Elementy paliwowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii

 Komentarze do artykułu

Ogniwo paliwowe wodorowo-tlenowe odkrył w 1838 roku angielski naukowiec W. Grove. Zbadał rozkład wody na wodór i tlen i odkrył, że elektrolizer wytwarza prąd elektryczny. Okazało się, że istnieją procesy konwersji paliwa na energię elektryczną bez spalania paliwa. Jednak ludzkość pozyskuje energię elektryczną głównie ze spalania ropy, węgla lub gazu w elektrowniach cieplnych lub paliwa jądrowego w elektrowniach jądrowych. Procesy polegające na spalaniu wiążą się z dużymi stratami, dlatego wszelkie możliwości wytwarzania energii elektrycznej bez spalania paliwa przyciągały naukowców i inżynierów.

Co to jest ogniwo paliwowe?

W trakcie badań okazało się, że należy przygotować paliwo do ogniw paliwowych. Przecież w przyrodzie nie ma czystego wodoru. Trzeba go wydobywać z paliw kopalnych, takich jak metan czy gaz ziemny.

Ogniwo paliwowe jest chemicznym źródłem prądu i dlatego składa się z anody, katody i elektrolitu (patrz rysunek).

Na anodzie utlenia się czynnik redukujący (wodór), który uwalnia elektrony do obwodu zewnętrznego, a dodatnio naładowane jony H+ przedostają się do elektrolitu. Z drugiego końca łańcucha elektrony zbliżają się do katody, do której dostarczane jest powietrze (tlen) i następuje reakcja redukcji (dodanie elektronów przez utleniacz – tlen). Dodatnio naładowane jony wodoru (protony) są przenoszone przez elektrolit na katodę, gdzie łączą się z ujemnymi jonami tlenu i tworzą wodę H2O.

Elektrody i elektrolit nie biorą udziału w reakcji. Zatem do ogniwa paliwowego należy dostarczyć wodór i tlen, usunąć wodę i usunąć prąd elektryczny.

Problemy z produkcją wodoru doprowadziły do ​​prób stosowania innych reduktorów, zwłaszcza tlenku węgla CO, który jest stosunkowo łatwy do uzyskania z węgla. W latach 30. XX w. Niemiecki badacz E. Bauer stworzył instalację laboratoryjną z elektrolitem stałym do bezpośredniego anodowego utleniania węgla. Obecnie oprócz węgla można stosować niemal każde paliwo organiczne. Zamiast wody w takich ogniwach paliwowych produktem wyjściowym jest dwutlenek węgla CO2.

Dlaczego ogniwa paliwowe są atrakcyjne jako źródło energii elektrycznej?

Po pierwsze, są bardziej przyjazne dla środowiska niż elektrownie cieplne. Wodorowo-tlenowe ogniwa paliwowe wytwarzają wodę, a węglowe ogniwa paliwowe wytwarzają dwutlenek węgla w znacznie mniejszej ilości na jednostkę energii elektrycznej niż elektrownie cieplne.

Po drugie, mają wysoką sprawność na poziomie około 40-60% (duże elektrownie cieplne mają około 30%). Obecnie opracowano technologie o wydajności do 90%. Dzięki temu możliwe jest co najmniej 2-krotne ograniczenie zużycia paliw kopalnych. Po trzecie, niezawodność paliwa jest niezwykle wysoka. Prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy szacuje się na „siedem dziewiątek”, czyli 99,99999%.

Rodzaje ogniw paliwowych

Typy te zależą od rodzaju elektrolitu użytego w ogniwach paliwowych.

1. Kwas fosforowy. Ten typ ogniwa paliwowego jest obecnie w produkcji masowej. Zainstalowano ich już ponad 200 – w szpitalach, hotelach, szkołach i urzędach. Ich wydajność wynosi 40%, ale dodatkowo wykorzystuje się produkt wyjściowy - gorącą parę. Temperatura pracy w takich ogniwach paliwowych wynosi około 200°C.

2. Membrany do wymiany protonów. Elementy te pracują w niższej temperaturze (około 100°C). Membrany do wymiany protonów to cienka warstwa tworzywa sztucznego, która umożliwia przejście protonów. Tworzywo pokryte jest obustronnie warstwą cząstek metalu (najczęściej platyny), które są aktywnym katalizatorem. Ten typ ogniw paliwowych uważany jest za najbardziej obiecujący dla samochodów oraz jako zamiennik baterii i akumulatorów.

3. Stopiony węglan. Ogniwa z tym elektrolitem pracują w temperaturze około 700°C i radzą sobie z wodorem, tlenkiem węgla, gazem ziemnym, propanem, olejem napędowym i innymi substancjami. Opracowano instalacje przemysłowe o mocy od 10 kW do 2 MW. Takie ogniwa paliwowe są obiecujące jako elektrownie stacjonarne.

4. Tlenki stałe. Zamiast ciekłego elektrolitu stosuje się stały materiał ceramiczny. Temperatura pracy w takim ogniwie paliwowym dochodzi do 1000°C. Wydajność sięga 60%. Zademonstrowano ogniwo paliwowe o mocy 220 kW. Takie ogniwa paliwowe są obiecujące jako potężne elektrownie.

5. Elektrolit alkaliczny. Ogniwa paliwowe z takim elektrolitem (KOH) są od dawna stosowane w amerykańskich statkach kosmicznych. Ich skuteczność sięga 70%. Jednak do zastosowań komercyjnych są one nadal zbyt drogie.

6. Metanol. Budowa takiego ogniwa jest podobna do ogniwa z membraną do wymiany protonów, ale ma za zadanie ekstrakcję wodoru z ciekłego metanolu. Wydajność wynosi około 40%. Temperatura pracy 50-90°C.

7. Regeneracyjne ogniwa paliwowe. Ten typ ogniwa paliwowego jest w fazie badań. Wykorzystuje zamkniętą pętlę. Woda jest rozdzielana na wodór i tlen za pomocą elektrolizera z ogniwami słonecznymi. Wodór i tlen trafiają do ogniwa paliwowego, które wytwarza energię elektryczną, ciepło i wodę. Woda jest zawracana z powrotem do elektrolizera i proces się powtarza. Ten typ ogniw paliwowych jest obiecujący dla statków kosmicznych i stacji.

Zobacz inne artykuły Sekcja Alternatywne źródła energii.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum 8x napęd DVD+R firmy MSI 25.12.2003 Firma MSI ogłosiła nową nagrywarkę DVD 8x: DR-8A. Model wieloformatowy (zgodny z DVD+R/W i DVD-R/W) ma następujące funkcje. Nagrywanie DVD+R: 8x. Nagrywanie DVD+RW: 4x. Nagrywanie DVD-R: 4x. Nagrywanie DVD-RW: 2x. Odczyt DVD: 12x Odczyt CD: 40x. Nagrywanie CD-R: 40x. Nagrywanie CD-RW: 24x. Dowód oparzenia. Nagrywanie HD. Nadpalenie: 99 min (870 MB), 90 min (800 MB). Bufor: 2 MB.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Tabliczka dotykowa

▪ Serwery Fujitsu Primeergy oparte na procesorach Intel Xeon E5 v4

▪ Orzeł-robot

▪ Światłowód dla kwantowego internetu

▪ Mikrochipy w mózgach dwóch szczurów zostały podłączone do sieci komputerowej

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Radioelektronika i elektrotechnika. Wybór artykułów

▪ artykuł Ktoś gubi, ktoś znajduje. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Po co nam szkielet? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Kierowca ciężarówki. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy

▪ artykuł Wskaźnik kradzieży. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Syntezator częstotliwości do przenośnej stacji radiowej. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024