Водородни горивни клетки - енергията на бъдещето

Нови енергийни източници за електрически превозни средства.

С появата на индустриалната революция, човечеството започва да липсва на мощни източници на енергия. Получаването на енергия чрез чифт работа - първата термална маса технология в преобразуването на механичната енергия, - процесът е доста несъвършена. Като гориво за парни котли използват невъзобновяеми ресурси - въглища и мазут. Въпреки, че в средата на 20-ти век, това не се счита за сериозна слабост, ниска ефективност на такива системи, които дори са влезли във поговорка ( "Ефективност - като локомотив") и е в състояние да се пуши в индустриалните зони, принудени учени и инженери да търсят нови начини да получите енергия. И тогава дойде да помогне на чисти и мощни източници - водородни горивни клетки, за създаването на който учените са избрани колкото половин век.

История на Водородна енергия.

През 1839 г., английски изследовател Уилям Гроув е станал известен благодарение на създаването на постоянен електрохимична клетка (Grove), но в историята той се помни не само от това изобретение. По време на експериментите с електролитната клетка, разследване учен процеса електролиза открива електрохимично процес на студено горене водород. Това явление се превърна в значимо събитие в енергийния сектор и е играл важна роля в развитието на електрохимията и впоследствие е довело до създаването на първата горивна клетка.

Терминът "горивни клетки" беше предложена през 1889 г. от изобретателя Лудвиг Mond и Charlzom Langerom. Те се опитаха да се създаде устройство за генериране на енергия от въглища газ и въздух от окислителната реакция на органична гориво.

Редица изследователи по света продължава изследвания в тази област, например, Спиридонов учен е изобретил водород кислород елемент с плътност на тока от 30 mA на еднаcm2 на работната повърхност.

През 20-те години на 20-ти век, германските учени са открили начин за използване на твърди оксид горивни клетки и карбонат цикъл, който се използва в нашето време. През 40-те години на 20-ти век, създаден O.Davtyan единица функционира въз основа на генератора за електрохимична горивен газ. От 1 кубичен метър газ, машината произвежда 5 киловатчаса електроенергия. Това е първата горивната клетка с твърд електролит достатъчно висока ефективност.

Английски изследовател Tomas Bekon модифицирана структура на горивната клетка в момента: да замени скъп платина се използва като катализатор, никел и корозивни сярна киселина - чрез алкална електролит, като по този начин намаляване на разходите и увеличаване на времето за работа на такива устройства. През 1959 г. той конструира стека горивна клетка с ефективност от 80% и с общ капацитет от 6 kW, но размерите му са твърде големи за практическо използване.

От средата на 60-те години на миналия век, горивни клетки са привлекли вниманието на създателите на космическия кораб, които направиха възможно да се стигне до ново ниво на електрохимията. Американската компания General Electric финализирана устройство Бейкън и създаде системи на производство на електроенергия за космически Аполо и Джемини програми. Освен това използването на горивни клетки са малки размери и способност за осигуряване на екипажа не само енергия, но също така и вода, но проблеми с трайност, стабилност и сигурност остават нерешени, и произведени от текущото съдържание е относително малък (100 до 200 mA / cm2, работната повърхност на клетката ), така че по-нататъшното развитие на програмата не е получил.

През 90-те интерес към тези източници на енергия отново възобновено. Това се дължи на глобалните екологични проблеми, както и изчерпването на петролните ресурси, - първичния енергиен източник до момента. В крайна сметка, в горивната клетка на крайния продукт от горенето е вода, което ги прави най-чиста и безопасна за околната среда и хората.

Принципът на работа на горивни клетки.

Понастоящем два вида електролит се използва в горивни клетки: с киселина или основа. Видът на независими и химически реакции, които протичат в клетката.

Горивни клетки с алкален електролит, работят на принципа, описан на фигура реакции. Водородът се въвежда чрез анода в присъствието на катализатора реагира с хидроксилни йони (ОН-), за да се образува вода и електрони. В катода, кислород реагира с електроните на външната верига, и вода, за да образуват хидроксилни йони и pergidroksila. Получената реакция се провежда в катода, което позволява да се поддържа баланс на веществото и такса в електролита.

В съвременните горивни клетки с киселина електролит, водород се подава през кухото анода, действащ чрез фините пори в материал електрод и в електролита. През хемисорбция на водородни молекули се разлага в атоми стане йони с положителен заряд, като един електрон. Кислородът се подава към катода и се подава в електролита, реагира с водород, с участието на катализатор. Когато кислород съединение с водород и електрони на външната верига се образува вода.

Процесите, които се срещат в горивни клетки, по своята същност са обратния процес на електролиза. По време на реакции на енергия се превръща в топлина, и потока на електрони във външната верига е настоящ DC, която се използва за извършване на работа. Повечето реакции предоставят EMF около 1V.

Метан горивна клетка.

В днешно време, горивни клетки са разработени, в които въглеводородно гориво може да се използва като източник на водород. Този така наречен горивни клетки директен метанол. В конструкцията им има нов елемент - конвертор на гориво, който увеличава размера си, но проблемът е решен с гориво метилов алкохол, произведен за химическата промишленост в големи количества, неговото транспортиране и съхранение не представлява никакъв проблем, тъй като източникът на процеса на зареждане е значително опростена. Единственият недостатък на този източник - това по-малко ефективни. Възможно е да се използва етанол като гориво за такива източници. Това ще реши проблема с метанол токсичност, но ефективността на етил горивен елемент по-малко.

Горивните елементи на модерността.

По време на строителство, са били построени няколко типа горивни клетки, различни видове електролити и вид гориво. Това са елементи в алкален електролит, горивни клетки фосфорна киселина, разтопени карбонат елементи и твърди оксид горивни клетки. Освен стандартните водород кислород и метанол настоящите източници могат да съществуват елементи работи по напълно различни видове гориво. Например, мощност може да се получи чрез окисление на цинк, натрий и магнезиев чрез консумативите електродите.

В наше време с този вид енергия, има много проблеми, като например: загуба на ефективност поради омичните загуба съпротива, дифузия и поляризационни загуби, самонагряващите поради неефективните системи за отвеждане на топлината работи, големите размери на тези устройства.

Въпреки това, предимствата на водородни горивни клетки са много повече, отколкото минуси. Това не е само абсолютната лекота на околната среда и достатъчно висока ефективност. За разлика от съвременните парни турбини, които ефективност не превишава 40%, в съществуващия горивната клетка е почти 70% от енергията се превръща директно в електричество.

Водородни горивни клетки могат да се използват като висока енергия, и като заместител на конвенционалните енергийни източници в автомобили и домакински уреди.

Горивните клетки за твърди оксиди имат температурна устойчивост и мощност до 5 мегавата. газификация продукти твърдо вещество въглища могат да се използват като гориво. Такива устройства са ангажирани фирми Vestingaus, Engelgird и международен Горивни клетки, всяка от които разполага със собствена разработка в областта на топлинните елементи.

Горивни клетки и популярен в компютър и мобилно оборудване. Мобилни електроника нуждаят от източници на доставки мощен, компактен и евтини, така че много компании водят тяхното развитие в тази област.

водород енергийни перспективи.

Веднага след като се намери ефективен начин за производството на водород, горивните клетки могат да се използват навсякъде, и да заменят познатите вече източници, работещи на въглеводородни горива. За въвеждането на технологиите в активното използване на напълно нови идеи са необходими. Много големи надежди на нанотехнологиите и концепцията за биогорива клетки. Наскоро няколко компании обявиха създаването на ефективни катализатори на различни метали, също се появява информация относно създаването на горивни клетки, без мембрани, което значително ще намали разходите за изграждане на нови горивни клетки.

За съжаление, средствата за обезщетения водородни горивни все още не могат да надхвърлят основната им недостатък - по-високата цена, в сравнение с устройства въглеводороди се изгарят за производство на енергия, - например, двигатели с вътрешно горене. Разходите за създаване водород електроцентрали, вариращи от 500 до няколко хиляди долара за 1 кВт. Човек може само да се надяваме за нови изобретения, удължители на тяхното производство и след това човечеството ще бъдат снабдени с мощни, по-компактен, и най-важното е екологично чист източник на енергия.

TM «Волта велосипеди».