Doğaçlama materiallardan spirt üzərində yanacaq elementi. Bərk turşu elektrolitlərindən istifadə edərək birbaşa fəaliyyət göstərən spirt yanacaq hüceyrələri. Yanacaq elementlərinin iş prinsipi

Su ilə işləyən avtomobil tezliklə reallığa çevrilə bilər və bir çox evdə hidrogen yanacaq elementləri quraşdırılacaq...

Hidrogen yanacaq hüceyrəsi texnologiyası yeni deyil. 1776-cı ildə Henry Cavendish metalları seyreltilmiş turşularda həll edərkən hidrogeni ilk dəfə kəşf etdikdən sonra başladı. İlk hidrogen yanacaq hüceyrəsi hələ 1839-cu ildə William Grove tərəfindən icad edilmişdir. O vaxtdan bəri, hidrogen yanacaq elementləri tədricən təkmilləşdi və indi kosmik gəmilərdə quraşdırılaraq onları enerji ilə təmin edir və su mənbəyi kimi xidmət edir. Bu gün hidrogen yanacaq hüceyrəsi texnologiyası avtomobillərdə, evlərdə və portativ cihazlarda kütləvi bazara çıxmaq ərəfəsindədir.

Hidrogen yanacaq hüceyrəsində kimyəvi enerji (hidrogen və oksigen şəklində) birbaşa (yanma olmadan) elektrik enerjisinə çevrilir. Yanacaq elementi bir katod, elektrod və anoddan ibarətdir. Hidrogen anoda qidalanır, burada protonlara və elektronlara bölünür. Protonların və elektronların katoda müxtəlif yolları var. Protonlar elektrod vasitəsilə katoda, elektronlar isə katoda çatmaq üçün yanacaq hüceyrələrinin ətrafında hərəkət edirlər. Bu hərəkət sonradan istifadə edilə bilən elektrik enerjisi yaradır. Digər tərəfdən, hidrogen protonları və elektronları oksigenlə birləşərək suyu əmələ gətirir.

Elektrolizatorlar hidrogenin sudan çıxarılmasının bir yoludur. Proses əsasən hidrogen yanacaq hüceyrəsi işləyərkən baş verənlərin əksinədir. Elektrolizator anod, elektrokimyəvi element və katoddan ibarətdir. Suyu hidrogen və oksigenə ayıran anoda su və gərginlik tətbiq olunur. Hidrogen elektrokimyəvi hüceyrədən katoda keçir və oksigen birbaşa katoda qidalanır. Oradan hidrogen və oksigen çıxarıla və saxlanıla bilər. Elektrik enerjisinin istehsalının tələb olunmadığı dövrlərdə yığılan qaz anbardan çıxarıla və yanacaq elementindən geri qaytarıla bilər.

Bu sistem hidrogendən yanacaq kimi istifadə edir, yəqin buna görə də onun təhlükəsizliyi ilə bağlı çoxlu miflər var. Hindenburqun partlamasından sonra elmdən uzaq olan bir çox insanlar və hətta bəzi alimlər hidrogendən istifadənin çox təhlükəli olduğuna inanmağa başladılar. Ancaq son araşdırmalar göstərdi ki, bu faciənin səbəbi içəriyə vurulan hidrogenlə deyil, tikintidə istifadə olunan materialın növü ilə bağlıdır. Hidrogen anbarının təhlükəsizliyi sınaqdan keçirildikdən sonra məlum olub ki, yanacaq hüceyrələrində hidrogenin saxlanması daha təhlükəsizdir avtomobilin yanacaq çənində benzin saxlamaqdan daha çox.

Müasir hidrogen yanacaq hüceyrələri nə qədərdir?? Hazırda şirkətlər hər kilovat üçün təxminən 3000 dollara enerji istehsal etmək üçün hidrogen yanacaq sistemlərini təklif edirlər. Marketinq tədqiqatı müəyyən edib ki, maya dəyəri bir kilovat üçün 1500 dollara düşəndə ​​kütləvi enerji bazarında istehlakçılar bu yanacaq növünə keçməyə hazır olacaqlar.

Hidrogen yanacaq hüceyrəli avtomobillər hələ də daxili yanma mühərrikli avtomobillərdən daha bahalıdır, lakin istehsalçılar qiyməti müqayisə edilə bilən səviyyəyə çatdırmağın yollarını araşdırırlar. Elektrik xətlərinin olmadığı bəzi ucqar ərazilərdə hidrogendən evdə yanacaq və ya avtonom enerji təchizatı kimi istifadə etmək, məsələn, ənənəvi enerji daşıyıcıları üçün infrastruktur qurmaqdan daha qənaətcil ola bilər.

Niyə hidrogen yanacaq elementləri hələ də geniş istifadə olunmur? Hazırda onların yüksək qiyməti hidrogen yanacaq elementlərinin paylanması üçün əsas problemdir. Hidrogen yanacaq sistemlərinə hazırda kütləvi tələbat yoxdur. Bununla belə, elm bir yerdə dayanmır və yaxın gələcəkdə su ilə işləyən avtomobil real reallığa çevrilə bilər.

Yanacaq (hidrogen) hüceyrələrinin/hüceyrələrinin istehsalı, yığılması, sınaqdan keçirilməsi və sınaqdan keçirilməsi
ABŞ və Kanadadakı fabriklərdə istehsal olunur

Yanacaq (hidrogen) hüceyrələri/hüceyrələr

Intech GmbH / LLC Intech GmbH şirkəti 1997-ci ildən bəri mühəndislik xidmətləri bazarındadır, uzun illərdir müxtəlif sənaye avadanlıqlarının rəsmisi, müxtəlif yanacaq (hidrogen) hüceyrələrini / hüceyrələrini diqqətinizə çatdırır.

Yanacaq hüceyrəsi/hüceyrəsidir

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin üstünlükləri

Yanacaq hüceyrəsi/hüceyrəsi, elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə hidrogenlə zəngin yanacaqdan səmərəli şəkildə birbaşa cərəyan və istilik yaradan bir cihazdır.

Yanacaq hüceyrəsi kimyəvi reaksiya vasitəsilə birbaşa cərəyan əmələ gətirdiyi üçün batareyaya bənzəyir. Yanacaq elementi bir anod, bir katod və bir elektrolitdən ibarətdir. Bununla belə, batareyalardan fərqli olaraq yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri elektrik enerjisini saxlaya bilmir, boşalmır və elektrik enerjisinin doldurulmasını tələb etmir. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri yanacaq və hava ehtiyatına malik olduqları müddətcə davamlı olaraq elektrik enerjisi istehsal edə bilərlər.

Daxili yanma mühərrikləri və ya qaz, kömür, neft və s. ilə işləyən turbinlər kimi digər enerji generatorlarından fərqli olaraq, yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri yanacaq yandırmır. Bu, səs-küylü yüksək təzyiqli rotorların, yüksək egzoz səslərinin, vibrasiyanın olmaması deməkdir. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri səssiz elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik enerjisi yaradır. Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin başqa bir xüsusiyyəti yanacağın kimyəvi enerjisini birbaşa elektrik, istilik və suya çevirmələridir.

Yanacaq hüceyrələri yüksək səmərəlidir və karbon dioksid, metan və azot oksidi kimi böyük miqdarda istixana qazları istehsal etmir. İstismar zamanı buraxılan yeganə məhsullar buxar şəklində su və az miqdarda karbon dioksiddir, yanacaq kimi təmiz hidrogen istifadə edilərsə, ümumiyyətlə buraxılmır. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri montajlara, sonra isə fərdi funksional modullara yığılır.

Yanacaq hüceyrəsinin/hüceyrəsinin inkişafı tarixi

1950 və 1960-cı illərdə yanacaq elementləri üçün ən böyük problemlərdən biri Milli Aeronavtika və Kosmos Administrasiyasının (NASA) uzunmüddətli enerji mənbələrinə olan ehtiyacından irəli gəlirdi. kosmik missiyalar. NASA-nın Qələvi Yanacaq Hüceyrəsi/Hüceyrəsi hidrogen və oksigeni yanacaq kimi istifadə edərək, ikisini elektrokimyəvi reaksiyada birləşdirir. Çıxış kosmos uçuşunda faydalı olan reaksiyanın üç əlavə məhsuludur - kosmik gəmini gücləndirmək üçün elektrik, içmə və soyutma sistemləri üçün su və astronavtları isti saxlamaq üçün istilik.

Yanacaq hüceyrələrinin kəşfi 19-cu əsrin əvvəllərinə təsadüf edir. Yanacaq hüceyrələrinin təsirinin ilk sübutu 1838-ci ildə əldə edilmişdir.

1930-cu illərin sonlarında qələvi yanacaq elementləri üzərində iş başladı və 1939-cu ilə qədər yüksək təzyiqli nikellə örtülmüş elektrodlardan istifadə edən hüceyrə quruldu. İkinci Dünya Müharibəsi zamanı Britaniya Hərbi Dəniz Qüvvələrinin sualtı qayıqları üçün yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri hazırlanmış və 1958-ci ildə diametri 25 sm-dən bir qədər çox olan qələvi yanacaq elementlərindən/hüceyrələrindən ibarət yanacaq qurğusu təqdim edilmişdir.

1950-1960-cı illərdə, eləcə də sənaye dünyasında mazut qıtlığı yaşandığı 1980-ci illərdə maraq artdı. Həmin dövrdə dünya ölkələri də havanın çirklənməsi problemindən narahat olmuş və ekoloji cəhətdən təmiz elektrik enerjisi istehsalının yollarını nəzərdən keçirmişlər. Hazırda yanacaq hüceyrəsi/hüceyrə texnologiyası sürətlə inkişaf edir.

Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri necə işləyir

Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri elektrolit, katod və anoddan istifadə edərək davam edən elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik və istilik yaradır.

Anod və katod protonları keçirən bir elektrolitlə ayrılır. Hidrogen anoda və oksigen katoda daxil olduqdan sonra kimyəvi reaksiya başlayır, nəticədə elektrik cərəyanı, istilik və su yaranır.

Anod katalizatorunda molekulyar hidrogen elektronları parçalayır və itirir. Hidrogen ionları (protonlar) elektrolitdən katoda, elektronlar isə elektrolitdən keçərək xarici elektrik dövrəsindən keçir və avadanlığı gücləndirmək üçün istifadə edilə bilən birbaşa cərəyan yaradır. Katod katalizatorunda bir oksigen molekulu bir elektron (xarici rabitədən təmin olunur) və daxil olan protonla birləşir və yeganə reaksiya məhsulu (buxar və / və ya maye şəklində) olan suyu əmələ gətirir.

Aşağıda müvafiq reaksiya verilmişdir:

Anod reaksiyası: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin növləri və müxtəlifliyi

Müxtəlif növ daxili yanma mühərriklərinin mövcudluğuna bənzər şəkildə, müxtəlif növ yanacaq elementləri var - uyğun yanacaq elementinin seçimi onun tətbiqindən asılıdır.

Yanacaq hüceyrələri yüksək temperatur və aşağı temperatura bölünür. Aşağı temperaturlu yanacaq hüceyrələri yanacaq kimi nisbətən təmiz hidrogen tələb edir. Bu, çox vaxt o deməkdir ki, ilkin yanacağın (məsələn, təbii qaz) təmiz hidrogenə çevrilməsi üçün yanacağın emalı tələb olunur. Bu proses əlavə enerji sərf edir və xüsusi avadanlıq tələb edir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementlərinin bu əlavə prosedura ehtiyacı yoxdur, çünki onlar yüksək temperaturda yanacağı "daxili olaraq çevirə" bilirlər, yəni hidrogen infrastrukturuna investisiya qoymağa ehtiyac yoxdur.

Ərinmiş karbonat üzərində yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (MCFC)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq hüceyrələri yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələridir. Yüksək iş temperaturu yanacaq prosessoru olmadan təbii qazdan və texnoloji yanacaqlardan və digər mənbələrdən aşağı kalorili yanacaq qazından birbaşa istifadə etməyə imkan verir.

RCFC-nin işləməsi digər yanacaq elementlərindən fərqlidir. Bu hüceyrələr ərimiş karbonat duzlarının qarışığından elektrolitdən istifadə edirlər. Hal-hazırda iki növ qarışıq istifadə olunur: litium karbonat və kalium karbonat və ya litium karbonat və natrium karbonat. Karbonat duzlarını əritmək və elektrolitdə ionların yüksək dərəcədə hərəkətliliyinə nail olmaq üçün ərimiş karbonat elektroliti olan yanacaq elementləri yüksək temperaturda (650°C) işləyir. Effektivlik 60-80% arasında dəyişir.

650°C temperaturda qızdırıldıqda duzlar karbonat ionları üçün keçirici olur (CO 3 2-). Bu ionlar katoddan anoda keçir və burada hidrogenlə birləşərək su, karbon qazı və sərbəst elektronlar əmələ gətirir. Bu elektronlar generasiya zamanı xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda geri göndərilir elektrik və əlavə məhsul kimi istilik.

Anod reaksiyası: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Katodda reaksiya: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Ümumi element reaksiyası: H 2 (q) + 1/2O 2 (q) + CO 2 (katod) => H 2 O (g) + CO 2 (anod)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq elementlərinin yüksək iş temperaturu müəyyən üstünlüklərə malikdir. Yüksək temperaturda təbii qaz daxili islah edilir, yanacaq prosessoruna ehtiyacı aradan qaldırır. Bundan əlavə, üstünlüklərə elektrodlarda paslanmayan polad təbəqə və nikel katalizatoru kimi standart tikinti materiallarından istifadə etmək imkanı daxildir. Tullantı istilik müxtəlif sənaye və kommersiya tətbiqləri üçün yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

Elektrolitdə yüksək reaksiya temperaturu da öz üstünlüklərinə malikdir. Yüksək temperaturun istifadəsi optimal iş şəraitinə çatmaq üçün uzun müddət tələb edir və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Bu xüsusiyyətlər daimi güc şəraitində ərimiş karbonat elektrolitli yanacaq hüceyrəsi sistemlərinin istifadəsinə imkan verir. Yüksək temperatur yanacaq hüceyrəsinin karbonmonoksitlə zədələnməsinin qarşısını alır.

Ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələri böyük stasionar qurğularda istifadə üçün uygundur. İstehsal gücü 3,0 MVt olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. Çıxış gücü 110 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Fosfor turşusuna (PFC) əsaslanan yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri kommersiya istifadəsi üçün ilk yanacaq hüceyrələri idi.

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri 100% -ə qədər konsentrasiyası olan ortofosfor turşusu (H 3 PO 4) əsasında elektrolitdən istifadə edir. Fosfor turşusunun ion keçiriciliyi aşağı temperaturda aşağı olur, bu səbəbdən bu yanacaq elementləri 150-220°C-ə qədər olan temperaturlarda istifadə olunur.

Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı hidrogendir (H+, proton). Bənzər bir proses, anoda verilən hidrogenin protonlara və elektronlara bölündüyü proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələrində baş verir. Protonlar elektrolitdən keçir və katodda havadan oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi boyunca yönəldilir və elektrik cərəyanı yaranır. Aşağıda elektrik və istilik əmələ gətirən reaksiyalar verilmişdir.

Anodda reaksiya: 2H 2 => 4H + + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələrinin səmərəliliyi elektrik enerjisi istehsal edərkən 40% -dən çoxdur. İstilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında ümumi səmərəlilik təxminən 85% təşkil edir. Bundan əlavə, iş temperaturu nəzərə alınmaqla, tullantı istilik suyun qızdırılması və atmosfer təzyiqində buxarın yaranması üçün istifadə edilə bilər.

İstilik elektrik stansiyalarının istilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında fosfor (ortofosfor) turşusuna əsaslanan yanacaq elementlərindəki yüksək göstəriciləri bu tip yanacaq elementlərinin üstünlüklərindən biridir. Zavodlar təxminən 1,5% konsentrasiyada dəm qazından istifadə edirlər ki, bu da yanacaq seçimini xeyli genişləndirir. Bundan əlavə, CO 2 elektrolitə və yanacaq hüceyrəsinin işinə təsir göstərmir, bu tip hüceyrə islah edilmiş təbii yanacaqla işləyir. Sadə tikinti, aşağı elektrolit dəyişkənliyi və artan sabitlik də bu növ yanacaq elementinin üstünlükləridir.

Çıxış gücü 500 kVt-a qədər olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. 11 MVt-lıq qurğular müvafiq sınaqlardan keçib. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (SOFC)

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri ən yüksək işləmə temperaturu olan yanacaq hüceyrələridir. İşləmə temperaturu 600 ° C-dən 1000 ° C-ə qədər dəyişə bilər ki, bu da xüsusi əvvəlcədən təmizlənmədən müxtəlif növ yanacağın istifadəsinə imkan verir. Bu yüksək temperaturları idarə etmək üçün istifadə olunan elektrolit nazik keramika əsaslı bərk metal oksiddir, tez-tez oksigen (O 2-) ionlarının keçiricisi olan itrium və sirkonium ərintisi.

Bərk elektrolit bir elektroddan digərinə hermetik qaz keçidini təmin edir, maye elektrolitlər isə məsaməli substratda yerləşir. Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı oksigen ionudur (O 2-). Katodda oksigen molekulları havadan oksigen ionuna və dörd elektrona ayrılır. Oksigen ionları elektrolitdən keçir və hidrogenlə birləşərək dörd sərbəst elektron əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə yönəldilir, elektrik cərəyanı və tullantı istilik əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yaranan elektrik enerjisinin səmərəliliyi bütün yanacaq elementləri arasında ən yüksəkdir - təxminən 60-70%. Yüksək iş temperaturu yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istilik və enerjinin birgə istehsalına imkan verir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementini turbinlə birləşdirərək, enerji istehsalının səmərəliliyini 75%-ə qədər artırmaq üçün hibrid yanacaq elementi yaradır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda (600°C-1000°C) işləyir, nəticədə optimal iş şəraitinə uzun müddət çatır və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Belə yüksək iş temperaturunda yanacaqdan hidrogeni bərpa etmək üçün heç bir çevirici tələb olunmur, bu da istilik elektrik stansiyasının kömürün qazlaşdırılmasından və ya tullantı qazlarından və s. Həmçinin, bu yanacaq elementi sənaye və böyük mərkəzi elektrik stansiyaları da daxil olmaqla yüksək güc tətbiqləri üçün əladır. Çıxış elektrik gücü 100 kVt olan sənaye istehsalı modulları.

Birbaşa metanol oksidləşməsi olan yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (DOMTE)

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq elementlərinin istifadəsi texnologiyası aktiv inkişaf dövründən keçir. O, mobil telefonların, noutbukların enerji təchizatı, eləcə də portativ enerji mənbələrinin yaradılması sahəsində özünü uğurla təsdiqləyib. bu elementlərin gələcəkdə tətbiqi nəyə yönəlib.

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq hüceyrələrinin quruluşu proton mübadiləsi membranı (MOFEC) olan yanacaq hüceyrələrinə bənzəyir, yəni. elektrolit kimi polimerdən, yükdaşıyıcı kimi isə hidrogen ionundan (proton) istifadə olunur. Bununla belə, maye metanol (CH 3 OH) anodda suyun iştirakı ilə oksidləşir, CO 2, hidrogen ionları və xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə idarə olunan elektronları buraxır və elektrik cərəyanı yaranır. Hidrogen ionları elektrolitdən keçir və havadan oksigenlə və xarici dövrədən gələn elektronlarla reaksiyaya girərək anodda su əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Katodda reaksiya: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Ümumi element reaksiyası: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Bu növ yanacaq hüceyrələrinin üstünlüyü maye yanacağın istifadəsi və konvertordan istifadə ehtiyacının olmaması səbəbindən kiçik ölçüləridir.

Qələvi yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (AFC)

Qələvi yanacaq elementləri elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən ən səmərəli elementlərdən biridir və enerji istehsalının səmərəliliyi 70%-ə çatır.

Qələvi yanacaq elementləri elektrolitdən, yəni məsaməli, stabilləşdirilmiş matrisdə olan kalium hidroksidinin sulu məhlulundan istifadə edir. Kalium hidroksidinin konsentrasiyası 65°C ilə 220°C arasında dəyişən yanacaq elementinin işləmə temperaturundan asılı olaraq dəyişə bilər. SFC-də yük daşıyıcısı, su və elektron istehsal etmək üçün hidrogenlə reaksiya verdiyi katoddan anoda doğru hərəkət edən bir hidroksid ionudur (OH-). Anodda əmələ gələn su yenidən katoda doğru hərəkət edir və orada yenidən hidroksid ionları əmələ gətirir. Yanacaq hüceyrəsində baş verən bu reaksiyalar seriyası nəticəsində elektrik enerjisi və əlavə məhsul kimi istilik əmələ gəlir:

Anodda reaksiya: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Sistemin ümumi reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SFC-lərin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, bu yanacaq hüceyrələri ən ucuz istehsal olunur, çünki elektrodlara lazım olan katalizator digər yanacaq elementləri üçün katalizator kimi istifadə olunanlardan daha ucuz olan maddələrdən hər hansı biri ola bilər. SCFC-lər nisbətən aşağı temperaturda işləyir və ən səmərəli yanacaq elementləri arasındadır - belə xüsusiyyətlər müvafiq olaraq daha sürətli enerji istehsalına və yüksək yanacaq səmərəliliyinə kömək edə bilər.

SHTE-nin xarakterik xüsusiyyətlərindən biri onun yanacaq və ya havada ola bilən CO 2-yə yüksək həssaslığıdır. CO 2 elektrolitlə reaksiya verir, onu tez zəhərləyir və yanacaq elementinin səmərəliliyini xeyli azaldır. Buna görə də, SFC-lərin istifadəsi kosmos və sualtı nəqliyyat vasitələri kimi qapalı məkanlarla məhdudlaşır, onlar təmiz hidrogen və oksigen üzərində işləməlidirlər. Üstəlik, CO, H 2 O və CH4 kimi digər yanacaq elementləri üçün təhlükəsiz olan və hətta bəziləri üçün yanacaq olan molekullar SFC-lər üçün zərərlidir.

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (PETE)

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri vəziyyətində, polimer membran su ionlarının (su molekuluna bağlı H 2 O + (proton, qırmızı) keçiriciliyi olan su bölgələri olan polimer liflərdən ibarətdir. Su molekulları yavaş ion mübadiləsi səbəbindən problem yaradır. Buna görə də, həm yanacaqda, həm də iş temperaturunu 100 ° C-ə qədər məhdudlaşdıran egzoz elektrodlarında yüksək su konsentrasiyası tələb olunur.

Bərk turşu yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (SCFC)

Bərk turşu yanacaq elementlərində elektrolitdə (CsHSO 4) su yoxdur. Buna görə işləmə temperaturu 100-300 ° C-dir. SO 4 2- oksi anionlarının fırlanması protonların (qırmızı) şəkildə göstərildiyi kimi hərəkət etməsinə imkan verir. Tipik olaraq, bərk turşu yanacaq hüceyrəsi yaxşı təmas təmin etmək üçün iki sıx sıxılmış elektrod arasında çox nazik qatı turşu birləşməsinin sıxıldığı sendviçdir. Qızdırıldıqda, üzvi komponent yanacaq (və ya hüceyrənin digər ucunda oksigen), elektrolit və elektrodlar arasında çoxsaylı təmas qabiliyyətini saxlayaraq, elektrodlardakı məsamələri tərk edərək buxarlanır.

İnnovativ enerjiyə qənaət edən bələdiyyə istilik və elektrik stansiyaları adətən bərk oksid yanacaq elementləri (SOFC), polimer elektrolit yanacaq elementləri (PEFC), fosfor turşusu yanacaq elementləri (PCFC), proton mübadilə membranlı yanacaq elementləri (MPFC) və qələvi yanacaq elementləri üzərində qurulur. APFCs). Onlar adətən aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdirlər:

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC) ən uyğun hesab edilməlidir, bunlar:

• daha yüksək temperaturda işləyir, bu da bahalı qiymətli metallara (məsələn, platin) ehtiyacı azaldır.
• müxtəlif növ karbohidrogen yanacaqlarında, əsasən təbii qazda işləyə bilər
• daha uzun işə salınma vaxtı var və buna görə də uzunmüddətli istismar üçün daha uyğundur
• enerji istehsalının yüksək səmərəliliyini nümayiş etdirir (70%-ə qədər)
• yüksək iş temperaturu sayəsində aqreqatlar istilik bərpa sistemləri ilə birləşdirilə bilər və ümumi sistemin səmərəliliyini 85%-ə çatdırır.
• sıfıra yaxın emissiyalara malikdir, səssiz işləyir və mövcud enerji istehsalı texnologiyaları ilə müqayisədə aşağı əməliyyat tələblərinə malikdir

Kiçik istilik elektrik stansiyaları adi qaz təchizatı şəbəkəsinə qoşula bildiyi üçün yanacaq elementləri ayrıca hidrogen təchizatı sisteminə ehtiyac duymur. Bərk oksid yanacaq hüceyrələrinə əsaslanan kiçik istilik elektrik stansiyalarından istifadə edərkən, yaranan istilik suyun və ventilyasiya havasının qızdırılması üçün istilik dəyişdiricilərinə inteqrasiya olunaraq sistemin ümumi səmərəliliyini artırır. Bu innovativ texnologiya bahalı infrastruktura və mürəkkəb alət inteqrasiyasına ehtiyac olmadan səmərəli enerji istehsalı üçün ən uyğundur.

Yanacaq hüceyrəsi/hüceyrə tətbiqləri

Telekommunikasiya sistemlərində yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Simsiz rabitə sistemlərinin bütün dünyada sürətlə yayılması, eləcə də mobil telefon texnologiyasının artan sosial və iqtisadi faydaları ilə etibarlı və sərfəli ehtiyat gücə ehtiyac kritik hala gəldi. Pis hava, təbii fəlakətlər və ya məhdud şəbəkə tutumu səbəbindən il ərzində şəbəkə itkiləri şəbəkə operatorları üçün daimi problemdir.

Ənənəvi telekommunikasiya enerji ehtiyat həllərinə qısamüddətli ehtiyat gücü üçün batareyalar (klapanla tənzimlənən qurğuşun-turşu batareya hüceyrəsi) və daha uzun ehtiyat gücü üçün dizel və propan generatorları daxildir. Batareyalar 1-2 saat ərzində nisbətən ucuz ehtiyat enerji mənbəyidir. Bununla belə, batareyalar daha uzun ehtiyat dövrləri üçün uyğun deyil, çünki onlara qulluq etmək baha başa gəlir, uzun müddət istifadə etdikdən sonra etibarsız olur, temperaturlara həssas olur və utilizasiyadan sonra ətraf mühit üçün təhlükəlidir. Dizel və propan generatorları davamlı ehtiyat enerji təmin edə bilər. Bununla belə, generatorlar etibarsız ola bilər, geniş texniki xidmət tələb edir və atmosferə yüksək səviyyədə çirkləndirici və istixana qazları buraxır.

Ənənəvi ehtiyat güc həllərinin məhdudiyyətlərini aradan qaldırmaq üçün innovativ yaşıl yanacaq hüceyrəsi texnologiyası hazırlanmışdır. Yanacaq elementləri etibarlı, səssizdir, generatordan daha az hərəkətli hissədən ibarətdir, -40°C-dən +50°C-dək batareyadan daha geniş iş temperaturu diapazonuna malikdir və nəticədə son dərəcə yüksək səviyyədə enerji qənaəti təmin edir. Bundan əlavə, belə bir zavodun xidmət müddəti generatordan daha aşağıdır. Aşağı yanacaq elementi xərcləri ildə yalnız bir dəfə texniki baxışın və əhəmiyyətli dərəcədə yüksək zavod məhsuldarlığının nəticəsidir. Axı yanacaq elementi ətraf mühitə minimal təsir göstərən ekoloji cəhətdən təmiz texnologiya həllidir.

Yanacaq hüceyrəsi blokları telekommunikasiya sistemində simsiz, daimi və genişzolaqlı rabitə üçün kritik rabitə şəbəkəsi infrastrukturları üçün ehtiyat enerji ilə təmin edir, gücü 250 Vt-dan 15 kVt-a qədərdir, onlar bir çox rakipsiz yenilikçi xüsusiyyətləri təklif edir:

• ETİBARLILIQ– Bir neçə hərəkət edən hissə və gözləmə rejimində boşalma yoxdur
• ENERJİYƏ QƏNAƏT
• SÜKÜT- aşağı səs-küy səviyyəsi
• STABİLLİK-40°C-dən +50°C-yə qədər işləmə diapazonu
• UYGULAMALIQ– açıq və qapalı quraşdırma (konteyner/qoruyucu konteyner)
• YÜKSƏK GÜC- 15 kVt-a qədər
• AZ TƏLƏBİ- minimum illik texniki xidmət
• İQTİSADİYYAT- cəlbedici ümumi mülkiyyət dəyəri
• TƏMİZ ENERJİ– ətraf mühitə minimal təsirlə aşağı emissiyalar

Sistem DC avtobus gərginliyini hər zaman hiss edir və DC şin gərginliyi aşağı düşərsə, kritik yükləri rəvan şəkildə qəbul edir. dəyəri təyin edin, istifadəçi tərəfindən müəyyən edilir. Sistem yanacaq hüceyrəsi yığınına iki yolla daxil olan hidrogenlə işləyir - ya kommersiya hidrogen mənbəyindən, ya da bortda reformator sistemindən istifadə edərək metanol və suyun maye yanacağından.

Elektrik enerjisi birbaşa cərəyan şəklində yanacaq hüceyrəsi yığını tərəfindən istehsal olunur. DC gücü yanacaq hüceyrəsi yığınından tənzimlənməmiş DC gücünü tələb olunan yüklər üçün yüksək keyfiyyətli, tənzimlənən DC gücünə çevirən çeviriciyə göndərilir. Yanacaq elementinin quraşdırılması bir çox günlər üçün ehtiyat enerji təmin edə bilər, çünki müddət yalnız anbarda mövcud olan hidrogen və ya metanol/su yanacağının miqdarı ilə məhdudlaşır.

Yanacaq elementləri sənaye standartı klapanla tənzimlənən qurğuşun turşusu akkumulyator paketləri ilə müqayisədə üstün enerji səmərəliliyi, artan sistem etibarlılığı, geniş iqlim diapazonunda daha proqnozlaşdırıla bilən performans və etibarlı xidmət müddəti təklif edir. Əhəmiyyətli dərəcədə daha az texniki xidmət və dəyişdirmə tələbləri səbəbindən həyat dövrü xərcləri də aşağıdır. Yanacaq hüceyrələri son istifadəçiyə ekoloji faydalar təklif edir, çünki qurğuşun turşusu hüceyrələri ilə bağlı atılma xərcləri və məsuliyyət riskləri artan narahatlıq doğurur.

Elektrik batareyalarının performansı, şarj səviyyəsi, temperatur, dövrlər, istifadə müddəti və digər dəyişənlər kimi bir çox amillərdən mənfi təsir göstərə bilər. Təqdim olunan enerji bu amillərdən asılı olaraq dəyişəcək və proqnozlaşdırmaq asan deyil. Proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrəsinin (PEMFC) performansı bu amillərdən nisbətən təsirlənmir və yanacaq mövcud olduğu müddətcə kritik güc təmin edə bilər. Artan proqnozlaşdırıla bilənlik missiya baxımından kritik ehtiyat güc tətbiqləri üçün yanacaq hüceyrələrinə keçərkən mühüm faydadır.

Yanacaq hüceyrələri qaz turbin generatoru kimi yalnız yanacaq verildikdə enerji yaradır, lakin generasiya zonasında hərəkət edən hissələri yoxdur. Buna görə də, generatordan fərqli olaraq, onlar sürətli aşınmaya məruz qalmırlar və daimi qulluq və yağlama tələb etmirlər.

Uzadılmış Müddət Yanacaq Konvertorunu idarə etmək üçün istifadə olunan yanacaq metanol və suyun qarışığıdır. Metanol, hazırda qabaq şüşə yuyan maşın, plastik şüşələr, mühərrik əlavələri və emulsiya boyaları da daxil olmaqla bir çox istifadəsi olan geniş yayılmış, kommersiya yanacağıdır. Metanol daşınması asandır, su ilə qarışır, yaxşı bioloji parçalanır və kükürdsüzdür. Onun donma temperaturu aşağıdır (-71°C) və uzun müddət saxlandıqda parçalanmır.

Rabitə şəbəkələrində yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Təhlükəsizlik şəbəkələri bir anda saatlar və ya günlər davam edə bilən etibarlı ehtiyat güc həlləri tələb edir. fövqəladə hallar elektrik şəbəkəsi artıq mövcud deyilsə.

Bir neçə hərəkət edən hissə və gözləmə rejimində gücün azaldılması olmadan, innovativ yanacaq hüceyrəsi texnologiyası hazırda mövcud ehtiyat güc sistemləri ilə müqayisədə cəlbedici həll təklif edir.

Rabitə şəbəkələrində yanacaq hüceyrəsi texnologiyasından istifadənin ən əsas səbəbi ümumi etibarlılığın və təhlükəsizliyin artmasıdır. Elektrik enerjisinin kəsilməsi, zəlzələ, tufan və qasırğa kimi hadisələr zamanı ehtiyat enerji sisteminin temperaturundan və yaşından asılı olmayaraq sistemlərin uzun müddət işləməyə davam etməsi və etibarlı ehtiyat enerji təchizatına malik olması vacibdir.

Yanacaq elementlərinin enerji təchizatı çeşidi təhlükəsiz rabitə şəbəkələrini dəstəkləmək üçün idealdır. Enerjiyə qənaət edən dizayn prinsipləri sayəsində onlar 250 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc diapazonunda istifadə üçün uzun müddətə (bir neçə günə qədər) ekoloji cəhətdən təmiz, etibarlı ehtiyat güc təmin edir.

Məlumat şəbəkələrində yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Yüksək sürətli məlumat şəbəkələri və fiber optik magistrallar kimi məlumat şəbəkələri üçün etibarlı enerji təchizatı bütün dünyada mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Belə şəbəkələr vasitəsilə ötürülən məlumat banklar, aviaşirkətlər və ya tibb mərkəzləri kimi qurumlar üçün kritik məlumatları ehtiva edir. Belə şəbəkələrdə elektrik enerjisinin kəsilməsi yalnız ötürülən məlumat üçün təhlükə yaratmır, həm də, bir qayda olaraq, əhəmiyyətli maliyyə itkilərinə səbəb olur. Gözləmə rejimində enerji təmin edən etibarlı, innovativ yanacaq elementi qurğuları fasiləsiz enerji təmin etmək üçün sizə lazım olan etibarlılığı təmin edir.

Metanol və suyun maye yanacaq qarışığında işləyən yanacaq elementləri bir neçə günə qədər uzun müddətə etibarlı ehtiyat enerji təchizatı təmin edir. Bundan əlavə, bu qurğular generatorlar və akkumulyatorlarla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə azaldılmış texniki xidmət tələblərinə malikdir və ildə yalnız bir dəfə texniki baxış tələb olunur.

Məlumat şəbəkələrində yanacaq elementi qurğularının istifadəsi üçün tipik tətbiq xüsusiyyətləri:

• 100 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc girişləri olan tətbiqlər
• Batareya ömrü tələbləri > 4 saat olan proqramlar
• Fiber optik sistemlərdə təkrarlayıcılar (sinxron rəqəmsal sistemlərin iyerarxiyası, yüksək sürətli internet, IP üzərindən səs...)
• Yüksək sürətli məlumat ötürülməsinin şəbəkə qovşaqları
• WiMAX ötürmə qovşaqları

Yanacaq elementinin gözləmə qurğuları ənənəvi akkumulyator və ya dizel generatorları ilə müqayisədə kritik məlumat şəbəkəsi infrastrukturları üçün çoxsaylı üstünlüklər təklif edir ki, bu da yerində istifadənin artırılmasına imkan verir:

1. Maye yanacaq texnologiyası hidrogenin saxlanması problemini həll edir və faktiki olaraq qeyri-məhdud ehtiyat güc təmin edir.
2. Səssiz işləməsi, aşağı çəkisi, həddindən artıq temperaturlara qarşı müqaviməti və praktiki olaraq vibrasiyasız işləməsi səbəbindən yanacaq elementləri açıq havada, sənaye binalarında/konteynerlərdə və ya damlarda quraşdırıla bilər.
3. Sistemdən istifadə üçün yerində hazırlıq işləri tez və qənaətcildir, istismar xərcləri isə aşağıdır.
4. Yanacaq bioloji parçalana bilir və şəhər mühiti üçün ekoloji cəhətdən təmiz bir həlldir.

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin təhlükəsizlik sistemlərində tətbiqi

Ən diqqətlə dizayn edilmiş bina təhlükəsizlik və kommunikasiya sistemləri yalnız onları gücləndirən güc qədər etibarlıdır. Əksər sistemlər qısamüddətli enerji itkiləri üçün bir növ ehtiyat fasiləsiz enerji sistemini əhatə etsə də, təbii fəlakətlərdən və ya terror hücumlarından sonra baş verə biləcək elektrik enerjisinin daha uzun kəsilməsini təmin etmir. Bu, bir çox korporativ və dövlət qurumları üçün kritik problem ola bilər.

CCTV monitorinqi və giriş-çıxışa nəzarət sistemləri (şəxsiyyət vəsiqəsi oxuyucuları, qapı bağlayan qurğular, biometrik identifikasiya texnologiyası və s.), avtomatik yanğın siqnalizasiyası və yanğınsöndürmə sistemləri, lift idarəetmə sistemləri və telekommunikasiya şəbəkələri kimi həyati vacib sistemlər heç bir təhlükə altındadır. davamlı enerji təchizatının etibarlı alternativ mənbəyi.

Dizel generatorları səs-küylü, tapmaq çətindir və etibarlılıq və texniki xidmət məsələlərini yaxşı bilir. Bunun əksinə olaraq, yanacaq elementinin ehtiyat qurğusu səssiz, etibarlı, sıfır və ya çox aşağı emissiyaya malikdir və damda və ya binanın xaricində quraşdırmaq asandır. Gözləmə rejimində boşalmır və enerji itirmir. Qurum fəaliyyətini dayandırdıqdan və bina insanlar tərəfindən tərk edildikdən sonra belə kritik sistemlərin davamlı işləməsini təmin edir.

Yenilikçi yanacaq hüceyrəsi qurğuları kritik tətbiqlərdə bahalı investisiyaları qoruyur. Onlar 250 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc diapazonunda istifadə üçün ekoloji cəhətdən təmiz, etibarlı ehtiyat enerjisini uzun müddətə (bir çox günə qədər) təmin edir, çoxsaylı üstün xüsusiyyətlər və xüsusilə yüksək enerji qənaəti ilə birləşir.

Yanacaq elementi enerji ehtiyat qurğuları ənənəvi akkumulyator və ya dizel generatorları ilə müqayisədə təhlükəsizlik və bina idarəetmə sistemləri kimi kritik missiya tətbiqləri üçün çoxsaylı üstünlüklər təklif edir. Maye yanacaq texnologiyası hidrogenin saxlanması problemini həll edir və faktiki olaraq qeyri-məhdud ehtiyat güc təmin edir.

Yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin məişət istiliyində və enerji istehsalında tətbiqi

Bərk oksid yanacaq elementləri (SOFCs) geniş yayılmış təbii qaz və bərpa olunan yanacaq mənbələrindən elektrik və istilik istehsal etmək üçün etibarlı, enerjiyə qənaət edən və emissiyasız istilik elektrik stansiyalarının tikintisi üçün istifadə olunur. Bu innovativ qurğular daxili enerji istehsalından tutmuş ucqar ərazilərin enerji təchizatına, eləcə də köməkçi enerji mənbələrinə qədər müxtəlif bazarlarda istifadə olunur.

Bu enerjiyə qənaət edən qurğular yerin isitilməsi və isti su üçün istilik, həmçinin evdə istifadə oluna bilən və yenidən elektrik şəbəkəsinə verilə bilən elektrik enerjisi istehsal edir. Paylanmış enerji istehsal mənbələrinə fotovoltaik (günəş) elementləri və mikro külək turbinləri daxil ola bilər. Bu texnologiyalar görünən və hamıya məlumdur, lakin onların işləməsi hava şəraitindən asılıdır və onlar bütün il boyu davamlı olaraq elektrik enerjisi istehsal edə bilmirlər. Güc baxımından istilik elektrik stansiyaları 1 kVt-dan azdan 6 MVt-a qədər və daha çox dəyişə bilər.

Paylayıcı şəbəkələrdə yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Kiçik istilik elektrik stansiyaları bir mərkəzləşdirilmiş elektrik stansiyası əvəzinə çoxlu sayda kiçik generator dəstlərindən ibarət paylanmış elektrik istehsal şəbəkəsində işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Aşağıdakı rəqəm CHP tərəfindən istehsal edilən və hazırda istifadə edilən ənənəvi ötürücü şəbəkələr vasitəsilə evlərə ötürülən elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyinin itirilməsini göstərir. Rayon istehsalında səmərəlilik itkilərinə elektrik stansiyasından, aşağı və yüksək gərginlikli ötürmədən və paylama itkilərindən itkilər daxildir.

Şəkil kiçik istilik elektrik stansiyalarının inteqrasiyasının nəticələrini göstərir: elektrik enerjisi istifadə nöqtəsində 60%-ə qədər istehsal səmərəliliyi ilə istehsal olunur. Bundan əlavə, ev təsərrüfatları yanacaq elementləri tərəfindən yaranan istilikdən su və yerin istiləşməsi üçün istifadə edə bilər ki, bu da yanacaq enerjisinin emalının ümumi səmərəliliyini artırır və enerjiyə qənaəti yaxşılaşdırır.

Ətraf Mühitin Mühafizəsi üçün Yanacaq Hüceyrələrindən İstifadə - Əlaqəli Neft Qazının Utilizasiyası

Neft sənayesində ən mühüm vəzifələrdən biri səmt neft qazının utilizasiyasıdır. Səmt neft qazının utilizasiyasının mövcud üsullarının bir çox mənfi cəhətləri var, ən başlıcası onların iqtisadi cəhətdən sərfəli olmamasıdır. Səmtləşmiş neft qazı məşəldə yandırılır ki, bu da ətraf mühitə və insan sağlamlığına böyük ziyan vurur.

Səmt neft qazından yanacaq kimi istifadə edən innovativ yanacaq elementli istilik və elektrik stansiyaları səmt neft qazının utilizasiyası problemlərinin köklü və sərfəli həllinə yol açır.

1. Yanacaq elementi qurğularının əsas üstünlüklərindən biri onların dəyişkən tərkibli əlaqəli neft qazı üzərində etibarlı və dayanıqlı şəkildə işləyə bilməsidir. Yanacaq elementinin fəaliyyətinin əsasını təşkil edən alovsuz kimyəvi reaksiyaya görə, məsələn, metanın faizinin azalması yalnız enerji hasilatının müvafiq azalmasına səbəb olur.
2. İstehlakçıların elektrik yükü, diferensial, yük artımı ilə əlaqədar çeviklik.
3. İstilik elektrik stansiyalarının yanacaq elementlərinə quraşdırılması və qoşulması üçün onların həyata keçirilməsi kapital xərcləri tələb etmir, çünki Bölmələr tarlaların yaxınlığında hazırlıqsız sahələrə asanlıqla quraşdırılır, istifadəsi asan, etibarlı və səmərəlidir.
4. Yüksək avtomatlaşdırma və müasir uzaqdan idarəetmə zavodda kadrların daimi olmasını tələb etmir.
5. Dizaynın sadəliyi və texniki mükəmməlliyi: hərəkət edən hissələrin, sürtünmə, yağlama sistemlərinin olmaması yanacaq elementləri qurğularının istismarından əhəmiyyətli iqtisadi faydalar təmin edir.
6. Su sərfiyyatı: +30 °C-ə qədər ətraf mühit temperaturunda yoxdur və daha yüksək temperaturda cüzidir.
7. Su çıxışı: yoxdur.
8. Bundan əlavə, yanacaq elementli istilik elektrik stansiyaları səs-küy yaratmır, titrəmir,

Yanacaq elementləri hidrogen yanacaq enerjisini elektrokimyəvi yolla elektrik enerjisinə çevirmək üsuludur və bu prosesin yeganə əlavə məhsulu sudur.

Hazırda yanacaq elementlərində istifadə olunan hidrogen yanacağı adətən metanın buxar islahından (yəni, karbohidrogenlərin buxar və istiliklə metana çevrilməsindən) əldə edilir, baxmayaraq ki, yanaşma daha yaşıl ola bilər, məsələn, günəş enerjisindən istifadə edərək suyun elektrolizi.

Yanacaq elementinin əsas komponentləri bunlardır:

• hidrogenin oksidləşdiyi anod;
• oksigenin azaldığı katod;
• protonların və ya hidroksid ionlarının (mühitdən asılı olaraq) daşındığı polimer elektrolit membranı - hidrogen və oksigenin keçməsinə imkan vermir;
• bu qazların elektroda çatdırılmasından məsul olan oksigen və hidrogenin axın sahələri.

Məsələn, bir avtomobili gücləndirmək üçün bir neçə yanacaq elementi bir akkumulyatora yığılır və bu batareyanın verdiyi enerjinin miqdarı elektrodların ümumi sahəsindən və içindəki hüceyrələrin sayından asılıdır. Yanacaq hüceyrəsində enerji aşağıdakı kimi yaranır: hidrogen anodda oksidləşir və ondan elektronlar oksigenin azaldığı katoda göndərilir. Anodda hidrogenin oksidləşməsindən əldə edilən elektronlar, katodda oksigeni azaldan elektronlardan daha yüksək kimyəvi potensiala malikdir. Elektronların kimyəvi potensialları arasındakı bu fərq yanacaq hüceyrələrindən enerji çıxarmağa imkan verir.

Yaradılış tarixi

Yanacaq elementlərinin tarixi 1930-cu illərə, ilk hidrogen yanacaq elementinin William R. Grove tərəfindən dizayn edildiyi vaxta gedib çıxır. Bu hüceyrə elektrolit kimi sulfat turşusundan istifadə edirdi. Qrouv mis sulfatın sulu məhlulundan misi dəmir səthinə salmağa çalışdı. O qeyd etdi ki, elektron cərəyanının təsiri altında su hidrogen və oksigenə parçalanır. Bu kəşfdən sonra onunla paralel işləyən Bazel Universitetinin (İsveçrə) kimyaçısı Qrov və Kristian Şonbeyn eyni vaxtda 1839-cu ildə turşu elektrolitdən istifadə edərək hidrogen-oksigen yanacaq elementində enerji əldə etmək imkanını nümayiş etdirdilər. Bu ilk cəhdlər, təbiətcə olduqca primitiv olsa da, Michael Faraday da daxil olmaqla, bir neçə müasirinin diqqətini çəkdi.

Yanacaq elementləri üzərində tədqiqatlar davam etdi və 1930-cu illərdə F.T. Bekon qələvi yanacaq elementinə (yanacaq hüceyrələrinin növlərindən biri) yeni komponent təqdim etdi - hidroksid ionlarının nəqlini asanlaşdırmaq üçün ion dəyişdirici membran.

Qələvi yanacaq elementlərinin istifadəsinin ən məşhur tarixi nümunələrindən biri Apollon proqramında kosmik uçuşlar zamanı əsas enerji mənbəyi kimi istifadə edilməsidir.

Onlar davamlılıq və texniki sabitlik üçün NASA tərəfindən seçilib. Onlar effektivliyi baxımından proton mübadiləsi bacısından üstün olan hidroksid keçirici membrandan istifadə etdilər.

İlk yanacaq hüceyrəsi prototipinin yaradılmasından bəri təxminən iki əsr ərzində onların təkmilləşdirilməsi üçün çoxlu işlər görülüb. Ümumiyyətlə, yanacaq elementindən əldə edilən son enerji redoks reaksiyasının kinetikasından, hüceyrənin daxili müqavimətindən, reaksiyaya girən qazların və ionların katalitik aktiv komponentlərə kütləvi ötürülməsindən asılıdır. İllər ərzində orijinal ideyaya bir çox təkmilləşdirmələr edilmişdir, məsələn:

1) platin nanohissəcikləri ilə karbon əsaslı elektrodlarla platin naqillərin dəyişdirilməsi; 2) ionların daşınmasını asanlaşdırmaq üçün Nafion kimi yüksək keçiricilik və seçiciliyə malik membranların ixtirası; 3) katalitik təbəqənin, məsələn, karbon bazası üzərində paylanmış platin nanohissəciklərinin ion dəyişdirici membranlarla birləşdirilməsi, nəticədə minimum daxili müqavimətə malik membran-elektrod vahidi; 4) hidrogen və oksigeni birbaşa məhlulda seyreltmək əvəzinə, katalitik səthə çatdırmaq üçün axın sahələrinin istifadəsi və optimallaşdırılması.

Bu və digər təkmilləşdirmələr nəticədə Toyota Mirai kimi avtomobillərdə istifadə oluna biləcək qədər səmərəli texnologiya ilə nəticələndi.

Hidroksid mübadiləsi membranları olan yanacaq hüceyrələri

Delaver Universiteti hidroksid mübadiləsi membranları olan yanacaq hüceyrələrinin - HEMFCs (hidroksid mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələri) üzərində tədqiqatlar aparır. Proton mübadiləsi membranları əvəzinə hidroksid mübadiləsi membranları olan yanacaq hüceyrələri - PEMFC-lər (proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələri) - PEMFC-lərin böyük problemlərindən daha az biri - katalizator sabitliyi problemi ilə üzləşirlər, çünki daha çox əsas metal katalizatorları qələvi mühitdə sabitdir. turşuda. Qələvi məhlullarda katalizatorların dayanıqlığı yüksək pH ilə müqayisədə metalların həlli aşağı pH-da daha çox enerji buraxdığına görə daha yüksəkdir. Bu laboratoriyada işlərin çoxu həmçinin hidrogen oksidləşməsi və oksigenin azaldılması reaksiyalarının daha da səmərəli surətdə sürətləndirilməsi üçün yeni anodik və katod katalizatorların işlənib hazırlanmasına həsr edilmişdir. Bundan əlavə, laboratoriyada yeni hidroksid mübadiləsi membranları hazırlanır, çünki proton mübadiləsi membranları ilə rəqabət aparmaq üçün belə membranların keçiriciliyi və davamlılığı hələ də təkmilləşdirilməlidir.

Yeni katalizatorlar axtarın

Oksigenin azaldılması reaksiyasında həddindən artıq gərginlik itkilərinin səbəbi bu reaksiyanın aralıq məhsulları arasındakı xətti miqyaslı əlaqələrlə izah olunur. Bu reaksiyanın ənənəvi dörd elektron mexanizmində oksigen ardıcıl olaraq azaldılır və ara məhsullar - OOH*, O* və OH* əmələ gəlir və nəticədə katalitik səthdə su (H2O) əmələ gəlir. Fərdi katalizatorda aralıq məhsulların adsorbsiya enerjiləri bir-biri ilə yüksək korrelyasiya olduğundan, heç bir katalizator hələ tapılmamışdır ki, heç olmasa nəzəri olaraq həddindən artıq gərginlik itkisi olmayacaq. Bu reaksiyanın sürəti aşağı olsa da, HEMFC-də olduğu kimi turşu mühitdən qələvi mühitə keçmək ona çox təsir etmir. Bununla belə, hidrogen oksidləşmə reaksiyasının sürəti demək olar ki, iki dəfə azalır və bu fakt bu azalmanın səbəbini tapmaq və yeni katalizatorların kəşfinə yönəlmiş tədqiqatları stimullaşdırır.

Yanacaq hüceyrələrinin üstünlükləri

Karbohidrogen yanacaqlarından fərqli olaraq, yanacaq elementləri mükəmməl olmasa da, daha çox ekoloji cəhətdən təmizdir və fəaliyyətləri nəticəsində istixana qazları əmələ gətirmir. Üstəlik, onların yanacağı (hidrogen) prinsipcə bərpa olunandır, çünki suyun hidrolizi ilə əldə edilə bilər. Beləliklə, hidrogen yanacaq elementləri gələcəkdə hidrogen yanacağının istehsalı üçün günəş və külək enerjisindən istifadə olunduğu enerji istehsalı prosesinin tam hissəsinə çevriləcəyini vəd edir. Beləliklə, dövriyyə bağlanır və heç bir karbon izi qalmır.

Təkrar doldurulan batareyalardan fərqli olaraq, yanacaq elementlərinin üstünlüyü var ki, onların doldurulmasına ehtiyac yoxdur - onlar lazım olan kimi dərhal enerji verməyə başlaya bilərlər. Yəni, məsələn, nəqliyyat vasitələri sahəsində tətbiq edilərsə, o zaman istehlakçı tərəfindən demək olar ki, heç bir dəyişiklik olmayacaq. Günəş enerjisi və külək enerjisindən fərqli olaraq, yanacaq hüceyrələri davamlı olaraq enerji istehsal edə bilir və xarici şəraitdən daha az asılıdır. Öz növbəsində, geotermal enerji yalnız müəyyən coğrafi ərazilərdə mövcuddur, yanacaq elementlərində isə yenə də bu problem yoxdur.

Hidrogen yanacaq elementləri daşıma qabiliyyətinə və miqyas baxımından çevikliyinə görə ən perspektivli enerji mənbələrindən biridir.

Hidrogen anbarının mürəkkəbliyi

Mövcud membranların və katalizatorların çatışmazlıqları ilə bağlı problemlərə əlavə olaraq, yanacaq hüceyrələri üçün digər texniki çətinliklər hidrogen yanacağının saxlanması və daşınması ilə bağlıdır. Hidrogen vahid həcmə görə çox aşağı xüsusi enerjiyə malikdir (müəyyən temperatur və təzyiqdə vahid həcmə düşən enerji miqdarı) və buna görə də nəqliyyat vasitələrində istifadə edilmək üçün çox yüksək təzyiqdə saxlanmalıdır. Əks təqdirdə, lazımi miqdarda yanacaq saxlamaq üçün konteynerin ölçüsü qeyri-mümkün dərəcədə böyük olacaqdır. Bu hidrogen saxlama məhdudiyyətlərinə görə, metal hidrid yanacaq hüceyrələrində olduğu kimi, qaz şəklindən başqa bir şeydən hidrogeni istehsal etmək yollarını tapmağa cəhdlər edilmişdir. Bununla belə, Toyota Mirai kimi cari istehlakçı yanacaq elementləri tətbiqləri superkritik hidrogendən (33 K-dən yuxarı temperaturda və 13,3 atmosferdən yuxarı təzyiqlərdə, yəni kritik dəyərlərdən yuxarı olan hidrogen) istifadə edir və bu, indi ən əlverişli seçimdir.

Bölgənin perspektivləri

Mövcud texniki çətinliklər və günəş enerjisindən istifadə edərək sudan hidrogen əldə etmək problemləri ilə əlaqədar olaraq, yaxın gələcəkdə tədqiqatların əsasən hidrogenin alternativ mənbələrinin tapılmasına yönələcəyi ehtimal edilir. Populyar fikirlərdən biri, hidrogen əvəzinə yanacaq hüceyrəsində birbaşa ammonyakdan (hidrogen nitridi) istifadə etmək və ya ammonyakdan hidrogen hazırlamaqdır. Bunun səbəbi ammiakın təzyiq baxımından daha az tələbkar olmasıdır ki, bu da onu saxlamağı və daşımağı daha rahat edir. Bundan əlavə, ammonyak hidrogen mənbəyi kimi cəlbedicidir, çünki tərkibində karbon yoxdur. Bu, metandan əmələ gələn hidrogenin tərkibindəki bir qədər CO hesabına katalizatorun zəhərlənməsi problemini həll edir.

Gələcəkdə yanacaq hüceyrələri avtomobil texnologiyasında və yaşayış yerlərində olduğu kimi paylanmış enerji istehsalında geniş tətbiqlər tapa bilər. Hazırda yanacaq elementlərinin əsas enerji mənbəyi kimi istifadəsinin böyük vəsait tələb etməsinə baxmayaraq, daha ucuz və səmərəli katalizatorlar, yüksək keçiriciliyə malik stabil membranlar və alternativ hidrogen mənbələri tapılarsa, hidrogen yanacaq elementləri yüksək qiymətə çevrilə bilər. iqtisadi cəhətdən cəlbedicidir.

Yanacaq hüceyrəsindəki kimyəvi proseslər

Yanacaq hüceyrələri hidrogeni havadan oksigenlə birləşdirmək üçün elektrokimyəvi prosesdən istifadə edirlər. Batareyalar kimi, yanacaq hüceyrələri də elektrolitdə (elektrik keçirici mühit) elektrodlardan (bərk elektrik keçiriciləri) istifadə edirlər. Hidrogen molekulları mənfi elektrod (anod) ilə təmasda olduqda, sonuncular protonlara və elektronlara ayrılır. Protonlar proton mübadiləsi membranından (POM) keçərək yanacaq hüceyrəsinin müsbət elektroduna (katod) keçir və elektrik enerjisi istehsal edir. Bu reaksiyanın əlavə məhsulu olaraq suyun əmələ gəlməsi ilə hidrogen və oksigen molekullarının kimyəvi birləşməsi var. Yanacaq elementindən emissiyaların yeganə növü su buxarıdır.
Yanacaq elementləri tərəfindən istehsal olunan elektrik, avtomobili hərəkətə gətirmək üçün mexaniki enerji təmin etmək üçün avtomobilin elektrik güc qurğusunda (elektrik enerjisi çeviricisi və AC asinxron mühərrikdən ibarətdir) istifadə edilə bilər. Güc çeviricisinin işi yanacaq hüceyrələrinin yaratdığı birbaşa cərəyanı avtomobilin dartma mühərriki tərəfindən istifadə edilən alternativ cərəyana çevirməkdir.

Proton mübadilə membranı olan yanacaq hüceyrəsinin sxematik diaqramı:
1 - anod;
2 - proton mübadiləsi membranı (REM);
3 - katalizator (qırmızı);
4 - katod

Proton Mübadilə Membran Yanacaq Hüceyrəsi (PEMFC) istənilən yanacaq elementinin ən sadə reaksiyalarından birini istifadə edir.

Ayrı yanacaq hüceyrəsi

Yanacaq elementinin necə işlədiyini düşünün. Yanacaq elementinin mənfi qütbü olan anod, hidrogen molekullarından azad olan elektronları xarici elektrik dövrəsində (dövrə) istifadə etmək üçün keçirir. Bunu etmək üçün, hidrogeni katalizatorun bütün səthinə bərabər paylayan kanallar həkk olunur. Katodda (yanacaq hüceyrəsinin müsbət qütbü) katalizatorun səthinə oksigeni paylayan həkk olunmuş kanallar var. O, həmçinin elektronları xarici dövrədən (dövrədən) katalizatora qaytarır, burada hidrogen ionları və oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektrolit proton mübadiləsi membranıdır. Bu, adi plastikə bənzər, lakin müsbət yüklü ionları ötürmək və elektronların keçidini maneə törətmək qabiliyyətinə malik xüsusi bir materialdır.
Katalizator oksigen və hidrogen arasındakı reaksiyanı asanlaşdıran xüsusi bir materialdır. Katalizator adətən karbon kağızı və ya parça üzərində çox nazik bir təbəqədə yığılmış platin tozundan hazırlanır. Katalizator kobud və məsaməli olmalıdır ki, onun səthi mümkün qədər hidrogen və oksigenlə təmasda olsun. Katalizatorun platinlə örtülmüş tərəfi proton mübadiləsi membranının (POM) qarşısındadır.
Hidrogen qazı (H 2 ) anod tərəfdən təzyiq altında yanacaq elementinə verilir. H2 molekulu katalizatorun üzərindəki platinlə təmasda olduqda, iki hissəyə, iki ion (H+) və iki elektron (e-) bölünür. Elektronlar anod vasitəsilə aparılır, burada onlar xarici dövrədən (dövrədən) keçərək faydalı iş görürlər (məsələn, elektrik mühərriki idarə edir) və yanacaq hüceyrəsinin katod tərəfindən geri qayıdırlar.
Eyni zamanda, yanacaq hüceyrəsinin katod tərəfindən oksigen qazı (O 2) iki oksigen atomu meydana gətirdiyi katalizatordan keçir. Bu atomların hər biri membran boyunca iki H+ ionunu çəkən güclü mənfi yükə malikdir, burada onlar bir oksigen atomu və xarici dövrədən (zəncirdən) iki elektronla birləşərək su molekulunu (H 2 O) əmələ gətirirlər.
Tək yanacaq hüceyrəsindəki bu reaksiya təxminən 0,7 vatt güc yaradır. Gücü lazımi səviyyəyə qaldırmaq üçün yanacaq hüceyrəsi yığını yaratmaq üçün bir çox fərdi yanacaq elementlərini birləşdirmək lazımdır.
POM yanacaq elementləri nisbətən aşağı temperaturda (təxminən 80°C) işləyir, bu o deməkdir ki, onlar tez iş temperaturuna qədər qızdırıla bilər və bahalı soyutma sistemləri tələb etmir. Bu hüceyrələrdə istifadə olunan texnologiyaların və materialların davamlı təkmilləşdirilməsi onların gücünü avtomobilin baqajının kiçik bir hissəsini tutan belə yanacaq elementlərinin akkumulyatorunun avtomobili idarə etmək üçün lazım olan enerjini təmin edə biləcəyi səviyyəyə yaxınlaşdırdı.
Ötən illər ərzində dünyanın aparıcı avtomobil istehsalçılarının əksəriyyəti yanacaq elementlərindən istifadə etməklə avtomobil konstruksiyalarının hazırlanmasına böyük sərmayələr qoyublar. Bir çoxları kifayət qədər bahalı olmasına baxmayaraq, qənaətbəxş gücə və dinamik xüsusiyyətlərə malik yanacaq hüceyrəli nəqliyyat vasitələrini nümayiş etdirdilər.
Belə avtomobillərin dizaynının təkmilləşdirilməsi çox intensivdir.

Yanacaq hüceyrəli vasitə, vasitənin zəmini altında olan bir elektrik stansiyasını istifadə edir

NECAR V avtomobili Mercedes-Benz A sinifli avtomobilə əsaslanır, bütün elektrik stansiyası, yanacaq elementləri ilə birlikdə avtomobilin döşəməsinin altında yerləşir. Belə konstruktiv həll avtomobildə dörd sərnişin və baqaj yerləşdirməyə imkan verir. Burada avtomobil üçün yanacaq kimi hidrogen deyil, metanol istifadə olunur. Reformatorun köməyi ilə metanol (metanolu hidrogenə çevirən cihaz) yanacaq elementini gücləndirmək üçün lazım olan hidrogenə çevrilir. Avtomobilin göyərtəsində islahatçının istifadəsi yanacaq kimi demək olar ki, hər hansı bir karbohidrogendən istifadə etməyə imkan verir ki, bu da mövcud yanacaqdoldurma məntəqəsi şəbəkəsindən istifadə edərək yanacaq elementi avtomobilini yanacaqla doldurmağa imkan verir. Nəzəri olaraq yanacaq hüceyrələri elektrik və sudan başqa heç nə istehsal etmir. Yanacağın (benzin və ya metanol) yanacaq elementi üçün tələb olunan hidrogenə çevrilməsi belə bir avtomobilin ekoloji cəlbediciliyini bir qədər azaldır.
1989-cu ildən yanacaq elementi biznesində olan Honda, 2003-cü ildə Ballard-ın proton dəyişdirici membran tipli yanacaq elementləri ilə Honda FCX-V4 avtomobillərinin kiçik bir partiyasını istehsal etdi. Bu yanacaq elementləri 78 kVt elektrik enerjisi istehsal edir və təkərləri idarə etmək üçün 60 kVt gücündə və 272 N m fırlanma anı olan dartma mühərriklərindən istifadə olunur, əla dinamikaya malikdir və sıxılmış hidrogenin tədarükü işləməyə imkan verir. 355 km-ə qədər.

Honda FCX özünü hərəkətə gətirmək üçün yanacaq hüceyrəsi gücündən istifadə edir.
Honda FCX, ABŞ-da hökumət sertifikatını alan dünyada ilk yanacaq hüceyrəli avtomobildir. Avtomobil ZEV sertifikatlıdır - Zero Emission Vehicle (sıfır çirkləndirici avtomobil). Honda hələ bu avtomobilləri satmaq fikrində deyil, lakin hər bir vahidə təxminən 30 avtomobil icarəyə götürür. Hidrogen yanacağı infrastrukturunun artıq mövcud olduğu Kaliforniya və Tokio.

General Motors-un Hy Wire konsept avtomobilində yanacaq elementi elektrik stansiyası var

General Motors tərəfindən yanacaq elementi ilə işləyən avtomobillərin inkişafı və yaradılması üzrə böyük tədqiqatlar aparılır.

Hy Wire Avtomobil Şassisi

GM Hy Wire konsept avtomobili 26 patent alıb. Avtomobilin əsasını 150 mm qalınlığında funksional platforma təşkil edir. Platformanın içərisində hidrogen silindrləri, yanacaq elementi elektrik stansiyası və ən son elektron idarəetmə texnologiyasından istifadə edən avtomobil idarəetmə sistemləri var. Hy Wire avtomobilinin şassisi avtomobilin bütün əsas struktur elementlərini özündə cəmləşdirən nazik platformadır: hidrogen silindrləri, yanacaq elementləri, akkumulyatorlar, elektrik mühərrikləri və idarəetmə sistemləri. Dizayna bu cür yanaşma istismar zamanı avtomobilin kuzovlarının dəyişdirilməsini mümkün edir.Şirkət həmçinin eksperimental Opel yanacaq elementli avtomobillərini sınaqdan keçirir və yanacaq elementi istehsalı zavodunu layihələndirir.

Mayeləşdirilmiş hidrogen üçün "təhlükəsiz" yanacaq çəninin dizaynı:
1 - doldurma cihazı;
2 - xarici tank;
3 - dayaqlar;
4 - səviyyə sensoru;
5 - daxili tank;
6 - doldurma xətti;
7 - izolyasiya və vakuum;
8 - qızdırıcı;
9 - montaj qutusu

Avtomobillər üçün yanacaq kimi hidrogendən istifadə probleminə BMW çox diqqət yetirir. Magna Steyer ilə birlikdə mayeləşdirilmiş hidrogenin istifadəsi ilə bağlı işləri ilə məşhurdur kosmik tədqiqat, BMW avtomobillərdə istifadə oluna bilən mayeləşdirilmiş hidrogen yanacaq çəni hazırlayıb.

Testlər maye hidrogenlə yanacaq çəninin istifadəsinin təhlükəsizliyini təsdiqlədi

Şirkət standart üsullara uyğun olaraq strukturun təhlükəsizliyinə dair bir sıra sınaqlar keçirdi və etibarlılığını təsdiqlədi.
2002-ci ildə Frankfurt avtosalonunda (Almaniya) yanacaq kimi mayeləşdirilmiş hidrogendən istifadə edən Mini Cooper Hydrogen nümayiş etdirildi. Bu avtomobilin yanacaq çəni adi qaz çəni ilə eyni yer tutur. Bu avtomobildəki hidrogen yanacaq elementləri üçün deyil, daxili yanma mühərrikləri üçün yanacaq kimi istifadə olunur.

Batareya yerinə yanacaq hüceyrəsi olan dünyada ilk kütləvi istehsal avtomobili

2003-cü ildə BMW, BMW 750 hL adlı ilk kütləvi istehsal olunan yanacaq hüceyrəli avtomobilinin buraxılmasını elan etdi. Ənənəvi batareya əvəzinə yanacaq hüceyrəsi batareyası istifadə olunur. Bu avtomobil hidrogenlə işləyən 12 silindrli daxiliyanma mühərrikinə malikdir və yanacaq elementi adi akkumulyatora alternativ kimi xidmət edir, mühərrik sönük vəziyyətdə avtomobil uzun müddət park edilmiş vəziyyətdə kondisioner və digər istehlakçılara işləməyə imkan verir.

Hidrogenlə yanacaq doldurulması robot tərəfindən həyata keçirilir, sürücü bu prosesdə iştirak etmir

Eyni BMW şirkəti də avtomobillərin mayeləşdirilmiş hidrogenlə sürətli və təhlükəsiz yanacaq doldurulmasını təmin edən robotlaşdırılmış yanacaq dispenserləri hazırlayıb.
Son illərdə alternativ yanacaqlardan və alternativ hərəkət sistemlərindən istifadə edən avtomobillərin yaradılmasına yönəlmiş çoxlu sayda inkişafın ortaya çıxması göstərir ki, ötən əsrdə avtomobillərə hakim olan daxili yanma mühərrikləri sonda öz yerini daha təmiz, daha səmərəli və səssiz dizaynlara verəcək. Onların geniş istifadəsinə hazırda texniki deyil, iqtisadi və sosial problemlər mane olur. Onların geniş istifadəsi üçün alternativ yanacaq növlərinin istehsalının inkişafı üçün müəyyən infrastrukturun yaradılması, yeni yanacaqdoldurma məntəqələrinin yaradılması və paylanması və bir sıra psixoloji maneələri aradan qaldırmaq lazımdır. Hidrogenin avtomobilin yanacağı kimi istifadəsi ciddi təhlükəsizlik tədbirləri ilə saxlanma, çatdırılma və paylama məsələlərinin həllini tələb edəcəkdir.
Teorik olaraq, hidrogen qeyri-məhdud miqdarda mövcuddur, lakin onun istehsalı çox enerji tələb edir. Bundan əlavə, avtomobilləri hidrogen yanacağı ilə işləməyə çevirmək üçün enerji sistemində iki böyük dəyişiklik edilməlidir: birincisi, onun işini benzindən metanola, sonra isə bir müddət hidrogenə köçürmək. Bu məsələnin həllinə qədər bir müddət keçəcək.

Təsvir:

Bu məqalədə onların strukturu, təsnifatı, üstünlükləri və çatışmazlıqları, əhatə dairəsi, səmərəliliyi, yaranma tarixi və istifadənin müasir perspektivləri daha ətraflı müzakirə olunur.

Binaları gücləndirmək üçün yanacaq hüceyrələrindən istifadə

1-ci hissə

Bu məqalədə yanacaq elementlərinin iş prinsipi, onların dizaynı, təsnifatı, üstünlükləri və çatışmazlıqları, əhatə dairəsi, səmərəliliyi, yaranma tarixi və istifadənin müasir perspektivləri daha ətraflı müzakirə olunur. Məqalənin ikinci hissəsində, ABOK jurnalının növbəti sayında dərc olunacaq, müxtəlif növ yanacaq elementlərinin istilik və elektrik enerjisi (və ya yalnız elektrik) mənbəyi kimi istifadə edildiyi obyektlərə dair nümunələr təqdim edir.

Giriş

Yanacaq hüceyrələri enerji yaratmaq üçün çox səmərəli, etibarlı, davamlı və ekoloji cəhətdən təmiz bir üsuldur.

Əvvəlcə yalnız kosmik sənayedə istifadə edilən yanacaq elementləri indi getdikcə müxtəlif sahələrdə - məsələn, stasionar elektrik stansiyaları, binaların istilik və enerji təchizatı, avtomobil mühərrikləri, noutbuklar və mobil telefonlar üçün enerji təchizatı kimi istifadə olunur. Bu cihazların bəziləri laboratoriya prototipləridir, bəziləri seriyadan əvvəl sınaqdan keçirilir və ya nümayiş məqsədləri üçün istifadə olunur, lakin bir çox model kütləvi istehsal olunur və kommersiya layihələrində istifadə olunur.

Yanacaq elementi (elektrokimyəvi generator) bərk, maye və qaz yanacaqlarının yanmasını istifadə edən ənənəvi texnologiyalardan fərqli olaraq, elektrokimyəvi reaksiya prosesində yanacağın (hidrogenin) kimyəvi enerjisini birbaşa elektrik enerjisinə çevirən bir cihazdır. Yanacağın birbaşa elektrokimyəvi çevrilməsi ekoloji baxımdan çox səmərəli və cəlbedicidir, çünki istismar zamanı çirkləndiricilərin minimum miqdarı buraxılır və güclü səs-küy və vibrasiya yoxdur.

Praktik nöqteyi-nəzərdən yanacaq hüceyrəsi adi qalvanik batareyaya bənzəyir. Fərq ondadır ki, əvvəlcə batareya doldurulur, yəni "yanacaq" ilə doldurulur. Əməliyyat zamanı "yanacaq" istehlak edilir və batareya boşaldılır. Batareyadan fərqli olaraq, yanacaq elementi elektrik enerjisi yaratmaq üçün xarici mənbədən verilən yanacaqdan istifadə edir (şək. 1).

Elektrik enerjisinin istehsalı üçün təkcə təmiz hidrogen deyil, həm də təbii qaz, ammonyak, metanol və ya benzin kimi hidrogen tərkibli digər xammallardan da istifadə etmək olar. Adi hava oksigen mənbəyi kimi istifadə olunur ki, bu da reaksiya üçün lazımdır.

Təmiz hidrogen yanacaq kimi istifadə edildikdə, reaksiya məhsulları, elektrik enerjisinə əlavə olaraq, istilik və su (və ya su buxarı), yəni atmosferə havanın çirklənməsinə səbəb olan və ya istixana effektinə səbəb olan qazlar buraxılmır. Təbii qaz kimi hidrogen tərkibli xammal yanacaq kimi istifadə edilərsə, digər qazlar, məsələn, karbon və azot oksidləri reaksiyanın əlavə məhsulu olacaq, lakin onun miqdarı eyni yanma zamanı olduğundan xeyli azdır. təbii qazın miqdarı.

Hidrogen hasil etmək üçün yanacağın kimyəvi çevrilməsi prosesinə reforminq, uyğun aparata isə reformator deyilir.

Yanacaq elementlərinin üstünlükləri və mənfi cəhətləri

Yanacaq elementləri daxili yanma mühərriklərindən daha səmərəlidir, çünki yanacaq elementləri üçün enerji səmərəliliyinə dair heç bir termodinamik məhdudiyyət yoxdur. Yanacaq elementlərinin səmərəliliyi 50%, daxili yanma mühərriklərinin səmərəliliyi 12-15%, buxar turbinli elektrik stansiyalarının səmərəliliyi isə 40% -dən çox deyil. İstilik və sudan istifadə etməklə yanacaq elementlərinin səmərəliliyi daha da artır.

Məsələn, daxili yanma mühərriklərindən fərqli olaraq, yanacaq elementlərinin səmərəliliyi hətta tam gücdə işləmədikdə belə çox yüksək olaraq qalır. Bundan əlavə, yanacaq hüceyrələrinin gücünü sadəcə ayrı bloklar əlavə etməklə artırmaq olar, eyni zamanda səmərəlilik dəyişmir, yəni. böyük qurğular kiçik olanlar qədər səmərəlidir. Bu hallar müştərinin istəklərinə uyğun olaraq avadanlığın tərkibinin çox çevik seçilməsinə imkan verir və son nəticədə avadanlıq xərclərinin azalmasına səbəb olur.

Yanacaq hüceyrələrinin mühüm üstünlüyü onların ətraf mühitə uyğunluğudur. Yanacaq elementlərindən havaya emissiyalar o qədər aşağıdır ki, ABŞ-ın bəzi yerlərində havanın keyfiyyəti ilə bağlı dövlət qurumlarından xüsusi icazə tələb olunmur.

Yanacaq elementləri birbaşa binaya yerləşdirilə bilər, beləliklə enerji ötürülməsi itkiləri azalır və reaksiya nəticəsində yaranan istilik binaya istilik və ya isti su vermək üçün istifadə edilə bilər. İstilik və enerji təchizatının muxtar mənbələri ucqar ərazilərdə və elektrik enerjisi çatışmazlığı və onun yüksək qiyməti ilə xarakterizə olunan bölgələrdə çox faydalı ola bilər, lakin eyni zamanda hidrogen tərkibli xammal (neft, təbii qaz) ehtiyatları mövcuddur. .

Yanacaq elementlərinin üstünlükləri həm də yanacağın mövcudluğu, etibarlılığı (yanacaq hüceyrəsində hərəkət edən hissələr yoxdur), dayanıqlıq və istismarın asanlığıdır.

Bu gün yanacaq elementlərinin əsas çatışmazlıqlarından biri onların nisbətən yüksək qiymətidir, lakin bu çatışmazlıq tezliklə aradan qaldırıla bilər - getdikcə daha çox şirkət yanacaq elementlərinin kommersiya nümunələrini istehsal edir, onlar daim təkmilləşdirilir və onların dəyəri azalır.

Təmiz hidrogenin yanacaq kimi ən səmərəli istifadəsi, lakin bunun üçün onun istehsalı və daşınması üçün xüsusi infrastrukturun yaradılması tələb olunur. Hazırda bütün kommersiya dizaynlarında təbii qaz və oxşar yanacaqlardan istifadə olunur. Avtomobillər adi benzindən istifadə edə bilər ki, bu da mövcud yanacaqdoldurma məntəqələri şəbəkəsini saxlamağa imkan verəcək. Bununla belə, belə yanacağın istifadəsi atmosferə zərərli emissiyalara (çox az olsa da) gətirib çıxarır və yanacaq elementini çətinləşdirir (və buna görə də onun qiymətini artırır). Gələcəkdə suyun elektroliz yolu ilə hidrogen və oksigenə parçalanması, sonra isə yaranan yanacağın yanacaq elementinə çevrilməsi üçün ekoloji cəhətdən təmiz bərpa olunan enerji mənbələrindən (məsələn, günəş enerjisi və ya külək enerjisi) istifadə imkanları nəzərdən keçirilir. Qapalı dövrədə işləyən belə birləşmiş qurğular tamamilə ekoloji cəhətdən təmiz, etibarlı, davamlı və səmərəli enerji mənbəyi ola bilər.

Yanacaq elementlərinin başqa bir xüsusiyyəti həm elektrik, həm də istilik enerjisini eyni vaxtda istifadə edərkən ən səmərəli olmasıdır. Lakin istilik enerjisindən istifadə etmək imkanı hər obyektdə mövcud deyil. Yanacaq elementlərindən yalnız elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edildikdə, onların səmərəliliyi "ənənəvi" qurğuların səmərəliliyindən çox olsa da, azalır.

Yanacaq hüceyrələrinin tarixi və müasir istifadəsi

Yanacaq elementlərinin işləmə prinsipi 1839-cu ildə kəşf edilmişdir. İngilis alimi William Grove (1811-1896) elektroliz prosesinin - suyun elektrik cərəyanı vasitəsi ilə hidrogen və oksigenə parçalanmasının geri dönən olduğunu, yəni hidrogen və oksigenin yanmadan su molekullarına birləşdirilə biləcəyini kəşf etdi. istilik və elektrik cərəyanının sərbəst buraxılması. Qrov belə reaksiyanın aparıldığı cihazı ilk yanacaq elementi olan "qaz batareyası" adlandırdı.

Yanacaq hüceyrəsi texnologiyalarının aktiv inkişafı İkinci Dünya Müharibəsindən sonra başlamışdır və bu, aerokosmik sənaye ilə bağlıdır. O dövrdə səmərəli və etibarlı, lakin eyni zamanda kifayət qədər yığcam enerji mənbəyi üçün axtarışlar aparılırdı. 1960-cı illərdə NASA mütəxəssisləri (Milli Aeronavtika və Kosmos İdarəsi, NASA) Apollon (Aya insanlı uçuşlar), Apollon-Soyuz, Əkizlər və Skylab proqramlarının kosmik gəmiləri üçün enerji mənbəyi kimi yanacaq elementlərini seçdilər. . Apollon elektrik, istilik və su istehsal etmək üçün kriogen hidrogen və oksigendən istifadə edərək üç 1,5 kVt (2,2 kVt pik güc) vahidindən istifadə etdi. Hər quraşdırmanın kütləsi 113 kq idi. Bu üç hüceyrə paralel işləyirdi, lakin bir vahidin yaratdığı enerji təhlükəsiz geri qayıtmaq üçün kifayət idi. 18 uçuş zamanı yanacaq elementləri heç bir nasazlıq olmadan cəmi 10.000 saat yığılıb. Hazırda yanacaq elementləri kosmik gəminin bortunda bütün elektrik enerjisini yaradan 12 Vt gücündə üç aqreqatdan istifadə edən "Space Shuttle" kosmik gəmisində istifadə olunur (şək. 2). Elektrokimyəvi reaksiya nəticəsində alınan su həm içməli su kimi, həm də soyuducu avadanlıq üçün istifadə olunur.

Ölkəmizdə astronavtikada istifadə üçün yanacaq elementlərinin yaradılması istiqamətində də işlər aparılırdı. Məsələn, yanacaq elementləri Sovet Buran kosmik gəmisini gücləndirmək üçün istifadə olunurdu.

Yanacaq elementlərinin kommersiya məqsədli istifadəsi üsullarının inkişafı 1960-cı illərin ortalarında başlamışdır. Bu inkişaflar qismən dövlət təşkilatları tərəfindən maliyyələşdirilib.

Hazırda yanacaq elementlərinin istifadəsi texnologiyalarının inkişafı bir neçə istiqamətdə gedir. Bu, yanacaq elementlərində stasionar elektrik stansiyalarının (həm mərkəzləşdirilmiş, həm də qeyri-mərkəzləşdirilmiş enerji təchizatı üçün), nəqliyyat vasitələrinin elektrik stansiyalarının (yanacaq elementlərində avtomobil və avtobusların nümunələri yaradılmışdır, o cümlədən ölkəmizdə) (şək. 3) və həmçinin müxtəlif mobil qurğular (noutbuklar, mobil telefonlar və s.) üçün enerji təchizatı (şək. 4).

Yanacaq elementlərinin müxtəlif sahələrdə istifadəsinə dair nümunələr Cədvəldə verilmişdir. bir.

Binaların avtonom istilik və enerji təchizatı üçün nəzərdə tutulmuş yanacaq elementlərinin ilk kommersiya modellərindən biri ONSI Corporation (indiki United Technologies, Inc.) tərəfindən istehsal olunan PC25 Model A idi. Nominal gücü 200 kVt olan bu yanacaq elementi fosfor turşusu (Fosfor turşusu yanacaq hüceyrələri, PAFC) əsasında elektrolit olan hüceyrələr növünə aiddir. Modelin adındakı “25” rəqəmi dizaynın seriya nömrəsini bildirir. Əvvəlki modellərin əksəriyyəti eksperimental və ya sınaq parçaları idi, məsələn, 1970-ci illərdə ortaya çıxan 12,5 kVt "PC11" modeli. Yeni modellər tək bir yanacaq elementindən alınan gücü artırdı, eyni zamanda istehsal olunan enerjinin hər kilovatının maya dəyərini aşağı saldı. Hazırda ən səmərəli kommersiya modellərindən biri PC25 Model C yanacaq elementidir. "A" modeli kimi, bu, müstəqil istilik və elektrik enerjisi mənbəyi kimi birbaşa xidmət edilən obyektə quraşdırılmaq üçün nəzərdə tutulmuş 200 kVt gücündə PAFC tipli tam avtomatik yanacaq elementidir. Belə bir yanacaq hüceyrəsi binanın xaricində quraşdırıla bilər. Xarici olaraq, uzunluğu 5,5 m, eni 3 m və hündürlüyü 3 m, çəkisi 18140 kq olan paralelepipeddir. Əvvəlki modellərdən fərq təkmilləşdirilmiş reformator və daha yüksək cərəyan sıxlığıdır.

Bəzi yanacaq elementlərində kimyəvi proses tərsinə çevrilə bilər: elektrodlara potensial fərq tətbiq etməklə, su məsaməli elektrodlarda toplanan hidrogen və oksigenə parçalana bilər. Bir yük birləşdirildikdə, belə bir bərpaedici yanacaq hüceyrəsi elektrik enerjisi yaratmağa başlayacaq.

Yanacaq elementlərinin istifadəsi üçün perspektivli istiqamət onların bərpa olunan enerji mənbələri, məsələn, fotovoltaik panellər və ya külək turbinləri ilə birlikdə istifadəsidir. Bu texnologiya havanın çirklənməsindən tamamilə qaçmağa imkan verir. Bənzər bir sistemin, məsələn, ildə yaradılması planlaşdırılır təlim mərkəzi Adam Cozef Lyuis Oberlində (bax ABOK, 2002, № 5, səh. 10). Hazırda bu binada enerji mənbələrindən biri kimi günəş panellərindən istifadə olunur. NASA mütəxəssisləri ilə birlikdə elektroliz yolu ilə sudan hidrogen və oksigen əldə etmək üçün fotovoltaik panellərdən istifadə etmək üçün layihə hazırlanıb. Daha sonra hidrogen elektrik enerjisi və isti su yaratmaq üçün yanacaq hüceyrələrində istifadə olunur. Bu, binaya buludlu günlərdə və gecələrdə bütün sistemlərin işini saxlamağa imkan verəcək.

Yanacaq elementlərinin iş prinsipi

Nümunə olaraq proton mübadiləsi membranı (Proton Exchange Membrane, PEM) olan ən sadə elementdən istifadə edən yanacaq hüceyrəsinin işləmə prinsipini nəzərdən keçirək. Belə element anod və katod katalizatorları ilə birlikdə anod (müsbət elektrod) və katod (mənfi elektrod) arasında yerləşdirilən polimer membrandan ibarətdir. Elektrolit kimi polimer membran istifadə olunur. PEM elementinin diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 5.

Proton mübadiləsi membranı (PEM) nazik (təxminən 2-7 vərəq qalınlığında adi kağız) bərk üzvi birləşmədir. Bu membran elektrolit funksiyasını yerinə yetirir: suyun mövcudluğunda maddəni müsbət və mənfi yüklü ionlara ayırır.

Anodda oksidləşmə prosesi, katodda isə reduksiya prosesi baş verir. PEM hüceyrəsindəki anod və katod karbon və platin hissəciklərinin qarışığı olan məsaməli materialdan hazırlanır. Platin dissosiasiya reaksiyasını təşviq edən katalizator rolunu oynayır. Anod və katod müvafiq olaraq hidrogen və oksigenin onlardan sərbəst keçməsi üçün məsaməli edilir.

Anod və katod iki metal plitə arasında yerləşdirilir, anod və katoda hidrogen və oksigen verir və istilik və suyu, eləcə də elektrik enerjisini çıxarır.

Hidrogen molekulları boşqabdakı kanallardan keçərək anoda keçir, burada molekullar ayrı-ayrı atomlara parçalanır (şək. 6).

Sonra katalizatorun iştirakı ilə kemisorbsiya nəticəsində hər biri bir elektron e - verən hidrogen atomları müsbət yüklü hidrogen ionlarına H +, yəni protonlara çevrilir (şək. 7).

Müsbət yüklü hidrogen ionları (protonlar) membran vasitəsilə katoda yayılır və elektron axını yükün (elektrik enerjisi istehlakçısı) birləşdirildiyi xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda yönəldilir (şək. 8).

Katodda verilən oksigen katalizatorun iştirakı ilə proton mübadiləsi membranından hidrogen ionları (protonlar) və xarici elektrik dövrəsindən gələn elektronlarla kimyəvi reaksiyaya girir (şək. 9). Kimyəvi reaksiya nəticəsində su əmələ gəlir.

Digər növ yanacaq hüceyrəsindəki kimyəvi reaksiya (məsələn, fosfor turşusu H 3 PO 4 məhlulu olan turşu elektrolit ilə) proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrəsindəki kimyəvi reaksiya ilə tamamilə eynidır.

Hər hansı bir yanacaq hüceyrəsində kimyəvi reaksiyanın enerjisinin bir hissəsi istilik şəklində buraxılır.

Xarici dövrədə elektronların axını iş görmək üçün istifadə olunan birbaşa cərəyandır. Xarici dövrənin açılması və ya hidrogen ionlarının hərəkətinin dayandırılması kimyəvi reaksiyanı dayandırır.

Yanacaq elementinin istehsal etdiyi elektrik enerjisinin miqdarı yanacaq elementinin növündən, həndəsi ölçülərdən, temperaturdan, qaz təzyiqindən asılıdır. Tək yanacaq elementi 1,16 V-dən az bir EMF təmin edir. Yanacaq hüceyrələrinin ölçüsünü artırmaq mümkündür, lakin praktikada bir neçə hüceyrə istifadə olunur, batareyalarda birləşdirilir (şəkil 10).

Yanacaq hüceyrəsi cihazı

PC25 Model C modelinin timsalında yanacaq elementi cihazını nəzərdən keçirək. Yanacaq elementinin sxemi Şəkildə göstərilmişdir. on bir.

Yanacaq elementi "PC25 Model C" üç əsas hissədən ibarətdir: yanacaq prosessoru, faktiki enerji istehsalı bölməsi və gərginlik çeviricisi.

Yanacaq elementinin əsas hissəsi - enerji istehsalı bölməsi - 256 fərdi yanacaq elementindən ibarət bir yığındır. Yanacaq hüceyrəsi elektrodlarının tərkibinə platin katalizatoru daxildir. Bu hüceyrələr vasitəsilə 155 volt gərginlikdə 1400 amperlik birbaşa elektrik cərəyanı yaranır. Batareyanın ölçüləri uzunluğu təxminən 2,9 m, eni və hündürlüyü isə 0,9 m-dir.

Elektrokimyəvi proses 177 ° C temperaturda baş verdiyindən, işə salınma zamanı batareyanı qızdırmaq və əməliyyat zamanı ondan istiliyi çıxarmaq lazımdır. Bunun üçün yanacaq elementi ayrıca su dövrəsini ehtiva edir və batareya xüsusi soyuducu plitələrlə təchiz edilmişdir.

Yanacaq prosessoru təbii qazı elektrokimyəvi reaksiya üçün zəruri olan hidrogenə çevirməyə imkan verir. Bu proses reformasiya adlanır. Yanacaq prosessorunun əsas elementi reformatordur. İslahatçıda təbii qaz (və ya digər hidrogen tərkibli yanacaq) nikel katalizatorunun iştirakı ilə yüksək temperaturda (900 °C) və yüksək təzyiqdə buxarla reaksiya verir. Aşağıdakı kimyəvi reaksiyalar baş verir:

CH 4 (metan) + H 2 O 3H 2 + CO

(reaksiya endotermik, istilik udma ilə);

CO + H 2 O H 2 + CO 2

(reaksiya ekzotermikdir, istiliyin sərbəst buraxılması ilə).

Ümumi reaksiya tənliklə ifadə edilir:

CH 4 (metan) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2

(reaksiya endotermik, istilik udma ilə).

Təbii qazın çevrilməsi üçün tələb olunan yüksək temperaturu təmin etmək üçün yanacaq hüceyrəsi yığınından istifadə olunan yanacağın bir hissəsi reformatoru lazımi temperaturda saxlayan brülörə yönəldilir.

Reforminq üçün lazım olan buxar yanacaq elementinin işləməsi zamanı əmələ gələn kondensatdan əmələ gəlir. Bu halda, yanacaq elementi yığınından çıxarılan istilik istifadə olunur (şək. 12).

Yanacaq hüceyrəsi yığını aşağı gərginlik və yüksək cərəyanla xarakterizə olunan fasiləli birbaşa cərəyan yaradır. Onu sənaye standartı AC-yə çevirmək üçün bir gərginlik çeviricisi istifadə olunur. Bundan əlavə, gərginlik çevirici qurğusu müxtəlif nasazlıqlar zamanı yanacaq elementinin söndürülməsinə imkan verən müxtəlif nəzarət cihazları və təhlükəsizlik bloklama sxemlərini ehtiva edir.

Belə bir yanacaq hüceyrəsində yanacaqdakı enerjinin təxminən 40%-i elektrik enerjisinə çevrilə bilər. Təxminən eyni miqdarda yanacaq enerjisinin təxminən 40% -ə çevrilə bilər, daha sonra istilik, isti su təchizatı və oxşar məqsədlər üçün istilik mənbəyi kimi istifadə olunur. Beləliklə, belə bir zavodun ümumi səmərəliliyi 80% -ə çata bilər.

Belə bir istilik və elektrik enerjisi mənbəyinin mühüm üstünlüyü onun avtomatik işləməsi imkanıdır. Baxım üçün yanacaq elementinin quraşdırıldığı obyektin sahibləri xüsusi təlim keçmiş kadrların saxlanmasına ehtiyac yoxdur - dövri texniki xidmət əməliyyat təşkilatının işçiləri tərəfindən həyata keçirilə bilər.

Yanacaq hüceyrələrinin növləri

Hal-hazırda istifadə olunan elektrolitin tərkibində fərqlənən bir neçə növ yanacaq elementləri məlumdur. Aşağıdakı dörd növ ən çox yayılmışdır (Cədvəl 2):

1. Proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrələri (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC).

2. Ortofosforik (fosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC).

3. Ərimiş karbonata əsaslanan yanacaq hüceyrələri (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC).

4. Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (Bərk Oksid Yanacaq Hüceyrələri, SOFC). Hazırda ən böyük yanacaq elementləri parkı PAFC texnologiyası əsasında qurulub.

Müxtəlif növ yanacaq hüceyrələrinin əsas xüsusiyyətlərindən biri işləmə temperaturudur. Bir çox cəhətdən yanacaq hüceyrələrinin əhatə dairəsini müəyyən edən temperaturdur. Məsələn, yüksək temperatur noutbuklar üçün kritik əhəmiyyətə malikdir, buna görə də bu bazar seqmenti üçün aşağı iş temperaturu olan proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələri hazırlanır.

Binaların avtonom enerji təchizatı üçün yüksək quraşdırılmış gücü olan yanacaq elementləri tələb olunur və eyni zamanda istilik enerjisindən istifadə etmək mümkündür, buna görə də bu məqsədlər üçün digər növ yanacaq elementləri də istifadə edilə bilər.

Proton Mübadilə Membran Yanacaq Hüceyrələri (PEMFC)

Bu yanacaq elementləri nisbətən aşağı iş temperaturunda (60-160°C) işləyir. Onlar yüksək güc sıxlığı ilə xarakterizə olunur, çıxış gücünü tez bir zamanda tənzimləməyə imkan verir və tez bir zamanda işə salına bilər. Bu tip elementlərin dezavantajı yanacağın keyfiyyətinə yüksək tələblərdir, çünki çirklənmiş yanacaq membrana zərər verə bilər. Bu tip yanacaq elementlərinin nominal gücü 1-100 kVt-dır.

Proton mübadiləsi membranlı yanacaq hüceyrələri ilk olaraq 1960-cı illərdə General Electric Corporation tərəfindən NASA üçün hazırlanmışdır. Bu növ yanacaq hüceyrəsi Proton Mübadilə Membranı (PEM) adlanan bərk hallı polimer elektrolitdən istifadə edir. Protonlar proton mübadiləsi membranından keçə bilər, lakin elektronlar onun içindən keçə bilmir, nəticədə katod və anod arasında potensial fərq yaranır. Sadəliyi və etibarlılığına görə bu cür yanacaq elementləri “Gemini” adlı insan kosmik gəmisində enerji mənbəyi kimi istifadə olunurdu.

Bu növ yanacaq elementi mobil telefonlardan avtobuslara və stasionar enerji sistemlərinə qədər prototiplər və prototiplər də daxil olmaqla geniş çeşiddə müxtəlif cihazlar üçün enerji mənbəyi kimi istifadə olunur. Aşağı iş temperaturu bu cür hüceyrələrdən müxtəlif növ mürəkkəb elektron cihazları enerji ilə təchiz etmək üçün istifadə etməyə imkan verir. Böyük miqdarda istilik enerjisi tələb olunan ictimai və sənaye binaları üçün istilik və enerji təchizatı mənbəyi kimi istifadəsi daha az səmərəlidir. Eyni zamanda, bu cür elementlər isti iqlimi olan bölgələrdə tikilmiş kotteclər kimi kiçik yaşayış binaları üçün muxtar enerji təchizatı mənbəyi kimi perspektivlidir.

Fosfor turşusu yanacaq hüceyrələri (PAFC)

Bu tip yanacaq elementlərinin sınaqları artıq 1970-ci illərin əvvəllərində aparılmışdır. İşləmə temperaturu diapazonu - 150-200 °C. Əsas tətbiq sahəsi orta gücün (təxminən 200 kVt) istilik və enerji təchizatının muxtar mənbələridir.

Bu yanacaq hüceyrələrində istifadə olunan elektrolit fosfor turşusunun məhluludur. Elektrodlar karbonla örtülmüş kağızdan hazırlanır, içərisində platin katalizatoru dağılır.

PAFC yanacaq elementlərinin elektrik səmərəliliyi 37-42% təşkil edir. Lakin bu yanacaq elementləri kifayət qədər yüksək temperaturda işlədiyindən əməliyyat nəticəsində yaranan buxardan istifadə etmək mümkündür. Bu vəziyyətdə ümumi səmərəlilik 80% -ə çata bilər.

Enerji yaratmaq üçün hidrogen tərkibli xammal islah prosesi vasitəsilə təmiz hidrogenə çevrilməlidir. Məsələn, benzin yanacaq kimi istifadə olunursa, kükürd birləşmələri çıxarılmalıdır, çünki kükürd platin katalizatorunu zədələyə bilər.

PAFC yanacaq hüceyrələri iqtisadi cəhətdən əsaslandırılmış ilk kommersiya yanacaq hüceyrələri idi. Ən çox yayılmış model ONSI Corporation (indiki United Technologies, Inc.) tərəfindən istehsal olunan 200 kVt gücündə PC25 yanacaq elementi idi (şək. 13). Məsələn, bu elementlər Nyu-Yorkun Mərkəzi Parkındakı polis bölməsində istilik və elektrik enerjisi mənbəyi kimi və ya Conde Nast Building & Four Times Square üçün əlavə enerji mənbəyi kimi istifadə olunur. Bu tip ən böyük stansiya Yaponiyada yerləşən 11 MVt gücündə elektrik stansiyası kimi sınaqdan keçirilir.

Fosfor turşusuna əsaslanan yanacaq elementləri nəqliyyat vasitələrində enerji mənbəyi kimi də istifadə olunur. Məsələn, 1994-cü ildə H-Power Corp., Corctaun Universiteti və ABŞ Enerji Departamenti avtobusu 50 kVt elektrik stansiyası ilə təchiz etdilər.

Ərinmiş Karbonat Yanacaq Hüceyrələri (MCFC)

Bu tip yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda işləyir - 600-700 ° C. Bu iş temperaturları yanacağın ayrı bir reformatora ehtiyac olmadan birbaşa hüceyrənin özündə istifadə edilməsinə imkan verir. Bu proses “daxili islahatlar” adlanır. Bu, yanacaq elementinin dizaynını əhəmiyyətli dərəcədə sadələşdirməyə imkan verir.

Ərinmiş karbonata əsaslanan yanacaq hüceyrələri əhəmiyyətli bir işəsalma müddəti tələb edir və çıxış gücünü tez bir zamanda tənzimləməyə imkan vermir, buna görə də onların əsas tətbiq sahəsi istilik və elektrik enerjisinin böyük stasionar mənbələridir. Bununla belə, onlar yüksək yanacağa çevrilmə səmərəliliyi ilə fərqlənirlər - 60% elektrik səmərəliliyi və 85% -ə qədər ümumi səmərəlilik.

Bu tip yanacaq elementində elektrolit təxminən 650 °C-ə qədər qızdırılan kalium karbonat və litium karbonat duzlarından ibarətdir. Bu şəraitdə duzlar ərimiş vəziyyətdədir, elektrolit əmələ gətirir. Anodda hidrogen CO 3 ionları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, su, karbon qazı əmələ gətirir və xarici dövrəyə göndərilən elektronları buraxır, katodda isə oksigen karbon qazı və xarici dövrədən gələn elektronlarla qarşılıqlı əlaqəyə girərək yenidən CO 3 ionlarını əmələ gətirir.

Bu tip yanacaq elementlərinin laboratoriya nümunələri 1950-ci illərin sonlarında holland alimləri G. H. J. Broers və J. A. A. Ketelaar tərəfindən yaradılmışdır. 1960-cı illərdə 17-ci əsrin məşhur ingilis yazıçısı və aliminin nəslindən olan mühəndis Frensis T.Bekon bu elementlərlə işləyirdi, buna görə də MCFC yanacaq elementləri bəzən Bekon elementləri kimi də adlandırılır. NASA-nın Apollon, Apollon-Soyuz və Scylab proqramları enerji mənbəyi kimi məhz belə yanacaq elementlərindən istifadə edirdi (şək. 14). Eyni illərdə ABŞ hərbi departamenti Texas Instruments tərəfindən istehsal edilən MCFC yanacaq elementlərinin bir neçə nümunəsini sınaqdan keçirdi, burada yanacaq kimi ordu markalı benzinlərdən istifadə edildi. 1970-ci illərin ortalarında ABŞ Energetika Departamenti praktiki tətbiqlər üçün uyğun stasionar ərimiş karbonatlı yanacaq elementi yaratmaq üçün tədqiqatlara başladı. 1990-cı illərdə ABŞ-ın Kaliforniyadakı Miramar Hərbi Dəniz Hava Stansiyasında olduğu kimi, gücü 250 kVt-a qədər olan bir sıra kommersiya qurğuları istifadəyə verildi. 1996-cı ildə FuelCell Energy, Inc. Kaliforniyanın Santa Clara şəhərində 2 MVt gücündə ilkin seriyalı zavodu istifadəyə verdi.

Bərk dövlət oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC)

Bərk oksidli yanacaq hüceyrələri dizaynda sadədir və çox yüksək temperaturda - 700-1000 ° C-də işləyir. Belə yüksək temperatur nisbətən "çirkli", təmizlənməmiş yanacağın istifadəsinə imkan verir. Ərinmiş karbonata əsaslanan yanacaq hüceyrələrində olduğu kimi eyni xüsusiyyətlər oxşar tətbiq sahəsini - istilik və elektrik enerjisinin böyük stasionar mənbələrini müəyyənləşdirir.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri PAFC və MCFC texnologiyalarına əsaslanan yanacaq hüceyrələrindən struktur olaraq fərqlidir. Anod, katod və elektrolit xüsusi dərəcəli keramikadan hazırlanır. Çox vaxt elektrolit kimi sirkonium oksidi və kalsium oksidinin qarışığı istifadə olunur, lakin digər oksidlər də istifadə edilə bilər. Elektrolit hər iki tərəfdən məsaməli elektrod materialı ilə örtülmüş kristal qəfəs əmələ gətirir. Struktur olaraq, bu cür elementlər borular və ya düz lövhələr şəklində hazırlanır ki, bu da onların istehsalında elektronika sənayesində geniş istifadə olunan texnologiyalardan istifadə etməyə imkan verir. Nəticədə, bərk vəziyyətdə olan oksid yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda işləyə bilər, buna görə də həm elektrik, həm də istilik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər.

Yüksək iş temperaturunda katodda oksigen ionları əmələ gəlir, onlar kristal qəfəs vasitəsilə anoda doğru miqrasiya edir, burada hidrogen ionları ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, su əmələ gətirir və sərbəst elektronları buraxır. Bu halda hidrogen təbii qazdan birbaşa hüceyrədə ayrılır, yəni ayrıca islahatçıya ehtiyac yoxdur.

Bərk vəziyyətdə olan oksid yanacaq hüceyrələrinin yaradılmasının nəzəri əsasları 1930-cu illərin sonlarında, İsveçrə alimləri Bauer (Emil Bauer) və Preis (H. Preis) sirkonium, ittrium, serium, lantan və volframla sınaqdan keçirdikləri zaman qoyulmuşdur. elektrolitlər kimi.

Belə yanacaq elementlərinin ilk prototipləri 1950-ci illərin sonunda bir sıra Amerika və Hollandiya şirkətləri tərəfindən yaradılmışdır. Bu şirkətlərin əksəriyyəti texnoloji çətinliklərə görə tezliklə əlavə tədqiqatlardan imtina etdilər, lakin onlardan biri Westinghouse Electric Corp. (indiki "Siemens Westinghouse Power Corporation"), işi davam etdirdi. Hazırda şirkət bu il gözlənilən boru tipli topologiya bərk oksid yanacaq elementinin kommersiya modeli üçün ilkin sifarişləri qəbul edir (Şəkil 15). Belə elementlərin bazar seqmenti 250 kVt-dan 5 MVt-a qədər istilik və elektrik enerjisi istehsalı üçün stasionar qurğulardır.

SOFC tipli yanacaq elementləri çox yüksək etibarlılıq nümayiş etdirmişdir. Məsələn, Siemens Westinghouse yanacaq hüceyrəsi prototipi 16,600 saat işləyib və işləməyə davam edir ki, bu da onu dünyada ən uzun davamlı yanacaq elementi ömrünə çevirir.

SOFC yanacaq elementlərinin yüksək temperaturlu, yüksək təzyiqli iş rejimi yanacaq hüceyrəsi emissiyalarının elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən qaz turbinlərini hərəkətə gətirdiyi hibrid qurğuların yaradılmasına imkan verir. İlk belə hibrid zavod Kaliforniyanın Irvine şəhərində fəaliyyət göstərir. Bu qurğunun nominal gücü 220 kVt-dır ki, bunun da 200 kVt-ı yanacaq elementindən, 20 kVt-ı isə mikroturbin generatorundandır.

Dünyanın bütün bölgələrində elektrik enerjisi istehsal edən nə günəş panelləri, nə də yel dəyirmanları heç kəsi təəccübləndirməyəcək. Lakin bu cihazlardan istehsal sabit deyil və bərpa olunan enerji obyektlərinin elektrik enerjisi istehsal etmədiyi dövrdə elektrik enerjisini almaq üçün ehtiyat enerji mənbələri quraşdırmaq və ya şəbəkəyə qoşulmaq lazımdır. Bununla belə, 19-cu əsrdə hazırlanmış zavodlar var ki, onlar elektrik enerjisi istehsal etmək üçün "alternativ" yanacaqlardan istifadə edirlər, yəni qaz və ya neft məhsullarını yandırmırlar. Belə qurğular yanacaq hüceyrələridir.

YARADILIŞ TARİXİ

Yanacaq hüceyrələri (FC) və ya yanacaq hüceyrələri hələ 1838-1839-cu illərdə William Grove (Grow, Grove) tərəfindən suyun elektrolizini öyrənərkən kəşf edilmişdir.

İstinad: Suyun elektrolizi elektrik cərəyanının təsiri altında suyun hidrogen və oksigen molekullarına parçalanması prosesidir.

Batareyanı elektrolitik hüceyrədən ayıraraq, elektrodların ayrılan qazı udmağa və cərəyan yaratmağa başladığını görəndə təəccübləndi. Hidrogenin elektrokimyəvi "soyuq" yanması prosesinin kəşfi enerji sənayesində əlamətdar hadisəyə çevrildi. Daha sonra Grove akkumulyatorunu yaratdı. Bu cihazda azot turşusuna batırılmış platin elektrodu və sink sulfatda sink elektrodu var idi. 12 amper cərəyan və 8 volt gərginlik yaratdı. Grow özü bu tikinti adlandırdı "yaş batareya". Daha sonra iki platin elektroddan istifadə edərək batareya yaratdı. Hər bir elektrodun bir ucu sulfat turşusunda, digər ucları isə hidrogen və oksigen qablarında möhürlənmişdi. Elektrodlar arasında sabit cərəyan var idi və qabların içərisində suyun miqdarı artdı. Grow bu cihazdakı suyu parçalaya və yaxşılaşdıra bildi.

"Grow's Batareya"

(mənbə: Milli Təbiət Tarixi Muzeyinin Kral Cəmiyyəti)

"Fuel Cell" termini (ingiliscə "Fuel Cell") yalnız 1889-cu ildə L. Mond və
Hava və kömür qazından elektrik enerjisi istehsal edən qurğu yaratmağa çalışan Ç.Langer.

BU NECƏ İŞLƏYİR?

Yanacaq elementi nisbətən sadə bir cihazdır. İki elektrod var: anod (mənfi elektrod) və katod (müsbət elektrod). Elektrodlarda kimyəvi reaksiya baş verir. Onu sürətləndirmək üçün elektrodların səthi katalizatorla örtülür. Yanacaq hüceyrələri daha bir elementlə təchiz edilmişdir - membran. Yanacağın kimyəvi enerjisinin birbaşa elektrik enerjisinə çevrilməsi membranın işi sayəsində baş verir. Yanacağın və oksidləşdiricinin daxil olduğu elementin iki kamerasını ayırır. Membran yalnız yanacağın parçalanması nəticəsində əldə edilən protonların katalizatorla örtülmüş elektrodda bir kameradan digərinə keçməsinə imkan verir (sonra elektronlar xarici dövrədən keçir). İkinci kamerada protonlar elektronlarla (və oksigen atomları ilə) yenidən birləşərək su əmələ gətirirlər.

Hidrogen yanacaq elementinin iş prinsipi

Kimyəvi səviyyədə yanacaq enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsi prosesi adi yanma (oksidləşmə) prosesinə bənzəyir.

Oksigendə normal yanma zamanı üzvi yanacaq oksidləşir və yanacağın kimyəvi enerjisi istilik enerjisinə çevrilir. Elektrolit mühitində və elektrodların iştirakı ilə hidrogen oksigenlə oksidləşdikdə nə baş verdiyini görək.

Qələvi mühitdə yerləşən elektroda hidrogen verməklə kimyəvi reaksiya baş verir:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

Gördüyünüz kimi, xarici dövrədən keçərək oksigenin daxil olduğu və reaksiyanın baş verdiyi əks elektroda daxil olan elektronları alırıq:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Görünür ki, nəticədə 2H 2 + O 2 → H 2 O reaksiyası adi yanma ilə eynidir, lakin yanacaq hüceyrəsi elektrik enerjisi və bir qədər istilik yaradır.

YANacaq Hüceyrələrinin NÖVLƏRİ

FC reaksiya üçün istifadə olunan elektrolit növünə görə təsnif edilir:

Qeyd etmək lazımdır ki, yanacaq elementlərində yanacaq kimi kömür, dəm qazı, spirtlər, hidrazin və digər üzvi maddələr, oksidləşdirici maddələr kimi isə hava, hidrogen peroksid, xlor, brom, azot turşusu və s.

YANacaq Hüceyrəsinin Səmərəliliyi

Yanacaq hüceyrələrinin bir xüsusiyyəti səmərəlilik üçün sərt məhdudiyyət yoxdur istilik mühərriki kimi.

Kömək: səmərəlilikCarnot dövrü eyni minimum və maksimum temperaturlara malik bütün istilik mühərrikləri arasında mümkün olan maksimum səmərəlilikdir.

Buna görə də, nəzəri olaraq yanacaq hüceyrələrinin səmərəliliyi 100% -dən yüksək ola bilər. Çoxları gülümsəyərək “Əbədi hərəkət edən maşın icad edilib” deyə düşündülər. Xeyr, məktəb kimya kursuna qayıtmağa dəyər. Yanacaq elementi kimyəvi enerjinin elektrik enerjisinə çevrilməsinə əsaslanır. Möcüzələrin baş verdiyi yer budur. Prosesdə müəyyən kimyəvi reaksiyalar ətraf mühitdən istiliyi qəbul edə bilər.

İstinad: Endotermik reaksiyalar istiliyin udulması ilə müşayiət olunan kimyəvi reaksiyalardır. Endotermik reaksiyalar üçün entalpiyanın dəyişməsi və daxili enerji müsbət dəyərlərə malikdir (Δ H >0, Δ U >0), beləliklə, reaksiya məhsulları orijinal komponentlərdən daha çox enerji ehtiva edir.

Belə reaksiyaya misal olaraq, yanacaq elementlərinin əksəriyyətində istifadə olunan hidrogenin oksidləşməsini göstərmək olar. Buna görə nəzəri cəhətdən səmərəlilik 100% -dən çox ola bilər. Ancaq bu gün yanacaq hüceyrələri əməliyyat zamanı qızdırılır və ətraf mühitdən istiliyi qəbul edə bilmir.

İstinad: Bu məhdudiyyət termodinamikanın ikinci qanunu ilə qoyulur. İstiliyin "soyuq" bədəndən "isti"yə ötürülməsi prosesi mümkün deyil.

Üstəlik, qeyri-tarazlıq prosesləri ilə bağlı itkilər var. Məsələn: elektrolit və elektrodların xüsusi keçiriciliyinə görə ohmik itkilər, aktivləşmə və konsentrasiya polarizasiyası, diffuziya itkiləri. Nəticədə yanacaq hüceyrələrində yaranan enerjinin bir hissəsi istiliyə çevrilir. Buna görə də, yanacaq hüceyrələri daimi hərəkət maşınları deyil və onların səmərəliliyi 100% -dən azdır. Lakin onların səmərəliliyi digər maşınlardan daha yüksəkdir. Bu gün yanacaq hüceyrəsinin səmərəliliyi 80%-ə çatır.

İstinad: Qırxıncı illərdə ingilis mühəndisi T.Bekon təmiz hidrogen və oksigenlə işləyən ümumi gücü 6 kVt və səmərəliliyi 80% olan yanacaq elementi akkumulyatorunu layihələndirdi və qurdu, lakin batareyanın güc-çəki nisbəti dəyişdi. çox kiçik olması - belə hüceyrələr praktik istifadə üçün yararsız və çox bahalı idi (mənbə: http://www.powerinfo.ru/).

YANacaq Hüceyrə MƏSƏLƏLƏRİ

Demək olar ki, bütün yanacaq elementləri yanacaq kimi hidrogendən istifadə edir, buna görə də məntiqi sual belədir: "Mən onu haradan əldə edə bilərəm?"

Deyəsən, elektroliz nəticəsində yanacaq hüceyrəsi kəşf edilib, ona görə də elektroliz nəticəsində ayrılan hidrogendən istifadə etmək olar. Ancaq gəlin bu prosesə daha yaxından nəzər salaq.

Faraday qanununa görə: anodda oksidləşən və ya katodda azalan maddənin miqdarı elektrolitdən keçən elektrik miqdarına mütənasibdir. Bu o deməkdir ki, daha çox hidrogen əldə etmək üçün daha çox elektrik sərf etmək lazımdır. Mövcud su elektroliz üsulları birlikdən daha az səmərəliliklə işləyir. Sonra əldə edilən hidrogeni yanacaq hüceyrələrində istifadə edirik, burada səmərəlilik də birlikdən azdır. Buna görə də, istehsal edə biləcəyimizdən daha çox enerji sərf edəcəyik.

Təbii ki, təbii qazdan alınan hidrogen də istifadə edilə bilər. Hidrogen istehsalının bu üsulu ən ucuz və ən populyar olaraq qalır. Hazırda dünyada istehsal olunan hidrogenin təxminən 50%-i təbii qazdan əldə edilir. Amma hidrogenin saxlanması və daşınmasında problem var. Hidrogen aşağı sıxlığa malikdir ( bir litr hidrogenin çəkisi 0,0846 qramdır), buna görə də onu uzun məsafələrə daşımaq üçün onu sıxışdırmaq lazımdır. Və bu əlavə enerji və pul xərcləridir. Bundan əlavə, təhlükəsizlik haqqında unutmayın.

Ancaq burada bir həll də var - maye karbohidrogen yanacağı hidrogen mənbəyi kimi istifadə edilə bilər. Məsələn, etil və ya metil spirti. Doğrudur, burada artıq xüsusi bir əlavə cihaz tələb olunur - yüksək temperaturda (metanol üçün təxminən 240 ° C olacaq) spirtləri qazlı H 2 və CO 2 qarışığına çevirən bir yanacaq çeviricisi. Ancaq bu vəziyyətdə daşınma haqqında düşünmək artıq daha çətindir - bu cür cihazlar stasionar və ya avtomobil generatorları kimi istifadə etmək yaxşıdır, lakin kompakt mobil avadanlıq üçün daha az həcmli bir şey lazımdır.

Katalizator

Yanacaq hüceyrəsindəki reaksiyanı artırmaq üçün anod səthi adətən katalizatordur. Son vaxtlara qədər platin katalizator kimi istifadə olunurdu. Buna görə də yanacaq elementinin qiyməti yüksək idi. İkincisi, platin nisbətən nadir metaldır. Mütəxəssislərin fikrincə, yanacaq elementlərinin sənaye istehsalında platinin kəşf edilmiş ehtiyatları 15-20 ildən sonra tükənəcək. Lakin bütün dünya alimləri platini başqa materiallarla əvəz etməyə çalışırlar. Yeri gəlmişkən, onlardan bəziləri yaxşı nəticələr əldə ediblər. Beləliklə, Çin alimləri platini kalsium oksidi ilə əvəz etdilər (mənbə: www.cheburek.net).

YANacaq HELLƏRİNDƏN İSTİFADƏ ETMƏK

İlk dəfə olaraq avtomobil texnologiyasında yanacaq elementi 1959-cu ildə sınaqdan keçirilmişdir. Alice-Chambers traktoru işləmək üçün 1008 akkumulyatordan istifadə etmişdir. Yanacaq qazların, əsasən propan və oksigenin qarışığı idi.

Mənbə: http://www.planetseed.com/

60-cı illərin ortalarından "kosmik yarış"ın ən qızğın vaxtında kosmik gəmilərin yaradıcıları yanacaq elementləri ilə maraqlanmağa başladılar. Minlərlə alim və mühəndisin əməyi yeni səviyyəyə qalxmağa imkan verdi və 1965-ci ildə. Yanacaq elementləri ABŞ-da Gemini 5 kosmik gəmisində, daha sonra isə Aya uçuşlar və Shuttle proqramı çərçivəsində Apollon kosmik gəmisində sınaqdan keçirildi. SSRİ-də yanacaq hüceyrələri NPO Kvant-da kosmosda istifadə üçün hazırlanmışdır (mənbə: http://www.powerinfo.ru/).

Yanacaq elementində hidrogenin yanmasının son məhsulu su olduğu üçün ətraf mühitə təsir baxımından ən təmiz hesab olunurlar. Buna görə də, yanacaq hüceyrələri ekologiyaya ümumi maraq fonunda populyarlıq qazanmağa başladı.

Artıq hazırda Honda, Ford, Nissan və Mercedes-Benz kimi avtomobil istehsalçıları hidrogen yanacaq elementləri ilə işləyən avtomobillər yaratmışlar.

Mercedes-Benz - Hidrogenlə işləyən Ener-G-Force

Avtomobilləri hidrogenlə istifadə edərkən, hidrogen saxlama problemi həll olunur. Hidrogen yanacaqdoldurma məntəqələrinin tikintisi istənilən yerdə yanacaq doldurmağa imkan verəcək. Üstəlik, avtomobili hidrogenlə doldurmaq yanacaqdoldurma məntəqəsində elektrik avtomobilini doldurmaqdan daha sürətlidir. Amma bu cür layihələri həyata keçirərkən onlar elektrik avtomobilləri kimi problemlə üzləşiblər. İnsanlar, əgər onlar üçün infrastruktur varsa, hidrogen avtomobilinə “köçürməyə” hazırdırlar. İstehlakçıların sayı isə kifayət qədər olarsa, yanacaqdoldurma məntəqələrinin tikintisinə başlanılacaq. Ona görə də yenə yumurta və toyuq dilemmasına gəldik.

Yanacaq elementləri cib telefonlarında və noutbuklarda geniş istifadə olunur. Telefonun həftədə bir dəfə doldurulduğu günlər geridə qaldı. İndi telefon demək olar ki, hər gün doldurulur və noutbuk 3-4 saat şəbəkəsiz işləyir. Buna görə də, mobil texnologiya istehsalçıları şarj və işləmək üçün telefonlar və noutbuklarla yanacaq hüceyrəsini sintez etmək qərarına gəldilər. Məsələn, 2003-cü ildə Toshiba metanol yanacaq elementinin hazır prototipini nümayiş etdirdi. Təxminən 100 mVt güc verir. 2 kub konsentratlı (99,5%) metanolun bir doldurulması MP3 pleyerinin 20 saat işləməsi üçün kifayətdir. Yenə həmin “Toshiba” 275x75x40 mm ölçülü noutbukun enerji təchizatı elementini nümayiş etdirdi ki, bu da kompüterin bir dəfə doldurulması ilə 5 saat işləməsinə imkan verir.

Ancaq bəzi istehsalçılar daha da irəli getdilər. PowerTrekk eyni adlı şarj cihazını buraxdı. PowerTrekk dünyada ilk su doldurma cihazıdır. Onu istifadə etmək çox asandır. USB kabel vasitəsilə ani enerji təmin etmək üçün PowerTrekk-ə su əlavə etmək lazımdır. Bu yanacaq hüceyrəsi su ilə qarışdıqda silisium tozu və natrium silisid (NaSi) ehtiva edir, bu birləşmə hidrogen əmələ gətirir. Hidrogen yanacaq hüceyrəsinin özündə hava ilə qarışır və o, hidrogeni ventilyatorlar və nasoslar olmadan membran proton mübadiləsi vasitəsilə elektrik enerjisinə çevirir. Belə portativ şarj cihazını 149 €-ya ala bilərsiniz (

Yanacaq elementləri (elektrokimyəvi generatorlar) çox səmərəli, davamlı, etibarlı və ekoloji cəhətdən təmiz enerji istehsalı üsuludur. Əvvəlcə onlar yalnız kosmik sənayedə istifadə olunurdu, lakin bu gün elektrokimyəvi generatorlar müxtəlif sahələrdə getdikcə daha çox istifadə olunur: bunlar cib telefonları və noutbuklar üçün enerji təchizatı, avtomobil mühərrikləri, binalar üçün avtonom enerji təchizatı və stasionar elektrik stansiyalarıdır. Bu cihazların bəziləri laboratoriya prototipləri kimi işləyir, bəziləri nümayiş məqsədləri üçün istifadə olunur və ya seriyadan əvvəl sınaqdan keçirilir. Bununla belə, bir çox modellər artıq kommersiya layihələrində istifadə olunur və kütləvi şəkildə istehsal olunur.

Qurğu

Yanacaq hüceyrələri mövcud kimyəvi enerjinin elektrik enerjisinə yüksək çevrilmə sürətini təmin edə bilən elektrokimyəvi cihazlardır.

Yanacaq hüceyrəsi cihazı üç əsas hissədən ibarətdir:

1. Enerji istehsalı bölməsi;
2. CPU;
3. Gərginlik transformatoru.

Yanacaq elementinin əsas hissəsi ayrı-ayrı yanacaq elementlərindən hazırlanmış batareya olan enerji istehsalı bölməsidir. Yanacaq hüceyrəsi elektrodlarının strukturuna platin katalizatoru daxildir. Bu hüceyrələrin köməyi ilə birbaşa elektrik cərəyanı yaranır.

Bu cihazlardan biri aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir: 155 volt gərginlikdə 1400 amper verilir. Akkumulyatorun ölçüləri eni və hündürlüyü 0,9 m, uzunluğu isə 2,9 m-dir. İçindəki elektrokimyəvi proses 177 ° C temperaturda həyata keçirilir ki, bu da işə salındıqda batareyanın qızdırılmasını, həmçinin istismarı zamanı istiliyin çıxarılmasını tələb edir. Bu məqsədlə, yanacaq elementinin tərkibinə ayrı bir su dövrəsi daxil edilir, o cümlədən batareya xüsusi soyuducu plitələrlə təchiz edilmişdir.

Yanacaq prosesi təbii qazı elektrokimyəvi reaksiya üçün lazım olan hidrogenə çevirir. Yanacaq prosessorunun əsas elementi reformatordur. Onun içərisində təbii qaz (və ya digər hidrogen tərkibli yanacaq) yüksək təzyiqdə və yüksək temperaturda (təxminən 900 ° C) nikel katalizatorunun təsiri altında su buxarı ilə qarşılıqlı təsir göstərir.

Reformatorun tələb olunan temperaturunu saxlamaq üçün brülör var. Reforminq üçün lazım olan buxar kondensatdan əmələ gəlir. Yanacaq elementi yığınında qeyri-sabit birbaşa cərəyan yaranır və onu çevirmək üçün bir gərginlik çeviricisi istifadə olunur.

Gərginlik çevirici bölməsində də var:

• nəzarət cihazları.
• Yanacaq elementini müxtəlif nasazlıqlarda bağlayan təhlükəsizlik bloklama sxemləri.

Əməliyyat prinsipi

Proton mübadiləsi membranı olan ən sadə element anod və katod arasında yerləşən polimer membrandan, həmçinin katod və anod katalizatorlarından ibarətdir. Polimer membran elektrolit kimi istifadə olunur.

• Proton mübadiləsi membranı kiçik qalınlığa malik nazik bərk üzvi birləşməyə bənzəyir. Bu membran elektrolit kimi işləyir, suyun mövcudluğunda maddəni müsbət və mənfi yüklü ionlara ayırır.
• Oksidləşmə anodda başlayır, reduksiya isə katodda baş verir. PEM hüceyrəsindəki katod və anod məsaməli materialdan hazırlanır; platin və karbon hissəciklərinin qarışığıdır. Platin katalizator rolunu oynayır, bu da dissosiasiya reaksiyasını təşviq edir. Katod və anod məsaməli edilir ki, oksigen və hidrogen onlardan sərbəst keçsin.
• Anod və katod iki metal plitə arasında yerləşir, onlar katoda və anoda oksigen və hidrogen verir və elektrik enerjisini, istilik və suyu çıxarır.
• Plitədəki kanallar vasitəsilə hidrogen molekulları anoda daxil olur, burada molekullar atomlara parçalanır.
• Kimyosorbsiya nəticəsində katalizatorun təsirinə məruz qaldıqda hidrogen atomları müsbət yüklü hidrogen ionlarına H+, yəni protonlara çevrilir.
• Protonlar membran vasitəsilə katoda yayılır və elektronların axını xüsusi xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda keçir. Ona bir yük, yəni elektrik enerjisinin istehlakçısı bağlıdır.
• Katoda verilən oksigen məruz qaldıqda xarici elektrik dövrəsindən gələn elektronlarla və proton mübadilə membranından gələn hidrogen ionları ilə kimyəvi reaksiyaya girir. Bu kimyəvi reaksiyanın nəticəsi sudur.

Digər növ yanacaq hüceyrələrində baş verən kimyəvi reaksiya (məsələn, fosfor turşusu H3PO4 şəklində turşu elektrolit ilə) bir cihazın proton mübadiləsi membranı ilə reaksiyası ilə tamamilə eynidır.

Növlər

Hal-hazırda istifadə olunan elektrolitin tərkibində fərqlənən bir neçə növ yanacaq hüceyrələri məlumdur:

• Ortofosfor və ya fosfor turşusuna əsaslanan yanacaq hüceyrələri (PAFC, Fosfor turşusu yanacaq hüceyrələri).
• Proton mübadiləsi membranı olan cihazlar (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells).
• Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC, Solid Oxide Fuel Cells).
• Ərimiş karbonata əsaslanan elektrokimyəvi generatorlar (MCFC, ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələri).

Hazırda PAFC texnologiyasından istifadə edən elektrokimyəvi generatorlar daha geniş yayılmışdır.

Ərizə

Bu gün yanacaq hüceyrələri Space Shuttle, təkrar istifadə edilə bilən kosmik vasitələrdə istifadə olunur. Onlar 12 Vt qurğulardan istifadə edirlər. Onlar kosmik gəmidə bütün elektrik enerjisini istehsal edirlər. Elektrokimyəvi reaksiya zamanı əmələ gələn su içmək üçün, o cümlədən soyuducu avadanlıq üçün istifadə olunur.

Elektrokimyəvi generatorlar, həmçinin təkrar istifadə edilə bilən Sovet Buran gəmisini gücləndirmək üçün istifadə olunurdu.

Yanacaq elementləri mülki sektorda da istifadə olunur.

• 5-250 kVt və yuxarı gücə malik stasionar qurğular. Onlar sənaye, ictimai və yaşayış binalarının istilik və enerji təchizatı, qəza və ehtiyat enerji təchizatı, fasiləsiz enerji təchizatı üçün muxtar mənbələr kimi istifadə olunur.
• 1-50 kVt gücündə portativ qurğular. Onlar kosmik peyklər və gəmilər üçün istifadə olunur. Nümunələr qolf arabaları, əlil arabaları, dəmir yolu və yük soyuducuları, yol nişanları üçün yaradılmışdır.
• 25-150 kVt gücündə mobil qurğular. Onlar döyüş gəmilərində və sualtı qayıqlarda, o cümlədən avtomobillərdə və digər nəqliyyat vasitələrində istifadə olunmağa başlayır. Prototiplər artıq Renault, Neoplan, Toyota, Volkswagen, Hyundai, Nissan, VAZ, General Motors, Honda, Ford və başqaları kimi avtomobil nəhəngləri tərəfindən yaradılmışdır.
• 1-500 Vt gücündə mikro cihazlar. Onlar qabaqcıl əl kompüterlərində, noutbuklarda, istehlakçı elektron cihazlarında, mobil telefonlarda, müasir hərbi cihazlarda tətbiq tapırlar.

Xüsusiyyətlər

• Hər bir yanacaq hüceyrəsindəki kimyəvi reaksiya enerjisinin bir hissəsi istilik şəklində buraxılır. Soyutma tələb olunur. Xarici dövrədə elektronların axını iş görmək üçün istifadə olunan birbaşa cərəyan yaradır. Hidrogen ionlarının hərəkətinin dayandırılması və ya xarici dövrənin açılması kimyəvi reaksiyanın dayandırılmasına səbəb olur.
• Yanacaq hüceyrələrinin yaratdığı elektrik miqdarı qaz təzyiqi, temperatur, həndəsi ölçülər və yanacaq elementinin növü ilə müəyyən edilir. Reaksiya nəticəsində yaranan elektrik enerjisinin miqdarını artırmaq üçün yanacaq hüceyrələrinin ölçüsünü daha böyük etmək mümkündür, lakin praktikada batareyalara birləşdirilən bir neçə elementdən istifadə olunur.
• Bəzi yanacaq hüceyrələrində kimyəvi proses tərsinə çevrilə bilər. Yəni, elektrodlara potensial fərq tətbiq edildikdə, su məsaməli elektrodlarda toplanacaq oksigen və hidrogenə parçalana bilər. Yükün daxil edilməsi ilə belə bir yanacaq hüceyrəsi elektrik enerjisi istehsal edəcəkdir.

perspektivlər

Hazırda əsas enerji mənbəyi kimi istifadə üçün elektrokimyəvi generatorlar böyük ilkin xərclər tələb edir. Yüksək keçiriciliyə, səmərəli və ucuz katalizatorlara, hidrogenin alternativ mənbələrinə malik daha stabil membranların tətbiqi ilə yanacaq elementləri iqtisadi cəhətdən yüksək dərəcədə cəlbedici olacaq və hər yerdə tətbiq olunacaq.

• Avtomobillər yanacaq elementləri ilə işləyəcək, onların ümumiyyətlə daxili yanma mühərrikləri olmayacaq. Enerji mənbəyi kimi su və ya bərk hidrogen istifadə olunacaq. Yanacaq doldurmaq asan və təhlükəsiz olacaq və sürücülük ekoloji cəhətdən təmiz olacaq - yalnız su buxarı əmələ gələcək.
• Bütün binaların öz portativ yanacaq elementi elektrik generatorları olacaq.
• Elektrokimyəvi generatorlar bütün batareyaları əvəz edəcək və istənilən elektronika və məişət cihazlarında olacaq.

Yaxşı və pis tərəfləri

Hər növ yanacaq elementinin öz üstünlükləri və mənfi cəhətləri var. Bəziləri yüksək keyfiyyətli yanacaq tələb edir, digərləri mürəkkəb dizayna malikdir və yüksək işləmə temperaturuna ehtiyac duyurlar.

Ümumiyyətlə, yanacaq elementlərinin aşağıdakı üstünlükləri göstərilə bilər:

• ətraf mühit üçün təhlükəsizlik;
• elektrokimyəvi generatorların doldurulmasına ehtiyac yoxdur;
• elektrokimyəvi generatorlar daim enerji yarada bilirlər, onlar xarici şəraitə əhəmiyyət vermirlər;
• miqyas və daşınma baxımından çeviklik.

Mənfi cəhətlər arasında:

• yanacağın saxlanması və daşınması ilə bağlı texniki çətinliklər;
• cihazın qeyri-kamil elementləri: katalizatorlar, membranlar və s.

yanacaq hüceyrəsi ( yanacaq hüceyrəsi) kimyəvi enerjini elektrik enerjisinə çevirən cihazdır. Prinsipcə adi batareyaya bənzəyir, lakin onunla fərqlənir ki, onun işləməsi elektrokimyəvi reaksiyanın baş verməsi üçün xaricdən daimi maddələr təchizatı tələb edir. Hidrogen və oksigen yanacaq hüceyrələrinə verilir və çıxış elektrik, su və istilikdir. Onların üstünlükləri ətraf mühitə uyğunluq, etibarlılıq, davamlılıq və istismar asanlığını əhatə edir. Adi akkumulyatorlardan fərqli olaraq, elektrokimyəvi çeviricilər yanacaq mövcud olduğu müddətdə faktiki olaraq qeyri-müəyyən müddətə işləyə bilər. Tam doldurulana qədər onları saatlarla doldurmaq lazım deyil. Üstəlik, mühərrik sönük vəziyyətdə avtomobil park edilərkən hüceyrələr özləri akkumulyatoru doldura bilirlər.

Proton membran yanacaq hüceyrələri (PEMFC) və bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC) hidrogen vasitələrində ən çox istifadə olunur.

Proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrəsi aşağıdakı kimi işləyir. Anod və katod arasında xüsusi bir membran və platinlə örtülmüş katalizator var. Hidrogen anoda, oksigen isə katoda (məsələn, havadan) daxil olur. Anodda hidrogen katalizatorun köməyi ilə protonlara və elektronlara parçalanır. Hidrogen protonları membrandan keçərək katoda daxil olur, elektronlar isə xarici dövrəyə verilir (membran onları keçirmir). Beləliklə əldə edilən potensial fərq elektrik cərəyanının görünüşünə gətirib çıxarır. Katod tərəfində hidrogen protonları oksigenlə oksidləşir. Nəticədə avtomobilin işlənmiş qazlarının əsas elementi olan su buxarı əmələ gəlir. Yüksək effektivliyə malik olan PEM hüceyrələrinin bir əhəmiyyətli çatışmazlığı var - onların işləməsi təmiz hidrogen tələb edir, saxlanması olduqca ciddi problemdir.

Əgər bu hüceyrələrdə bahalı platini əvəz edəcək belə bir katalizator tapılarsa, o zaman elektrik enerjisi istehsal etmək üçün dərhal ucuz yanacaq elementi yaradılacaq ki, bu da dünyanın neft asılılığından qurtulması deməkdir.

Bərk oksid hüceyrələri

Bərk oksid SOFC hüceyrələri yanacağın təmizliyinə daha az tələbkardır. Bundan əlavə, POX islahatçısının (Partial Oksidləşmə - qismən oksidləşmə) istifadəsi sayəsində belə hüceyrələr adi benzini yanacaq kimi istehlak edə bilər. Benzinin birbaşa elektrik enerjisinə çevrilməsi prosesi aşağıdakı kimidir. Xüsusi bir cihazda - reformatorda, təxminən 800 ° C temperaturda benzin buxarlanır və onun tərkib elementlərinə parçalanır.

Bu, hidrogen və karbon qazını buraxır. Bundan əlavə, temperaturun təsiri altında və SOFC-nin özünün köməyi ilə (sirkonium oksidi əsasında məsaməli keramika materialından ibarətdir) hidrogen havada oksigenlə oksidləşir. Benzindən hidrogen aldıqdan sonra proses yuxarıda təsvir edilən ssenariyə uyğun olaraq yalnız bir fərqlə davam edir: SOFC yanacaq elementi, hidrogenlə işləyən cihazlardan fərqli olaraq, orijinal yanacaqdakı xarici çirklərə daha az həssasdır. Beləliklə, benzinin keyfiyyəti yanacaq elementinin işinə təsir etməməlidir.

SOFC-nin yüksək işləmə temperaturu (650-800 dərəcə) əhəmiyyətli bir çatışmazlıqdır, istiləşmə prosesi təxminən 20 dəqiqə çəkir. Bununla belə, artıq istilik problem deyil, çünki islahatçı və yanacaq hüceyrəsinin özü tərəfindən istehsal olunan qalan hava və işlənmiş qazlar tərəfindən tamamilə çıxarılır. Bu, SOFC sistemini istilik izolyasiya edilmiş korpusda müstəqil bir cihaz kimi avtomobilə inteqrasiya etməyə imkan verir.

Modul quruluş bir sıra standart hüceyrələr dəstini birləşdirərək tələb olunan gərginliyə nail olmağa imkan verir. Və bəlkə də ən əsası, bu cür cihazların tətbiqi baxımından SOFC-də çox bahalı platin əsaslı elektrodlar yoxdur. Məhz bu elementlərin yüksək qiyməti PEMFC texnologiyasının inkişafı və yayılmasında maneələrdən biridir.

Yanacaq hüceyrələrinin növləri

Hal-hazırda yanacaq hüceyrələrinin belə növləri var:

• A.F.C.– Qələvi yanacaq elementi (qələvi yanacaq elementi);
• PAFC– Fosfor turşusu yanacaq hüceyrəsi (fosfor turşusu yanacaq hüceyrəsi);
• PEMFC– Proton mübadiləsi membranı yanacaq hüceyrəsi (proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrəsi);
• DMFC– Birbaşa metanol yanacaq hüceyrəsi (birbaşa metanol parçalanması olan yanacaq hüceyrəsi);
• MCFC– Ərimiş karbonat yanacaq hüceyrəsi (əriymiş karbonatın yanacaq hüceyrəsi);
• SOFC– Bərk oksid yanacaq hüceyrəsi (bərk oksid yanacaq hüceyrəsi).

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin üstünlükləri

Yanacaq hüceyrəsi/hüceyrəsi, elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə hidrogenlə zəngin yanacaqdan səmərəli şəkildə birbaşa cərəyan və istilik yaradan bir cihazdır.

Yanacaq hüceyrəsi kimyəvi reaksiya vasitəsilə birbaşa cərəyan əmələ gətirdiyi üçün batareyaya bənzəyir. Yanacaq elementi bir anod, bir katod və bir elektrolitdən ibarətdir. Bununla belə, batareyalardan fərqli olaraq yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri elektrik enerjisini saxlaya bilmir, boşalmır və elektrik enerjisinin doldurulmasını tələb etmir. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri yanacaq və hava ehtiyatına malik olduqları müddətcə davamlı olaraq elektrik enerjisi istehsal edə bilərlər.

Daxili yanma mühərrikləri və ya qaz, kömür, neft və s. ilə işləyən turbinlər kimi digər enerji generatorlarından fərqli olaraq, yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri yanacaq yandırmır. Bu, səs-küylü yüksək təzyiqli rotorların, yüksək egzoz səslərinin, vibrasiyanın olmaması deməkdir. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri səssiz elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik enerjisi yaradır. Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin başqa bir xüsusiyyəti yanacağın kimyəvi enerjisini birbaşa elektrik, istilik və suya çevirmələridir.

Yanacaq hüceyrələri yüksək səmərəlidir və karbon dioksid, metan və azot oksidi kimi böyük miqdarda istixana qazları istehsal etmir. İstismar zamanı buraxılan yeganə məhsullar buxar şəklində su və az miqdarda karbon dioksiddir, yanacaq kimi təmiz hidrogen istifadə edilərsə, ümumiyyətlə buraxılmır. Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri montajlara, sonra isə fərdi funksional modullara yığılır.

Yanacaq hüceyrəsinin/hüceyrəsinin inkişafı tarixi

1950 və 1960-cı illərdə yanacaq elementləri üçün ən böyük problemlərdən biri ABŞ Milli Aeronavtika və Kosmos Administrasiyasının (NASA) uzunmüddətli kosmik missiyalar üçün enerji mənbələrinə olan ehtiyacından irəli gəlirdi. NASA-nın Qələvi Yanacaq Hüceyrəsi/Hüceyrəsi hidrogen və oksigeni yanacaq kimi istifadə edərək, ikisini elektrokimyəvi reaksiyada birləşdirir. Çıxış kosmos uçuşunda faydalı olan reaksiyanın üç əlavə məhsuludur - kosmik gəmini gücləndirmək üçün elektrik, içmə və soyutma sistemləri üçün su və astronavtları isti saxlamaq üçün istilik.

Yanacaq hüceyrələrinin kəşfi 19-cu əsrin əvvəllərinə təsadüf edir. Yanacaq hüceyrələrinin təsirinin ilk sübutu 1838-ci ildə əldə edilmişdir.

1930-cu illərin sonlarında qələvi yanacaq elementləri üzərində iş başladı və 1939-cu ilə qədər yüksək təzyiqli nikellə örtülmüş elektrodlardan istifadə edən hüceyrə quruldu. İkinci Dünya Müharibəsi zamanı Britaniya Hərbi Dəniz Qüvvələrinin sualtı qayıqları üçün yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri hazırlanmış və 1958-ci ildə diametri 25 sm-dən bir qədər çox olan qələvi yanacaq elementlərindən/hüceyrələrindən ibarət yanacaq qurğusu təqdim edilmişdir.

1950-1960-cı illərdə, eləcə də sənaye dünyasında mazut qıtlığı yaşandığı 1980-ci illərdə maraq artdı. Həmin dövrdə dünya ölkələri də havanın çirklənməsi problemindən narahat olmuş və ekoloji cəhətdən təmiz elektrik enerjisi istehsalının yollarını nəzərdən keçirmişlər. Hazırda yanacaq hüceyrəsi/hüceyrə texnologiyası sürətlə inkişaf edir.

Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri necə işləyir

Yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri elektrolit, katod və anoddan istifadə edərək davam edən elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik və istilik yaradır.

Anod və katod protonları keçirən bir elektrolitlə ayrılır. Hidrogen anoda və oksigen katoda daxil olduqdan sonra kimyəvi reaksiya başlayır, nəticədə elektrik cərəyanı, istilik və su yaranır.

Anod katalizatorunda molekulyar hidrogen elektronları parçalayır və itirir. Hidrogen ionları (protonlar) elektrolitdən katoda, elektronlar isə elektrolitdən və xarici elektrik dövrəsindən keçərək avadanlıqları gücləndirmək üçün istifadə edilə bilən birbaşa cərəyan yaradır. Katod katalizatorunda bir oksigen molekulu bir elektron (xarici rabitədən təmin olunur) və daxil olan protonla birləşir və yeganə reaksiya məhsulu (buxar və / və ya maye şəklində) olan suyu əmələ gətirir.

Aşağıda müvafiq reaksiya verilmişdir:

Anod reaksiyası: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin növləri və müxtəlifliyi

Müxtəlif növ daxili yanma mühərriklərinin mövcudluğuna bənzər şəkildə, müxtəlif növ yanacaq elementləri var - uyğun yanacaq elementinin seçimi onun tətbiqindən asılıdır.

Yanacaq hüceyrələri yüksək temperatur və aşağı temperatura bölünür. Aşağı temperaturlu yanacaq hüceyrələri yanacaq kimi nisbətən təmiz hidrogen tələb edir. Bu, çox vaxt o deməkdir ki, ilkin yanacağın (məsələn, təbii qaz) təmiz hidrogenə çevrilməsi üçün yanacağın emalı tələb olunur. Bu proses əlavə enerji sərf edir və xüsusi avadanlıq tələb edir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementlərinin bu əlavə prosedura ehtiyacı yoxdur, çünki onlar yüksək temperaturda yanacağı "daxili olaraq çevirə" bilirlər, yəni hidrogen infrastrukturuna investisiya qoymağa ehtiyac yoxdur.

Ərinmiş karbonat üzərində yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (MCFC)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq hüceyrələri yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələridir. Yüksək iş temperaturu yanacaq prosessoru olmadan təbii qazdan və texnoloji yanacaqlardan və digər mənbələrdən aşağı kalorili yanacaq qazından birbaşa istifadə etməyə imkan verir.

RCFC-nin işləməsi digər yanacaq elementlərindən fərqlidir. Bu hüceyrələr ərimiş karbonat duzlarının qarışığından elektrolitdən istifadə edirlər. Hal-hazırda iki növ qarışıq istifadə olunur: litium karbonat və kalium karbonat və ya litium karbonat və natrium karbonat. Karbonat duzlarını əritmək və elektrolitdə ionların yüksək dərəcədə hərəkətliliyinə nail olmaq üçün ərimiş karbonat elektroliti olan yanacaq elementləri yüksək temperaturda (650°C) işləyir. Effektivlik 60-80% arasında dəyişir.

650°C temperaturda qızdırıldıqda duzlar karbonat ionları üçün keçirici olur (CO 3 2-). Bu ionlar katoddan anoda keçir və burada hidrogenlə birləşərək su, karbon qazı və sərbəst elektronlar əmələ gətirir. Bu elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda geri göndərilir, əlavə məhsul kimi elektrik cərəyanı və istilik əmələ gətirir.

Anod reaksiyası: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Katodda reaksiya: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Ümumi element reaksiyası: H 2 (q) + 1/2O 2 (q) + CO 2 (katod) => H 2 O (g) + CO 2 (anod)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq elementlərinin yüksək iş temperaturu müəyyən üstünlüklərə malikdir. Yüksək temperaturda təbii qaz daxili islah edilir, yanacaq prosessoruna ehtiyacı aradan qaldırır. Bundan əlavə, üstünlüklərə elektrodlarda paslanmayan polad təbəqə və nikel katalizatoru kimi standart tikinti materiallarından istifadə etmək imkanı daxildir. Tullantı istilik müxtəlif sənaye və kommersiya tətbiqləri üçün yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

Elektrolitdə yüksək reaksiya temperaturu da öz üstünlüklərinə malikdir. Yüksək temperaturun istifadəsi optimal iş şəraitinə çatmaq üçün uzun müddət tələb edir və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Bu xüsusiyyətlər daimi güc şəraitində ərimiş karbonat elektrolitli yanacaq hüceyrəsi sistemlərinin istifadəsinə imkan verir. Yüksək temperatur yanacaq hüceyrəsinin karbonmonoksitlə zədələnməsinin qarşısını alır.

Ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələri böyük stasionar qurğularda istifadə üçün uygundur. İstehsal gücü 3,0 MVt olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. Çıxış gücü 110 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Fosfor turşusuna (PFC) əsaslanan yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri kommersiya istifadəsi üçün ilk yanacaq hüceyrələri idi.

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri 100% -ə qədər konsentrasiyası olan ortofosfor turşusu (H 3 PO 4) əsasında elektrolitdən istifadə edir. Fosfor turşusunun ion keçiriciliyi aşağı temperaturda aşağı olur, bu səbəbdən bu yanacaq elementləri 150-220°C-ə qədər olan temperaturlarda istifadə olunur.

Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı hidrogendir (H+, proton). Bənzər bir proses, anoda verilən hidrogenin protonlara və elektronlara bölündüyü proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələrində baş verir. Protonlar elektrolitdən keçir və katodda havadan oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi boyunca yönəldilir və elektrik cərəyanı yaranır. Aşağıda elektrik və istilik əmələ gətirən reaksiyalar verilmişdir.

Anodda reaksiya: 2H 2 => 4H + + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələrinin səmərəliliyi elektrik enerjisi istehsal edərkən 40% -dən çoxdur. İstilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında ümumi səmərəlilik təxminən 85% təşkil edir. Bundan əlavə, iş temperaturu nəzərə alınmaqla, tullantı istilik suyun qızdırılması və atmosfer təzyiqində buxarın yaranması üçün istifadə edilə bilər.

İstilik elektrik stansiyalarının istilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında fosfor (ortofosfor) turşusuna əsaslanan yanacaq elementlərindəki yüksək göstəriciləri bu tip yanacaq elementlərinin üstünlüklərindən biridir. Zavodlar təxminən 1,5% konsentrasiyada dəm qazından istifadə edirlər ki, bu da yanacaq seçimini xeyli genişləndirir. Bundan əlavə, CO 2 elektrolitə və yanacaq hüceyrəsinin işinə təsir göstərmir, bu tip hüceyrə islah edilmiş təbii yanacaqla işləyir. Sadə tikinti, aşağı elektrolit dəyişkənliyi və artan sabitlik də bu növ yanacaq elementinin üstünlükləridir.

Çıxış gücü 500 kVt-a qədər olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. 11 MVt-lıq qurğular müvafiq sınaqlardan keçib. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (SOFC)

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri ən yüksək işləmə temperaturu olan yanacaq hüceyrələridir. İşləmə temperaturu 600 ° C-dən 1000 ° C-ə qədər dəyişə bilər ki, bu da xüsusi əvvəlcədən təmizlənmədən müxtəlif növ yanacağın istifadəsinə imkan verir. Bu yüksək temperaturları idarə etmək üçün istifadə olunan elektrolit nazik keramika əsaslı bərk metal oksiddir, tez-tez oksigen (O 2-) ionlarının keçiricisi olan itrium və sirkonium ərintisi.

Bərk elektrolit bir elektroddan digərinə hermetik qaz keçidini təmin edir, maye elektrolitlər isə məsaməli substratda yerləşir. Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı oksigen ionudur (O 2-). Katodda oksigen molekulları havadan oksigen ionuna və dörd elektrona ayrılır. Oksigen ionları elektrolitdən keçir və hidrogenlə birləşərək dörd sərbəst elektron əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə yönəldilir, elektrik cərəyanı və tullantı istilik əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yaranan elektrik enerjisinin səmərəliliyi bütün yanacaq elementləri arasında ən yüksəkdir - təxminən 60-70%. Yüksək iş temperaturu yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istilik və enerjinin birgə istehsalına imkan verir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementini turbinlə birləşdirərək, enerji istehsalının səmərəliliyini 75%-ə qədər artırmaq üçün hibrid yanacaq elementi yaradır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda (600°C-1000°C) işləyir, nəticədə optimal iş şəraitinə uzun müddət çatır və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Belə yüksək iş temperaturunda yanacaqdan hidrogeni bərpa etmək üçün heç bir çevirici tələb olunmur, bu da istilik elektrik stansiyasının kömürün qazlaşdırılmasından və ya tullantı qazlarından və s. Həmçinin, bu yanacaq elementi sənaye və böyük mərkəzi elektrik stansiyaları da daxil olmaqla yüksək güc tətbiqləri üçün əladır. Çıxış elektrik gücü 100 kVt olan sənaye istehsalı modulları.

Birbaşa metanol oksidləşməsi olan yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (DOMTE)

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq elementlərinin istifadəsi texnologiyası aktiv inkişaf dövründən keçir. O, mobil telefonların, noutbukların enerji təchizatı, eləcə də portativ enerji mənbələrinin yaradılması sahəsində özünü uğurla təsdiqləyib. bu elementlərin gələcəkdə tətbiqi nəyə yönəlib.

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq hüceyrələrinin quruluşu proton mübadiləsi membranı (MOFEC) olan yanacaq hüceyrələrinə bənzəyir, yəni. elektrolit kimi polimerdən, yükdaşıyıcı kimi isə hidrogen ionundan (proton) istifadə olunur. Bununla belə, maye metanol (CH 3 OH) anodda suyun iştirakı ilə oksidləşir, CO 2, hidrogen ionları və xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə idarə olunan elektronları buraxır və elektrik cərəyanı yaranır. Hidrogen ionları elektrolitdən keçir və havadan oksigenlə və xarici dövrədən gələn elektronlarla reaksiyaya girərək anodda su əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Katodda reaksiya: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Ümumi element reaksiyası: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Bu növ yanacaq hüceyrələrinin üstünlüyü maye yanacağın istifadəsi və konvertordan istifadə ehtiyacının olmaması səbəbindən kiçik ölçüləridir.

Qələvi yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (AFC)

Qələvi yanacaq elementləri elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən ən səmərəli elementlərdən biridir və enerji istehsalının səmərəliliyi 70%-ə çatır.

Qələvi yanacaq elementləri elektrolitdən, yəni məsaməli, stabilləşdirilmiş matrisdə olan kalium hidroksidinin sulu məhlulundan istifadə edir. Kalium hidroksidinin konsentrasiyası 65°C ilə 220°C arasında dəyişən yanacaq elementinin işləmə temperaturundan asılı olaraq dəyişə bilər. SFC-də yük daşıyıcısı, su və elektron istehsal etmək üçün hidrogenlə reaksiya verdiyi katoddan anoda doğru hərəkət edən bir hidroksid ionudur (OH-). Anodda əmələ gələn su yenidən katoda doğru hərəkət edir və orada yenidən hidroksid ionları əmələ gətirir. Yanacaq hüceyrəsində baş verən bu reaksiyalar seriyası nəticəsində elektrik enerjisi və əlavə məhsul kimi istilik əmələ gəlir:

Anodda reaksiya: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Sistemin ümumi reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SFC-lərin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, bu yanacaq hüceyrələri ən ucuz istehsal olunur, çünki elektrodlara lazım olan katalizator digər yanacaq elementləri üçün katalizator kimi istifadə olunanlardan daha ucuz olan maddələrdən hər hansı biri ola bilər. SCFC-lər nisbətən aşağı temperaturda işləyir və ən səmərəli yanacaq elementləri arasındadır - belə xüsusiyyətlər müvafiq olaraq daha sürətli enerji istehsalına və yüksək yanacaq səmərəliliyinə kömək edə bilər.

SHTE-nin xarakterik xüsusiyyətlərindən biri onun yanacaq və ya havada ola bilən CO 2-yə yüksək həssaslığıdır. CO 2 elektrolitlə reaksiya verir, onu tez zəhərləyir və yanacaq elementinin səmərəliliyini xeyli azaldır. Buna görə də, SFC-lərin istifadəsi kosmos və sualtı nəqliyyat vasitələri kimi qapalı məkanlarla məhdudlaşır, onlar təmiz hidrogen və oksigen üzərində işləməlidirlər. Üstəlik, CO, H 2 O və CH4 kimi digər yanacaq elementləri üçün təhlükəsiz olan və hətta bəziləri üçün yanacaq olan molekullar SFC-lər üçün zərərlidir.

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (PETE)

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri vəziyyətində, polimer membran su ionlarının (su molekuluna bağlı H 2 O + (proton, qırmızı) keçiriciliyi olan su bölgələri olan polimer liflərdən ibarətdir. Su molekulları yavaş ion mübadiləsi səbəbindən problem yaradır. Buna görə də, həm yanacaqda, həm də iş temperaturunu 100 ° C-ə qədər məhdudlaşdıran egzoz elektrodlarında yüksək su konsentrasiyası tələb olunur.

Bərk turşu yanacaq hüceyrələri/hüceyrələri (SCFC)

Bərk turşu yanacaq elementlərində elektrolitdə (CsHSO 4) su yoxdur. Buna görə işləmə temperaturu 100-300 ° C-dir. SO 4 2- oksi anionlarının fırlanması protonların (qırmızı) şəkildə göstərildiyi kimi hərəkət etməsinə imkan verir. Tipik olaraq, bərk turşu yanacaq hüceyrəsi yaxşı təmas təmin etmək üçün iki sıx sıxılmış elektrod arasında çox nazik qatı turşu birləşməsinin sıxıldığı sendviçdir. Qızdırıldıqda, üzvi komponent yanacaq (və ya hüceyrənin digər ucunda oksigen), elektrolit və elektrodlar arasında çoxsaylı təmas qabiliyyətini saxlayaraq, elektrodlardakı məsamələri tərk edərək buxarlanır.

Müxtəlif yanacaq hüceyrə modulları. yanacaq hüceyrəsi batareyası

1. Yanacaq hüceyrəsi batareyası
2. Digər yüksək temperaturlu avadanlıqlar (inteqrasiya edilmiş buxar generatoru, yanma kamerası, istilik balansı dəyişdiricisi)
3. İstiliyə davamlı izolyasiya

yanacaq hüceyrəsi modulu

Yanacaq elementlərinin növlərinin və növlərinin müqayisəli təhlili

İnnovativ enerjiyə qənaət edən bələdiyyə istilik və elektrik stansiyaları adətən bərk oksid yanacaq elementləri (SOFC), polimer elektrolit yanacaq elementləri (PEFC), fosfor turşusu yanacaq elementləri (PCFC), proton mübadilə membranlı yanacaq elementləri (MPFC) və qələvi yanacaq elementləri üzərində qurulur. APFCs). Onlar adətən aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdirlər:

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC) ən uyğun hesab edilməlidir, bunlar:

• daha yüksək temperaturda işləyir, bu da bahalı qiymətli metallara (məsələn, platin) ehtiyacı azaldır.
• müxtəlif növ karbohidrogen yanacaqlarında, əsasən təbii qazda işləyə bilər
• daha uzun işə salınma vaxtı var və buna görə də uzunmüddətli istismar üçün daha uyğundur
• enerji istehsalının yüksək səmərəliliyini nümayiş etdirir (70%-ə qədər)
• yüksək iş temperaturu sayəsində aqreqatlar istilik bərpa sistemləri ilə birləşdirilə bilər və ümumi sistemin səmərəliliyini 85%-ə çatdırır.
• sıfıra yaxın emissiyalara malikdir, səssiz işləyir və mövcud enerji istehsalı texnologiyaları ilə müqayisədə aşağı əməliyyat tələblərinə malikdir

Kiçik istilik elektrik stansiyaları adi qaz təchizatı şəbəkəsinə qoşula bildiyi üçün yanacaq elementləri ayrıca hidrogen təchizatı sisteminə ehtiyac duymur. Bərk oksid yanacaq hüceyrələrinə əsaslanan kiçik istilik elektrik stansiyalarından istifadə edərkən, yaranan istilik suyun və ventilyasiya havasının qızdırılması üçün istilik dəyişdiricilərinə inteqrasiya olunaraq sistemin ümumi səmərəliliyini artırır. Bu innovativ texnologiya bahalı infrastruktura və mürəkkəb alət inteqrasiyasına ehtiyac olmadan səmərəli enerji istehsalı üçün ən uyğundur.

Yanacaq hüceyrəsi/hüceyrə tətbiqləri

Telekommunikasiya sistemlərində yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Simsiz rabitə sistemlərinin bütün dünyada sürətlə yayılması, eləcə də mobil telefon texnologiyasının artan sosial və iqtisadi faydaları ilə etibarlı və sərfəli ehtiyat gücə ehtiyac kritik hala gəldi. Pis hava, təbii fəlakətlər və ya məhdud şəbəkə tutumu səbəbindən il ərzində şəbəkə itkiləri şəbəkə operatorları üçün daimi problemdir.

Ənənəvi telekommunikasiya enerji ehtiyat həllərinə qısamüddətli ehtiyat gücü üçün batareyalar (klapanla tənzimlənən qurğuşun-turşu batareya hüceyrəsi) və daha uzun ehtiyat gücü üçün dizel və propan generatorları daxildir. Batareyalar 1-2 saat ərzində nisbətən ucuz ehtiyat enerji mənbəyidir. Bununla belə, batareyalar daha uzun ehtiyat dövrləri üçün uyğun deyil, çünki onlara qulluq etmək baha başa gəlir, uzun müddət istifadə etdikdən sonra etibarsız olur, temperaturlara həssas olur və utilizasiyadan sonra ətraf mühit üçün təhlükəlidir. Dizel və propan generatorları davamlı ehtiyat enerji təmin edə bilər. Bununla belə, generatorlar etibarsız ola bilər, geniş texniki xidmət tələb edir və atmosferə yüksək səviyyədə çirkləndirici və istixana qazları buraxır.

Ənənəvi ehtiyat güc həllərinin məhdudiyyətlərini aradan qaldırmaq üçün innovativ yaşıl yanacaq hüceyrəsi texnologiyası hazırlanmışdır. Yanacaq elementləri etibarlı, səssizdir, generatordan daha az hərəkətli hissədən ibarətdir, -40°C-dən +50°C-dək batareyadan daha geniş iş temperaturu diapazonuna malikdir və nəticədə son dərəcə yüksək səviyyədə enerji qənaəti təmin edir. Bundan əlavə, belə bir zavodun xidmət müddəti generatordan daha aşağıdır. Aşağı yanacaq elementi xərcləri ildə yalnız bir dəfə texniki baxışın və əhəmiyyətli dərəcədə yüksək zavod məhsuldarlığının nəticəsidir. Axı yanacaq elementi ətraf mühitə minimal təsir göstərən ekoloji cəhətdən təmiz texnologiya həllidir.

Yanacaq hüceyrəsi blokları telekommunikasiya sistemində simsiz, daimi və genişzolaqlı rabitə üçün kritik rabitə şəbəkəsi infrastrukturları üçün ehtiyat enerji ilə təmin edir, gücü 250 Vt-dan 15 kVt-a qədərdir, onlar bir çox rakipsiz yenilikçi xüsusiyyətləri təklif edir:

• ETİBARLILIQ– Bir neçə hərəkət edən hissə və gözləmə rejimində boşalma yoxdur
• ENERJİYƏ QƏNAƏT
• SÜKÜT- aşağı səs-küy səviyyəsi
• STABİLLİK-40°C-dən +50°C-yə qədər işləmə diapazonu
• UYGULAMALIQ– açıq və qapalı quraşdırma (konteyner/qoruyucu konteyner)
• YÜKSƏK GÜC- 15 kVt-a qədər
• AZ TƏLƏBİ- minimum illik texniki xidmət
• İQTİSADİYYAT- cəlbedici ümumi mülkiyyət dəyəri
• TƏMİZ ENERJİ– ətraf mühitə minimal təsirlə aşağı emissiyalar

Sistem sabit cərəyan şininin gərginliyini hər zaman hiss edir və DC avtobusunun gərginliyi istifadəçi tərəfindən müəyyən edilmiş təyinat nöqtəsindən aşağı düşərsə, kritik yükləri rəvan şəkildə qəbul edir. Sistem yanacaq hüceyrəsi yığınına iki yolla daxil olan hidrogenlə işləyir - ya kommersiya hidrogen mənbəyindən, ya da bortda reformator sistemindən istifadə edərək metanol və suyun maye yanacağından.

Elektrik enerjisi birbaşa cərəyan şəklində yanacaq hüceyrəsi yığını tərəfindən istehsal olunur. DC gücü yanacaq hüceyrəsi yığınından tənzimlənməmiş DC gücünü tələb olunan yüklər üçün yüksək keyfiyyətli, tənzimlənən DC gücünə çevirən çeviriciyə göndərilir. Yanacaq elementinin quraşdırılması bir çox günlər üçün ehtiyat enerji təmin edə bilər, çünki müddət yalnız anbarda mövcud olan hidrogen və ya metanol/su yanacağının miqdarı ilə məhdudlaşır.

Yanacaq elementləri sənaye standartı klapanla tənzimlənən qurğuşun turşusu akkumulyator paketləri ilə müqayisədə üstün enerji səmərəliliyi, artan sistem etibarlılığı, geniş iqlim diapazonunda daha proqnozlaşdırıla bilən performans və etibarlı xidmət müddəti təklif edir. Əhəmiyyətli dərəcədə daha az texniki xidmət və dəyişdirmə tələbləri səbəbindən həyat dövrü xərcləri də aşağıdır. Yanacaq hüceyrələri son istifadəçiyə ekoloji faydalar təklif edir, çünki qurğuşun turşusu hüceyrələri ilə bağlı atılma xərcləri və məsuliyyət riskləri artan narahatlıq doğurur.

Elektrik batareyalarının performansı, şarj səviyyəsi, temperatur, dövrlər, istifadə müddəti və digər dəyişənlər kimi bir çox amillərdən mənfi təsir göstərə bilər. Təqdim olunan enerji bu amillərdən asılı olaraq dəyişəcək və proqnozlaşdırmaq asan deyil. Proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrəsinin (PEMFC) performansı bu amillərdən nisbətən təsirlənmir və yanacaq mövcud olduğu müddətcə kritik güc təmin edə bilər. Artan proqnozlaşdırıla bilənlik missiya baxımından kritik ehtiyat güc tətbiqləri üçün yanacaq hüceyrələrinə keçərkən mühüm faydadır.

Yanacaq hüceyrələri qaz turbin generatoru kimi yalnız yanacaq verildikdə enerji yaradır, lakin generasiya zonasında hərəkət edən hissələri yoxdur. Buna görə də, generatordan fərqli olaraq, onlar sürətli aşınmaya məruz qalmırlar və daimi qulluq və yağlama tələb etmirlər.

Uzadılmış Müddət Yanacaq Konvertorunu idarə etmək üçün istifadə olunan yanacaq metanol və suyun qarışığıdır. Metanol, hazırda qabaq şüşə yuyan maşın, plastik şüşələr, mühərrik əlavələri və emulsiya boyaları da daxil olmaqla bir çox istifadəsi olan geniş yayılmış, kommersiya yanacağıdır. Metanol daşınması asandır, su ilə qarışır, yaxşı bioloji parçalanır və kükürdsüzdür. Onun donma temperaturu aşağıdır (-71°C) və uzun müddət saxlandıqda parçalanmır.

Rabitə şəbəkələrində yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Təhlükəsizlik şəbəkələri elektrik şəbəkəsi əlçatmaz olarsa, fövqəladə hallarda saatlarla və ya günlərlə davam edə biləcək etibarlı ehtiyat enerji həlləri tələb edir.

Bir neçə hərəkət edən hissə və gözləmə rejimində gücün azaldılması olmadan, innovativ yanacaq hüceyrəsi texnologiyası hazırda mövcud ehtiyat güc sistemləri ilə müqayisədə cəlbedici həll təklif edir.

Rabitə şəbəkələrində yanacaq hüceyrəsi texnologiyasından istifadənin ən əsas səbəbi ümumi etibarlılığın və təhlükəsizliyin artmasıdır. Elektrik enerjisinin kəsilməsi, zəlzələ, tufan və qasırğa kimi hadisələr zamanı ehtiyat enerji sisteminin temperaturundan və yaşından asılı olmayaraq sistemlərin uzun müddət işləməyə davam etməsi və etibarlı ehtiyat enerji təchizatına malik olması vacibdir.

Yanacaq elementlərinin enerji təchizatı çeşidi təhlükəsiz rabitə şəbəkələrini dəstəkləmək üçün idealdır. Enerjiyə qənaət edən dizayn prinsipləri sayəsində onlar 250 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc diapazonunda istifadə üçün uzun müddətə (bir neçə günə qədər) ekoloji cəhətdən təmiz, etibarlı ehtiyat güc təmin edir.

Məlumat şəbəkələrində yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Yüksək sürətli məlumat şəbəkələri və fiber optik magistrallar kimi məlumat şəbəkələri üçün etibarlı enerji təchizatı bütün dünyada mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Belə şəbəkələr vasitəsilə ötürülən məlumat banklar, aviaşirkətlər və ya tibb mərkəzləri kimi qurumlar üçün kritik məlumatları ehtiva edir. Belə şəbəkələrdə elektrik enerjisinin kəsilməsi yalnız ötürülən məlumat üçün təhlükə yaratmır, həm də, bir qayda olaraq, əhəmiyyətli maliyyə itkilərinə səbəb olur. Gözləmə rejimində enerji təmin edən etibarlı, innovativ yanacaq elementi qurğuları fasiləsiz enerji təmin etmək üçün sizə lazım olan etibarlılığı təmin edir.

Metanol və suyun maye yanacaq qarışığında işləyən yanacaq elementləri bir neçə günə qədər uzun müddətə etibarlı ehtiyat enerji təchizatı təmin edir. Bundan əlavə, bu qurğular generatorlar və akkumulyatorlarla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə azaldılmış texniki xidmət tələblərinə malikdir və ildə yalnız bir dəfə texniki baxış tələb olunur.

Məlumat şəbəkələrində yanacaq elementi qurğularının istifadəsi üçün tipik tətbiq xüsusiyyətləri:

• 100 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc girişləri olan tətbiqlər
• Batareya ömrü tələbləri > 4 saat olan proqramlar
• Fiber optik sistemlərdə təkrarlayıcılar (sinxron rəqəmsal sistemlərin iyerarxiyası, yüksək sürətli internet, IP üzərindən səs...)
• Yüksək sürətli məlumat ötürülməsinin şəbəkə qovşaqları
• WiMAX ötürmə qovşaqları

Yanacaq elementinin gözləmə qurğuları ənənəvi akkumulyator və ya dizel generatorları ilə müqayisədə kritik məlumat şəbəkəsi infrastrukturları üçün çoxsaylı üstünlüklər təklif edir ki, bu da yerində istifadənin artırılmasına imkan verir:

1. Maye yanacaq texnologiyası hidrogenin saxlanması problemini həll edir və faktiki olaraq qeyri-məhdud ehtiyat güc təmin edir.
2. Səssiz işləməsi, aşağı çəkisi, həddindən artıq temperaturlara qarşı müqaviməti və praktiki olaraq vibrasiyasız işləməsi səbəbindən yanacaq elementləri açıq havada, sənaye binalarında/konteynerlərdə və ya damlarda quraşdırıla bilər.
3. Sistemdən istifadə üçün yerində hazırlıq işləri tez və qənaətcildir, istismar xərcləri isə aşağıdır.
4. Yanacaq bioloji parçalana bilir və şəhər mühiti üçün ekoloji cəhətdən təmiz bir həlldir.

Yanacaq hüceyrələrinin/hüceyrələrinin təhlükəsizlik sistemlərində tətbiqi

Ən diqqətlə dizayn edilmiş bina təhlükəsizlik və kommunikasiya sistemləri yalnız onları gücləndirən güc qədər etibarlıdır. Əksər sistemlər qısamüddətli enerji itkiləri üçün bir növ ehtiyat fasiləsiz enerji sistemini əhatə etsə də, təbii fəlakətlərdən və ya terror hücumlarından sonra baş verə biləcək elektrik enerjisinin daha uzun kəsilməsini təmin etmir. Bu, bir çox korporativ və dövlət qurumları üçün kritik problem ola bilər.

CCTV monitorinqi və giriş-çıxışa nəzarət sistemləri (şəxsiyyət vəsiqəsi oxuyucuları, qapı bağlayan qurğular, biometrik identifikasiya texnologiyası və s.), avtomatik yanğın siqnalizasiyası və yanğınsöndürmə sistemləri, lift idarəetmə sistemləri və telekommunikasiya şəbəkələri kimi həyati vacib sistemlər heç bir təhlükə altındadır. davamlı enerji təchizatının etibarlı alternativ mənbəyi.

Dizel generatorları səs-küylü, tapmaq çətindir və etibarlılıq və texniki xidmət məsələlərini yaxşı bilir. Bunun əksinə olaraq, yanacaq elementinin ehtiyat qurğusu səssiz, etibarlı, sıfır və ya çox aşağı emissiyaya malikdir və damda və ya binanın xaricində quraşdırmaq asandır. Gözləmə rejimində boşalmır və enerji itirmir. Qurum fəaliyyətini dayandırdıqdan və bina insanlar tərəfindən tərk edildikdən sonra belə kritik sistemlərin davamlı işləməsini təmin edir.

Yenilikçi yanacaq hüceyrəsi qurğuları kritik tətbiqlərdə bahalı investisiyaları qoruyur. Onlar 250 Vt-dan 15 kVt-a qədər güc diapazonunda istifadə üçün ekoloji cəhətdən təmiz, etibarlı ehtiyat enerjisini uzun müddətə (bir çox günə qədər) təmin edir, çoxsaylı üstün xüsusiyyətlər və xüsusilə yüksək enerji qənaəti ilə birləşir.

Yanacaq elementi enerji ehtiyat qurğuları ənənəvi akkumulyator və ya dizel generatorları ilə müqayisədə təhlükəsizlik və bina idarəetmə sistemləri kimi kritik missiya tətbiqləri üçün çoxsaylı üstünlüklər təklif edir. Maye yanacaq texnologiyası hidrogenin saxlanması problemini həll edir və faktiki olaraq qeyri-məhdud ehtiyat güc təmin edir.

Yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin məişət istiliyində və enerji istehsalında tətbiqi

Bərk oksid yanacaq elementləri (SOFCs) geniş yayılmış təbii qaz və bərpa olunan yanacaq mənbələrindən elektrik və istilik istehsal etmək üçün etibarlı, enerjiyə qənaət edən və emissiyasız istilik elektrik stansiyalarının tikintisi üçün istifadə olunur. Bu innovativ qurğular daxili enerji istehsalından tutmuş ucqar ərazilərin enerji təchizatına, eləcə də köməkçi enerji mənbələrinə qədər müxtəlif bazarlarda istifadə olunur.

Paylayıcı şəbəkələrdə yanacaq elementlərinin/hüceyrələrinin tətbiqi

Kiçik istilik elektrik stansiyaları bir mərkəzləşdirilmiş elektrik stansiyası əvəzinə çoxlu sayda kiçik generator dəstlərindən ibarət paylanmış elektrik istehsal şəbəkəsində işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur.

Aşağıdakı rəqəm CHP tərəfindən istehsal edilən və hazırda istifadə edilən ənənəvi ötürücü şəbəkələr vasitəsilə evlərə ötürülən elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyinin itirilməsini göstərir. Rayon istehsalında səmərəlilik itkilərinə elektrik stansiyasından, aşağı və yüksək gərginlikli ötürmədən və paylama itkilərindən itkilər daxildir.

Şəkil kiçik istilik elektrik stansiyalarının inteqrasiyasının nəticələrini göstərir: elektrik enerjisi istifadə nöqtəsində 60%-ə qədər istehsal səmərəliliyi ilə istehsal olunur. Bundan əlavə, ev təsərrüfatları yanacaq elementləri tərəfindən yaranan istilikdən su və yerin istiləşməsi üçün istifadə edə bilər ki, bu da yanacaq enerjisinin emalının ümumi səmərəliliyini artırır və enerjiyə qənaəti yaxşılaşdırır.

Ətraf Mühitin Mühafizəsi üçün Yanacaq Hüceyrələrindən İstifadə - Əlaqəli Neft Qazının Utilizasiyası

Neft sənayesində ən mühüm vəzifələrdən biri səmt neft qazının utilizasiyasıdır. Səmt neft qazının utilizasiyasının mövcud üsullarının bir çox mənfi cəhətləri var, ən başlıcası onların iqtisadi cəhətdən sərfəli olmamasıdır. Səmtləşmiş neft qazı məşəldə yandırılır ki, bu da ətraf mühitə və insan sağlamlığına böyük ziyan vurur.

Səmt neft qazından yanacaq kimi istifadə edən innovativ yanacaq elementli istilik və elektrik stansiyaları səmt neft qazının utilizasiyası problemlərinin köklü və sərfəli həllinə yol açır.

1. Yanacaq elementi qurğularının əsas üstünlüklərindən biri onların dəyişkən tərkibli əlaqəli neft qazı üzərində etibarlı və dayanıqlı şəkildə işləyə bilməsidir. Yanacaq elementinin fəaliyyətinin əsasını təşkil edən alovsuz kimyəvi reaksiyaya görə, məsələn, metanın faizinin azalması yalnız enerji hasilatının müvafiq azalmasına səbəb olur.
2. İstehlakçıların elektrik yükü, diferensial, yük artımı ilə əlaqədar çeviklik.
3. İstilik elektrik stansiyalarının yanacaq elementlərinə quraşdırılması və qoşulması üçün onların həyata keçirilməsi kapital xərcləri tələb etmir, çünki Bölmələr tarlaların yaxınlığında hazırlıqsız sahələrə asanlıqla quraşdırılır, istifadəsi asan, etibarlı və səmərəlidir.
4. Yüksək avtomatlaşdırma və müasir uzaqdan idarəetmə zavodda kadrların daimi olmasını tələb etmir.
5. Dizaynın sadəliyi və texniki mükəmməlliyi: hərəkət edən hissələrin, sürtünmə, yağlama sistemlərinin olmaması yanacaq elementləri qurğularının istismarından əhəmiyyətli iqtisadi faydalar təmin edir.
6. Su sərfiyyatı: +30 °C-ə qədər ətraf mühit temperaturunda yoxdur və daha yüksək temperaturda cüzidir.
7. Su çıxışı: yoxdur.
8. Bundan əlavə, yanacaq elementli istilik elektrik stansiyaları səs-küy yaratmır, titrəmir, atmosferə zərərli emissiyalar buraxmayın

Hidrogen yanacaq elementləri səmərəsiz, itkili yanma proseslərindən və istilik enerjisinin mexaniki enerjiyə çevrilməsindən yan keçərək yanacağın kimyəvi enerjisini elektrik enerjisinə çevirir. Hidrogen yanacaq hüceyrəsidir elektrokimyəvi yanacağın yüksək səmərəli "soyuq" yanması nəticəsində cihaz birbaşa elektrik enerjisi istehsal edir. Proton mübadiləsi membran hidrogen-hava yanacaq hüceyrəsi (PEMFC) ən perspektivli yanacaq hüceyrəsi texnologiyalarından biridir.

Səkkiz il əvvəl Qərbi Avropada altı maye dizel nasosu açıldı; sona qədər iki yüz olmalıdır. Biz elektrik hərəkətinin yayılmasını stimullaşdırmaq üçün hər yerdə açılan minlərlə sürətli doldurma terminallarından çox uzağıq. Və sürtünmənin ağrıdığı yer budur. Və qrafeni daha yaxşı elan edək.

Batareyalar Son Sözlərini Deməyiblər

Bu, muxtariyyətdən daha çox şeydir, ona görə də şarj müddətinin məhdudlaşdırılması elektrik avtomobilinin yayılmasını ləngidir. Bununla belə, o, bu ay öz müştərilərinə ünvanlanmış qeydi xatırladı ki, batareyalar çox yüksək gərginlikdə bu tip zondla məhdudlaşır. Tomas Brachmana hidrogen paylayıcı şəbəkənin hələ də qurulması lazım olduğu bildiriləcək. Yüksək gərginlikli mis kabellərin yüksək kəsiyi səbəbindən sürətli şarj terminallarının çoxalmasının da çox baha olduğunu xatırladaraq, əlini süpürdüyü arqument. “Mayeləşdirilmiş hidrogeni istehsal sahələrinin yaxınlığında basdırılmış çənlərdən yük maşını ilə daşımaq daha asan və daha ucuzdur”.

Proton keçirən polimer membran iki elektrodu, anod və katodu ayırır. Hər bir elektrod katalizatorla örtülmüş karbon plitəsidir (matris). Anod katalizatorunda molekulyar hidrogen elektronları ayırır və verir. Hidrogen kationları membran vasitəsilə katoda keçir, lakin membran elektronların keçməsinə imkan vermədiyi üçün elektronlar xarici dövrəyə verilir.

Hidrogen hələ təmiz elektrik vektoru deyil

Çox həssas məlumat olan akkumulyatorun özünün qiymətinə gəlincə, Tomas Braxman onun səmərəlilik artdıqca əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla biləcəyinə şübhə etmir. "Platin daha çox xərc çəkən elementdir." Təəssüf ki, demək olar ki, bütün hidrogen fosil enerji mənbələrindən gəlir. Üstəlik, dihidrogen yalnız enerji vektorudur və istehsalı zamanı əhəmiyyətsiz bir hissəsinin istehlak olunmadığı, mayeləşdirilməsi və sonra elektrikə çevrildiyi bir mənbə deyil.

Katod katalizatorunda bir oksigen molekulu bir elektron (elektrik dövrəsindən təmin edilir) və daxil olan protonla birləşir və yeganə reaksiya məhsulu (buxar və / və ya maye şəklində) olan suyu əmələ gətirir.

Membran-elektrod blokları enerji sisteminin əsas yaradan elementi olan hidrogen yanacaq elementlərindən hazırlanır.

Gələcəyin avtomobili özünü əsl avtomobil kimi aparır

Sürücülərdə qızdırma səbəbindən itkilərə baxmayaraq, batareya balansı təxminən üç dəfə yüksəkdir. Təəssüf ki, möcüzə avtomobili, kütləvi nümayişlər istisna olmaqla, yollarımızı deşməyəcək. Elektrikli avtomobilin təbii səssizliyinin səs-küylü dünyada yaşamaq təəssüratını artırdığını xatırladan Brachmann. Bütün ehtimallara baxmayaraq, sükan və əyləc pedalı təbii tutarlılığı təmin edir.

Kiçik batareya, lakin təkmilləşdirilmiş performans

Qadcet nəzərə çarpır, mərkəzi ekran dönmə siqnalı işə düşən kimi sağ güzgüdə yerləşdirilmiş kameranın şəkillərini səpələyir. ABŞ müştərilərimizin əksəriyyəti artıq tələb etmir və bu, bizə qiymətləri aşağı salmağa imkan verir - daha aşağı tarif təklif edən baş mühəndisə haqq qazandırır. Yanacaq hüceyrəsi yığını haqqında danışmağa həqiqətən dəyər, çünki birlikdə işləyən 358 var. Dəzgahın arxa divarına basdırılmış tutumu 117 litr olan əsas çən onu qatlamağı qadağan edir, ikincisi isə 24 litr oturacaq altında gizlənir.

Hidrogen yanacaq elementlərinin ənənəvi həllərlə müqayisədə üstünlükləri:

- artan xüsusi enerji intensivliyi (500 ÷ 1000 W*h/kq),

- genişləndirilmiş iş temperaturu diapazonu (-40 0 C / +40 0 C),

- istilik nöqtəsinin, səs-küyün və vibrasiyanın olmaması;

- soyuq başlanğıc etibarlılığı

- praktiki olaraq qeyri-məhdud enerji saxlama müddəti (öz-özünə boşalma olmaması),

İlk iki vuruşlu yanacaq hüceyrəsi

Kompakt ölçüsünə baxmayaraq, bu yeni yanacaq elementi sələfindən daha sürətli və daha yaxşı dihidrogeni elektrik enerjisinə çevirir. O, qalaq elementlərini oksigenə əvvəllər davamlılığı ilə uyğun gəlməyən bir sürətlə çatdırır. Əvvəllər axın sürətini məhdudlaşdıran artıq su ən yaxşı şəkildə boşaldılır. Nəticədə, hər bir elementə düşən güc yarıya qədər artır və səmərəlilik 60% -ə çatır.

Bu, 1,7 kVt/saat gücündə litium-ion batareyanın olması ilə bağlıdır - qabaq oturacaqların altında yerləşir və bu, güclü sürətlənmələr zamanı əlavə cərəyanın verilməsinə imkan verir. Ya proqnozun muxtariyyəti 460 km-dir ki, bu da istehsalçının iddia etdiyinə mükəmməl uyğun gəlir.

- demək olar ki, qeyri-məhdud muxtariyyət təmin edən yanacaq kartuşlarının sayını dəyişdirərək sistemin enerji intensivliyini dəyişdirmək imkanı;

Hidrogen anbarının tutumunu dəyişdirərək sistemin demək olar ki, istənilən ağlabatan enerji intensivliyini təmin etmək imkanı,

- yüksək enerji istehlakı

- hidrogendəki çirklərə qarşı dözümlülük,

Ancaq min hissə hava axını asanlaşdırır və soyutmanı optimallaşdırır. Hətta sələfindən daha çox, bu elektromobil yanacaq elementinin diqqət mərkəzində olduğunu nümayiş etdirir. Sənaye və liderlərimiz üçün böyük bir problem. Bu vaxt, çox ağıllı, kim yanacaq hüceyrəsi və ya batareyanın üstünlük təşkil edəcəyini biləcək.

Yanacaq hüceyrəsi tullantı məhsulu, adətən yanacaq oksidi istehsal etmək üçün kimyəvi reaksiyada yanacaq və oksidləşdirici birləşdirərək birbaşa cərəyan şəklində elektrik enerjisi yarada bilən elektrokimyəvi enerjiyə çevrilmə cihazıdır.

- uzun xidmət müddəti,

- ekoloji təmizlik və işin səssizliyi.

İHA-lar üçün hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan enerji təchizatı sistemləri:

Yanacaq elementlərinin quraşdırılması pilotsuz uçuş aparatlarıənənəvi akkumulyatorlar əvəzinə uçuş müddətini, faydalı yükün çəkisini artırır, təyyarənin etibarlılığını artırmağa, İHA-nın buraxılması və istismarı üçün temperatur diapazonunu genişləndirməyə, həddi -40 0С-ə endirməyə imkan verir. Daxili yanma mühərrikləri ilə müqayisədə yanacaq elementləri sistemləri səssizdir, vibrasiyaya məruz qalmır, aşağı temperaturda işləyir, uçuş zamanı aşkarlanması çətindir, zərərli emissiyalar yaratmır və videomüşahidədən tutmuş faydalı yükün çatdırılmasına qədər olan işləri səmərəli şəkildə yerinə yetirə bilir.

Hər bir yanacaq elementində biri müsbət və biri mənfi iki elektrod var və elektrik enerjisi istehsal edən reaksiya elektrodlarda yüklü hissəcikləri elektroddan elektroda daşıyan bir elektrolitin iştirakı ilə baş verir, bu zaman elektronlar elektrodlar arasında yerləşən xarici naqillərdə dövr edir. elektrik.

Yanacaq elementi yanacaq və oksidləşdiricinin tələb olunan axını saxlanıldığı müddətcə davamlı olaraq elektrik enerjisi istehsal edə bilər. Bəzi yanacaq hüceyrələri cəmi bir neçə vat istehsal edir, digərləri isə bir neçə yüz kilovat istehsal edə bilir, daha kiçik batareyalar isə noutbuklarda və cib telefonlarında tapıla bilər, lakin yanacaq hüceyrələri evlər və bizneslər üçün elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən kiçik generatorlar olmaq üçün çox bahadır.

İHA üçün enerji təchizatı sisteminin tərkibi:

Yanacaq elementlərinin iqtisadi ölçüləri

Hidrogenin yanacaq mənbəyi kimi istifadəsi xeyli xərc tələb edir. Bu səbəbdən, hidrogen indi qeyri-iqtisadi bir mənbədir, xüsusən də digər daha ucuz mənbələrdən istifadə edilə bilər. Hidrogen hasilatı xərcləri onun hasil olunduğu resursların dəyərini əks etdirdiyi üçün dəyişə bilər.

Batareyanın yanacaq mənbələri

Yanacaq hüceyrələri ümumiyyətlə aşağıdakı kateqoriyalara bölünür: hidrogen yanacaq hüceyrələri, üzvi yanacaq hüceyrələri, metal yanacaq hüceyrələri və redoks batareyaları. Hidrogen yanacaq mənbəyi kimi istifadə edildikdə, əks hidroliz prosesi zamanı kimyəvi enerji elektrik enerjisinə çevrilərək tullantı kimi yalnız su və istilik verir. Hidrogen yanacaq hüceyrəsi çox aşağıdır, lakin hidrogen istehsalında az və ya çox yüksək ola bilər, xüsusən də qalıq yanacaqlardan istehsal olunarsa.

• - yanacaq hüceyrəsi batareyası,
• - Qısamüddətli pik yükləri örtmək üçün Li-Po bufer batareyası,
• - elektron nəzarət sistemi ,
• - sıxılmış hidrogenli silindrdən və ya bərk hidrogen mənbəyindən ibarət yanacaq sistemi.

Yanacaq sistemi gəmidə sıxılmış hidrogenin maksimum tədarükünü təmin etmək üçün yüksək möhkəmliyə malik yüngül silindrlər və reduktorlardan istifadə edir. Lazımi hidrogen axını təmin edən reduktorlarla müxtəlif standart ölçülü silindrlərdən (0,5 litrdən 25 litrə qədər) istifadə etməyə icazə verilir.

Hidrogen batareyaları iki kateqoriyaya bölünür: aşağı temperaturlu batareyalar və yüksək temperaturlu batareyalar, burada yüksək temperaturlu batareyalar birbaşa qalıq yanacaqlardan da istifadə edə bilər. Sonuncular neft və ya benzin, spirt və ya biokütlə kimi karbohidrogenlərdən ibarətdir.

Batareyalardakı digər yanacaq mənbələrinə spirtlər, sink, alüminium, maqnezium, ion məhlulları və bir çox karbohidrogenlər daxildir, lakin bunlarla məhdudlaşmır. Digər oksidləşdirici maddələrə hava, xlor və xlor dioksid daxildir, lakin bunlarla məhdudlaşmır. Hal-hazırda yanacaq elementlərinin bir neçə növü var.

İHA üçün enerji təchizatı sisteminin xüsusiyyətləri:

Hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan portativ şarj cihazları:

Hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan portativ şarj cihazları çəki və ölçülərinə görə dünyada mövcud və geniş istifadə olunan batareya doldurucuları ilə müqayisə edilə bilən kompakt cihazlardır.

Müasir dünyada geniş yayılmış portativ texnologiyanın mütəmadi olaraq doldurulması lazımdır. Ənənəvi portativ sistemlər mənfi temperaturda praktiki olaraq yararsızdır və öz funksiyalarını yerinə yetirdikdən sonra onlar da (elektrik şəbəkələri) istifadə edərək doldurulması tələb olunur, bu da onların səmərəliliyini və cihazın muxtariyyətini azaldır.

Hər bir dihidrogen molekulunda 2 elektron var. H ionu anoddan katoda keçir və elektron ötürüldükdə elektrik cərəyanı yaradır. Təyyarə üçün yanacaq hüceyrələri nə kimi görünə bilər? Bu gün yanacaq hüceyrəsi litium-ion hibrid akkumulyatorundan istifadə edərək təyyarələri sınaqdan keçirmək və uçurmaq üçün sınaqlar aparılır. Yanacaq elementinin əsl qazancı onun aşağı çəki bütövlüyündədir: daha yüngüldür, bu da təyyarənin çəkisini və buna görə də yanacaq sərfiyyatını azaltmağa kömək edir.

Ancaq hələ ki, yanacaq hüceyrəli təyyarə ilə uçmaq mümkün deyil, çünki onun hələ də bir çox çatışmazlıqları var. Yanacaq hüceyrəsinin şəkli. Yanacaq elementinin mənfi cəhətləri nələrdir? Əvvəla, hidrogen ümumi olsaydı, onun böyük miqdarda istifadəsi problemli olardı. Həqiqətən, o, təkcə Yer üzündə mövcud deyil. O, oksigen tərkibli suda, ammonyakda olur. Ona görə də onu əldə etmək üçün suyun elektrolizini aparmaq lazımdır və bu hələ geniş istifadə olunan üsul deyil.

Hidrogen yanacaq hüceyrəsi sistemləri yalnız kompakt yanacaq kartuşunun dəyişdirilməsini tələb edir, bundan sonra cihaz dərhal işə hazırdır.

Portativ şarj cihazlarının xüsusiyyətləri:

Hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan fasiləsiz enerji təchizatı:

Hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan fasiləsiz enerji təchizatı sistemləri ehtiyat enerji təchizatı və müvəqqəti enerji təchizatı təşkil etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Hidrogen yanacaq elementlərinə əsaslanan fasiləsiz enerji təchizatı sistemləri akkumulyatorlardan və dizel generatorlarından istifadə etməklə müvəqqəti və ehtiyat enerji təchizatının təşkili üçün ənənəvi həllərdən əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir.

Hidrogen qazdır və ona görə də saxlanması və daşınması çətindir. Hidrogenin istifadəsi ilə bağlı digər risk, çox tez alışan bir qaz olduğu üçün partlayış riskidir. Batareyanı geniş miqyasda istehsal etmək üçün təmin edən şey, istər neft, qaz və ya kömür, istərsə də nüvə enerjisi olsun, fərqli enerji mənbəyi tələb edir, bu da onun ekoloji tarazlığını kerosindən əhəmiyyətli dərəcədə pisləşdirir və yığın, platin, metal yaradır. hətta qızıldan daha nadir və qiymətli.

Yanacaq hüceyrəsi anodda yanacağın oksidləşməsi və katodda oksidləşdiricinin azaldılması ilə enerji təmin edir. Yanacaq hüceyrəsi prinsipinin kəşfi və elektrolit kimi kükürd turşusundan istifadə edən ilk laboratoriya tətbiqləri kimyaçı Uilyam Qruya aiddir.

Fasiləsiz enerji təchizatı sisteminin xüsusiyyətləri:

yanacaq hüceyrəsi- bu, qalvanik elementə bənzər bir elektrokimyəvi cihazdır, lakin ondan fərqlənir ki, elektrokimyəvi reaksiya üçün maddələr xaricdən ona qidalanır - qalvanik hüceyrədə və ya batareyada saxlanılan məhdud miqdarda enerjidən fərqli olaraq.

Həqiqətən, yanacaq hüceyrələrinin bəzi üstünlükləri var: dihidrogen və dioksiddən istifadə edənlər yalnız su buxarı buraxırlar: bu, təmiz texnologiyadır. Elektrolitin təbiətindən, yanacağın təbiətindən, birbaşa və ya dolayı oksidləşmədən, işləmə temperaturundan asılı olaraq bir neçə növ yanacaq elementi var.

Aşağıdakı cədvəl bu müxtəlif cihazların əsas xüsusiyyətlərini ümumiləşdirir. Bir neçə Avropa proqramı daha sabit və daha ucuz olan polibenzimidazol törəmələri kimi digər polimerləri axtarır. Batareyanın yığcamlığı 15-50 µm ölçülü membranlar, məsaməli karbon anodları və paslanmayan poladdan hazırlanmış bipolyar plitələr üçün də daimi problemdir. Bir tərəfdən hidrogendə milyonda bir neçə hissəyə bərabər olan karbonmonoksit izləri katalizator üçün əsl zəhərdir, digər tərəfdən isə polimerdə suyun idarə edilməsi zəruri olduğundan, ömrü də yaxşılaşdırmaq olar.

düyü. bir. Bəzi yanacaq hüceyrələri

Yanacaq elementləri böyük itkilərlə baş verən səmərəsiz yanma proseslərindən yan keçərək yanacağın kimyəvi enerjisini elektrik enerjisinə çevirir. Kimyəvi reaksiya nəticəsində hidrogen və oksigeni elektrikə çevirirlər. Bu proses nəticəsində su əmələ gəlir və böyük miqdarda istilik ayrılır. Yanacaq elementi doldurula bilən və sonra elektrik enerjisini saxlamaq üçün istifadə edilə bilən batareyaya çox bənzəyir. Yanacaq elementinin ixtiraçısı onu hələ 1839-cu ildə icad edən William R. Grove-dir. Bu yanacaq elementində elektrolit kimi sulfat turşusunun məhlulu, yanacaq kimi isə hidrogen oksidləşdirici mühitdə oksigenlə birləşərək istifadə edilmişdir. Yaxın vaxtlara qədər yanacaq elementləri yalnız laboratoriyalarda və kosmik gəmilərdə istifadə olunurdu.

Daxili yanma mühərrikləri və ya qaz, kömür, neft və s. ilə işləyən turbinlər kimi digər enerji generatorlarından fərqli olaraq, yanacaq elementləri yanacaq yandırmır. Bu, səs-küylü yüksək təzyiqli rotorların, yüksək egzoz səslərinin, vibrasiyaların olmaması deməkdir. Yanacaq hüceyrələri səssiz elektrokimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik enerjisi istehsal edir. Yanacaq elementlərinin başqa bir xüsusiyyəti yanacağın kimyəvi enerjisini birbaşa elektrik, istilik və suya çevirmələridir.

Yanacaq hüceyrələri yüksək səmərəlidir və karbon dioksid, metan və azot oksidi kimi böyük miqdarda istixana qazları istehsal etmir. Yanacaq elementləri tərəfindən buraxılan yeganə məhsullar buxar şəklində su və az miqdarda karbon dioksiddir, əgər təmiz hidrogen yanacaq kimi istifadə olunarsa, ümumiyyətlə buraxılmır. Yanacaq hüceyrələri montajlara, sonra isə fərdi funksional modullara yığılır.

Yanacaq hüceyrələrinin hərəkət edən hissələri yoxdur (ən azı hüceyrənin içərisində deyil) və buna görə də onlar Karnot qanununa tabe olmurlar. Yəni, onlar 50% -dən çox səmərəliliyə sahib olacaqlar və xüsusilə aşağı yüklərdə təsirli olurlar. Beləliklə, yanacaq elementi ilə işləyən avtomobillər real həyat şəraitində sürücülük şəraitində adi nəqliyyat vasitələrinə nisbətən daha çox yanacaq qənaət edə bilər (və artıq sübut edilmişdir).

Yanacaq hüceyrəsi bir avtomobildə elektrik mühərriki, işıqlandırma qurğuları və digər elektrik sistemlərini idarə etmək üçün istifadə edilə bilən DC elektrik cərəyanı yaradır.

İstifadə olunan kimyəvi proseslərdə fərqlənən bir neçə növ yanacaq elementi var. Yanacaq hüceyrələri adətən istifadə etdikləri elektrolit növünə görə təsnif edilir.

Bəzi yanacaq elementlərinin növləri elektrik stansiyalarında elektrik stansiyaları kimi istifadə üçün perspektivlidir, digərləri isə portativ qurğular və ya avtomobil sürmək üçün nəzərdə tutulub.

1. Qələvi yanacaq hüceyrələri (AFC)

Qələvi yanacaq hüceyrəsi- Bu, ilk işlənmiş elementlərdən biridir. Qələvi yanacaq hüceyrələri (ALFCs) 1960-cı illərin ortalarından bəri NASA tərəfindən Apollon və Space Shuttle proqramlarında istifadə edilən ən çox öyrənilmiş texnologiyalardan biridir. Bu kosmik gəminin göyərtəsində yanacaq hüceyrələri elektrik və içməli su istehsal edir.

Qələvi yanacaq elementləri elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən ən səmərəli elementlərdən biridir və enerji istehsalının səmərəliliyi 70%-ə çatır.

Qələvi yanacaq elementləri elektrolitdən, yəni məsaməli, stabilləşdirilmiş matrisdə olan kalium hidroksidinin sulu məhlulundan istifadə edir. Kalium hidroksidinin konsentrasiyası 65°C ilə 220°C arasında dəyişən yanacaq elementinin işləmə temperaturundan asılı olaraq dəyişə bilər. SFC-də yük daşıyıcısı katoddan anoda doğru hərəkət edən bir hidroksid ionudur (OH-), burada su və elektron istehsal etmək üçün hidrogenlə reaksiya verir. Anodda əmələ gələn su yenidən katoda doğru hərəkət edir və orada yenidən hidroksid ionları əmələ gətirir. Yanacaq hüceyrəsində baş verən bu reaksiyalar seriyası nəticəsində elektrik enerjisi və əlavə məhsul kimi istilik əmələ gəlir:

Anod reaksiyası: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

Katodda reaksiya: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

Sistemin ümumi reaksiyası: 2H2 + O2 => 2H2O

SFC-lərin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, bu yanacaq hüceyrələri ən ucuz istehsal olunur, çünki elektrodlara lazım olan katalizator digər yanacaq elementləri üçün katalizator kimi istifadə olunanlardan daha ucuz olan maddələrdən hər hansı biri ola bilər. Bundan əlavə, SFC-lər nisbətən aşağı temperaturda işləyir və ən səmərəliləri arasındadır.

SFC-nin xarakterik xüsusiyyətlərindən biri onun yanacaq və ya havada ola bilən CO2-yə yüksək həssaslığıdır. CO2 elektrolitlə reaksiya verir, onu tez zəhərləyir və yanacaq elementinin səmərəliliyini xeyli azaldır. Buna görə də, SFC-lərin istifadəsi kosmos və sualtı nəqliyyat vasitələri kimi qapalı məkanlarla məhdudlaşır, onlar təmiz hidrogen və oksigen üzərində işləyirlər.

2. Karbonat ərimə yanacaq elementləri (MCFC)

Ərinmiş karbonat elektrolitli yanacaq hüceyrələri yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələridir. Yüksək iş temperaturu yanacaq prosessoru olmadan təbii qazdan və texnoloji yanacaqlardan və digər mənbələrdən aşağı kalorili yanacaq qazından birbaşa istifadə etməyə imkan verir. Bu proses 1960-cı illərin ortalarında inkişaf etdirildi. O vaxtdan bəri istehsal texnologiyası, performans və etibarlılıq təkmilləşdirilmişdir.

RCFC-nin işləməsi digər yanacaq elementlərindən fərqlidir. Bu hüceyrələr ərimiş karbonat duzlarının qarışığından elektrolitdən istifadə edirlər. Hal-hazırda iki növ qarışıq istifadə olunur: litium karbonat və kalium karbonat və ya litium karbonat və natrium karbonat. Karbonat duzlarını əritmək və elektrolitdə ionların yüksək dərəcədə hərəkətliliyinə nail olmaq üçün ərimiş karbonat elektroliti olan yanacaq elementləri yüksək temperaturda (650°C) işləyir. Effektivlik 60-80% arasında dəyişir.

650°C temperatura qədər qızdırıldıqda duzlar karbonat ionları (CO32-) üçün keçirici olur. Bu ionlar su, karbon qazı və sərbəst elektronlar əmələ gətirmək üçün hidrogenlə birləşərək katoddan anoda keçir. Bu elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda geri göndərilir, əlavə məhsul kimi elektrik cərəyanı və istilik əmələ gətirir.

Anod reaksiyası: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

Katodda reaksiya: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

Ümumi element reaksiyası: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katod) => H2O(g) + CO2(anod)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq elementlərinin yüksək iş temperaturu müəyyən üstünlüklərə malikdir. Üstünlük standart materiallardan (paslanmayan polad təbəqə və elektrodlarda nikel katalizatoru) istifadə etmək imkanıdır. Tullantı istilik yüksək təzyiqli buxar istehsal etmək üçün istifadə edilə bilər. Elektrolitdə yüksək reaksiya temperaturu da öz üstünlüklərinə malikdir. Yüksək temperaturun istifadəsi optimal iş şəraitinə çatmaq üçün uzun müddət tələb edir və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Bu xüsusiyyətlər daimi güc şəraitində ərimiş karbonat elektrolitli yanacaq hüceyrəsi sistemlərinin istifadəsinə imkan verir. Yüksək temperatur yanacaq elementinin dəm qazı ilə zədələnməsinin qarşısını alır, "zəhərlənmə" və s.

Ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələri böyük stasionar qurğularda istifadə üçün uygundur. İstehsal gücü 2,8 MVt olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

3. Fosfor turşusuna əsaslanan yanacaq hüceyrələri (PFC)

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri kommersiya istifadəsi üçün ilk yanacaq hüceyrələri oldu. Bu proses XX əsrin 60-cı illərinin ortalarında inkişaf etdirilmiş, sınaqlar XX əsrin 70-ci illərindən həyata keçirilmişdir. Nəticədə sabitlik və performans artdı və xərclər azaldı.

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri 100% -ə qədər konsentrasiyası olan ortofosfor turşusu (H3PO4) əsasında elektrolitdən istifadə edir. Fosfor turşusunun ion keçiriciliyi aşağı temperaturda aşağı olur, buna görə də bu yanacaq elementləri 150-220 ° C-ə qədər olan temperaturda istifadə olunur.

Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı hidrogendir (H+, proton). Bənzər bir proses, anoda verilən hidrogenin protonlara və elektronlara bölündüyü proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələrində (MEFC) baş verir. Protonlar elektrolitdən keçir və katodda havadan oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi boyunca yönəldilir və elektrik cərəyanı yaranır. Aşağıda elektrik və istilik əmələ gətirən reaksiyalar verilmişdir.

Anod reaksiyası: 2H2 => 4H+ + 4e

Katodda reaksiya: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

Ümumi element reaksiyası: 2H2 + O2 => 2H2O

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələrinin səmərəliliyi elektrik enerjisi istehsal edərkən 40% -dən çoxdur. İstilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında ümumi səmərəlilik təxminən 85% təşkil edir. Bundan əlavə, iş temperaturu nəzərə alınmaqla, tullantı istiliyi atmosfer təzyiqində suyu qızdırmaq və buxar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

İstilik elektrik stansiyalarının istilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında fosfor (ortofosfor) turşusuna əsaslanan yanacaq elementlərindəki yüksək göstəriciləri bu tip yanacaq elementlərinin üstünlüklərindən biridir. Zavodlar təxminən 1,5% konsentrasiyada dəm qazından istifadə edirlər ki, bu da yanacaq seçimini xeyli genişləndirir. Sadə tikinti, aşağı elektrolit dəyişkənliyi və artan sabitlik də belə yanacaq elementlərinin üstünlükləridir.

Çıxış gücü 400 kVt-a qədər olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. 11 MVt gücündə qurğular müvafiq sınaqlardan keçib. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

4. Proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrələri (MOFEC)

Proton mübadiləsi membranı olan yanacaq hüceyrələri benzin və dizel daxili yanma mühərriklərini əvəz edə bilən avtomobillərin enerji istehsalı üçün ən yaxşı yanacaq elementləri növü hesab olunur. Bu yanacaq hüceyrələri ilk dəfə NASA tərəfindən Əkizlər proqramı üçün istifadə edilmişdir. MOPFC-də 1 Vt-dan 2 kVt-a qədər gücə malik qurğular hazırlanmış və göstərilmişdir.

Bu yanacaq hüceyrələrindəki elektrolit bərk polimer membrandır (nazik plastik film). Su ilə hopdurulduqda, bu polimer protonları keçir, lakin elektronları keçirmir.

Yanacaq hidrogen, yük daşıyıcısı isə hidrogen ionudur (proton). Anodda hidrogen molekulu hidrogen ionuna (proton) və elektronlara ayrılır. Hidrogen ionları elektrolitdən katoda keçir, elektronlar isə xarici dairədə hərəkət edərək elektrik enerjisi əmələ gətirir. Havadan alınan oksigen katoda qidalanır və elektronlar və hidrogen ionları ilə birləşərək su əmələ gətirir. Elektrodlarda aşağıdakı reaksiyalar baş verir: Anod reaksiyası: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4eKatod reaksiyası: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH Ümumi hüceyrə reaksiyası: 2H2 + O2 => 2H2O Digər yanacaq elementləri, yanacaq elementləri ilə müqayisədə proton mübadiləsi membranı ilə yanacaq hüceyrəsinin müəyyən bir həcmi və ya çəkisi üçün daha çox enerji istehsal edir. Bu xüsusiyyət onlara yığcam və yüngül olmağa imkan verir. Bundan əlavə, işləmə temperaturu 100 ° C-dən azdır, bu da tez bir zamanda işə başlamağa imkan verir. Bu xüsusiyyətlər, eləcə də enerji çıxışını sürətlə dəyişmək qabiliyyəti bu yanacaq hüceyrələrini avtomobillərdə istifadə üçün əsas namizəd edən xüsusiyyətlərdən yalnız bir neçəsidir.

Digər bir üstünlük, elektrolitin maye deyil, bərk olmasıdır. Katodda və anodda qazları bərk elektrolitlə saxlamaq daha asandır, ona görə də belə yanacaq hüceyrələrinin istehsalı daha ucuz başa gəlir. Bərk elektrolitdən istifadə edərkən, oriyentasiya kimi heç bir çətinlik yoxdur və hüceyrənin və onun komponentlərinin davamlılığını artıran korroziya baş verdiyi üçün daha az problem var.

5. Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC)

Bərk oksid yanacaq hüceyrələriən yüksək işləmə temperaturu olan yanacaq hüceyrələridir. İşləmə temperaturu 600 ° C-dən 1000 ° C-ə qədər dəyişə bilər ki, bu da xüsusi əvvəlcədən təmizlənmədən müxtəlif növ yanacağın istifadəsinə imkan verir. Bu yüksək temperaturları idarə etmək üçün istifadə olunan elektrolit nazik keramika əsaslı bərk metal oksiddir, tez-tez oksigen (O2-) ionlarının keçiricisi olan itrium və sirkonium ərintisi. Bərk oksid yanacaq elementlərindən istifadə texnologiyası 1950-ci illərin sonlarından etibarən inkişaf etdirilir və iki konfiqurasiyaya malikdir: planar və boru.

Bərk elektrolit bir elektroddan digərinə hermetik qaz keçidini təmin edir, maye elektrolitlər isə məsaməli substratda yerləşir. Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı oksigen ionudur (О2-). Katodda oksigen molekulları havadan oksigen ionuna və dörd elektrona ayrılır. Oksigen ionları elektrolitdən keçir və hidrogenlə birləşərək dörd sərbəst elektron əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə yönəldilir, elektrik cərəyanı və tullantı istilik əmələ gətirir.

Anod reaksiyası: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Katodda reaksiya: O2 + 4e- => 2O2-

Ümumi element reaksiyası: 2H2 + O2 => 2H2O

Elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyi bütün yanacaq elementləri arasında ən yüksəkdir - təxminən 60%. Bundan əlavə, yüksək iş temperaturu yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istilik və enerjinin birgə istehsalına imkan verir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementinin turbinlə birləşdirilməsi elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyini 70%-ə qədər artırmaq üçün hibrid yanacaq elementi yaradır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda (600°C-1000°C) işləyir, nəticədə optimal iş şəraitinə çatmaq üçün əhəmiyyətli vaxt olur və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Belə yüksək iş temperaturunda yanacaqdan hidrogeni bərpa etmək üçün heç bir çevirici tələb olunmur, bu da istilik elektrik stansiyasının kömürün qazlaşdırılmasından və ya tullantı qazlarından və s. Həmçinin, bu yanacaq elementi sənaye və böyük mərkəzi elektrik stansiyaları da daxil olmaqla yüksək güc tətbiqləri üçün əladır. Çıxış elektrik gücü 100 kVt olan sənaye istehsalı modulları.

6. Birbaşa metanol oksidləşməsi olan yanacaq hüceyrələri (DOMTE)

Birbaşa metanol oksidləşməsi ilə yanacaq hüceyrələri mobil telefonların, noutbukların enerji təchizatı sahəsində, eləcə də portativ enerji mənbələrinin yaradılmasında uğurla istifadə olunur ki, bu da belə elementlərin gələcəkdə istifadəsi məqsədi daşıyır.

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq hüceyrələrinin quruluşu proton mübadiləsi membranı (MOFEC) olan yanacaq hüceyrələrinin quruluşuna bənzəyir, yəni. elektrolit kimi polimerdən, yükdaşıyıcı kimi isə hidrogen ionundan (proton) istifadə olunur. Lakin maye metanol (CH3OH) anodda suyun iştirakı ilə oksidləşir, xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə göndərilən CO2, hidrogen ionları və elektronları buraxır və elektrik cərəyanı yaranır. Hidrogen ionları elektrolitdən keçir və havadan oksigenlə və xarici dövrədən gələn elektronlarla reaksiyaya girərək anodda su əmələ gətirir.

Anod reaksiyası: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6eKatod reaksiyası: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O Ümumi element reaksiyası: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O 1990-cı illər və onların xüsusi gücü və səmərəliliyi artırıldı 40%-ə qədər.

Bu elementlər 50-120°C temperatur intervalında sınaqdan keçirilmişdir. Aşağı iş temperaturu və çeviriciyə ehtiyac olmadığı üçün bu yanacaq elementləri cib telefonlarında və digər istehlak məhsullarında, eləcə də avtomobil mühərriklərində tətbiqlər üçün ən yaxşı namizəddir. Onların üstünlüyü də kiçik ölçülərdir.

7. Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri (PETE)

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri vəziyyətində, polimer membran su ionlarının H2O+ (proton, qırmızı) keçiriciliyinin su molekuluna bağlandığı su bölgələri olan polimer liflərdən ibarətdir. Su molekulları yavaş ion mübadiləsi səbəbindən problem yaradır. Buna görə də, həm yanacaqda, həm də iş temperaturunu 100 ° C-ə qədər məhdudlaşdıran egzoz elektrodlarında yüksək su konsentrasiyası tələb olunur.

8. Bərk turşu yanacaq hüceyrələri (SCFC)

Bərk turşu yanacaq hüceyrələrində elektrolitdə (CsHSO4) su yoxdur. Buna görə işləmə temperaturu 100-300 ° C-dir. SO42-oksianionların fırlanması protonların (qırmızı) şəkildə göstərildiyi kimi hərəkət etməsinə imkan verir. Tipik olaraq, bərk turşu yanacaq hüceyrəsi yaxşı təmas təmin etmək üçün iki sıx sıxılmış elektrod arasında çox nazik qatı turşu birləşməsinin sıxıldığı sendviçdir. Qızdırıldıqda, üzvi komponent yanacaq (və ya hüceyrənin digər ucunda oksigen), elektrolit və elektrodlar arasında çoxsaylı təmas qabiliyyətini saxlayaraq, elektrodlardakı məsamələri tərk edərək buxarlanır.

9. Yanacaq elementlərinin ən mühüm xüsusiyyətlərinin müqayisəsi

10. Avtomobillərdə yanacaq elementlərinin istifadəsi

Mən doldurucu şlanq fitinqini yanacaq doldurucunun boğazına daxil edirəm və əlaqəni möhürləmək üçün onu yarım döndərirəm. Dəyişdirici düymənin kliklənməsi və yanacaqdoldurma məntəqəsindəki böyük h3 yazısı olan LED-in yanıb-sönməsi yanacaq doldurmanın başlandığını göstərir. Bir dəqiqə - və tank doludur, gedə bilərsiniz!

Zərif bədən konturları, ultra aşağı asqılar, aşağı profilli sürüşmələr əsl yarış cinsini bəxş edir. Şəffaf örtük vasitəsilə siz boru kəmərlərinin və kabellərin incəliklərini görə bilərsiniz. Haradasa mən artıq oxşar bir həll görmüşəm ... Bəli, Audi R8-də mühərrik arxa pəncərədən də görünür. Amma Audi-də bu ənənəvi benzindir və bu avtomobil hidrogenlə işləyir. BMW Hydrogen 7 kimi, lakin sonuncudan fərqli olaraq burada daxili yanma mühərriki yoxdur. Yalnız hərəkət edən hissələr sükan çarxı və elektrik mühərrikinin rotorudur. Və bunun üçün enerji yanacaq hüceyrəsi tərəfindən təmin edilir. Bu avtomobil yanacaq elementlərinin hazırlanması və istehsalı üzrə ixtisaslaşan Sinqapurun Horizon Fuel Cell Technologies şirkəti tərəfindən buraxılıb. 2009-cu ildə Britaniya şirkəti Riversimple artıq Horizon Fuel Cell Technologies yanacaq elementləri ilə işləyən şəhər hidrogen avtomobilini təqdim etdi. Oxford və Cranfield Universitetləri ilə əməkdaşlıqda hazırlanmışdır. Lakin Horizon H-racer 2.0 solo inkişafdır.

Yanacaq hüceyrəsi katalizator təbəqəsi ilə örtülmüş və proton mübadiləsi membranı ilə ayrılmış iki məsaməli elektroddan ibarətdir. Anod katalizatorunda hidrogen protonlara və elektronlara çevrilir, bunlar anod və xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda gəlir, burada hidrogen və oksigen yenidən birləşərək su əmələ gətirir.

"Get!" – Qaqarin üslubunda baş redaktor dirsəyi ilə məni dürplayır. Ancaq o qədər də sürətli deyil: əvvəlcə yanacaq hüceyrəsini qismən yüklə "istiləşdirmək" lazımdır. Mən keçid açarını "istiləşmə" rejiminə ("istiləşmə") keçirirəm və ayrılmış vaxtı gözləyirəm. Sonra hər ehtimala qarşı çəni tam doldururam. İndi gedək: mühərriklə rəvan səslənən maşın irəliləyir. Dinamikası təsir edicidir, baxmayaraq ki, elektrik avtomobilindən başqa nə gözləmək olar - an istənilən sürətlə sabitdir. Uzun müddət olmasa da - tam bir hidrogen çəni cəmi bir neçə dəqiqə davam edir (Horizon yaxın gələcəkdə hidrogenin təzyiqli qaz kimi saxlanmadığı, lakin adsorberdə məsaməli material tərəfindən saxlanılan yeni versiyanı buraxacağını vəd edir) . Bəli və o, açıq şəkildə idarə olunur, çox yaxşı deyil - pultda yalnız iki düymə var. Ancaq hər halda, təəssüf ki, bu, bizə 150 ​​dollara başa gələn yalnız radio ilə idarə olunan oyuncaqdır. Biz elektrik stansiyası kimi əsl yanacaq hüceyrəli avtomobil sürməkdən çəkinməzdik.

Sərt korpusun içərisində elastik rezin konteyner olan tank yanacaq doldurarkən uzanır və yanacaq nasosu kimi işləyir, hidrogeni yanacaq hüceyrəsinə "sıxır". Tankı "doldurmamaq" üçün fitinqlərdən biri plastik boru ilə təcili təzyiq relyef klapanına bağlanır.

Doldurma sütunu

Özün et

Horizon H-racer 2.0 SKD (özünüzü düzəldin) dəsti kimi gəlir, siz onu, məsələn, Amazon-da ala bilərsiniz. Bununla belə, onu yığmaq çətin deyil - sadəcə yanacaq elementini yerinə qoyun və vintlər ilə bərkidin, şlanqları hidrogen çəninə, yanacaq hüceyrəsinə, doldurucu boyuna və qəza klapanına birləşdirin və yalnız yuxarı gövdəni qoymaq qalır. ön və arxa bamperləri unutmadan yerində. Dəst suyun elektrolizi ilə hidrogeni qəbul edən yanacaqdoldurma məntəqəsi ilə təchiz edilmişdir. O, iki AA batareyası ilə işləyir və enerjinin tamamilə "təmiz" olmasını istəyirsinizsə - günəş panellərindən (onlar da daxildir).

www.popmech.ru

Öz əlinizlə bir yanacaq hüceyrəsini necə etmək olar?

Əlbəttə ki, yanacaqsız sistemlərin fasiləsiz işləməsini təmin etmək probleminin ən sadə həlli hidravlik və ya hər hansı digər əsasda hazır ikinci dərəcəli enerji mənbəyini almaqdır, lakin bu vəziyyətdə, əlbəttə ki, qarşısını almaq mümkün olmayacaqdır. əlavə xərclər və bu prosesdə yaradıcı düşüncənin uçuşu üçün hər hansı ideyanı nəzərdən keçirmək olduqca çətindir. Bundan əlavə, öz əlinizlə bir yanacaq hüceyrəsi düzəltmək ilk baxışdan düşündüyünüz qədər çətin deyil və istəsəniz, hətta ən təcrübəsiz usta da işin öhdəsindən gələ bilər. Bundan əlavə, xoş bir bonusdan daha çox, bu elementi yaratmaq üçün aşağı xərclər olacaq, çünki bütün faydalarına və əhəmiyyətinə baxmayaraq, mövcud doğaçlama vasitələri ilə əldə etmək tamamilə təhlükəsiz olacaqdır.

Eyni zamanda, tapşırığı yerinə yetirməzdən əvvəl nəzərə alınmalı olan yeganə nüans odur ki, öz əllərinizlə son dərəcə aşağı gücə malik bir cihaz edə bilərsiniz və daha inkişaf etmiş və mürəkkəb qurğuların həyata keçirilməsi hələ də ixtisaslı mütəxəssislərə həvalə edilməlidir. . İşin qaydasına və hərəkətlərin ardıcıllığına gəldikdə, ilk növbədə iş tamamlanmalıdır, bunun üçün qalın divarlı pleksiglasdan (ən azı 5 santimetr) istifadə etmək yaxşıdır. Korpusun divarlarını yapışdırmaq və daxili arakəsmələri quraşdırmaq üçün daha incə pleksiglasdan istifadə etmək daha yaxşıdır (3 millimetr kifayətdir), iki kompozit yapışqan istifadə etmək idealdır, baxmayaraq ki, güclü istəklə yüksək keyfiyyətli lehimləmə edilə bilər. aşağıdakı nisbətlərdən istifadə edərək müstəqil olaraq həyata keçirilir: 100 qram xloroform üçün - eyni pleksiglasdan 6 qram talaş.

Bu vəziyyətdə, proses yalnız başlıq altında aparılmalıdır. Kassanı sözdə drenaj sistemi ilə təchiz etmək üçün onun ön divarında diqqətlə bir deşik qazmaq lazımdır, diametri rezin tıxacın ölçülərinə tam uyğun olacaq, bu da bir növ conta rolunu oynayır. qutu və şüşə drenaj borusu. Borunun özünün ölçülərinə gəldikdə, onun enini beş və ya altı millimetrə bərabər təmin etmək idealdır, baxmayaraq ki, hamısı dizayn edilən strukturun növündən asılıdır. Çox güman ki, bu məqalənin potensial oxucuları yanacaq hüceyrəsi hazırlamaq üçün zəruri elementlər siyahısında sadalanan köhnə qaz maskası ilə bir qədər təəccüblənəcəklər. Bu arada, bu cihazın bütün faydası onun respirator bölmələrində yerləşən və sonradan elektrod kimi istifadə oluna bilən aktivləşdirilmiş karbondadır.

Tozlu bir tutarlılıqdan danışdığımız üçün dizaynı yaxşılaşdırmaq üçün sizə neylon corablara ehtiyacınız olacaq, ondan asanlıqla bir çanta düzəldə və orada kömür qoya bilərsiniz, əks halda sadəcə çuxurdan töküləcəkdir. Paylanma funksiyasına gəlincə, yanacaq birinci kamerada cəmlənir, yanacaq elementinin normal işləməsi üçün lazım olan oksigen isə əksinə, sonuncu, beşinci bölmədə dövr edəcəkdir. Elektrodlar arasında yerləşən elektrolitin özü xüsusi bir həll ilə (125 ilə 2 mililitr nisbətində parafinli benzin) hopdurulmalıdır və bu, hava elektroliti dördüncü bölməyə yerləşdirilməzdən əvvəl də edilməlidir. Düzgün keçiriciliyi təmin etmək üçün kömürün üstünə əvvəlcədən lehimli naqilləri olan mis plitələr qoyulur, bunun vasitəsilə elektrodlardan elektrik ötürüləcəkdir.

Dizaynın bu mərhələsi etibarlı şəkildə son hesab edilə bilər, bundan sonra hazır cihaz doldurulur, bunun üçün elektrolit lazımdır. Onu hazırlamaq üçün etil spirtinin bərabər hissələrini distillə edilmiş su ilə qarışdırmaq və bir stəkan maye üçün 70 qram nisbətində kaustik kaliumun tədricən tətbiqinə davam etmək lazımdır. İstehsal edilən cihazın ilk sınağı pleksiglas gövdənin birinci (yanacaq mayesi) və üçüncü (etil spirti və kaustik kaliumdan hazırlanmış elektrolit) qablarının eyni vaxtda doldurulmasından ibarətdir.

www.uznay-kak.ru

Hidrogen yanacaq hüceyrələri | LAVENT

Uzun müddət sizə Alfaintek şirkətinin başqa bir istiqaməti haqqında danışmaq istədim. Bu, hidrogen yanacaq elementlərinin inkişafı, satışı və xidmətidir. Rusiyada bu yanacaq elementləri ilə bağlı vəziyyəti dərhal izah etmək istəyirəm.

Kifayət qədər yüksək qiymətə və bu yanacaq elementlərini doldurmaq üçün hidrogen stansiyalarının tam olmamasına görə onların Rusiyada satışı gözlənilmir. Buna baxmayaraq, Avropada, xüsusən Finlandiyada bu yanacaq elementləri hər il populyarlıq qazanır. Bunun sirri nədir? Görək. Bu cihaz ekoloji cəhətdən təmiz, istifadəsi asan və səmərəlidir. Elektrik enerjisinə ehtiyacı olan bir insanın köməyinə gəlir. Onu özünüzlə yolda, gəzintidə götürə bilərsiniz, ölkədə, mənzildə avtonom elektrik mənbəyi kimi istifadə edə bilərsiniz.

Yanacaq hüceyrəsindəki elektrik enerjisi silindrdəki hidrogenin metal hidrid və havadan oksigenlə kimyəvi reaksiyası nəticəsində əmələ gəlir. Silindr partlayıcı deyil və şkafınızda illərlə qanadlarda gözləyə bilər. Bu, bəlkə də, bu hidrogen saxlama texnologiyasının əsas üstünlüklərindən biridir. Məhz hidrogenin saxlanması hidrogen yanacağının hazırlanmasında əsas problemlərdən biridir. Hidrogeni təhlükəsiz, sakit və emissiyasız şəkildə adi elektrik enerjisinə çevirən unikal yeni yüngül yanacaq elementləri.

Bu tip elektrik enerjisi mərkəzi elektrik enerjisi olmayan yerlərdə və ya təcili enerji mənbəyi kimi istifadə edilə bilər.

Doldurulmalı və eyni zamanda doldurulma prosesi zamanı elektrik enerjisi istehlakçısından ayrılan adi akkumulyatorlardan fərqli olaraq, yanacaq elementi “ağıllı” cihaz kimi işləyir. Bu texnologiya yanacaq çənini dəyişdirərkən gücün saxlanılması unikal funksiyası sayəsində bütün istifadə müddəti ərzində fasiləsiz enerji təmin edir ki, bu da istifadəçiyə heç vaxt istehlakçını söndürməyə imkan verir. Qapalı vəziyyətdə, yanacaq hüceyrələri hidrogen itirmədən və gücünü azaltmadan bir neçə il saxlanıla bilər.

Yanacaq elementi alim və tədqiqatçılar, hüquq-mühafizə orqanları, xilasedicilər, gəmi və marina sahibləri və fövqəladə hallarda etibarlı enerji mənbəyinə ehtiyacı olan hər kəs üçün nəzərdə tutulub. Siz 12 volt və ya 220 volt bir gərginlik əldə edə bilərsiniz və sonra televizor, stereo sistem, soyuducu, qəhvə dəmləyən, çaydan, tozsoran, qazma, mikro soba və digər elektrik cihazlarından istifadə etmək üçün kifayət qədər enerjiniz olacaq.

Hidrosel yanacaq hüceyrələri tək vahid və ya 2-4 hüceyrədən ibarət batareyalar kimi satıla bilər. Gücü artırmaq və ya cərəyanı artırmaq üçün iki və ya dörd element birləşdirilə bilər.

YANacaq HALETLƏRİ OLAN MƏŞİT MEŞHATLARININ İŞ MÜDDƏTİ

* - davamlı iş

Yanacaq elementləri xüsusi hidrogen stansiyalarında tam doldurulur. Bəs siz onlardan uzaqda səyahət edirsinizsə və doldurmaq üçün heç bir yol yoxdursa? Xüsusilə belə hallar üçün Alfaintek mütəxəssisləri yanacaq hüceyrələrinin daha uzun müddət işləyəcəyi hidrogenin saxlanması üçün silindrlər hazırladılar.

İki növ silindr istehsal olunur: NS-MN200 və NS-MN1200. Yığılmış NS-MN200 Coca-Cola qutusundan bir qədər böyük ölçüyə malikdir, o, 40Ah (12V) gücünə uyğun gələn 230 litr hidrogen tutur və yalnız ağırlığındadır. 2,5 kq. NS-MH1200 metal hidridli silindr 220Ah (12V) gücünə uyğun gələn 1200 litr hidrogen saxlayır. Silindr çəkisi 11 kq-dır.

Metal hidrid texnikası hidrogeni saxlamaq, daşımaq və istifadə etmək üçün təhlükəsiz və asan bir yoldur. Metal hidrid kimi saxlandıqda, hidrogen qaz şəklində deyil, kimyəvi birləşmə şəklində olur. Bu üsul kifayət qədər yüksək enerji sıxlığı əldə etməyə imkan verir. Metal hidriddən istifadənin üstünlüyü silindr daxilindəki təzyiqin cəmi 2-4 bar olmasıdır.Balon partlayıcı deyil və maddənin həcmini azaltmadan illərlə saxlanıla bilər. Hidrogen metal hidrid kimi saxlandığı üçün silindrdən alınan hidrogenin təmizliyi çox yüksəkdir, 99,999%. Metal hidrid şəklində hidrogen saxlama silindrləri yalnız HC 100,200,400 yanacaq elementləri ilə deyil, həm də təmiz hidrogenə ehtiyac duyulan digər hallarda da istifadə edilə bilər. Silindrlər yanacaq hüceyrəsinə və ya sürətli birləşdiricisi və çevik şlanqı olan digər cihaza asanlıqla qoşula bilər.

Təəssüf ki, bu yanacaq elementləri Rusiyada satılmır. Amma bizim əhali arasında onlara ehtiyacı olan o qədər insan var. Yaxşı, gözləyək və görək, siz baxın və bizdə olacaq. Bu arada dövlətin tətbiq etdiyi enerjiyə qənaət edən lampaları alacağıq.

P.S. Deyəsən, mövzu nəhayət unudulub. Bu yazı yazıldıqdan bu qədər illər keçsə də, heç nə çıxmadı. Ola bilsin, təbii ki, mən hər yerə baxmıram, amma gözümə gələn heç də xoşagələn deyil. Texnologiya və ideya yaxşıdır, lakin inkişaf hələ tapılmayıb.

lavent.ru

Yanacaq hüceyrəsi bu gün başlayan gələcəkdir!

21-ci əsrin əvvəlləri ekologiyanı ən vacib dünya vəzifələrindən biri hesab edir. Və indiki şəraitdə diqqət yetirilməli olan ilk şey alternativ enerji mənbələrinin axtarışı və istifadəsidir. Məhz onlar bizi əhatə edən ətraf mühitin çirklənməsinin qarşısını almağa, eləcə də karbohidrogen əsaslı yanacağın davamlı olaraq artan qiymətindən tamamilə imtina etməyə qadirdirlər.

Artıq bu gün günəş batareyaları və külək turbinləri kimi enerji mənbələrindən istifadə edilmişdir. Ancaq təəssüf ki, onların çatışmazlığı hava şəraitindən, eləcə də mövsüm və günün vaxtından asılılıqla əlaqələndirilir. Bu səbəbdən onların kosmonavtika, təyyarə və avtomobil sənayesində istifadəsindən tədricən imtina edilir və stasionar istifadə üçün onlar ikinci dərəcəli enerji mənbələri - akkumulyatorlarla təchiz edilir.

Bununla belə, ən yaxşı həll yanacaq elementidir, çünki daimi enerjinin doldurulmasını tələb etmir. Bu, müxtəlif növ yanacaqları (benzin, spirt, hidrogen və s.) emal etmək və birbaşa elektrik enerjisinə çevirmək qabiliyyətinə malik bir cihazdır.

Yanacaq hüceyrəsi aşağıdakı prinsipə əsasən işləyir: yanacaq xaricdən verilir, oksigenlə oksidləşir və bu halda ayrılan enerji elektrik enerjisinə çevrilir. Bu əməliyyat prinsipi demək olar ki, əbədi işləməyi təmin edir.

19-cu əsrin sonlarından başlayaraq elm adamları yanacaq elementini birbaşa tədqiq edir və daim onun yeni modifikasiyalarını inkişaf etdirirdilər. Beləliklə, bu gün iş şəraitindən asılı olaraq qələvi və ya qələvi (AFC), birbaşa borhidrat (DBFC), elektro-galvanik (EGFC), birbaşa metanol (DMFC), sink-hava (ZAFC), mikrob (MFC), qarışqa turşusu (DFAFC) və metal hidrid (MHFC) modelləri də məlumdur.

Ən perspektivlilərdən biri hidrogen yanacaq elementidir. Elektrik stansiyalarında hidrogenin istifadəsi enerjinin əhəmiyyətli dərəcədə sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur və belə bir cihazın işlənməsi ətraf mühit üçün heç bir təhlükə yaratmayan təmiz su buxarı və ya içməli sudur.

Bu tip yanacaq elementlərinin kosmik gəmilərdə uğurla sınaqdan keçirilməsi son vaxtlar elektronika və müxtəlif avadanlıq istehsalçıları arasında böyük maraq doğurmuşdur. Məsələn, PolyFuel noutbuklar üçün miniatür hidrogen yanacaq elementini təqdim etdi. Ancaq belə bir cihazın çox yüksək qiyməti və onun maneəsiz yanacaq doldurma çətinliyi sənaye istehsalını və geniş yayılmasını məhdudlaşdırır. Honda həmçinin 10 ildən artıqdır ki, avtomobil yanacaq elementləri istehsal edir. Lakin bu nəqliyyat növü satışa çıxarılmır, yalnız şirkət işçilərinin rəsmi istifadəsi üçün nəzərdə tutulub. Avtomobillər mühəndislərin nəzarəti altındadır.

Çoxları öz əlinizlə bir yanacaq hüceyrəsini yığmağın mümkün olub-olmadığını maraqlandırır. Axı, evdə hazırlanmış bir cihazın əhəmiyyətli bir üstünlüyü sənaye modelindən fərqli olaraq kiçik bir investisiya olacaqdır. Miniatür bir model üçün sizə 30 sm platin örtüklü nikel məftil, kiçik bir plastik və ya ağac parçası, 9 voltluq batareya üçün klip və batareyanın özü, şəffaf yapışan lent, bir stəkan su və bir voltmetr lazımdır. Belə bir cihaz işin mahiyyətini görməyə və başa düşməyə imkan verəcək, lakin, əlbəttə ki, avtomobil üçün elektrik enerjisi istehsal etmək üçün işləməyəcəkdir.

fb.ru

Hidrogen yanacaq hüceyrələri: bir az tarix | hidrogen

Bizim dövrümüzdə ənənəvi enerji ehtiyatlarının çatışmazlığı və onlardan istifadə nəticəsində bütövlükdə planetin ekologiyasının pisləşməsi problemi xüsusilə aktualdır. Məhz buna görə də son illərdə karbohidrogen yanacağının potensial perspektivli əvəzedicilərinin işlənib hazırlanmasına əhəmiyyətli maliyyə və intellektual resurslar sərf edilmişdir. Hidrogen çox yaxın gələcəkdə belə bir əvəzedici ola bilər, çünki onun elektrik stansiyalarında istifadəsi böyük miqdarda enerjinin buraxılması ilə müşayiət olunur və işlənmiş qazlar su buxarıdır, yəni ətraf mühit üçün təhlükə yaratmır.

Hidrogen əsaslı yanacaq elementlərinin tətbiqində hələ də mövcud olan bəzi texniki çətinliklərə baxmayaraq, bir çox avtomobil istehsalçıları texnologiyanın vədlərini yüksək qiymətləndirdilər və artıq aktiv şəkildə hidrogendən əsas yanacaq kimi istifadə edə bilən kütləvi istehsal olunan avtomobillərin prototiplərini inkişaf etdirirlər. Hələ 2011-ci ildə Daimler AG hidrogen elektrik stansiyaları ilə konseptual Mercedes-Benz modellərini təqdim etdi. Bundan əlavə, Koreyanın Hyndayi şirkəti artıq elektrik avtomobilləri hazırlamaq fikrində olmadığını və bütün səylərini sərfəli hidrogen avtomobilinin hazırlanmasına yönəldəcəyini rəsmən bəyan edib.

Hidrogendən yanacaq kimi istifadə ideyası çoxları üçün vəhşi olmasa da, çoxu hidrogen yanacaq hüceyrələrinin necə işlədiyini və onlar haqqında nəyin diqqətəlayiq olduğunu başa düşmür.

Texnologiyanın əhəmiyyətini anlamaq üçün hidrogen yanacaq hüceyrələrinin tarixinə müraciət etməyi təklif edirik.

Yanacaq hüceyrəsində hidrogendən istifadə imkanını təsvir edən ilk şəxs Alman Kristian Fridrix olmuşdur. Hələ 1838-ci ildə o, əsərini o dövrün tanınmış elmi jurnalında dərc etdirir.

Gələn il Oulsdan olan hakim ser William Robert Grove işləyə bilən hidrogen batareyasının prototipini yaratdı. Bununla belə, cihazın gücü o dövrün standartlarına görə də çox kiçik idi, ona görə də onun praktik istifadəsindən söhbət gedə bilməzdi.

"Yanacaq elementi" termininə gəlincə, o, mövcudluğunu 1889-cu ildə hava və koks qazı üzərində işləyən yanacaq hüceyrəsi yaratmağa cəhd edən alimlər Lüdviq Mond və Çarlz Langerə borcludur. Başqalarına görə, bu termin ilk dəfə elektrolitdə fosfor turşusundan istifadə etməyə qərar verən William White Jaques tərəfindən istifadə edilmişdir.

1920-ci illərdə Almaniyada bir sıra tədqiqatlar aparıldı, nəticədə bərk oksid yanacaq hüceyrələrinin və karbonat dövründən istifadə yollarının kəşfi oldu. Maraqlıdır ki, bu texnologiyalar bizim dövrümüzdə səmərəli istifadə olunur.

1932-ci ildə mühəndis Frensis T Bekon hidrogenə əsaslanan birbaşa yanacaq elementlərinin tədqiqi üzərində işə başladı. Ondan əvvəl elm adamları müəyyən bir sxemdən istifadə etdilər - məsaməli platin elektrodları sulfat turşusuna yerləşdirildi. Belə bir sxemin açıq dezavantajı, ilk növbədə, platinin istifadəsi səbəbindən onun əsassız yüksək qiymətindədir. Bundan əlavə, kaustik sulfat turşusunun istifadəsi tədqiqatçıların sağlamlığı, bəzən də həyatı üçün təhlükə yaradırdı. Bekon dövrəni optimallaşdırmaq qərarına gəldi və platini nikellə əvəz etdi və elektrolit kimi qələvi tərkibdən istifadə etdi.

Texnologiyasını təkmilləşdirmək üçün məhsuldar iş sayəsində Bekon artıq 1959-cu ildə geniş ictimaiyyətə 5 kVt gücündə olan və qaynaq maşınını gücləndirə bilən orijinal hidrogen yanacaq elementini təqdim etdi. O, təqdim olunan cihazı “Bekon hüceyrəsi” adlandırıb.

Həmin ilin oktyabrında hidrogenlə işləyən və iyirmi at gücü hasil edən unikal traktor yaradıldı.

XX əsrin altmışıncı illərində Amerika şirkəti General Electric, Bekon tərəfindən hazırlanmış sxem təkmilləşdirilmiş və Apollon və NASA Gemini kosmik proqramlarına tətbiq edilmişdir. NASA-nın mütəxəssisləri belə qənaətə gəliblər ki, nüvə reaktorunun istifadəsi çox bahalı, texniki cəhətdən çətin və təhlükəlidir. Bundan əlavə, böyük ölçülərinə görə günəş panelləri olan batareyaların istifadəsindən imtina etmək lazım idi. Problemin həlli kosmik gəmini enerji ilə və onun ekipajını təmiz su ilə təmin etməyə qadir olan hidrogen yanacaq elementləri idi.

Yanacaq kimi hidrogendən istifadə edən ilk avtobus 1993-cü ildə yaradılıb. Və hidrogen yanacaq elementləri ilə işləyən minik avtomobillərinin prototipləri artıq 1997-ci ildə Toyota və Daimler Benz kimi qlobal avtomobil markaları tərəfindən təqdim edilmişdir.

Bir az qəribədir ki, on beş il əvvəl bir avtomobildə tətbiq olunan perspektivli ekoloji yanacaq hələ də geniş yayılmayıb. Bunun bir çox səbəbləri var ki, bunlardan da başlıcası, bəlkə də, müvafiq infrastrukturun yaradılmasında siyasi və tələbkarlıqdır. Ümid edək ki, hidrogen hələ də öz sözünü deyəcək və elektromobillərə ciddi rəqib olacaq.(odnaknopka)

Energycraft.org

Enerjisiz maddi cəmiyyətimiz nəinki inkişaf edə, hətta ümumiyyətlə mövcud ola bilməz. Enerji haradan gəlir? Son vaxtlara qədər insanlar onu əldə etmək üçün yalnız bir yoldan istifadə edirdilər, biz təbiətlə mübarizə aparırdıq, çıxarılan kubokları əvvəlcə evdə, sonra parovozlarda və güclü istilik elektrik stansiyalarında yanğın qutularında yandırırdıq.

Müasir bir peşə sahibinin istehlak etdiyi kilovat-saatların üzərində heç bir etiket yoxdur ki, təbiətin neçə il işlədiyini və sivil bir insanın texnologiyanın faydalarından istifadə etməsini və onun vurduğu zərəri azaltmaq üçün hələ neçə il işləməli olduğunu göstərir. belə bir sivilizasiya ilə. Bununla belə, cəmiyyətdə belə bir anlayış yetişir ki, gec-tez illüziyalı idilliyə son qoyulacaq. İnsanlar getdikcə daha çox ehtiyaclarını təbiətə minimal zərərlə enerji ilə təmin etmək yollarını icad edirlər.

Hidrogen yanacaq hüceyrələri təmiz enerjinin müqəddəs qülləsidir. Onlar dövri cədvəlin ümumi elementlərindən biri olan hidrogeni emal edir və yalnız planetdə ən çox yayılmış maddə olan suyu buraxırlar. Çəhrayı mənzərə insanların bir maddə kimi hidrogenə çıxışının olmaması ilə korlanır. Çox var, ancaq bağlı vəziyyətdədir və onu çıxarmaq bağırsaqlardan neft çıxarmaqdan və ya kömür çıxarmaqdan daha çətindir.

Təmiz və ekoloji cəhətdən təmiz hidrogen istehsalı variantlarından biri suyu oksigen və hidrogenə parçalamaq üçün mikroorqanizmlərdən istifadə edən mikrob yanacaq hüceyrələridir (MTB). Burada da hər şey hamar deyil. Mikroblar təmiz yanacaq istehsal etmək üçün əla iş görür, lakin praktikada tələb olunan səmərəliliyi əldə etmək üçün MTB prosesinin kimyəvi reaksiyalarından birini sürətləndirən katalizatora ehtiyac duyur.

Bu katalizator qiymətli metal platindir, dəyəri MTB-nin istifadəsini iqtisadi cəhətdən əsassız və praktiki olaraq qeyri-mümkün edir.

Viskonsin-Miluoki Universitetinin alimləri bahalı katalizatorun əvəzedicisi tapıblar. Platin əvəzinə karbon, azot və dəmirin birləşməsindən hazırlanmış ucuz nanorodlardan istifadə etməyi təklif etdilər. Yeni katalizator səth qatına azot daxil edilmiş qrafit çubuqlardan və dəmir karbid nüvələrindən ibarətdir. Yeniliyin üç aylıq sınaqları zamanı katalizator platindən daha yüksək imkanlar nümayiş etdirib. Nanorodların işləməsi daha sabit və idarə olunan oldu.

Ən əsası isə universitet alimlərinin ağlı çox ucuz başa gəlir. Beləliklə, platin katalizatorlarının qiyməti MTB-nin qiymətinin təxminən 60%-ni, nanorodların qiyməti isə onların hazırkı qiymətinin 5%-ni təşkil edir.

Katalitik nanorodların yaradıcısı, professor Yuhonq Çen (Junhong Chen) dediyinə görə: “Yanacaq elementləri yanacağı birbaşa elektrik enerjisinə çevirə bilir. Onlarla birlikdə bərpa olunan mənbələrdən elektrik enerjisi lazım olan yerə çatdırıla bilər, bu da təmiz, səmərəli və davamlıdır”.

İndi professor Çen və onun tədqiqatçılar qrupu katalizatorun dəqiq xüsusiyyətlərini öyrənməklə məşğuldur. Məqsədləri ixtiralarına praktiki diqqət yetirmək, onu kütləvi istehsal və istifadəyə uyğunlaşdırmaqdır.

Gizmag-a görə

www.facepla.net

Hidrogen yanacaq hüceyrələri və enerji sistemləri

Su ilə işləyən avtomobil tezliklə reallığa çevrilə bilər və bir çox evdə hidrogen yanacaq elementləri quraşdırılacaq...

Hidrogen yanacaq hüceyrəsi texnologiyası yeni deyil. 1776-cı ildə Henry Cavendish metalları seyreltilmiş turşularda həll edərkən hidrogeni ilk dəfə kəşf etdikdən sonra başladı. İlk hidrogen yanacaq hüceyrəsi hələ 1839-cu ildə William Grove tərəfindən icad edilmişdir. O vaxtdan bəri, hidrogen yanacaq elementləri tədricən təkmilləşdi və indi kosmik gəmilərdə quraşdırılaraq onları enerji ilə təmin edir və su mənbəyi kimi xidmət edir. Bu gün hidrogen yanacaq hüceyrəsi texnologiyası avtomobillərdə, evlərdə və portativ cihazlarda kütləvi bazara çıxmaq ərəfəsindədir.

Hidrogen yanacaq hüceyrəsində kimyəvi enerji (hidrogen və oksigen şəklində) birbaşa (yanma olmadan) elektrik enerjisinə çevrilir. Yanacaq elementi bir katod, elektrod və anoddan ibarətdir. Hidrogen anoda qidalanır, burada protonlara və elektronlara bölünür. Protonların və elektronların katoda müxtəlif yolları var. Protonlar elektrod vasitəsilə katoda, elektronlar isə katoda çatmaq üçün yanacaq hüceyrələrinin ətrafında hərəkət edirlər. Bu hərəkət sonradan istifadə edilə bilən elektrik enerjisi yaradır. Digər tərəfdən, hidrogen protonları və elektronları oksigenlə birləşərək suyu əmələ gətirir.

Elektrolizatorlar hidrogenin sudan çıxarılmasının bir yoludur. Proses əsasən hidrogen yanacaq hüceyrəsi işləyərkən baş verənlərin əksinədir. Elektrolizator anod, elektrokimyəvi element və katoddan ibarətdir. Suyu hidrogen və oksigenə ayıran anoda su və gərginlik tətbiq olunur. Hidrogen elektrokimyəvi hüceyrədən katoda keçir və oksigen birbaşa katoda qidalanır. Oradan hidrogen və oksigen çıxarıla və saxlanıla bilər. Elektrik enerjisinin istehsalının tələb olunmadığı dövrlərdə yığılan qaz anbardan çıxarıla və yanacaq elementindən geri qaytarıla bilər.

Bu sistem hidrogendən yanacaq kimi istifadə edir, yəqin buna görə də onun təhlükəsizliyi ilə bağlı çoxlu miflər var. Hindenburqun partlamasından sonra elmdən uzaq olan bir çox insanlar və hətta bəzi alimlər hidrogendən istifadənin çox təhlükəli olduğuna inanmağa başladılar. Ancaq son araşdırmalar göstərdi ki, bu faciənin səbəbi içəriyə vurulan hidrogenlə deyil, tikintidə istifadə olunan materialın növü ilə bağlıdır. Hidrogen anbarının təhlükəsizliyi ilə bağlı sınaqlar aparıldıqdan sonra məlum olub ki, hidrogeni yanacaq elementlərində saxlamaq benzini avtomobilin yanacaq çənində saxlamaqdan daha təhlükəsizdir.

Müasir hidrogen yanacaq hüceyrələri nə qədərdir? Hazırda şirkətlər hər kilovat üçün təxminən 3000 dollara enerji istehsal etmək üçün hidrogen yanacaq sistemlərini təklif edirlər. Bazar araşdırması müəyyən edib ki, maya dəyəri bir kilovat üçün 1500 dollara düşəndə, kütləvi enerji bazarında istehlakçılar bu yanacaq növünə keçməyə hazır olacaqlar.

Hidrogen yanacaq hüceyrəli avtomobillər hələ də daxili yanma mühərrikli avtomobillərdən daha bahalıdır, lakin istehsalçılar qiyməti müqayisə edilə bilən səviyyəyə çatdırmağın yollarını araşdırırlar. Elektrik xətlərinin olmadığı bəzi ucqar ərazilərdə hidrogendən evdə yanacaq və ya avtonom enerji təchizatı kimi istifadə etmək, məsələn, ənənəvi enerji daşıyıcıları üçün infrastruktur qurmaqdan daha qənaətcil ola bilər.

Niyə hidrogen yanacaq elementləri hələ də geniş istifadə olunmur? Hazırda onların yüksək qiyməti hidrogen yanacaq elementlərinin paylanması üçün əsas problemdir. Hidrogen yanacaq sistemlərinə hazırda kütləvi tələbat yoxdur. Bununla belə, elm bir yerdə dayanmır və yaxın gələcəkdə su ilə işləyən avtomobil real reallığa çevrilə bilər.

www.tesla-tehnika.biz

Yanacaq hüceyrəsi, kimyəvi reaksiya vasitəsilə hidrogen və oksigeni elektrik enerjisinə çevirən elektrokimyəvi enerjiyə çevrilmə cihazıdır. Bu proses nəticəsində su əmələ gəlir və böyük miqdarda istilik ayrılır. Yanacaq elementi doldurula bilən və sonra elektrik enerjisini saxlamaq üçün istifadə edilə bilən batareyaya çox bənzəyir.
Yanacaq elementinin ixtiraçısı, onu hələ 1839-cu ildə icad edən William R. Grove-dir. Bu yanacaq elementi elektrolit kimi sulfat turşusu məhlulundan, yanacaq kimi isə hidrogendən istifadə edib və oksidləşdirici mühitdə oksigenlə birləşib. Qeyd edək ki, yaxın vaxtlara qədər yanacaq elementləri yalnız laboratoriyalarda və kosmik gəmilərdə istifadə olunurdu.
Gələcəkdə yanacaq elementləri bir çox başqa enerji çevrilmə sistemləri (o cümlədən elektrik stansiyalarında qaz turbinləri), avtomobillərdə daxili yanma mühərrikləri və portativ cihazlarda elektrik akkumulyatorları ilə rəqabət apara biləcək. Daxili yanma mühərrikləri yanacaq yandırır və mexaniki işləri yerinə yetirmək üçün yanma qazlarının genişlənməsi nəticəsində yaranan təzyiqdən istifadə edir. Batareyalar elektrik enerjisini saxlayır və sonra onu kimyəvi enerjiyə çevirir, lazım olduqda yenidən elektrik enerjisinə çevrilə bilər. Potensial olaraq yanacaq hüceyrələri çox səmərəlidir. Hələ 1824-cü ildə fransız alimi Karno sübut etdi ki, daxiliyanma mühərrikinin sıxılma-genişləmə dövrləri istilik enerjisini (yanacaq yanacağın kimyəvi enerjisi olan) 50%-dən yuxarı mexaniki enerjiyə çevirmək səmərəliliyini təmin edə bilməz. Yanacaq elementinin hərəkət edən hissələri yoxdur (ən azı hüceyrənin özündə deyil) və buna görə də onlar Karno qanununa tabe olmurlar. Təbii ki, onlar 50% -dən çox səmərəliliyə sahib olacaqlar və xüsusilə aşağı yüklərdə təsirli olurlar. Beləliklə, yanacaq elementi ilə işləyən avtomobillər real sürücülük şəraitində adi avtomobillərdən daha qənaətcil olmağa hazırdır (və artıq sübut olunub).
Yanacaq hüceyrəsi bir avtomobildə elektrik mühərriki, işıqlandırma qurğuları və digər elektrik sistemlərini idarə etmək üçün istifadə edilə bilən DC elektrik cərəyanı yaradır. İstifadə olunan kimyəvi proseslərdə fərqlənən bir neçə növ yanacaq elementi var. Yanacaq hüceyrələri adətən istifadə etdikləri elektrolit növünə görə təsnif edilir. Bəzi yanacaq hüceyrələrinin növləri elektrik stansiyalarında istifadə üçün perspektivlidir, digərləri isə kiçik portativ qurğular və ya avtomobil idarə etmək üçün faydalı ola bilər.
Qələvi yanacaq elementi ən erkən inkişaf etdirilən elementlərdən biridir. Onlar 1960-cı illərdən ABŞ-ın kosmik proqramı tərəfindən istifadə olunur. Belə yanacaq hüceyrələri çirklənməyə çox həssasdır və buna görə də çox təmiz hidrogen və oksigen tələb edir. Bundan əlavə, onlar çox bahadır və buna görə də bu növ yanacaq elementinin avtomobillərdə geniş tətbiq tapması ehtimalı azdır.
Fosfor turşusuna əsaslanan yanacaq hüceyrələri aşağı gücə malik stasionar qurğularda istifadə edilə bilər. Onlar kifayət qədər yüksək temperaturda işləyirlər və buna görə də isinmək üçün uzun vaxt tələb olunur, bu da onları avtomobillərdə istifadə üçün səmərəsiz edir.
Bərk oksid yanacaq hüceyrələri fabrikləri və ya icmaları elektrik enerjisi ilə təmin edə bilən böyük stasionar elektrik generatorları üçün daha uyğundur. Bu növ yanacaq elementi çox yüksək temperaturda (təxminən 1000 °C) işləyir. Yüksək işləmə temperaturu müəyyən problemlər yaradır, lakin digər tərəfdən bir üstünlük var - yanacaq elementinin istehsal etdiyi buxar daha çox elektrik enerjisi yaratmaq üçün turbinlərə göndərilə bilər. Ümumiyyətlə, bu, sistemin ümumi səmərəliliyini artırır.
Ən perspektivli sistemlərdən biri proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrəsidir - POMFC (PEMFC - Proton Mübadilə Membran Yanacaq Hüceyrəsi). Hazırda bu növ yanacaq elementi ən perspektivlidir, çünki o, avtomobilləri, avtobusları və digər nəqliyyat vasitələrini hərəkətə gətirə bilir.

Yanacaq hüceyrəsindəki kimyəvi proseslər

Yanacaq hüceyrələri hidrogeni havadan oksigenlə birləşdirmək üçün elektrokimyəvi prosesdən istifadə edirlər. Batareyalar kimi, yanacaq hüceyrələri də elektrolitdə (elektrik keçirici mühit) elektrodlardan (bərk elektrik keçiriciləri) istifadə edirlər. Hidrogen molekulları mənfi elektrod (anod) ilə təmasda olduqda, sonuncular protonlara və elektronlara ayrılır. Protonlar proton mübadiləsi membranından (POM) keçərək yanacaq hüceyrəsinin müsbət elektroduna (katod) keçir və elektrik enerjisi istehsal edir. Bu reaksiyanın əlavə məhsulu olaraq suyun əmələ gəlməsi ilə hidrogen və oksigen molekullarının kimyəvi birləşməsi var. Yanacaq elementindən emissiyaların yeganə növü su buxarıdır.
Yanacaq elementləri tərəfindən istehsal olunan elektrik, avtomobili hərəkətə gətirmək üçün mexaniki enerji təmin etmək üçün avtomobilin elektrik güc qurğusunda (elektrik enerjisi çeviricisi və AC asinxron mühərrikdən ibarətdir) istifadə edilə bilər. Güc çeviricisinin işi yanacaq hüceyrələrinin yaratdığı birbaşa cərəyanı avtomobilin dartma mühərriki tərəfindən istifadə edilən alternativ cərəyana çevirməkdir.

Proton mübadilə membranı olan yanacaq hüceyrəsinin sxematik diaqramı:
1 - anod;
2 - proton mübadiləsi membranı (REM);
3 - katalizator (qırmızı);
4 - katod

Proton Mübadilə Membran Yanacaq Hüceyrəsi (PEMFC) istənilən yanacaq elementinin ən sadə reaksiyalarından birini istifadə edir.

Ayrı yanacaq hüceyrəsi

Yanacaq elementinin necə işlədiyini düşünün. Yanacaq elementinin mənfi qütbü olan anod, hidrogen molekullarından azad olan elektronları xarici elektrik dövrəsində (dövrə) istifadə etmək üçün keçirir. Bunu etmək üçün, hidrogeni katalizatorun bütün səthinə bərabər paylayan kanallar həkk olunur. Katodda (yanacaq hüceyrəsinin müsbət qütbü) katalizatorun səthinə oksigeni paylayan həkk olunmuş kanallar var. O, həmçinin elektronları xarici dövrədən (dövrədən) katalizatora qaytarır, burada hidrogen ionları və oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektrolit proton mübadiləsi membranıdır. Bu, adi plastikə bənzər, lakin müsbət yüklü ionları ötürmək və elektronların keçidini maneə törətmək qabiliyyətinə malik xüsusi bir materialdır.
Katalizator oksigen və hidrogen arasındakı reaksiyanı asanlaşdıran xüsusi bir materialdır. Katalizator adətən karbon kağızı və ya parça üzərində çox nazik bir təbəqədə yığılmış platin tozundan hazırlanır. Katalizator kobud və məsaməli olmalıdır ki, onun səthi mümkün qədər hidrogen və oksigenlə təmasda olsun. Katalizatorun platinlə örtülmüş tərəfi proton mübadiləsi membranının (POM) qarşısındadır.
Hidrogen qazı (H 2 ) anod tərəfdən təzyiq altında yanacaq elementinə verilir. H2 molekulu katalizatorun üzərindəki platinlə təmasda olduqda, iki hissəyə, iki ion (H+) və iki elektron (e-) bölünür. Elektronlar anod vasitəsilə aparılır, burada onlar xarici dövrədən (dövrədən) keçərək faydalı iş görürlər (məsələn, elektrik mühərriki idarə edir) və yanacaq hüceyrəsinin katod tərəfindən geri qayıdırlar.
Eyni zamanda, yanacaq hüceyrəsinin katod tərəfindən oksigen qazı (O 2) iki oksigen atomu meydana gətirdiyi katalizatordan keçir. Bu atomların hər biri membran boyunca iki H+ ionunu çəkən güclü mənfi yükə malikdir, burada onlar bir oksigen atomu və xarici dövrədən (zəncirdən) iki elektronla birləşərək su molekulunu (H 2 O) əmələ gətirirlər.
Tək yanacaq hüceyrəsindəki bu reaksiya təxminən 0,7 vatt güc yaradır. Gücü lazımi səviyyəyə qaldırmaq üçün yanacaq hüceyrəsi yığını yaratmaq üçün bir çox fərdi yanacaq elementlərini birləşdirmək lazımdır.
POM yanacaq elementləri nisbətən aşağı temperaturda (təxminən 80°C) işləyir, bu o deməkdir ki, onlar tez iş temperaturuna qədər qızdırıla bilər və bahalı soyutma sistemləri tələb etmir. Bu hüceyrələrdə istifadə olunan texnologiyaların və materialların davamlı təkmilləşdirilməsi onların gücünü avtomobilin baqajının kiçik bir hissəsini tutan belə yanacaq elementlərinin akkumulyatorunun avtomobili idarə etmək üçün lazım olan enerjini təmin edə biləcəyi səviyyəyə yaxınlaşdırdı.
Ötən illər ərzində dünyanın aparıcı avtomobil istehsalçılarının əksəriyyəti yanacaq elementlərindən istifadə etməklə avtomobil konstruksiyalarının hazırlanmasına böyük sərmayələr qoyublar. Bir çoxları kifayət qədər bahalı olmasına baxmayaraq, qənaətbəxş gücə və dinamik xüsusiyyətlərə malik yanacaq hüceyrəli nəqliyyat vasitələrini nümayiş etdirdilər.
Belə avtomobillərin dizaynının təkmilləşdirilməsi çox intensivdir.

Yanacaq hüceyrəli vasitə, vasitənin zəmini altında olan bir elektrik stansiyasını istifadə edir

NECAR V avtomobili Mercedes-Benz A sinifli avtomobilə əsaslanır, bütün elektrik stansiyası, yanacaq elementləri ilə birlikdə avtomobilin döşəməsinin altında yerləşir. Belə konstruktiv həll avtomobildə dörd sərnişin və baqaj yerləşdirməyə imkan verir. Burada avtomobil üçün yanacaq kimi hidrogen deyil, metanol istifadə olunur. Reformatorun köməyi ilə metanol (metanolu hidrogenə çevirən cihaz) yanacaq elementini gücləndirmək üçün lazım olan hidrogenə çevrilir. Avtomobilin göyərtəsində islahatçının istifadəsi yanacaq kimi demək olar ki, hər hansı bir karbohidrogendən istifadə etməyə imkan verir ki, bu da mövcud yanacaqdoldurma məntəqəsi şəbəkəsindən istifadə edərək yanacaq elementi avtomobilini yanacaqla doldurmağa imkan verir. Nəzəri olaraq yanacaq hüceyrələri elektrik və sudan başqa heç nə istehsal etmir. Yanacağın (benzin və ya metanol) yanacaq elementi üçün tələb olunan hidrogenə çevrilməsi belə bir avtomobilin ekoloji cəlbediciliyini bir qədər azaldır.
1989-cu ildən yanacaq elementi biznesində olan Honda, 2003-cü ildə Ballard-ın proton dəyişdirici membran tipli yanacaq elementləri ilə Honda FCX-V4 avtomobillərinin kiçik bir partiyasını istehsal etdi. Bu yanacaq elementləri 78 kVt elektrik enerjisi istehsal edir və təkərləri idarə etmək üçün 60 kVt gücündə və 272 N m fırlanma anı olan dartma mühərriklərindən istifadə olunur, əla dinamikaya malikdir və sıxılmış hidrogenin tədarükü işləməyə imkan verir. 355 km-ə qədər.

Honda FCX özünü hərəkətə gətirmək üçün yanacaq hüceyrəsi gücündən istifadə edir.
Honda FCX, ABŞ-da hökumət sertifikatını alan dünyada ilk yanacaq hüceyrəli avtomobildir. Avtomobil ZEV sertifikatlıdır - Zero Emission Vehicle (sıfır çirkləndirici avtomobil). Honda hələ bu avtomobilləri satmaq fikrində deyil, lakin hər bir vahidə təxminən 30 avtomobil icarəyə götürür. Hidrogen yanacağı infrastrukturunun artıq mövcud olduğu Kaliforniya və Tokio.

General Motors-un Hy Wire konsept avtomobilində yanacaq elementi elektrik stansiyası var

General Motors tərəfindən yanacaq elementi ilə işləyən avtomobillərin inkişafı və yaradılması üzrə böyük tədqiqatlar aparılır.

Hy Wire Avtomobil Şassisi

GM Hy Wire konsept avtomobili 26 patent alıb. Avtomobilin əsasını 150 mm qalınlığında funksional platforma təşkil edir. Platformanın içərisində hidrogen silindrləri, yanacaq elementi elektrik stansiyası və ən son elektron idarəetmə texnologiyasından istifadə edən avtomobil idarəetmə sistemləri var. Hy Wire avtomobilinin şassisi avtomobilin bütün əsas struktur elementlərini özündə cəmləşdirən nazik platformadır: hidrogen silindrləri, yanacaq elementləri, akkumulyatorlar, elektrik mühərrikləri və idarəetmə sistemləri. Dizayna bu cür yanaşma istismar zamanı avtomobilin kuzovlarının dəyişdirilməsini mümkün edir.Şirkət həmçinin eksperimental Opel yanacaq elementli avtomobillərini sınaqdan keçirir və yanacaq elementi istehsalı zavodunu layihələndirir.

Mayeləşdirilmiş hidrogen üçün "təhlükəsiz" yanacaq çəninin dizaynı:
1 - doldurma cihazı;
2 - xarici tank;
3 - dayaqlar;
4 - səviyyə sensoru;
5 - daxili tank;
6 - doldurma xətti;
7 - izolyasiya və vakuum;
8 - qızdırıcı;
9 - montaj qutusu

Avtomobillər üçün yanacaq kimi hidrogendən istifadə probleminə BMW çox diqqət yetirir. Kosmik tədqiqatlarda mayeləşdirilmiş hidrogenin istifadəsi ilə bağlı işi ilə tanınan Magna Steyer ilə birlikdə BMW avtomobillərdə istifadə oluna bilən mayeləşdirilmiş hidrogen yanacaq çəni hazırlayıb.

Testlər maye hidrogenlə yanacaq çəninin istifadəsinin təhlükəsizliyini təsdiqlədi

Şirkət standart üsullara uyğun olaraq strukturun təhlükəsizliyinə dair bir sıra sınaqlar keçirdi və etibarlılığını təsdiqlədi.
2002-ci ildə Frankfurt avtosalonunda (Almaniya) yanacaq kimi mayeləşdirilmiş hidrogendən istifadə edən Mini Cooper Hydrogen nümayiş etdirildi. Bu avtomobilin yanacaq çəni adi qaz çəni ilə eyni yer tutur. Bu avtomobildəki hidrogen yanacaq elementləri üçün deyil, daxili yanma mühərrikləri üçün yanacaq kimi istifadə olunur.

Batareya yerinə yanacaq hüceyrəsi olan dünyada ilk kütləvi istehsal avtomobili

2003-cü ildə BMW, BMW 750 hL adlı ilk kütləvi istehsal olunan yanacaq hüceyrəli avtomobilinin buraxılmasını elan etdi. Ənənəvi batareya əvəzinə yanacaq hüceyrəsi batareyası istifadə olunur. Bu avtomobil hidrogenlə işləyən 12 silindrli daxiliyanma mühərrikinə malikdir və yanacaq elementi adi akkumulyatora alternativ kimi xidmət edir, mühərrik sönük vəziyyətdə avtomobil uzun müddət park edilmiş vəziyyətdə kondisioner və digər istehlakçılara işləməyə imkan verir.

Hidrogenlə yanacaq doldurulması robot tərəfindən həyata keçirilir, sürücü bu prosesdə iştirak etmir

Eyni BMW şirkəti də avtomobillərin mayeləşdirilmiş hidrogenlə sürətli və təhlükəsiz yanacaq doldurulmasını təmin edən robotlaşdırılmış yanacaq dispenserləri hazırlayıb.
Son illərdə alternativ yanacaqlardan və alternativ hərəkət sistemlərindən istifadə edən avtomobillərin yaradılmasına yönəlmiş çoxlu sayda inkişafın ortaya çıxması göstərir ki, ötən əsrdə avtomobillərə hakim olan daxili yanma mühərrikləri sonda öz yerini daha təmiz, daha səmərəli və səssiz dizaynlara verəcək. Onların geniş istifadəsinə hazırda texniki deyil, iqtisadi və sosial problemlər mane olur. Onların geniş istifadəsi üçün alternativ yanacaq növlərinin istehsalının inkişafı üçün müəyyən infrastrukturun yaradılması, yeni yanacaqdoldurma məntəqələrinin yaradılması və paylanması və bir sıra psixoloji maneələri aradan qaldırmaq lazımdır. Hidrogenin avtomobilin yanacağı kimi istifadəsi ciddi təhlükəsizlik tədbirləri ilə saxlanma, çatdırılma və paylama məsələlərinin həllini tələb edəcəkdir.
Teorik olaraq, hidrogen qeyri-məhdud miqdarda mövcuddur, lakin onun istehsalı çox enerji tələb edir. Bundan əlavə, avtomobilləri hidrogen yanacağı ilə işləməyə çevirmək üçün enerji sistemində iki böyük dəyişiklik edilməlidir: birincisi, onun işini benzindən metanola, sonra isə bir müddət hidrogenə köçürmək. Bu məsələnin həllinə qədər bir müddət keçəcək.

Horizon: Zero Dawn | 2017-03-14

Çox tezliklə (daha doğrusu, maraqlı macərasının başlanğıcında) baş qəhrəman Nora qəbiləsinin torpaqlarına çox yaxın olan Forerunner bunkerinə büdrəyəcək. Bu qədim bunkerin içərisində zireh güclü və yüksək texnologiyalı qapı arxasında bağlanacaq, uzaqdan nəinki ləyaqətli, həm də çox cəlbedici görünəcək. Zireh "Qalxan Toxuyan" adlanır və əslində oyunda ən yaxşı avadanlıqdır. Buna görə dərhal bir dəstə sual yaranır: "Qalxan Toxucu zirehini necə tapmaq və əldə etmək olar?", "Yanacağı haradan tapmaq olar?", "Bunkerin qapılarını necə açmaq olar?" və eyni mövzuya aid bir çox digər suallar. Beləliklə, bunkerin qapılarını açmaq və arzu olunan zirehləri əldə etmək üçün beş yanacaq hüceyrəsi tapmalısınız, bu da öz növbəsində oyun dünyasına səpələnmişdir. Aşağıda axtarış zamanı və Qədim Silah Anbarında tapmacaları həll etmək üçün yanacaq elementlərini harada və necə tapacağınızı söyləyəcəyəm.

: Təqdim olunan bələdçidə yalnız ətraflı mətn yolu yoxdur, həm də hər bir yanacaq elementinə ekran görüntüləri əlavə olunur və sonunda bir video var. Bütün bunlar axtarışınızı asanlaşdırmaq üçün yaradılmışdır, ona görə də mətndə bəzi məqamlar aydın deyilsə, ekran görüntülərinə və videoya baxmağı məsləhət görürəm.

. İlk yanacaq "Ana ürəyi"dir.

İlk yanacaq hüceyrəsini harada və necə tapmaq olar - yanacaq yeri.

Beləliklə, ilk yanacaq elementini (və ya daha sadə desək, yanacaq) Aloy "Ana bətni" tapşırığı ilə açıq dünyaya girmədən çox əvvəl tapa biləcək. Nəticə budur ki, “İnsiasiya” tapşırığından sonra (yeri gəlmişkən, hekayə xəttinə də aiddir) baş qəhrəman Nora qəbiləsinin müqəddəs yeri olan “Ana ürəyi” adlı yerdə olacaq. matriarxların məskəni.

Qız yataqdan qalxan kimi, ardıcıl olaraq bir neçə otaqdan (otaqdan) keçin, onlardan birində möhürlənmiş bir qapıya rast gələcəksiniz, onu belə aça bilməzsiniz. Bu anda ətrafa baxmağı şiddətlə tövsiyə edirəm, çünki qəhrəmanın yanında (və ya qapının yanında - daha rahatdır) üstəlik yanan şamlarla bəzədilmiş bir havalandırma şaftı var (ümumiyyətlə, burada lazımdır).

Havalandırma şaftından yolun müəyyən bir hissəsini keçdikdən sonra qəhrəman kilidli bir qapının arxasında olacaq. Divar blokunun və sirli məqsədli şamların yanında yerə baxın - bu yerdə ilk yanacaq elementi yerləşir.

: Unutmayın ki, açıq dünyaya girməzdən əvvəl ilk yanacaq elementini götürməsəniz, bundan sonra bu yerə yalnız keçidin sonrakı mərhələlərində çata biləcəksiniz. Ancaq daha dəqiq desək, "Noranın ürəyi" tapşırığını yerinə yetirdikdən sonra yanacağı indi götürməyi məsləhət görürəm.

. İkinci yanacaq - "xarabalıqlar"

İkinci yanacaq hüceyrəsini harada və necə tapmaq olar - yanacaq yeri.

İkinci yanacaq axtararkən bilməli olduğunuz ilk şey odur ki, uzun müddət əvvəl (oyunun əvvəlində) uşaqlıqda xarabalıqlara düşəndə ​​baş qəhrəman artıq bu yerdə idi. Beləliklə, "İnsiasiya" tapşırığını yerinə yetirdikdən sonra, ikinci yanacaq elementini almaq üçün dərin uşaqlığınızı xatırlamalı və bu yerə bir daha enməli olacaqsınız.

Aşağıda bəzi şəkillər var (skrinşotlar). Birinci şəkildə (qırmızı rəngdə) xarabalıqların girişi qeyd olunub. Dağıntıların içərisində birinci səviyyəyə çatmalı olacaqsınız - bu, xəritədə bənövşəyi rənglə vurğulanacaq aşağı sağ sahədir. Bundan əlavə, qızın nizə ilə aça biləcəyi bir qapı da olacaq.

Aloy qapılardan keçən kimi yuxarıdakı pilləkənlərlə qalxın və ilk fürsətdə sağa dönün: Aloy dərin gəncliyində sarkıtlardan keçə bilmirdi, amma indi onun istənilən işin öhdəsindən gələcək faydalı “oyuncaqları” var. Beləliklə, bir nizə çıxarın və onunla stalaktitləri qırın. Tezliklə yol pulsuz olacaq, ona görə də masanın üstündə olan yanacaq elementini götürüb növbəti birinə getmək qalır. Keçidin bəzi anı aydın deyilsə, skrinşotlar aşağıda ardıcıllıqla əlavə olunur.

. Üçüncü yanacaq - "Master Limiti"

Üçüncü yanacaq elementini harada və necə tapmaq olar - yanacağın yeri.

Şimala getməyin vaxtı gəldi. "Master's Limit" axtarışı zamanı Aloy, Öncüllərin nəhəng xarabalıqlarını diqqətlə araşdırıb öyrənməli olacaq. Beləliklə, on ikinci səviyyədəki bu xarabalıqlarda növbəti, üçüncü yanacaq elementi gizlənəcəkdir.

Ona görə də siz bu xarabalıqların nəinki yuxarı səviyyəsinə qalxmalı, həm də orada bir az yuxarı qalxmalı olacaqsınız. Qiymətli vaxt itirməyin və binanın sağ qalan hissəsi boyunca daha yüksəklərə qalxın. Özünüzü bütün küləklərə açıq olan kiçik bir platformada tapana qədər yuxarı qalxın. Sonra hər şey sadədir, çünki yanacağın üçüncü elementi yuxarıda yatacaq: tapmacalar, tapmacalar və sirlər yoxdur. Beləliklə, yanacaq götürün, aşağı enin və daha da irəli gedin.

. Dördüncü yanacaq - "Ölüm xəzinəsi"

Dördüncü yanacaq elementini harada və necə tapmaq olar - yanacağın yeri.

Yaxşı xəbər budur ki, bu yanacaq elementi həm də Horizon: Zero Dawn xəritəsinin şimal hissəsində yerləşir, lakin Nora qəbiləsinin torpaqlarına bir az daha yaxındır. Növbəti hekayə missiyasının keçidi zamanı əsas xarakter yenidən xəritənin bu hissəsinə düşəcək. Ancaq sondan əvvəlki yanacaq elementinə çatmazdan əvvəl Aloy, yerin üçüncü səviyyəsində yerləşən möhürlənmiş qapının enerji təchizatını bərpa etməli olacaq. Və bunun üçün kiçik və çox çətin olmayan bir tapmacanı həll etməli olacaqsınız. Tapmaca bloklar və tənzimləyicilərlə bağlıdır (qapıların altındakı səviyyədə dörd tənzimləyicidən ibarət iki blok var). Beləliklə, yeni başlayanlar üçün tənzimləyicilərin sol bloku ilə məşğul olmağı məsləhət görürəm: birinci tənzimləyici yuxarı qaldırılmalıdır (baxın), ikinci - sağa, üçüncü - sola, dördüncü - aşağı.

Bundan sonra sağ tərəfdəki bloka keçin. İlk iki düyməyə toxunmayın, lakin üçüncü və dördüncü düymələri aşağı çevirmək lazımdır. Buna görə də, bir səviyyəyə qalxın - burada tənzimləyicilərin son bloku. Düzgün ardıcıllıq belə görünür: 1 - yuxarı, 2 - aşağı, 3 - sola, 4 - sağa.

Düzgün həyata keçirildikdən sonra idarəetmə elementləri ağdan firuzəyi rəngə dəyişəcək. Beləliklə, elektrik enerjisinin verilişi bərpa olunacaq. Buna görə də, qapılara qalxın və açın. Qapıların arxasında qəhrəman sondan əvvəlki yanacaq elementi tərəfindən "salamlanacaq" və siz növbəti, son yanacağa gedə bilərsiniz.

. Beşinci yanacaq - "GAYA Prime"

Beşinci yanacaq elementini harada və necə tapmaq olar - yanacağın yeri.

Nəhayət, son yanacaq hüceyrəsi. Və yenə də onu yalnız hekayə xəttinin keçidi zamanı əldə edə bilərsiniz. Bu dəfə baş qəhrəman "GAYA Prime" adlı xarabalığa getməli olacaq. Bu yerdə özünüzü üçüncü səviyyəyə yaxın tapdığınız zaman xüsusi diqqət yetirməlisiniz. Əsas odur ki, içəridə müəyyən bir an qızın qarşısında cazibədar bir uçurum olacaq, ona kəndirlə enmək mümkün olacaq, baxmayaraq ki, oraya getmək olmaz.

Uçurumdan əvvəl sola dönməli və əvvəlcə gözlərdən gizlənən mağaranı araşdırmalısınız: dağın yamacından diqqətlə ensəniz, içəri girə bilərsiniz. İçəri girin və sona qədər irəliyə davam edin. Sağ tərəfdəki otaqdakı son otaqda son yanacaq hüceyrəsinin nəhayət yerləşdiyi bir raf olacaq. Onunla birlikdə indi təhlükəsiz şəkildə bunkerə qayıda və qəşəng avadanlıq əldə etmək üçün bütün kilidləri aça bilərsiniz.

. Qədim Arsenala necə girmək olar?

Yaxşı, indi çoxdan gözlənilən mükafatı almaq üçün Qədim Arsenala qayıtmaq qalır. Əgər arsenalın dəhlizlərini xatırlamırsınızsa, o zaman bütün yolu yadda saxlamağa kömək edəcək aşağıdakı ekran görüntülərinə baxın.

Doğru yerə çatdıqda və enməyə başlayanda yanacaq elementlərini boş hüceyrələrə daxil edin. Nəticədə, tənzimləyicilər yanacaq, buna görə də qapıları açmaq üçün həll etmək üçün yeni bir tapmaca var. Beləliklə, birinci düymə yuxarı, ikinci - sağa, üçüncü - aşağı, dördüncü - sola, beşinci - yuxarı yönəldilməlidir. Hər şeyi düzgün edən kimi qapılar açılacaq, amma bu, sondan çox uzaqdır.

Növbəti addım zirehin kilidini (və ya dayaqlarını) açmaqdır - bu, qalan yanacaq hüceyrələrindən istifadə etməli olduğunuz başqa bir sadə tənzimləyici ilə əlaqəli tapmacadır. Birinci düyməni çevirmək lazımdır - sağa, ikinci - sola, üçüncü - yuxarı, dördüncü - sağa, beşinci - yenidən sola.

Nəhayət, bütün bu uzun əzablardan sonra zireh almaq mümkün olacaq. "Qalxan Toxuyan" çox yaxşı bir avadanlıqdır ki, baş qəhrəmanı bir müddət demək olar ki, toxunulmaz edir. Ən əsası, zirehin rənginə daim nəzarət etməkdir: zireh ağ rəngdə yanıb-sönürsə, deməli hər şey qaydasındadır. Qırmızıdırsa, qalxan artıq yoxdur.

Onlar ABŞ Milli Aeronavtika və Kosmik Tədqiqatlar İdarəsinin (NASA) kosmik gəmiləri tərəfindən idarə olunur. Omahadakı Birinci Milli Bankın kompüterlərini enerji ilə təmin edirlər. Onlar Çikaqoda bəzi ictimai şəhər avtobuslarında istifadə olunur.

Bunların hamısı yanacaq hüceyrələridir. Yanacaq hüceyrələri yanma prosesi olmadan elektrik enerjisi istehsal edən elektrokimyəvi cihazlardır - batareyalar kimi kimyəvi vasitələrlə. Yeganə fərq ondadır ki, onlar başqa kimyəvi maddələrdən, hidrogen və oksigendən istifadə edirlər və kimyəvi reaksiyanın məhsulu sudur. Təbii qazdan da istifadə etmək olar, lakin təbii ki, karbohidrogen yanacaqlarından istifadə edərkən müəyyən səviyyədə karbon qazı emissiyası qaçılmazdır.

Yanacaq hüceyrələri yüksək səmərəliliklə və zərərli emissiyalar olmadan işləyə bildiyindən, onlar istixana qazlarının və digər çirkləndiricilərin emissiyalarını azaltmağa kömək edəcək davamlı enerji mənbəyi kimi böyük vəd verirlər. Yanacaq elementlərinin geniş istifadəsinə əsas maneə elektrik enerjisi istehsal edən və ya hərəkət edən nəqliyyat vasitələri ilə müqayisədə onların yüksək qiymətidir.

İnkişaf tarixi

İlk yanacaq elementləri 1839-cu ildə ser William Groves tərəfindən nümayiş etdirildi. Qrovuz göstərdi ki, elektroliz prosesi - elektrik cərəyanının təsiri altında suyun hidrogen və oksigenə parçalanması - geri dönəndir. Yəni, hidrogen və oksigen kimyəvi yolla birləşdirilərək elektrik əmələ gələ bilər.

Bunun nümayiş etdirilməsindən sonra bir çox elm adamları yanacaq elementlərini səylə tədqiq etməyə tələsdilər, lakin on doqquzuncu əsrin ikinci yarısında daxili yanma mühərrikinin ixtirası və neft ehtiyatlarının çıxarılması üçün infrastrukturun inkişafı yanacaq elementlərinin inkişafını çox geridə qoydu. Yanacaq hüceyrələrinin inkişafını daha da məhdudlaşdırdı, onların yüksək qiyməti.

Yanacaq hüceyrələrinin inkişafındakı artım 1950-ci illərdə, NASA kosmik uçuşlar üçün kompakt elektrik generatoruna ehtiyacla əlaqədar onlara müraciət etdikdə gəldi. Müvafiq vəsait yatırılıb və nəticədə yanacaq elementləri üzərində Apollon və Gemini uçuşları həyata keçirilib. Kosmik gəmilər də yanacaq elementləri üzərində işləyir.

Yanacaq elementləri hələ də əsasən eksperimental texnologiyadır, lakin bir neçə şirkət artıq onları kommersiya bazarında satır. Təkcə son on ildə kommersiya yanacaq hüceyrəsi texnologiyasında əhəmiyyətli irəliləyişlər əldə edilmişdir.

Yanacaq hüceyrəsi necə işləyir

Yanacaq hüceyrələri batareyalara bənzəyir - kimyəvi reaksiya vasitəsilə elektrik enerjisi yaradırlar. Bunun əksinə olaraq, daxili yanma mühərrikləri yanacaq yandırır və beləliklə, istilik əmələ gətirir və sonra mexaniki enerjiyə çevrilir. Egzoz qazlarından çıxan istilik hər hansı bir şəkildə (məsələn, istilik və ya kondisioner üçün) istifadə edilmədikdə, daxili yanma mühərrikinin səmərəliliyinin olduqca aşağı olduğunu söyləmək olar. Məsələn, bir avtomobildə istifadə edildikdə yanacaq elementlərinin səmərəliliyinin - hazırda hazırlanmaqda olan bir layihənin - avtomobillərdə istifadə edilən bugünkü tipik benzin mühərriklərindən iki dəfədən çox səmərəli olacağı gözlənilir.

Həm batareyalar, həm də yanacaq elementləri kimyəvi yolla elektrik enerjisi əmələ gətirsələr də, iki çox fərqli funksiyanı yerinə yetirirlər. Batareyalar saxlanılan enerji cihazlarıdır: onların yaratdığı elektrik artıq onların içərisində olan maddənin kimyəvi reaksiyasının nəticəsidir. Yanacaq hüceyrələri enerji saxlamır, ancaq xaricdən verilən yanacağın bir hissəsini elektrik enerjisinə çevirir. Bu baxımdan yanacaq elementi daha çox adi elektrik stansiyasına bənzəyir.

Yanacaq hüceyrələrinin bir neçə fərqli növü var. Ən sadə yanacaq hüceyrəsi elektrolit kimi tanınan xüsusi bir membrandan ibarətdir. Toz elektrodlar membranın hər iki tərəfinə yerləşdirilir. Bu dizayn - iki elektrodla əhatə olunmuş bir elektrolit - ayrı bir elementdir. Hidrogen bir tərəfə (anod), oksigen (hava) digər tərəfə (katod) axır. Hər bir elektrodun fərqli kimyəvi reaksiyası var.

Anodda hidrogen proton və elektron qarışığına parçalanır. Bəzi yanacaq elementlərində elektrodlar adətən platin və ya digər nəcib metallardan hazırlanmış katalizatorla əhatə olunur ki, bu da dissosiasiya reaksiyasını təşviq edir:

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

H2 = iki atomlu hidrogen molekulu, forma, in

hidrogenin qaz şəklində olduğu;

H+ = ionlaşmış hidrogen, yəni. proton;

e- = elektron.

Yanacaq elementinin işləməsi elektrolitin protonları özündən (katoda doğru) keçirməsinə əsaslanır, lakin elektronlar keçmir. Elektronlar xarici keçirici dövrə boyunca katoda doğru hərəkət edir. Elektronların bu hərəkəti elektrik mühərriki və ya elektrik lampası kimi yanacaq hüceyrəsinə qoşulmuş xarici cihazı gücləndirmək üçün istifadə edilə bilən elektrik cərəyanıdır. Bu cihaz adətən "yük" adlanır.

Yanacaq elementinin katod tərəfində protonlar (elektrolitdən keçən) və elektronlar (xarici yükdən keçən) "yenidən birləşirlər" və katoda verilən oksigenlə reaksiyaya girərək su H2O əmələ gətirirlər:

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

Yanacaq hüceyrəsindəki ümumi reaksiya aşağıdakı kimi yazılır:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Yanacaq hüceyrələri öz işlərində hidrogen yanacağını və havadan oksigeni istifadə edirlər. Hidrogen birbaşa və ya təbii qaz, benzin və ya metanol kimi xarici yanacaq mənbəyindən ayrılaraq təmin edilə bilər. Xarici mənbə vəziyyətində, hidrogeni çıxarmaq üçün kimyəvi olaraq çevrilməlidir. Bu proses "islahat" adlanır. Hidrogen həmçinin ammonyakdan, şəhər poliqonlarından və çirkab su təmizləyici qurğulardan qaz kimi alternativ mənbələrdən və suyu hidrogen və oksigenə parçalamaq üçün elektrik enerjisindən istifadə edən su elektrolizindən də əldə edilə bilər. Hazırda nəqliyyatda istifadə olunan yanacaq hüceyrəsi texnologiyalarının əksəriyyəti metanoldan istifadə edir.

Yanacaq elementləri üçün hidrogen istehsal etmək üçün yanacağın islah edilməsi üçün müxtəlif vasitələr hazırlanmışdır. ABŞ Energetika Departamenti öz-özünə daxil olan yanacaq elementini hidrogenlə təmin etmək üçün benzin islahatçısının içərisində yanacaq zavodu hazırlayıb. ABŞ-dakı Sakit Okean Şimal-Qərb Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları enerji blokunun onda biri ölçüsündə olan yığcam yanacaq islahatçısını nümayiş etdiriblər. ABŞ kommunal şirkəti, Northwest Power Systems və Sandia Milli Laboratoriyası dizel yanacağını yanacaq elementləri üçün hidrogenə çevirən yanacaq islahatçısını nümayiş etdirdi.

Fərdi olaraq, yanacaq hüceyrələri hər biri təxminən 0,7-1,0 volt istehsal edir. Gərginliyi artırmaq üçün elementlər "kaskad"a yığılır, yəni. serial əlaqə. Daha çox cərəyan yaratmaq üçün kaskad elementləri dəstləri paralel olaraq bağlanır. Yanacaq hüceyrələrinin kaskadlarını yanacaq qurğusu, hava təchizatı və soyutma sistemi və idarəetmə sistemi ilə birləşdirsəniz, yanacaq hüceyrəsi mühərriki alırsınız. Bu mühərrik avtomobili, stasionar elektrik stansiyasını və ya portativ elektrik generatorunu enerji ilə təmin edə bilər6. Yanacaq hüceyrəsi mühərrikləri tətbiqi, yanacaq hüceyrəsi növü və istifadə olunan yanacağa görə müxtəlif ölçülərdə olur. Məsələn, Omahadakı bankda quraşdırılmış dörd ayrı 200 kVt gücündə stasionar elektrik stansiyasının hər biri təxminən yük maşınının qoşqusunun ölçüsünə bərabərdir.

Proqramlar

Yanacaq elementləri həm stasionar, həm də mobil cihazlarda istifadə edilə bilər. ABŞ-ın tullantılarla bağlı qaydaların sərtləşdirilməsinə cavab olaraq, DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda və Nissan da daxil olmaqla avtomobil istehsalçıları yanacaq hüceyrəli avtomobilləri sınaqdan keçirib nümayiş etdirdilər. İlk kommersiya yanacaq hüceyrəli avtomobillərin 2004 və ya 2005-ci illərdə yollara çıxması gözlənilir.

1993-cü ilin iyun ayında Ballard Power System-dən 90 kilovatlıq hidrogen yanacaq elementi mühərriki ilə eksperimental 32 futluq şəhər avtobusunun nümayişi yanacaq elementi texnologiyası tarixində mühüm mərhələ oldu. O vaxtdan bəri, müxtəlif yanacaqlarla işləyən bir çox müxtəlif növ və nəsil yanacaq hüceyrəli minik avtomobilləri hazırlanmış və istifadəyə verilmişdir. 1996-cı ilin sonundan bəri, Kaliforniyadakı Palm Desertdə üç hidrogen yanacaq hüceyrəsi ilə işləyən qolf arabası istifadə olunur. Çikaqo, İllinoys yollarında; Vankuver, Britaniya Kolumbiyası; və Oslo, Norveç yanacaq hüceyrəli şəhər avtobuslarını sınaqdan keçirir. London küçələrində qələvi yanacaq hüceyrəsi olan taksilər sınaqdan keçirilir.

Yanacaq elementi texnologiyasından istifadə edən sabit qurğular da nümayiş etdirilir, lakin bunlar hələ kommersiya baxımından geniş istifadə olunmur. Nebraskadakı Omaha Birinci Milli Bankı kompüterləri gücləndirmək üçün yanacaq hüceyrəsi sistemindən istifadə edir, çünki sistem batareya ehtiyatı olan köhnə şəbəkə sistemindən daha etibarlıdır. Dünyanın ən böyük kommersiya 1,2 MVt yanacaq elementi sistemi tezliklə Alyaskadakı poçt mərkəzində quraşdırılacaq. Yanacaq elementləri ilə işləyən noutbuklar, çirkab sutəmizləyici qurğularda istifadə olunan idarəetmə sistemləri və satış avtomatları da sınaqdan keçirilir və nümayiş etdirilir.

"Lehte ve eksiklikleri"

Yanacaq hüceyrələrinin bir sıra üstünlükləri var. Müasir daxili yanma mühərriklərinin səmərəliliyi cəmi 12-15% olduğu halda, yanacaq elementləri üçün bu əmsal 50% təşkil edir. Yanacaq elementlərinin səmərəliliyi, hətta tam gücü ilə istifadə edilmədikdə belə kifayət qədər yüksək səviyyədə qala bilər ki, bu da benzin mühərrikləri ilə müqayisədə əhəmiyyətli bir üstünlükdür.

Yanacaq elementi dizaynının modul xarakteri o deməkdir ki, yanacaq hüceyrəsi elektrik stansiyasının gücü sadəcə bir neçə mərhələ əlavə etməklə artırıla bilər. Bu, tələb və təklifin daha yaxşı uyğunlaşmasına imkan verən potensialın tam istifadə edilməməsi faktorunun minimuma endirilməsini təmin edir. Yanacaq elementi yığınının səmərəliliyi ayrı-ayrı hüceyrələrin performansı ilə müəyyən edildiyi üçün kiçik yanacaq hüceyrəsi elektrik stansiyaları da böyük olanlar kimi səmərəli işləyir. Bundan əlavə, stasionar yanacaq elementləri sistemlərindən çıxan tullantı istilik suyun və yerin istiləşməsi üçün istifadə oluna bilər, bu da enerji səmərəliliyini daha da artırır.

Yanacaq hüceyrələrindən istifadə edərkən, praktiki olaraq heç bir zərərli emissiya yoxdur. Mühərrik təmiz hidrogenlə işləyərkən yan məhsul kimi yalnız istilik və təmiz su buxarı əmələ gəlir. Beləliklə, kosmik gəmilərdə astronavtlar bortdakı yanacaq elementlərinin işləməsi nəticəsində yaranan su içirlər. Emissiyaların tərkibi hidrogen mənbəyinin təbiətindən asılıdır. Metanolun istifadəsi azot oksidləri və karbon monoksitlərin sıfır emissiyası və yalnız kiçik karbohidrogen emissiyaları ilə nəticələnir. Hidrogendən metanoldan benzinə keçdiyiniz zaman emissiyalar artır, baxmayaraq ki, benzinlə belə emissiyalar kifayət qədər aşağı qalacaq. Hər halda, bugünkü ənənəvi daxili yanma mühərriklərinin yanacaq elementləri ilə əvəz edilməsi CO2 və NOx emissiyalarının ümumi azalması ilə nəticələnəcək.

Yanacaq elementlərinin istifadəsi enerji infrastrukturunun çevikliyini təmin edir, mərkəzləşdirilməmiş enerji istehsalı üçün əlavə imkanlar yaradır. Mərkəzləşdirilməmiş enerji mənbələrinin çoxluğu ötürülmə itkilərini azaltmağa və enerji satışı bazarlarını inkişaf etdirməyə imkan verir (bu, elektrik xətlərinə çıxışı olmayan ucqar və kənd yerləri üçün xüsusilə vacibdir). Yanacaq hüceyrələrinin köməyi ilə ayrı-ayrı sakinlər və ya məhəllələr özlərini elektrik enerjisinin çox hissəsi ilə təmin edə və beləliklə, onun istifadəsinin səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilərlər.

Yanacaq hüceyrələri yüksək keyfiyyətli enerji və təkmilləşdirilmiş etibarlılıq təklif edir. Onlar davamlıdır, hərəkət edən hissələri yoxdur və sabit bir güc istehsal edirlər.

Bununla belə, performansı yaxşılaşdırmaq, xərcləri azaltmaq və beləliklə, yanacaq hüceyrələrini digər enerji texnologiyaları ilə rəqabətədavamlı etmək üçün yanacaq hüceyrəsi texnologiyası daha da təkmilləşdirilməlidir. Qeyd etmək lazımdır ki, enerji texnologiyalarının maya dəyəri xüsusiyyətləri nəzərə alındıqda, müqayisələr texnoloji xüsusiyyətlərin bütün komponentləri, o cümlədən əsaslı istismar xərcləri, çirkləndirici emissiyalar, enerji keyfiyyəti, davamlılıq, istismardan çıxarılma və çeviklik əsasında aparılmalıdır.

Hidrogen qazı ən yaxşı yanacaq olsa da, onun üçün infrastruktur və ya nəqliyyat bazası hələ mövcud deyil. Qısa müddətdə mövcud qalıq yanacaq təchizatı sistemləri (yanacaqdoldurma məntəqələri və s.) elektrik stansiyalarını benzin, metanol və ya təbii qaz şəklində hidrogen mənbələri ilə təmin etmək üçün istifadə edilə bilər. Bu, xüsusi hidrogen yanacaqdoldurma stansiyalarına ehtiyacı aradan qaldıracaq, lakin hər bir avtomobilin qalıq yanacaqdan hidrogenə çevirici (“islahatçı”) ilə təchiz olunmasını tələb edəcək. Bu yanaşmanın dezavantajı ondan ibarətdir ki, o, qalıq yanacaqlardan istifadə edir və bununla da karbon qazı emissiyası ilə nəticələnir. Hal-hazırda aparıcı namizəd olan metanol benzindən daha az emissiya yaradır, lakin o, eyni enerji məzmunu üçün iki dəfə çox yer tutduğu üçün avtomobildə daha böyük tutumlu çən tələb edir.

Fosil yanacaq təchizatı sistemlərindən fərqli olaraq, günəş və külək sistemləri (sudan hidrogen və oksigen yaratmaq üçün elektrik enerjisindən istifadə etməklə) və birbaşa fotokonversiya sistemləri (hidrogen istehsal etmək üçün yarımkeçirici materiallardan və ya fermentlərdən istifadə etməklə) heç bir islahat mərhələsi olmadan hidrogeni təmin edə bilər və beləliklə, emissiyalar metanol və ya benzin yanacaq elementlərindən istifadə edərkən müşahidə olunan zərərli maddələrin qarşısını almaq olar. Hidrogen lazım olduqda yanacaq hüceyrəsində saxlanıla və elektrik enerjisinə çevrilə bilərdi. Gələcəkdə yanacaq hüceyrələrinin bu cür bərpa olunan enerji mənbələrinə qoşulması məhsuldar, ekoloji cəhətdən təmiz və çox yönlü enerji mənbəyi təmin etmək üçün effektiv strategiya ola bilər.

IEER-in tövsiyələri, yerli, əyalət və əyalət hökumətlərinin nəqliyyat satınalma büdcələrinin bir hissəsini onların bəzi əsas və ya yeni binalarını istilik və elektrik enerjisi ilə təmin etmək üçün yanacaq hüceyrəli nəqliyyat vasitələrinə və stasionar yanacaq hüceyrəsi sistemlərinə ayırmalarıdır. Bu, həyati əhəmiyyət kəsb edən texnologiyanın inkişafına töhfə verəcək və istixana qazı emissiyalarını azaldacaq.

Müxtəlif növ daxili yanma mühərriklərinin mövcudluğuna bənzər şəkildə, müxtəlif növ yanacaq elementləri var - uyğun yanacaq elementinin seçimi onun tətbiqindən asılıdır.

Yanacaq hüceyrələri yüksək temperatur və aşağı temperatura bölünür. Aşağı Temperaturlu Yanacaq Hüceyrələri yanacaq kimi nisbətən təmiz hidrogen tələb edir. Bu, çox vaxt o deməkdir ki, ilkin yanacağın (məsələn, təbii qaz) təmiz hidrogenə çevrilməsi üçün yanacağın emalı tələb olunur. Bu proses əlavə enerji sərf edir və xüsusi avadanlıq tələb edir. Yüksək Temperaturlu Yanacaq Hüceyrələri bu əlavə prosedura ehtiyac yoxdur, çünki onlar yüksək temperaturda yanacağı "daxili olaraq çevirə" bilirlər, yəni hidrogen infrastrukturuna investisiya qoymağa ehtiyac yoxdur.

Ərinmiş karbonat üzərində yanacaq hüceyrələri (MCFC)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq hüceyrələri yüksək temperaturlu yanacaq hüceyrələridir. Yüksək iş temperaturu yanacaq prosessoru olmadan təbii qazdan və texnoloji yanacaqlardan və digər mənbələrdən aşağı kalorili yanacaq qazından birbaşa istifadə etməyə imkan verir. Bu proses 1960-cı illərin ortalarında inkişaf etdirildi. O vaxtdan bəri istehsal texnologiyası, performans və etibarlılıq təkmilləşdirilmişdir.

RCFC-nin işləməsi digər yanacaq elementlərindən fərqlidir. Bu hüceyrələr ərimiş karbonat duzlarının qarışığından elektrolitdən istifadə edirlər. Hal-hazırda iki növ qarışıq istifadə olunur: litium karbonat və kalium karbonat və ya litium karbonat və natrium karbonat. Karbonat duzlarını əritmək və elektrolitdə ionların yüksək dərəcədə hərəkətliliyinə nail olmaq üçün ərimiş karbonat elektroliti olan yanacaq elementləri yüksək temperaturda (650°C) işləyir. Effektivlik 60-80% arasında dəyişir.

650°C temperaturda qızdırıldıqda duzlar karbonat ionları üçün keçirici olur (CO 3 2-). Bu ionlar katoddan anoda keçir və burada hidrogenlə birləşərək su, karbon qazı və sərbəst elektronlar əmələ gətirir. Bu elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə katoda geri göndərilir, əlavə məhsul kimi elektrik cərəyanı və istilik əmələ gətirir.

Anod reaksiyası: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Katodda reaksiya: CO 2 + 1 / 2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
Ümumi element reaksiyası: H 2 (q) + 1/2 O 2 (q) + CO 2 (katod) => H 2 O (g) + CO 2 (anod)

Ərimiş karbonat elektrolit yanacaq elementlərinin yüksək iş temperaturu müəyyən üstünlüklərə malikdir. Yüksək temperaturda təbii qaz daxili islah edilir, yanacaq prosessoruna ehtiyacı aradan qaldırır. Bundan əlavə, üstünlüklərə elektrodlarda paslanmayan polad təbəqə və nikel katalizatoru kimi standart tikinti materiallarından istifadə etmək imkanı daxildir. Tullantı istilik müxtəlif sənaye və kommersiya tətbiqləri üçün yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.

Elektrolitdə yüksək reaksiya temperaturu da öz üstünlüklərinə malikdir. Yüksək temperaturun istifadəsi optimal iş şəraitinə çatmaq üçün uzun müddət tələb edir və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Bu xüsusiyyətlər daimi güc şəraitində ərimiş karbonat elektrolitli yanacaq hüceyrəsi sistemlərinin istifadəsinə imkan verir. Yüksək temperatur yanacaq hüceyrələrinin dəm qazı ilə zədələnməsinin qarşısını alır, "zəhərlənmə" və s.

Ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələri böyük stasionar qurğularda istifadə üçün uygundur. İstehsal gücü 2,8 MVt olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Fosfor turşusu yanacaq hüceyrələri (PFC)

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri kommersiya istifadəsi üçün ilk yanacaq hüceyrələri idi. Bu proses 1960-cı illərin ortalarında hazırlanıb və 1970-ci illərdən sınaqdan keçirilib. O vaxtdan bəri sabitlik, performans və qiymət artırıldı.

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələri 100% -ə qədər konsentrasiyası olan ortofosfor turşusu (H 3 PO 4) əsasında elektrolitdən istifadə edir. Fosfor turşusunun ion keçiriciliyi aşağı temperaturda aşağı olur, bu səbəbdən bu yanacaq elementləri 150-220°C-ə qədər olan temperaturlarda istifadə olunur.

Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı hidrogendir (H + , proton). Bənzər bir proses, anoda verilən hidrogenin protonlara və elektronlara bölündüyü proton mübadiləsi membran yanacaq hüceyrələrində (MEFC) baş verir. Protonlar elektrolitdən keçir və katodda havadan oksigenlə birləşərək su əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi boyunca yönəldilir və elektrik cərəyanı yaranır. Aşağıda elektrik və istilik əmələ gətirən reaksiyalar verilmişdir.

Anodda reaksiya: 2H 2 => 4H + + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2H 2 O
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Fosforik (ortofosforik) turşuya əsaslanan yanacaq hüceyrələrinin səmərəliliyi elektrik enerjisi istehsal edərkən 40% -dən çoxdur. İstilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında ümumi səmərəlilik təxminən 85% təşkil edir. Bundan əlavə, iş temperaturu nəzərə alınmaqla, tullantı istilik suyun qızdırılması və atmosfer təzyiqində buxarın yaranması üçün istifadə edilə bilər.

İstilik elektrik stansiyalarının istilik və elektrik enerjisinin birgə istehsalında fosfor (ortofosfor) turşusuna əsaslanan yanacaq elementlərindəki yüksək göstəriciləri bu tip yanacaq elementlərinin üstünlüklərindən biridir. Zavodlar təxminən 1,5% konsentrasiyada dəm qazından istifadə edirlər ki, bu da yanacaq seçimini xeyli genişləndirir. Bundan əlavə, CO 2 elektrolitə və yanacaq hüceyrəsinin işinə təsir göstərmir, bu tip hüceyrə islah edilmiş təbii yanacaqla işləyir. Sadə tikinti, aşağı elektrolit dəyişkənliyi və artan sabitlik də bu növ yanacaq elementinin üstünlükləridir.

Çıxış gücü 400 kVt-a qədər olan istilik elektrik stansiyaları sənaye üsulu ilə istehsal olunur. 11 MVt-lıq qurğular müvafiq sınaqlardan keçib. Çıxış gücü 100 MVt-a qədər olan stansiyalar hazırlanır.

Proton Mübadilə Membranlı Yanacaq Hüceyrələri (PME)

Proton mübadilə membranlı yanacaq hüceyrələri benzin və dizel daxili yanma mühərriklərini əvəz edə bilən avtomobil enerjisi istehsalı üçün ən yaxşı yanacaq elementləri növü hesab olunur. Bu yanacaq hüceyrələri ilk dəfə NASA tərəfindən Əkizlər proqramı üçün istifadə edilmişdir. Bu gün MOPFC-də 1 Vt-dan 2 kVt-a qədər gücə malik qurğular hazırlanır və nümayiş etdirilir.

Bu yanacaq hüceyrələri elektrolit kimi bərk polimer membrandan (nazik plastik film) istifadə edir. Su ilə hopdurulduqda, bu polimer protonları keçir, lakin elektronları keçirmir.

Yanacaq hidrogen, yük daşıyıcısı isə hidrogen ionudur (proton). Anodda hidrogen molekulu hidrogen ionuna (proton) və elektronlara ayrılır. Hidrogen ionları elektrolitdən katoda keçir, elektronlar isə xarici dairədə hərəkət edərək elektrik enerjisi əmələ gətirir. Havadan alınan oksigen katoda qidalanır və elektronlar və hidrogen ionları ilə birləşərək su əmələ gətirir. Elektrodlarda aşağıdakı reaksiyalar baş verir:

Anodda reaksiya: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Digər yanacaq hüceyrələri ilə müqayisədə proton mübadilə membranlı yanacaq hüceyrələri müəyyən bir yanacaq hüceyrəsi həcmi və ya çəkisi üçün daha çox güc istehsal edir. Bu xüsusiyyət onlara yığcam və yüngül olmağa imkan verir. Bundan əlavə, işləmə temperaturu 100 ° C-dən azdır, bu da tez bir zamanda işə başlamağa imkan verir. Bu xüsusiyyətlər, eləcə də enerji çıxışını tez dəyişmək qabiliyyəti bu yanacaq hüceyrələrini avtomobillərdə istifadə üçün əsas namizəd edən xüsusiyyətlərdən yalnız bir neçəsidir.

Digər bir üstünlük, elektrolitin maye deyil, bərk olmasıdır. Qazları katodda və anodda saxlamaq bərk elektrolitlə daha asandır və buna görə də belə yanacaq hüceyrələrinin istehsalı daha ucuzdur. Digər elektrolitlərlə müqayisədə bərk elektrolitdən istifadə oriyentasiya kimi problemlər yaratmır, korroziya baş verdiyinə görə daha az problemlər yaranır, bu da hüceyrənin və onun komponentlərinin daha uzun müddət dayanmasına səbəb olur.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri (SOFC)

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri ən yüksək işləmə temperaturu olan yanacaq hüceyrələridir. İşləmə temperaturu 600 ° C-dən 1000 ° C-ə qədər dəyişə bilər ki, bu da xüsusi əvvəlcədən təmizlənmədən müxtəlif növ yanacağın istifadəsinə imkan verir. Bu yüksək temperaturları idarə etmək üçün istifadə olunan elektrolit nazik keramika əsaslı bərk metal oksiddir, tez-tez oksigen (O 2 -) ionlarının keçiricisi olan itrium və sirkonium ərintisi. Bərk oksid yanacaq elementlərindən istifadə texnologiyası 1950-ci illərin sonlarından etibarən inkişaf etdirilir. və iki konfiqurasiyaya malikdir: planar və boru.

Bərk elektrolit bir elektroddan digərinə hermetik qaz keçidini təmin edir, maye elektrolitlər isə məsaməli substratda yerləşir. Bu tip yanacaq hüceyrələrində yük daşıyıcısı oksigen ionudur (O 2 -). Katodda oksigen molekulları havadan oksigen ionuna və dörd elektrona ayrılır. Oksigen ionları elektrolitdən keçir və hidrogenlə birləşərək dörd sərbəst elektron əmələ gətirir. Elektronlar xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə yönəldilir, elektrik cərəyanı və tullantı istilik əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 4e - => 2O 2 -
Ümumi element reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Yaranan elektrik enerjisinin səmərəliliyi bütün yanacaq elementləri arasında ən yüksəkdir - təxminən 60%. Bundan əlavə, yüksək iş temperaturu yüksək təzyiqli buxar yaratmaq üçün istilik və enerjinin birgə istehsalına imkan verir. Yüksək temperaturlu yanacaq elementinin turbinlə birləşdirilməsi elektrik enerjisi istehsalının səmərəliliyini 70%-ə qədər artırmaq üçün hibrid yanacaq elementi yaradır.

Bərk oksid yanacaq hüceyrələri çox yüksək temperaturda (600°C-1000°C) işləyir, nəticədə optimal iş şəraitinə uzun müddət çatır və sistem enerji istehlakındakı dəyişikliklərə daha yavaş reaksiya verir. Belə yüksək iş temperaturunda yanacaqdan hidrogeni bərpa etmək üçün heç bir çevirici tələb olunmur, bu da istilik elektrik stansiyasının kömürün qazlaşdırılmasından və ya tullantı qazlarından və s. Həmçinin, bu yanacaq elementi sənaye və böyük mərkəzi elektrik stansiyaları da daxil olmaqla yüksək güc tətbiqləri üçün əladır. Çıxış elektrik gücü 100 kVt olan sənaye istehsalı modulları.

Birbaşa metanol oksidləşməsi olan yanacaq hüceyrələri (DOMTE)

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq elementlərinin istifadəsi texnologiyası aktiv inkişaf dövründən keçir. O, mobil telefonların, noutbukların enerji təchizatı, eləcə də portativ enerji mənbələrinin yaradılması sahəsində özünü uğurla təsdiqləyib. bu elementlərin gələcəkdə tətbiqi nəyə yönəlib.

Metanolun birbaşa oksidləşməsi ilə yanacaq hüceyrələrinin quruluşu proton mübadiləsi membranı (MOFEC) olan yanacaq hüceyrələrinə bənzəyir, yəni. elektrolit kimi polimerdən, yükdaşıyıcı kimi isə hidrogen ionundan (proton) istifadə olunur. Bununla belə, maye metanol (CH 3 OH) anodda suyun iştirakı ilə oksidləşir, CO 2, hidrogen ionları və xarici elektrik dövrəsi vasitəsilə idarə olunan elektronları buraxır və elektrik cərəyanı yaranır. Hidrogen ionları elektrolitdən keçir və havadan oksigenlə və xarici dövrədən gələn elektronlarla reaksiyaya girərək anodda su əmələ gətirir.

Anodda reaksiya: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Katodda reaksiya: 3 / 2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
Ümumi element reaksiyası: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Bu yanacaq hüceyrələrinin inkişafı 1990-cı illərin əvvəllərində başlamışdır. Təkmilləşdirilmiş katalizatorların hazırlanmasından sonra və digər son yeniliklər sayəsində enerji sıxlığı və səmərəliliyi 40%-ə qədər artırılıb.

Bu elementlər 50-120°C temperatur intervalında sınaqdan keçirilmişdir. Aşağı iş temperaturu və çeviriciyə ehtiyac olmadığı üçün birbaşa metanol yanacaq hüceyrələri mobil telefonlar və digər istehlak məhsullarından tutmuş avtomobil mühərriklərinə qədər tətbiqlər üçün ən yaxşı namizəddir. Bu növ yanacaq hüceyrələrinin üstünlüyü maye yanacağın istifadəsi və konvertordan istifadə ehtiyacının olmaması səbəbindən kiçik ölçüləridir.

Qələvi yanacaq hüceyrələri (AFC)

Qələvi yanacaq hüceyrələri (ALFCs) ən çox öyrənilmiş texnologiyalardan biridir və 1960-cı illərin ortalarından istifadə olunur. NASA tərəfindən Apollon və Space Shuttle proqramlarında. Bu kosmik gəminin göyərtəsində yanacaq hüceyrələri elektrik və içməli su istehsal edir. Qələvi yanacaq elementləri elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə edilən ən səmərəli elementlərdən biridir və enerji istehsalının səmərəliliyi 70%-ə çatır.

Qələvi yanacaq elementləri elektrolitdən, yəni məsaməli, stabilləşdirilmiş matrisdə olan kalium hidroksidinin sulu məhlulundan istifadə edir. Kalium hidroksidinin konsentrasiyası 65°C ilə 220°C arasında dəyişən yanacaq elementinin işləmə temperaturundan asılı olaraq dəyişə bilər. SFC-də yük daşıyıcısı, su və elektron istehsal etmək üçün hidrogenlə reaksiya verdiyi katoddan anoda doğru hərəkət edən bir hidroksid ionudur (OH-). Anodda əmələ gələn su yenidən katoda doğru hərəkət edir və orada yenidən hidroksid ionları əmələ gətirir. Yanacaq hüceyrəsində baş verən bu reaksiyalar seriyası nəticəsində elektrik enerjisi və əlavə məhsul kimi istilik əmələ gəlir:

Anodda reaksiya: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katodda reaksiya: O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
Sistemin ümumi reaksiyası: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SFC-lərin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, bu yanacaq hüceyrələri ən ucuz istehsal olunur, çünki elektrodlara lazım olan katalizator digər yanacaq elementləri üçün katalizator kimi istifadə olunanlardan daha ucuz olan maddələrdən hər hansı biri ola bilər. Bundan əlavə, SCFC-lər nisbətən aşağı temperaturda işləyir və ən səmərəli yanacaq elementləri arasındadır - belə xüsusiyyətlər müvafiq olaraq daha sürətli enerji istehsalına və yüksək yanacaq səmərəliliyinə kömək edə bilər.

SHTE-nin xarakterik xüsusiyyətlərindən biri onun yanacaq və ya havada ola bilən CO 2-yə yüksək həssaslığıdır. CO 2 elektrolitlə reaksiya verir, onu tez zəhərləyir və yanacaq elementinin səmərəliliyini xeyli azaldır. Buna görə də, SFC-lərin istifadəsi kosmos və sualtı nəqliyyat vasitələri kimi qapalı məkanlarla məhdudlaşır, onlar təmiz hidrogen və oksigen üzərində işləməlidirlər. Üstəlik, CO, H 2 O və CH 4 kimi digər yanacaq elementləri üçün təhlükəsiz olan və hətta bəziləri üçün yanacaq olan molekullar SFC üçün zərərlidir.

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri (PETE)

Polimer elektrolit yanacaq hüceyrələri vəziyyətində, polimer membranı su molekuluna bağlı su ionlarının H 2 O + (proton, qırmızı) keçiriciliyi olan su bölgələri olan polimer liflərdən ibarətdir. Su molekulları yavaş ion mübadiləsi səbəbindən problem yaradır. Buna görə də, həm yanacaqda, həm də iş temperaturunu 100 ° C-ə qədər məhdudlaşdıran egzoz elektrodlarında yüksək su konsentrasiyası tələb olunur.

Bərk turşu yanacaq hüceyrələri (SCFC)

Bərk turşu yanacaq elementlərində elektrolitdə (C s HSO 4 ) su yoxdur. Buna görə işləmə temperaturu 100-300 ° C-dir. SO 4 2- oksi anionlarının fırlanması protonların (qırmızı) şəkildə göstərildiyi kimi hərəkət etməsinə imkan verir. Tipik olaraq, bərk turşu yanacaq hüceyrəsi yaxşı təmas təmin etmək üçün iki sıx sıxılmış elektrod arasında çox nazik qatı turşu birləşməsinin sıxıldığı sendviçdir. Qızdırıldıqda, üzvi komponent yanacaq (və ya hüceyrənin digər ucunda oksigen), elektrolit və elektrodlar arasında çoxsaylı təmas qabiliyyətini saxlayaraq, elektrodlardakı məsamələri tərk edərək buxarlanır.