Hidrogén üzemanyagcellák foglalása „Apollo” autók

Az egyik legígéretesebb alternatív energiaforrások, hidrogén-hibrid autó a Toyota Mirai és a környezetvédelem

Üzemanyagcellák elektrokémiai átalakítása hidrogén üzemanyag elektromos árammá, és az egyetlen mellékterméke ez a folyamat a víz.

A hidrogén üzemanyag most használt üzemanyagcellák, általában nyert a vízgőzös reformálása metán (azaz a szénhidrogének átalakítására, amelynek gőz és hő a metán), bár a megközelítés lehet, „zöld”, például a víz elektrolízisével napenergia segítségével.

A fő összetevői a tüzelőanyag-cella:

• az anód, amelyben az oxidáció a hidrogén;
• katód, ahol van egy oxigén csökkenése;
• polimer elektrolit membrán, amelyen keresztül a szállítási protonok vagy hidroxidion (környezettől függően), - nem adja át a hidrogén és az oxigén;
• az áramlási mező az oxigén és a hidrogén, amely felelős a szállítási gáz az elektróda.

Annak érdekében, hogy energiával, például egy autó, több tüzelőanyag-elemek gyűjteni egy akkumulátort, és az energia mennyisége a telep által szolgáltatott ezen függ a teljes terület az elektródák és elemek száma az ott. Az energia az üzemanyag cella keletkezik a következőképpen: hidrogén oxidálódik az anódon és elektronok belőle kerülnek a katód is, ahol az oxigén csökken. Az elektronok által termelt oxidációja hidrogén az anód, hogy magasabb kémiai potenciál, mint elektronokat, amelyek csökkentik az oxigén a katódon. Ez a különbség közötti kémiai potenciálok az elektronok energiájának kinyerésére a tüzelőanyag-cella.

Történelem folyamán

Kutatás a üzemanyagcellák folytatta, majd 1930 FT Bacon bevezetett egy új komponens lúgos tüzelőanyag-cella (egyfajta tüzelőanyag-cella) - ioncserélő membránt, hogy megkönnyítse a szállítási hidroxidion.

Az egyik legismertebb történelmi példát alkáli üzemanyagcellák, hogy használja őket, mint a fő energiaforrás űrrepülés során az „Apollo” program.

A NASA esett a választás, mert a tartósság és a műszaki fenntarthatóságát. Régen gidroksidprovodyaschaya membrán felülmúlja a hatékonyságát protoncsere húga.

Csaknem két évszázad óta az első prototípus egy üzemanyagcellás sok munkát végeztek azok javítására. Általánosságban, a végső energia nyert tüzelőanyag-cella, függ a kinetikáját redox reakció, a belső ellenállása elem és anyagátadási ionok és a reagáló gáz a katalitikusan aktív komponensek. Sok éven át a sok fejlesztést, hogy az eredeti elképzelés megtörtént, úgy mint:

1) helyett a platina vezetékeket a szén-alapú elektródok platina nanorészecskék; 2) A találmány a membrán szelektivitás és nagy vezetőképességű, mint például a Nafion, hogy megkönnyítse ion transzport; 3) egyesíti a katalizátor réteg, például platina nanorészecskék elosztott szénalapú ioncserélő membrán, miáltal fordult membrán-elektród egységet a minimális belső ellenállás; 4) a használata és optimalizálása az áramlási mezők szállítási hidrogén és oxigén a katalizátor felületén, nem pedig közvetlenül a híg őket oldatban.

Ezek és más fejlesztések végül engedett a technológia elég fejlett ahhoz, hogy fel lehet használni az autók, mint a Toyota Mirai.

Üzemanyagcellák membránokkal gidroksidobmennymi

A University of Delaware végzett kutatások a fejlesztési tüzelőanyag sejtmembránok gidroksidobmennymi - HEMFCs (hidroxidot membrános tüzelőanyag-sejtek). Üzemanyag sejtek gidroksidobmennymi membránok helyett protonoobmennyh - PEMFCs (protoncserélő membrános tüzelőanyag-sejtek) - alsó oldala egyik legnagyobb probléma PEMFCs - katalizátor stabilitását probléma, mivel sokkal nagyobb számú alapuló katalizátorok nemesfémek alkalikus közegben stabilak, mint savas. a katalizátor stabilitását lúgos fenti megoldások, mert a fém oldódási kibocsátások több energiát alacsony pH, inkább mint nagy. Sok a munka a laboratóriumban is elkötelezett az új anód és katód katalizátorok oxidációját hidrogén és oxigén csökkenése még hatékonyabb a gyorsulás. Ezen túlmenően a laboratórium fejleszti az új gidroksidobmennye membrán vezetőképességét és a tartósság, ezek a membránok javítani kell annak érdekében, hogy lehetővé tegyék számukra a versenyt a proton csere.

A keresés az új katalizátorok

Az ok túlfeszültség veszteségek az oxigén redukciós reakcióban tulajdonítható közötti lineáris összefüggés a skála a reakció intermedierek. A hagyományos négy-elektron mechanizmusa ezt a reakciót, az oxigén fokozatosan csökkentettük, ami intermedierek - OOH *, O * és OH *, hogy végső soron kialakítja a víz (H2O) a katalizátor felületén. Mivel adszorpciós energia intermedierek az egyes katalizátor erősen korrelál egymással, még nem találtam olyan katalizátor, legalábbis elméletben, nem lett volna a túlfeszültség veszteségeket. Annak ellenére, hogy a reakció sebesség alacsony, módosítsa a savas környezet a lúgos, például HEMFC, ez nem különösebben érinti. Azonban, a hidrogén sebességét oxidációs reakció csökken majdnem kétszer és ez a tény motiválja a kutatási megtalálására irányuló okainak csökkentésére és a kimutatási új katalizátorok.

Az előnyök a üzemanyagcellák

Ezzel szemben a szénhidrogén tüzelőanyagok üzemanyagcellák több, ha nem az összes, biztonságos, környezetbarát, és nem termelnek üvegházhatású gázokat eredményeként tevékenységét. Továbbá, azok az üzemanyag (hidrogén), elvileg, megújuló, mivel lehet hidrolízisével nyert vizet. Így, hidrogén üzemanyagcellák a jövőben azt ígéri, hogy egy teljes részét a teljesítmény gyártási folyamat, amelyben a napenergia és szélenergia használják a hidrogén üzemanyag, amely azután felhasználható egy tüzelőanyag-cella előállításához vizet. Így a ciklus zárt, és nem hagynak a szén-dioxid.

Ellentétben akkumulátorok, üzemanyagcellák megvan az az előnye, hogy nem kell tölteni - ők azonnal elkezdi az energiát, amint arra szükség van. Azaz, ha használják őket, például a járművek, a részét a fogyasztó lesz szinte semmi változás. Ellentétben a napenergia és a szélenergia üzemanyagcellák energiát folyamatosan és sokkal kevésbé függ a külső körülményektől. Másfelől, a geotermikus energia csak bizonyos földrajzi területeken, míg az üzemanyagcellák ismét van egy ilyen probléma.

Hidrogén üzemanyagcella - az egyik legígéretesebb alternatív energiaforrások miatt hordozhatóság és a rugalmasság tekintetében skála.

A komplexitás a hidrogén tárolása

Amellett, hogy a problémákat a hiányosságokat a jelenlegi membránok és a katalizátorok, más technikai nehézségeket üzemanyagcellák vannak kötve a tárolása és szállítása a hidrogén üzemanyag. A hidrogén igen alacsony energiasűrűségű egységnyi mennyiség (az energia mennyisége tartalmazott egy egységnyi térfogatban lévő egy adott hőmérsékleten és nyomáson), és ezért meg kell tárolni nagyon magas nyomás alatt, így lehet használni a járművek. Egyébként a méret a tartály tárolására a szükséges mennyiségű üzemanyag nem lehet nagy. Ezek miatt a korlátozások hidrogén tárolására megpróbálja megtalálni a módját, hogy hidrogén előállítására a valami más, mint gáz formájában, mint például a, például egy fém-hidrid tüzelőanyag-cella. Mégis jelenlegi fogyasztói használata a tüzelőanyag-cella, mint a Toyota Mirai, szuperkritikus hidrogént (hidrogén-körülmények között magasabb hőmérsékleten, mint 33 K és a magasabb nyomás 13,3 atmoszféra, azaz meghaladja a kritikus értékek), és most ez a legkényelmesebb lehetőség.

mező kilátások

Mivel a meglévő technikai korlátok és kihívások hidrogén vízből napenergia segítségével a közeljövőben kutatás valószínűleg főként a keresést alternatív hidrogénatom. Az egyik népszerű ötlet az, hogy az ammónia (hidrogén-nitrid) közvetlenül egy tüzelőanyag-cella helyett hidrogénatom vagy hidrogén keletkezik ammónia. Ennek az az oka - alacsonyabb követelményeket támaszt az ammónia nyomású oldal, ami kényelmesebbé teszi a tárolásra és kezelésre. Továbbá az ammónia forrásként hidrogén-vonzó, mert nincs szén. Köszönhetően ezt a problémát úgy oldjuk meg, a katalizátor-mérgezés miatt bizonyos mennyiségű CO a hidrogén előállított metán.

A jövőben az üzemanyagcellák lehet találni széles alkalmazási területén a mobil technológia és az elosztott energiatermelés, például a lakóövezetekben. Annak ellenére, hogy jelenleg az üzemanyag felhasználása sejtek, mint elsődleges energiaforrás többet igényel alapok esetén olcsóbb és hatékonyabb katalizátorokat, stabil membránokat nagy vezetőképességű és alternatív hidrogén-források a hidrogén üzemanyagcellák szerezhet magas gazdasági vonzerejét.