamatát minimálisra kell csökkenteni.

Jelenleg a polimer üzemanyagcellás technológia 49 USD-ba kerül kW-onként tömeggyártás esetén (évente nem kevesebb, mint 500 000 darab). Ahhoz azonban, hogy versenyezhessenek a belső égésű járművekkel, az autóüzemanyag-celláknak körülbelül 36 dollár/kW értéket kell elérniük. Megtakarítás érhető el az anyagköltségek (különösen a platina használata), a teljesítménysűrűség növelésével, a rendszer bonyolultságának csökkentésével és a tartósság növelésével. A technológia nagy léptékű kereskedelmi forgalomba hozatalának számos kihívása van, beleértve számos technikai akadály leküzdését.

Technikai kihívások a jövőre nézve

A köteg költsége az anyagtól, a technikától és a gyártástechnológiától függ. Az anyagválasztás nemcsak az anyag funkcióra való alkalmasságától függ, hanem a gyárthatóságtól is. Az elemek fő céljai:

1. Az elektrokatalizátor terhelésének csökkentése és az aktivitás növelése.
2. Megnövelt tartósság és csökkentett lebomlás.
3. Az elektróda kialakításának optimalizálása.
4. A szennyeződések toleranciájának javítása az anódnál.
5. Anyagok kiválasztása az alkatrészekhez. Elsősorban a költségeken alapul, a teljesítmény feláldozása nélkül.
6. A rendszer hibatűrése.
7. Egy elem teljesítménye elsősorban a membrán szilárdságától függ.

A cella teljesítményét befolyásoló fő GDL paraméterek a reagens permeabilitás, elektromos vezetőképesség, hővezető képesség, mechanikai alátámasztás. A GDL vastagsága fontos tényező. A vastagabb membrán jobb védelmet, mechanikai szilárdságot, hosszabb diffúziós utat és nagyobb hő- és elektromos ellenállást biztosít.

A különböző típusú elemek közül a PEMFC jobban alkalmazkodik mobil alkalmazások(autók, laptopok, mobiltelefonok stb.) ezért a gyártók széles köre egyre nagyobb érdeklődésre tart számot. Valójában a PEMFC számos előnnyel rendelkezik, mint például az alacsony működési hőmérséklet, a stabil működés nagy áramsűrűség mellett, a könnyű súly, a kompaktság, az alacsony költség és a térfogat lehetősége, a hosszú élettartam, a gyors indítás és az időszakos működésre való alkalmasság.

A PEMFC technológia különféle méretekhez jól illeszkedik, és különféle üzemanyagokkal is használható, ha megfelelően feldolgozzák hidrogén előállítására. Mint ilyen, a kis alwattos skálától a megawattos skáláig alkalmazható. A 2016–2018-as időszakban a teljes szállítás 88%-a PEMFC volt.

Még a középkori tudós, Paracelsus is észrevette egyik kísérlete során, hogy amikor a kénsav érintkezésbe kerül a vassal, légbuborékok keletkeznek. Valójában hidrogén volt (de nem levegő, ahogy a tudós hitte) - egy könnyű, színtelen, szagtalan gáz, amely bizonyos körülmények között robbanásveszélyessé válik.

A jelen időbenDIY hidrogén fűtés - nagyon gyakori dolog. A hidrogént valóban szinte korlátlan mennyiségben lehet beszerezni, a lényeg, hogy legyen víz és villany.

Ezt a fűtési módot az egyik olasz cégek... A hidrogénkazán káros hulladék keletkezése nélkül működik, ezért a ház fűtésének legkörnyezetbarátabb és legcsendesebb módjának tartják. A fejlesztés újdonsága abban rejlik, hogy a tudósoknak viszonylag alacsony hőmérsékleten (kb. 300°C) sikerült elérniük a hidrogén elégetését, és ez lehetővé tette az ilyen fűtőkazánok hagyományos anyagokból történő gyártását.

Működés közben a kazán csak ártalmatlan gőzt bocsát ki, és az egyetlen költséges dolog az áram. És ha ezt kombinálja napelemekkel (heliosystem), akkor ezek a költségek teljesen nullára csökkenthetők.

Jegyzet! Hidrogén kazánokat gyakran használnak padlófűtési rendszerek fűtésére, amelyek kézzel könnyen összeszerelhetők.

Hogyan működik mindez? Az oxigén reakcióba lép a hidrogénnel, és ahogy a középiskolai kémiaórákról emlékezünk, vízmolekulákat képez. A reakciót katalizátorok váltják ki, aminek eredményeként hőenergia szabadul fel, amely a vizet körülbelül 40 °C-ra melegíti fel - ez az ideális hőmérséklet a "meleg padlóhoz".

A kazán teljesítményének beállítása lehetővé teszi egy bizonyos hőmérséklet-mutató elérését, amely egy adott területű helyiség fűtéséhez szükséges. Azt is érdemes megjegyezni, hogy az ilyen kazánokat modulárisnak tekintik, mivel több, egymástól független csatornából állnak. Mindegyik csatorna tartalmazza a fent említett katalizátort, ennek eredményeként a hőcserélő megkapja a hőhordozót, amely már elérte a szükséges 40 ° C-ot.

Jegyzet! Az ilyen berendezések sajátossága, hogy mindegyik csatorna különböző hőmérsékletet képes előállítani. Így az egyik a "meleg padlóra", a másik a szomszédos helyiségbe, a harmadik a mennyezetre vezethető, stb.

A hidrogénfűtés fő előnyei

A ház fűtésének ez a módja számos jelentős előnnyel rendelkezik, amelyek a rendszer növekvő népszerűségének köszönhetőek.

1. Lenyűgöző hatékonyság, amely gyakran eléri a 96%-ot.
2. Környezetbarátság. Az egyetlen légkörbe kerülő melléktermék a vízgőz, amely elvileg nem képes károsítani a környezetet.
3. A hidrogénfűtés fokozatosan felváltja a hagyományos rendszereket, megszabadítva az embereket a természeti erőforrások – olaj, gáz, szén – kitermelésétől.
4. A hidrogén tűz nélkül működik, a hőenergia katalitikus reakcióval keletkezik.

Készíthetsz hidrogénfűtést magad?

Elvileg ez lehetséges. A rendszer fő eleme - a kazán - NVC generátor, azaz hagyományos elektrolizátor alapján hozható létre. Mindannyian emlékszünk iskolai élményeinkre, amikor csupasz vezetékeket tettünk egy vizes edénybe, amelyet egy egyenirányítóval csatlakoztattunk a konnektorhoz. Tehát egy kazán építéséhez meg kell ismételnie ezt a tapasztalatot, de nagyobb léptékben.

Jegyzet! A hidrogén kazánt "meleg padlóval" használják, ahogy azt már tárgyaltuk. De egy ilyen rendszer elrendezése egy másik cikk témája, ezért támaszkodunk arra a tényre, hogy a "meleg padló" már el van rendezve és használatra kész.

Hidrogénégő építése

Kezdjük el a vízégő létrehozását. Hagyományosan a főzéssel kezdjük szükséges eszközöketés anyagok.

Mi szükséges a munkához

1. Rozsdamentes acéllemez.
2. Ellenőrizd a szelepet.
3. Két 6x150-es csavar, anya és alátét hozzájuk.
4. Átfolyó szűrő (a mosógépből).
5. Átlátszó cső. A vízszint ideális erre - az építőanyag-üzletekben 10 m-enként 350 rubelért árulják.
6. 1,5 literes műanyag zárható edény élelmiszerekhez. A hozzávetőleges költség 150 rubel.
7. Halszálkás szerelvények ø8 mm (tömlőnek tökéletesek).
8. Köszörű fém fűrészeléséhez.

Most nézzük meg, milyen rozsdamentes acélt kell használnia. Ideális esetben ehhez a 03X16H1 acélt kell venni. De egy egész "rozsdamentes acél" lapot vásárolni néha nagyon drága, mert egy 2 mm vastag termék több mint 5500 rubelbe kerül, és emellett valahogy be kell hozni. Ezért ha egy kis darab ilyen acél hever valahol (0,5x0,5 m elegendő), akkor megteheti vele.

Rozsdamentes acélt fogunk használni, mert a közönséges acél, mint tudják, a vízben rozsdásodni kezd. Sőt, tervezésünk során víz helyett lúgot kívánunk használni, vagyis a környezet több mint agresszív, és még elektromos áram hatására sem bírja sokáig a közönséges acél.

Videó - Barna gázgenerátor egyszerű cellás modellje 16 rozsdamentes acéllemezből

Gyártási utasítás

Első fázis. Először vegyen egy acéllapot, és helyezze sima felületre. A fenti méretű lapból (0,5x0,5 m) 16 téglalapot kell nyerni a leendő hidrogénégőhöz, ezeket darálóval kivágjuk.

Jegyzet! Mindegyik lemez négy sarkából egyet levágunk. Ez szükséges a lemezek jövőbeni csatlakoztatásához.

Második fázis. Fúrjon lyukakat a csavarokhoz a lemezek hátulján. Ha "száraz" elektrolizátort tervezünk, akkor alulról is fúrtunk volna lyukakat, de ebben az esetben nem szükséges. A helyzet az, hogy a "száraz" kialakítás sokkal bonyolultabb, és a benne lévő lemezek hasznos területe nem lenne 100%-ban kihasználva. Egy "nedves" elektrolizátort készítünk - a lemezek teljesen elmerülnek az elektrolitban, és teljes területük részt vesz a reakcióban.

Harmadik szakasz. A leírt égő működési elve a következőkön alapul: az elektrolitba merített lemezeken áthaladó elektromos áram ahhoz a tényhez vezet, hogy a víz (az elektrolit része kell legyen) oxigénre (O) és hidrogénre bomlik ( H). Ezért egyszerre két lemezünknek kell lennie - a katódnak és az anódnak.

E lemezek területének növekedésével a gáz térfogata növekszik, ezért ebben az esetben nyolc darabot használunk katódonként és anódonként.

Jegyzet! Az általunk vizsgált égő párhuzamos kialakítású, ami őszintén szólva nem a leghatékonyabb. De könnyebb végrehajtani.

Negyedik szakasz. Ezután a lemezeket műanyag edénybe kell helyeznünk úgy, hogy felváltva legyenek: plusz, mínusz, plusz, mínusz stb. A lemezek elkülönítéséhez egy átlátszó cső darabjait használjuk (akár 10 m-t vettünk, így van készlet).

A csőből kis karikákat vágunk, levágjuk és kb 1 mm vastag csíkokat kapunk. Ez az ideális távolság a hidrogén hatékony előállításához a szerkezetben.

Ötödik szakasz. A lemezeket alátétekkel rögzítjük egymáshoz. Ezt a következőképpen csináljuk: tegyünk a csavarra egy alátétet, majd egy lemezt, majd három alátétet, még egy lemezt, ismét három alátétet stb. Nyolc darabot akasztunk a katódra, nyolcat az anódra.

Jegyzet! Ezt tükörképben kell megtenni, vagyis 180ᵒ-vel elforgatjuk az anódot. Tehát a "plusz" a "mínusz" lemezek közötti résekbe kerül.

Hatodik szakasz. Megnézzük, hogy a tartályban pontosan hol fekszenek a csavarok, azon a helyen lyukakat fúrunk. Ha a csavarok hirtelen nem illeszkednek a tartályba, akkor vágjuk le őket a kívánt hosszúságra. Ezután behelyezzük a csavarokat a furatokba, alátéteket helyezünk rájuk, és anyákkal rögzítjük - a jobb szorosság érdekében.

Ezután lyukat készítünk a fedélen a szerelvény számára, magát a szerelvényt csavarjuk be (lehetőleg a csomópont bekenésével szilikon tömítő). Befújjuk a szerelvénybe, hogy ellenőrizzük a burkolat tömítettségét. Ha mégis kijön alóla a levegő, akkor ezt a csatlakozást bevonjuk tömítőanyaggal.

Hetedik szakasz. Az összeszerelés végén teszteljük a kész generátort. Ehhez csatlakoztasson hozzá bármilyen forrást, töltse fel a tartályt vízzel és zárja le a fedelet. Ezután egy tömlőt helyezünk a szerelvényre, amelyet egy vízzel töltött edénybe engedünk (a légbuborékok megtekintéséhez). Ha a forrás nem elég erős, akkor nem lesznek a tartályban, de biztosan megjelennek az elektrolizátorban.

Ezután növelnünk kell a gázkibocsátás sebességét az elektrolit feszültségének növelésével. Itt érdemes megjegyezni, hogy a tiszta víz nem vezető - az áram áthalad rajta a benne lévő szennyeződések és só miatt. Egy kis lúgot hígítunk vízben (például a nátrium-hidroxid nagyszerű - a boltokban Mole tisztítószerként árulják).

Jegyzet! Ebben a szakaszban kellően fel kell mérnünk az áramforrás képességeit, ezért a lúg beöntése előtt ampermérőt csatlakoztatunk az elektrolizátorhoz - így nyomon tudjuk követni az áram növekedését.

Videó - Fűtés hidrogénnel. Hidrogén cellás akkumulátorok

Ezután beszéljünk a hidrogénégő többi alkatrészéről - az alátét szűrőjéről és a szelepről. Mindkettő védelemre szolgál. A szelep nem engedi, hogy a meggyújtott hidrogén visszahatoljon a szerkezetbe és felrobbantsa a cellafedél alatt felgyülemlett gázt (még akkor sem, ha ott nem sok van belőle). Ha nem szereljük be a szelepet, a tartály megsérül, és a lúg kifolyik.

A szűrőre vízzár gyártásához lesz szükség, amely gátként működik a robbanás megelőzésében. A kézművesek, akik nem hallomásból ismerik a házi hidrogénégő felépítését, ezt a redőnyt "bulbulizátornak" nevezik. Valójában lényegében csak légbuborékokat hoz létre a vízben. Magához az égőhöz ugyanazt az átlátszó tömlőt használjuk. Ennyi, kész a hidrogénégő!

Nem marad más hátra, mint csatlakoztatni a "meleg padló" rendszer bemenetéhez, lezárni a csatlakozást és elindítani a közvetlen működést.

Következtetésként. Alternatív

Egy alternatív, bár erősen ellentmondásos, a Brown-gáz – egy kémiai vegyület, amely egy oxigénatomból és két hidrogénatomból áll. Egy ilyen gáz égését hőenergia képződése kíséri (ráadásul négyszer erősebb, mint a fent leírt kialakításnál).

Az elektrolizátorral házat Brown gázzal is fűtenek, mert ez a hőtermelési módszer is elektrolízisen alapul. Speciális kazánokat hoznak létre, amelyekben váltakozó áram hatására a kémiai elemek molekulái szétválnak, és így az áhított Brown gáz jön létre.

Videó - Barna dúsított gáz

Elképzelhető, hogy az innovatív energiaforrások, amelyek készlete gyakorlatilag korlátlan, hamarosan felváltják a nem megújuló természeti erőforrásokat, megszabadítva minket az állandó ásványkinyerés szükségességétől. Az eseményeknek ez a menete nemcsak a környezetre, hanem a bolygó egészének ökológiájára is pozitív hatással lesz.

Olvassa el cikkünket is - DIY gőzfűtés.

Videó - Fűtés hidrogénnel

Készítsen elő mindent, amire szüksége van. Egy egyszerű üzemanyagcella elkészítéséhez 30 centiméter platina vagy platina drótra, fagylaltrúdra, 9 voltos elemre és elemtartóra, átlátszó ragasztószalagra, egy pohár vízre, konyhasóra (opcionális), vékonyra lesz szüksége fémrúd és voltmérő.

• A 9 voltos akkumulátor és elemtartó elektronikai vagy hardverboltban kapható.

Vágjon két 15 cm-es darabot a platina vagy platinával bevont huzalból. A platinahuzalt speciális célokra használják, és megvásárolhatók egy elektronikai boltban. A reakció katalizátoraként fog szolgálni.

Tekerje fel a huzaldarabokat egy vékony fémrúdra, hogy rugókká formálja őket. Ezek lesznek az üzemanyagcella elektródái. Fogja meg a huzal végét, és csavarja szorosan a rúdra, hogy tekercsrugót képezzen. Távolítsa el az első huzalt a rúdról, és csavarja rá a második huzaldarabot.

• Huzaltekercselő rúdként szöget, huzalakasztót vagy teszter szondát használhat.

Vágja ketté az elemtartó vezetékeit. Vegyünk egy huzalvágót, vágjuk ketté a tartóhoz rögzített mindkét vezetéket, és távolítsuk el a szigetelést. Ezeket a csupasz vezetékeket rögzítse az elektródákhoz.

• A huzalvágó megfelelő részével távolítsa el a szigetelést a vezeték végeiről. Csupaszítsa le az elemtartóból levágott vezetékek végeit.
• Felnőtt felügyelete mellett vágja el a vezetéket.

Rögzítse a csupaszított vezetékvégeket az elektródákhoz. Csatlakoztassa a vezetékeket az elektródákhoz, hogy ezután egy áramforrást (akkumulátoros tartót) és egy voltmérőt tudjon csatlakoztatni hozzájuk, amely lehetővé teszi, hogy meghatározza, mekkora feszültséget hoz létre az üzemanyagcella.

• Fűzze be a piros elemtartó vezetéket és a levágott piros vezetéket az egyik huzaltekercs felső vége köré úgy, hogy annak nagy része szabadon maradjon.
• Tekerje be a második tekercs felső végét az elemtartóból származó fekete vezetékkel és a levágott fekete vezetékkel.

Rögzítse az elektródákat fagylaltrúdhoz vagy farúdhoz. A fagylalt rúdnak hosszabbnak kell lennie, mint a vizes pohár nyaka, hogy a tetejére tudjon feküdni. Ragassza fel az elektródákat úgy, hogy lelógjanak a pálcáról, és belesüllyedjenek a vízbe.

• Használhat átlátszó szalagot vagy ragasztószalagot. A lényeg az, hogy az elektródák biztonságosan rögzítve legyenek a pálcához.

Öntsön csapvizet vagy sós vizet egy pohárba. A reakció végbemeneteléhez a víznek elektrolitokat kell tartalmaznia. A desztillált víz nem alkalmas erre, mivel nem tartalmaz olyan szennyeződéseket, amelyek elektrolitként szolgálhatnak. A normál kémiai reakcióhoz feloldhat sót vagy szódabikarbónát vízben.

• Ásványi szennyeződések a normál csapvízben is megtalálhatók, így elektrolitként is használható, ha nincs kéznél só.
• Adjon egy evőkanál (20 gramm) sót vagy szódabikarbónát egy pohár vízhez. Keverje fel a vizet, hogy a só vagy a szódabikarbóna teljesen feloldódjon.

Helyezze az elektródákkal ellátott botot a vizes pohár nyakára. Ebben az esetben a huzalrugó formájú elektródákat hosszuk nagy részében víz alá kell meríteni, kivéve az akkumulátortartó vezetékeivel való érintkezést. Csak platina huzal legyen a víz alatt.

• Ha szükséges, rögzítse a botot szalaggal, hogy az elektródák a vízben maradjanak.

Csatlakoztassa az elektródák vezetékeit voltmérőhöz vagy LED-lámpához. Voltmérővel meghatározhatja az aktivált üzemanyagcella által termelt feszültséget. Csatlakoztassa a piros vezetéket a voltmérő pozitív kivezetéséhez, a fekete vezetéket pedig a voltmérő negatív kivezetéséhez.

• Ebben a szakaszban a voltmérő kis értéket mutathat, például 0,01 voltot, bár a rajta lévő feszültségnek nullának kell lennie.
• Kis izzót is csatlakoztathat, például zseblámpát vagy LED-et.

Üzleti