Топливный элемент для авто

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент генерирует электричество в процессе электрохимической реакции, в которой атомы поступающего под давлением водорода разлагаются на электроны и протоны. Электроны поступают во внешнюю цепь, создается электрический ток. Далее протоны проходят через мембрану где с ними соединяется кислород и электроны. Единственным побочным продуктом такой реакции является водяной пар и тепло.

В отличие от существующих двигателей внутреннего сгорания, системы на водородных топливных элементах не имеют движущихся частей, потеря КПД при работе минимальна. Цена на водородные топливные элементы пока достаточно высоки, однако надежность и простота эксплуатации такого оборудования компенсируют этот недостаток.

Существуют несколько причин, по которым в качестве резервного питания компании решают купить топливные элементы на водороде:

На сегодняшний день существуют несколько производителей готовых комплексных систем на водородных топливных элементах, которые уже хорошо зарекомендовали себя на мировом рынке.

Компания ReliOn занимается производством и поставкой комплексных систем на водородных топливных элементах с 1995 года и предоставляет широкий спектр оборудования в секторе резервного питания. Компания зарекомендовала себя на рынке и является одним из лидеров среди поставщиков топливных элементов на водороде. На сегодняшний день ReliOn предлагает готовые и надежные решения, которые используются более чем в 30 странах и стабильно работают в различных телекоммуникационных компаниях, среди которых Verizon,at&t, telefonica, airwave, telecom Italia, China mobile и др.

Продуктовая линейка от компании Relion предоставляет возможность использовать системы на топливных элементах уже сегодня в качестве резервного питания. В основе каждой системы на топливных элементах стоит модуль, с помощью которого возможно увеличить объем вырабатываемого электричества до 20 Квт.

Датская компания Dantherm Power разрабатывает и поставляет системы на водородных топливных элементах, в основе которых топливные ячейки компании Bollard Power System. Первый коммерческий экземпляр поступил в продажу в 2005 году и на сегодняшний день компания продолжает поставку комплексных решений в области, где топливные элементы на водороде представляют собой выгодную альтернативу. Источники резервного питания компании Dantherm Power являются модульными и масштабируемыми. Доступные в конфигурации 1.7 кВт 2.5 кВт и 5кВт, они представляют собой надежный источник резервного питания, рассчитанные для покрытия кратковременных сбоев электропитания. Водородные топливные элементы компании Dantherm Power подтвердили свою надежность использования в различных странах Европы.

Предлагаемое решение от компании Dantherm Power возможно разместить как в инженерных стойках в закрытом помещении, так и в уличном исполнении.

Немецкая компания FutureE с центральным офисом в Штутгарте фокусирует свою деятельность на разработке и поставке инновационных, эффективных систем на водородных топливных элементах. Продукция компании FutureE это оборудование, которое отвечает международным стандартам качества, проверенное различными тестами и активно используется в странах Европы и Азии. Минимальная сложность при инсталляции, длительный срок службы в сочетании с низкими затратами на эксплуатацию это лишь несколько преимуществ. Ключевой подход компании это индивидуальные решения на основе стандартизированных продуктов и использование новейших технологий.

Итальянская компания «ACTA» с 2004 года занимается поставкой электролизеров. В 2012 году компания начала производить системы «ACTA POWER», в основе которых топливные элементы, работающие в комплекте с генератором водорода. Такая комбинация позволяет производить водород непосредственно на месте размещения системы, благодаря электролизеру оборудование не нуждается в подключении к баллонам с водородом и способно вырабатывать необходимое электричество. Так же благодаря использованию воды в качестве топлива для производства электричества, снижаются затраты на операционные расходы.

Данный материал размещен на сайте с информационными целями. В настоящее время компания СвязьКомплект не осуществляет поставки водородных топливных элементов.

Источник

Топливный элемент принцип работы

Топливный элемент на водороде: описание, характеристики, принцип работы, фото

Особенности

Отличием топливных ячеек от прочих генераторов электроэнергии является то, что за время работы они не сжигают топливо. Ввиду такой особенности они не нуждаются в роторах высокого давления, не издают громкого шума и вибраций. Электричество в топливных элементах вырабатывается в результате бесшумной электрохимической реакции. Химическая энергия топлива в таких устройствах преобразуется напрямую в воду, тепло и электричество.

Топливные элементы отличаются высокой эффективностью и не производят большого количества парниковых газов. Продуктом выброса при работе ячеек являются небольшое количество воды в виде пара и углекислого газа, который не выделяется в случае, если в качестве топлива выступает чистый водород.

Принцип работы

Тепло и электроэнергия вырабатываются топливным ячейками в результате электрохимической реакции, проходящей с использованием катода, анода и электролита.

Читайте также:  Масла авто топ лучших

Катод и анод разделены проводящим протоны электролитом. После поступления кислорода на катод и водорода на анод запускается химическая реакция, результатом которой становятся тепло, ток и вода.

Молекулярный водород диссоциирует на катализаторе анода, что приводит к потере им электронов. Ионы водорода поступают к катоду через электролит, одновременно электроны проходят по внешней электрической сети и создают постоянный ток, который используется для питания оборудования. Молекула кислорода на катализаторе катода объединяется с электроном и поступившим протоном, образуя в итоге воду, являющуюся единственным продуктом реакции.

Высокотемпературные топливные элементы не нуждаются в подобном, поскольку они преобразуют топливо при повышенных температурах, что исключает необходимость создания водородной инфраструктуры.

Принцип работы топливных элементов на водороде основан на превращении химической энергии в электрическую без малоэффективных процессов горения и трансформации тепловой энергии в механическую.

Преимущества водородных топливных ячеек

Область применения

Как собрать топливный элемент на водороде?

Топливную ячейку небольшой мощности можно создать самостоятельно в условиях обычной домашней или школьной лаборатории. В качестве материалов используется старый противогаз, куски оргстекла, водный раствор этилового спирта и щелочь.

Циркуляция топлива будет осуществляться в первой камере, в то время как пятая заполняется воздухом, из которого будет поставляться кислород. Электролит, засыпающийся между электродами, пропитывается раствором парафина и бензина во избежание его попадания в воздушную камеру. На слой угля кладутся медные пластины с припаянными к ним проводами, через которые будет отводиться ток.

Собранный топливный элемент на водороде заряжается водкой, разбавленной водой в соотношении 1:1. В полученную смесь аккуратно добавляется едкий калий: в 200 граммах воды растворяется 70 граммов калия.

Как работает ячейка топливного элемента?

Своеобразным «сердцем» ячейки топливного элемента является протонообменая мембрана (ПОМ). Этот компонент позволяет протонам проходить практически беспрепятственно, но электроны блокирует.

Когда водород попадает в катализатор и расщепляется на протоны и электроны, протоны направляются прямиком к стороне катода, а электроны следуют через внешнюю электрическую цепь.

По пути электроны выполняют полезную работу:

Только проследовав такой путь, электроны объединяются с протонами и кислородом на другой стороне ячейки с последующим производством воды.

Полноценная система из нескольких топливных ячеек: 1 – газовый ресивер; 2 – радиатор охлаждения с вентилятором; 3 – компрессор; 4 – опорный фундамент; 5 – топливный элемент в сборе из нескольких ячеек; 6 – модуль промежуточного хранилища

Все эти реакции происходят в так называемом стеке одной ячейке. На практике обычно используется целая системы вокруг основного компонента, которая представляет собой стек из нескольких ячеек.

Стек встраивается в модуль, состоящий из частей:

Этот модуль затем интегрируется в полную систему, которую допустимо использовать для разных применений.

По причине высокого энергетического содержания водорода и высокой эффективности топливных элементов (55%), технологию допустимо использовать в разных областях.

Например, в качестве резервного питания для производства электроэнергии, когда нарушается работа основной электрической сети.

Как заправлять автомобиль топливным элементом

Заправка водородом является очень дорогим процессом. Водородных заправок мало. Но в связи с появлением новых автомобилей количество заправок постепенно растёт.

Источник

Генератор на топливных элементах

Топливные элементы — это перспективный, долговечный, надежный и экологический чистый источник получения электрической энергии. Топливный элемент (или как его еще называют электрохимический генератор) — устройство, которое преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию в процессе электрохимической реакции. В идеале, для работы топливного элемента в качестве подаваемого топлива необходим водород. Однако производство и хранение такого топлива достаточно затратны. Поэтому «портативные» генераторы на топливных элементах работают и от водородосодержащего топлива. В качестве такого топлива могу быть использованы привычные нам углеводороды:метан, бутан, пропан, метанол, бензин.

При использовании водорода в качестве топлива, продуктами химической реакции, помимо желаемой электроэнергии выступают тепло и вода. В этом случае такой генератор абсолютно безвреден для окружающей среды. При использовании в качества топлива углеводородов (например пропан), в окружающую среду будут выделяться так же оксиды углерода и азота. Однако, их значение существенно ниже, чем при обычном сжигании.

Устройство и принцип действия

Генератор на топливных элементах состоит из:

Топливный процессор преобразует углеводородное топливо в водород, необходимый для электрохимической реакции (реформинг). Основной элемент устройства — реформер. Поступающий в реформер, к примеру, природный газ взаимодействует с водяным паром при очень высоких температурах (около 900 °C) и высоком давлением в присутствии катализатора (никеля). Пар, необходимый для преобразования, образуется из конденсата в следствии работы топливного элемента. При этом используется тепло, так же выделяемое в следствии его работы.

Секция выработки энергии — основная часть генератора. Она состоит из множества топливных ячеек, в состав электродов которых входит платиновый катализатор. С помощью этих ячеек вырабатывается постоянный электрический ток.

Преобразователь напряжения. Вырабатываемый топливными ячейками постоянный ток неустойчив, имеет низкое напряжение и высокую силу тока. Для преобразования его в переменный ток, отвечающий стандартам, а так же для защиты электрической цепи от различных сбоев и используется преобразователь напряжения.

Читайте также:  Dab тюнер в авто

В таком генераторе примерно 40% энергии углеводородного топлива может быть преобразовано в электрическую энергию. Так же еще 40% энергии топлива преобразуются в тепловую энергию. Его можно использовать для обогрева помещения, а та же воды в водопроводе. Поэтому суммарный КПД такого генератора может достигать 80%.

Достоинством генератора на топливных элементах является:

Недостатки и особенности:

Модными и современными технологиями заинтересовались так же производители аксессуаров для караванинга и выпустили несколько своих разработок.

Truma VeGa

Немецкая компания Truma, специализирующая в области газовых и электрических устройств для караванинга, совместно с институтом микро техники IMM разработали генератор электроэнергии на топливных элементах Truma VeGa. Идея заключалась в том, что бы сделать доступный генератор на новой, набирающей популярность технологии топливных элементов для массового потребителя. Система получила серебряную награду F-CELL в 2007 году и премию на выставке Bavarian Energy в 2008 году. Широкой публике технологичный продукт был представлен на выставке Caravan Salon в 2012 году в Дюссельдорфе. В том же году стартовало ее серийное производство и продажи.

Для выработки водорода с последующим преобразование его в электроэнергию, Vega использует сжиженный углеводородный газ (пропан/бутан). Максимальная производительность устройства 250 Вт/час или 6 Квт/сутки. Тем самым, VeGa дает возможность пользоваться одновременно множеством потребителей энергии в доме на колесах. Из стандартного, заправленного пропаном, 11 кг. баллона, VeGa способна выжать до 28 Квт электроэнергии. Таким образом, в зависимости от потребления электроэнергии, можно проживать автономно до нескольких недель.

Система работает полностью автоматически. Как только напряжение на аккумуляторе «проседает» ниже нормального, Vega включается и заряжает аккумулятор током до 20 А. Правильный ток зарядки может быть адаптирован по различные виды аккумуляторов (кислотные, щелочные, гелиевые). После достижения оптимального напряжения на клеммах аккумулятора, VaGa возвращается в режим ожидания. Так же генератор на топливных элементах VeGa можно запустить принудительно. Цветной сенсорный дисплей отображает все необходимые параметры работы: зарядный ток, напряжения аккумулятора, интервалы работы.

Преимуществом данной системы перед другими альтернативными источниками энергии (солнечные панели и ветрогенераторы) является доступность и относительная дешевизна используемого сырья (газ пропан/бутан), стабильность работы в любое время суток в широком диапазоне температур.

А теперь о грустном. Рыночная стоимость Truma Vega по каталогу Movera составляла 7000 евро. Слишком высокая цена за новые технологии даже для европейского караванера. Продажи шли очень вяло. Truma VeGa исчезла со страниц каталогов в 2015 году. Сегодня компания Truma об этой системе старается не вспоминать.

EFOY

Компания EFOY больше преуспела в разработке и реализации генераторов на топливных элементах. Главное отличие от Truma Vega в том, что в качества сырья (топлива) генераторы EFOY используют метанол (метиловый спирт СН₃ОН). Метанол продает сам завод изготовитель в канистрах 5 и 10 л. (цена по каталогу Movera 30 и 45 евро соответственно). 5 литров метанола достаточно для выработки 5.5 кВт электроэнергии.

Для автодомов и караванов EFOY выпускает 3 вида генераторов:

Та же как и VeGa, EFOY имеет автоматическую функцию поддержания заряда на аккумуляторе и включается только при необходимости.

Так же компания EFOY выпускает генераторы серии Pro для промышленных масштабов.

Недостатки. по прежнему не решена ценовая проблема топливных элементов. В качестве катализатора в ячейках топливных элементов используют дорогой материал — платину, что конечно же сказывается на цене.

Стоит отметить, что топливными элементами, работающими на метаноле, занимается, помимо EFOY, еще большое количество компаний. Компания Toshiba внедряет компактные метаноловые топливные элементы для питания плееров, телефонов и ноутбуков. Топливные элементы, работающие на этиловом спирте на сегодняшний день являются наиболее вероятной заменой привычных нам аккумуляторов.

Источник

Технология преобразования энергии в виде топливных элементов

Топливный элемент-это электрохимическое устройство, подобное первичной или вторичной батарее, которое преобразует химическую энергию из топлива непосредственно в электрическую; но в отличие от батарей, процесс преобразования энергии в топливном элементе непрерывен при непрерывной внешней подаче топлива.

Водород является наиболее распространенным топливом, но иногда используются углеводороды, такие как природный газ и спирты, такие как метанол.

Топливные элементы отличаются от батарей тем, что они требуют постоянного источника топлива и кислорода для работы, но они могут производить электричество непрерывно до тех пор, пока эти источники поставляются.

Виды топливных элементов

Существует несколько видов топливных элементов, и каждый работает немного по-разному.

Но в общих чертах принцип работы в том, что атомы водорода попадают в топливный элемент на аноде, где химическая реакция лишает их электронов. Атомы водорода теперь “ионизированы” и несут положительный электрический заряд. Отрицательно заряженные электроны обеспечивают ток через провода для выполнения работы. Если требуется переменный ток (AC), то выход постоянного тока топливного элемента должен быть направлен через преобразовательное устройство, называемое инвертором.
Кислород поступает в топливный элемент на катоде и там соединяется с электронами, возвращающимися из электрической цепи, и ионами водорода, прошедшими через электролит с анода. В других типах клеток кислород захватывает электроны и затем перемещается через электролит к аноду, где он соединяется с ионами водорода.
Электролит играет ключевую роль. Он должен пропускать только соответствующие ионы между анодом и катодом. Если бы свободные электроны или другие вещества могли проходить через электролит, они бы нарушили химическую реакцию.
Соединяются ли они на аноде или катоде, вместе водород и кислород образуют воду, которая вытекает из клетки. Пока топливный элемент снабжен водородом и кислородом, он будет вырабатывать электричество.

Читайте также:  Шумоизоляция авто материалами стп

Щелочные

Щелочные топливные элементы работают на сжатом водороде и кислороде. В качестве электролита они обычно используют раствор гидроксида калия в воде. Эффективность около 70 процентов, и рабочая температура от 150 до 200 градусов C. Выходная мощность ячейки колеблется от 300 Вт (Вт) до 5 киловатт (кВт). Щелочные ячейки использовались в космических аппаратах “Аполлон” для обеспечения как электричества, так и питьевой воды. Однако им требуется чистое водородное топливо, а их платиновые электродные катализаторы стоят дорого. И как любой контейнер, наполненный жидкостью, они могут протекать.

Протонообменные мембранные

Протонообменные мембранные топливные элементы работают с полимерным электролитом в виде тонкого проницаемого листа. Для работы применяется водородное топливо и кислород из воздуха. Основой элемента является тонкая полимерная пленка, представляющая электролит.
КПД составляет от 40 до 50 процентов, а рабочая температура-около 80 градусов по Цельсию. Выходы ячеек обычно варьируются от о,о5 до 250 кВт. Твердый, гибкий электролит не будет протекать или трескаться, и эти ячейки работают при достаточно низкой температуре, чтобы делает их пригодными для домов и автомобилей. Автомобили на топливных элементах, в основном, применяют водород.

Как недостаток топливо должно быть чистым, а платиновый катализатор используется по обе стороны мембраны, что повышает затраты.

Твердооксидные

Твердооксидные топливные элементы используют в качестве электролита твердое керамическое соединение оксидов металлов (например, кальция или циркония). КПД составляет около 60 процентов, а рабочая температура-около 1000 градусов по Цельсию. Выход ячеек – до 100 кВт. При таких высоких температурах риформер не требуется для извлечения водорода из топлива, а отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Однако высокая температура ограничивает применение блоков, и они, как правило, довольно велики. В то время как твердые электролиты не могут протекать, они могут треснуть.
На основе расплавленного карбонатного электролита
Расплавленные карбонатные топливные элементы (MCFC) используют в качестве электролита высокотемпературные соединения карбонатов солей (таких как натрий или магний). КПД колеблется от 60 до 80 процентов, а рабочая температура составляет около 650 градусов по Цельсию. Построены энергоблоки мощностью до 2 мегаватт (МВт), имеются проекты энергоблоков мощностью до 100 МВт. Высокая температура ограничивает повреждение от “отравления” угарным газом и отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Их никелевые электроды-катализаторы стоят недорого по сравнению с платиной, используемой в других ячейках. Но высокая температура также ограничивает материалы и безопасное использование —они, вероятно, будут слишком горячими для домашнего использования.

Прямой метанольный

Прямой метанольный топливный элемент, как ожидается, получит место на рынке, потому что они имеют более высокий срок службы по сравнению с литий-ионным аккумулятором и могут быть заряжены простым изменением картриджа с топливом. Однако, применяется ядовитый метиловый спирт.
Эти типы топливных элементов разрабатываются компаниями Samsung (Корея), Toshiba, Hitachi, NEC и Sanyo (Япония). Анодный катализатор извлекает энергию из жидкого метанола, устраняя необходимость в топливном риформере. Они показывают эффективность около 40% и работают при температурах около 130 °C.

Преимущества:
1. Он использует жидкое топливо. Размер месторождений меньше и может воспользоваться преимуществами существующей инфраструктуры обеспечения.
2. Он не нуждается ни в каком процессе реформирования.
3. Его электролит представляет собой протонную обменную мембрану,

1. Недостатками прямого метанольного топливного элемента являются необходимость концентрированного токсичного метанола для достижения полезной плотности энергии и проблема перекрестного переноса метанола.
2. Имеет низкую эффективность по отношению к водородным элементам.
3. Нуждается в большом количестве катализатора для электроокисления метанола на аноде.

Тип топливного элемента Температура (град. C) Выходная мощность ( Kвт) Применение
Щелочной топливный элемент 150-200 5-300 Космические и военные установки
Протонообменные мембранные топливные элементы (PEMFC) 50-100 0,05-250 Перспективная бытовая техника, портативные ноутбуки, сотовые телефоны, видеокамеры, автобусы, автомобили, железнодорожные локомотивы
Фосфорнокислотные элементы (PAFC) 160-210 5-200 Железные дороги
На основе расплавленного карбонатного электролита (MCFC) 650 100-2000 Электросети
Твердооксидный (SOFC) 800-1000 2,5-250 Коммерческая энергетика, мобильные приложения для железных дорог
Прямой метанольный топливный элемент (DMFC) 50-120 0.1- 1 Для портативных устройств

Существует также микробный топливный элемент (MFC) – это особый вид в котором используются микроорганизмы для преобразования химической энергии в электричество.

Микротопливные виды элементов

Система микротопливных ячеек (мощность 2020-02-23

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Полезные авто советы