Väte är ett rent bränsle eftersom det endast producerar vatten och representerar ren energi med förnybara energikällor. Den kan lagras i en bränslecell, som producerar elektricitet med hjälp av en elektrokemisk omvandlingsanordning. Vätgas är revolutionerande men dess utveckling är fortfarande mycket begränsad. Skäl: energi svår att producera, kostnadseffektiv och tveksam på grund av designens energikrävande karaktär. Men detta alternativ för energiförsörjning erbjuder intressanta möjligheter när det gäller energilagring, särskilt när vi pratar om om förnybara källor.

Konceptet demonstrerades effektivt av Humphry Davy i början av artonhundratalet. Detta följdes av Christian Friedrich Schonbeins banbrytande arbete 1838. I början av 1960-talet började NASA, i samarbete med industriella partners, utveckla denna typ av generatorer för mänsklig rymdfärd. Detta resulterade i det första PEMFC-blocket.

En annan GE-forskare, Leonard Niedrach, modifierade Grubbs PEMFC med platina som katalysator. Grubb-Niedrach utvecklades vidare i samarbete med NASA och användes i rymdprogrammet Gemini i slutet av 1960-talet. International Fuel Cells (IFC, senare UTC Power) utvecklade 1,5 kW-enheter för Apollo rymdflyg. De försåg astronauterna med elektricitet och dricksvatten under deras uppdrag. IFC utvecklade därefter 12 kW-enheter som användes för att ge ombord ström på alla rymdfarkoster.

Bilelementet uppfanns först av Grulle på 1960-talet. GM använde Union Carbide i fordonet "Electrovan". Den användes endast som en tjänstebil, men kunde resa upp till 120 miles på en full tank och nå hastigheter på upp till 70 mph. Kordesch och Grulke experimenterade med en vätgasmotorcykel 1966. Det var en cellhybrid med ett NiCad-batteri i tandem som uppnådde imponerande 1,18L/100km. Detta drag avancerad e-cykelteknik och kommersialisering av e-motorcyklar.

Under 2007 kommersialiserades bränslekällor i en mängd olika applikationer och såldes till slutanvändare med skriftliga garantier och servicemöjligheter, d.v.s. uppfylla kraven och standarderna för en marknadsekonomi. Således började ett antal marknadssegment fokusera på efterfrågan. I synnerhet har tusentals PEMFC och DMFC auxiliary power units (APU) kommersialiserats i underhållningstillämpningar: båtar, leksaker och utbildningssatser.

Horizon i oktober 2009 visade den första reklamfilmen elektroniskt system Dynario, som körs på metanolpatroner. Horizon bränsleceller kan ladda mobiltelefoner, GPS-system, kameror eller digitala musikspelare.

Vätebränsleceller är ämnen som innehåller väte som bränsle. Vätgasbränsle är ett nollutsläppsbränsle som frigör energi vid förbränning eller genom elektriskt kemiska reaktioner. Bränsleceller och batterier producerar elström genom en kemisk reaktion, men den förra kommer att producera energi så länge det finns bränsle och förlorar således aldrig laddningen.

Termiska processer för att producera väte involverar vanligtvis ångreformering, en högtemperaturprocess där ånga reagerar med en kolvätekälla för att frigöra väte. Många naturliga bränslen kan reformeras för att producera väte.

Idag kommer cirka 95 % av vätgas från gasreformering. Vatten separeras till syre och väte genom elektrolys, i en anordning som fungerar som Horizon zero-bränsleceller omvänt.

De använder ljus som ett medel för att producera väte. Det finns flera processer baserade på solpaneler:

1. fotobiologiska;
2. fotoelektrokemiska;
3. solig;
4. termokemisk.

Fotobiologiska processer använder den naturliga fotosyntetiska aktiviteten hos bakterier och grönalger.

Fotoelektrokemiska processer är specialiserade halvledare för att dela vatten till väte och syre.

Termokemisk väteproduktion i solenergi använder koncentrerad solenergi för att reagera på delat vatten tillsammans med andra arter som metalloxider.

Biologiska processer använder mikrober som bakterier och mikroalger och kan producera väte genom biologiska reaktioner. Vid omvandling av mikrobiell biomassa förstör mikrober organiskt material, såsom biomassa, medan mikrober i fotobiologiska processer använder solljus som en källa.

Elementens anordningar är gjorda av flera delar. Var och en har tre huvudkomponenter:

• anod;
• katod;
• elektriskt ledande elektrolyt.

I fallet med Horizon-bränsleceller, där varje elektrod är gjord av ett material med stor ytarea impregnerat med en platinalegeringskatalysator, är elektrolytmaterialet ett membran och fungerar som en jonledare. Elektrisk produktion styrs av två primära kemiska reaktioner. För element som använder ren H2.

Vätgas vid anoden delas upp i protoner och elektroner. De förra passerar genom elektrolytmembranet, och de senare flyter runt det och genererar en elektrisk ström. Laddade joner (H+ och e-) kombineras med O2 vid katoden och frigör vatten och värme. Talrik miljöproblem påverka världen idag, mobilisera samhället för att uppnå hållbar utveckling och framsteg i att skydda planeten. Här i sammanhanget är nyckelfaktorn att ersätta faktiska basenergiresurser med andra som fullt ut kan tillfredsställa mänskliga behov.

Elementen som övervägs är just en sådan enhet, tack vare vilken denna aspekt hittar den mest sannolika lösningen, eftersom det är möjligt att få elektrisk energi från rent bränsle med hög effektivitet och utan CO 2 -utsläpp.

Platina uppvisar hög aktivitet för väteoxidation och fortsätter att vara det vanligaste elektrokatalysatormaterialet. Ett av Horizons huvudområden för forskning som använder platinareducerade bränsleceller är inom bilindustrin, där konstruerade katalysatorer gjorda av platinananopartiklar stödda på ledande kol planeras inom en snar framtid. Dessa material har fördelen av mycket dispergerade nanopartiklar, hög elektrokatalytisk ytarea (ESA) och minimal partikeltillväxt vid förhöjda temperaturer, även vid högre Pt-belastningsnivåer.

Pt-innehållande legeringar är användbara för enheter som arbetar på specialiserade bränslekällor såsom metanol eller reformat (H 2 , CO 2 , CO och N 2 ). Pt/Ru-legeringar visade förbättrad prestanda jämfört med rena Pt elektrokemiska katalysatorer när det gäller metanoloxidation och frånvaron av möjligheten till kolmonoxidförgiftning. Pt 3 Co är en annan katalysator av intresse (särskilt för Horizon-bränslecellskatoder) och har visat ökad syrsamt hög stabilitet.

Pt/C och Pt 3 Co/C-katalysatorer uppvisar starkt dispergerade nanopartiklar på ytan av kolsubstrat. När du väljer en bränslecellelektrolyt tas flera nyckelkrav i beaktande:

1. Hög protonledningsförmåga.
2. Hög kemisk och termisk stabilitet.
3. Låg gaspermeabilitet.

Väte energibärare

Väte är det enklaste och vanligaste grundämnet i universum. Det är en viktig komponent i vatten, olja, naturgas och hela den levande världen. Trots sin enkelhet och överflöd finns väte sällan i sitt naturgasformiga tillstånd på jorden. Det kombineras nästan alltid med andra element. Och kan härröra från olja, naturgas, biomassa eller genom vattendelning med hjälp av solenergi eller elektrisk energi.

När väte väl har bildats som molekylär H2 kan energin som finns i molekylen frigöras genom att reagera med O2. Detta kan uppnås antingen med förbränningsmotorer eller vätebränsleceller. I dem omvandlas H 2 -energi till elektrisk ström med låga effektförluster. Väte är alltså en energibärare för att flytta, lagra och leverera energi som produceras från andra källor.

Att erhålla alternativ elementär energi är omöjligt utan användning av speciella filter. Klassiska filter hjälper till att utveckla kraftmoduler av element i olika länder världen på grund av högkvalitativa block. Filter levereras för att förbereda bränslen som metanol för användning i celler.

Vanliga applikationer för dessa kraftmoduler inkluderar strömförsörjning på avlägsna platser, reservkraft för kritiska försörjningar, APU:er på små fordon och marina applikationer som Project Pa-X-ell, som är ett projekt för att testa celler på passagerarfartyg.

Rostfria filterhus som löser filtreringsproblem. För dessa krävande applikationer, specificerar tillverkare av bränslecellstillverkare från Zero Dawn Classic Filters filterhus i rostfritt stål för tillverkningsflexibilitet, högre kvalitetsstandarder, snabb leverans och konkurrenskraftiga priser.

Vätgasteknologiplattform

Horizon Fuel Cell Technologies grundades i Singapore 2003 och har idag 5 internationella dotterbolag. Företagets uppdrag är att förändra landskapet för bränsleceller genom att arbeta globalt för att snabbt kommersialisera, minska tekniska kostnader och eliminera månghundraåriga hinder för vätgasförsörjning. Företaget startade från små och enkla produkter, som kräver låga mängder väte, som förberedelse för större och mer komplexa tillämpningar. Efter strikta riktlinjer och en färdplan blev Horizon snabbt världens största tillverkare av volymetriska celler under 1000W, och betjänade kunder i över 65 länder med det bredaste urvalet av kommersiella produkter i branschen.

Horizon-teknologiplattformen består av: PEM - Horizon zero dawn bränsleceller (mikrobränslen och stackar) och deras material, väteförsörjning (elektrolys, reformering och hydrolys), vätgasanordningar och lagring.

Horizon har släppt världens första bärbara och personliga HydroFill Station som kan generera väte genom att bryta ner vatten i en tank och lagra det i HydroStick-patroner. De innehåller en absorberande legering av vätgas, vilket ger fast lagring. Patronerna kan sedan sättas in i laddare MiniPak som klarar små bränslefilterelement.

Horizon eller hemgjord väte

Horizon Technologies släpper ett vätgasladdnings- och energilagringssystem för hemmabruk, som lagrar energi hemma för att ladda bärbara enheter. Horizon utmärkte sig 2006 med leksaken "H-racer", en liten bil med väteelement, erkänd som årets "bästa uppfinning". Horizon erbjuder decentraliserad energilagring hemma med sin Hydrofill vätgasladdningsstation, som kan ladda små, bärbara och återanvändbara batterier. Denna vätgasstation kräver endast vatten för att fungera och generera energi.

Arbetet kan tillhandahållas av nätverket, solpaneler eller ett vindkraftverk. Därifrån utvinns vätet från stationens vattentank och lagras i fast form i små metallegeringsceller. Hydrofill-stationen, som kostar cirka 500 USD, är en avantgardistisk lösning för telefoner. Var man kan hitta Hydrofill bränsleceller till detta pris är inte svårt för användare, du behöver bara fråga lämplig begäran på Internet.

I likhet med batteridrivna elbilar använder de som körs på vätgas också el för att driva bilen. Men istället för att lagra den elektriciteten i batterier som tar många timmar att ladda, genererar cellerna ström direkt ombord på bilen med hjälp av reaktionen mellan väte och syre. Reaktionen sker i närvaro av en elektrolyt - en icke-metallisk ledare i vilken den elektriska strömmen bärs av rörelsen av joner i enheter där Horizon zero-bränsleceller är utrustade med protonbytesmembran. De fungerar enligt följande:

1. Vätgas tillförs cellens "-" anod (A) och syre leds till den positiva polen.
2. Vid anoden kastar katalysatorn, platina, bort elektroner från väteatomer och lämnar "+"-joner och fria elektroner. Endast joner passerar genom membranet mellan dem.
3. Elektroner skapar en elektrisk ström när de rör sig genom en extern krets. Vid katoden kombineras elektroner och vätejoner med syre för att producera vatten, som rinner ut ur cellen.

Hittills har två saker hämmat storskalig produktion av vätgasdrivna bilar: kostnad och vätgasproduktion. Tills nyligen var platinakatalysatorn, som delar väte i en jon och en elektron, oöverkomligt dyr.

För några år sedan kostade vätebränsleceller cirka 1 000 dollar för varje kilowatt energi, eller cirka 100 000 dollar för en bil. Olika studier har genomförts för att minska kostnaderna för projektet, inklusive att ersätta platinakatalysatorn med en platina-nickellegering, som är 90 gånger effektivare. Förra året rapporterade det amerikanska energidepartementet att systemkostnaderna hade sjunkit till 61 dollar per kilowatt, vilket fortfarande inte är konkurrenskraftigt inom bilindustrin.

Röntgen datortomografi

Denna oförstörande testmetod används för att studera strukturen hos ett tvåskiktselement. Andra metoder som vanligtvis används för att studera struktur är:

• kvicksilverinträngningsporosimetri;
• atomkraftsmikroskopi;
• optisk profilometri.

Resultaten visar att porositetsfördelningen har en stark grund för att beräkna termisk och elektrisk konduktivitet, permeabilitet och diffusion. Att mäta porositeten hos element är mycket svårt på grund av deras tunna, komprimerbara och heterogena geometri. Resultatet visar att porositeten minskar när GDL komprimeras.

Den porösa strukturen har en signifikant effekt på massöverföringen i elektroden. Experimentet utfördes vid olika varmpressningstryck, som varierade från 0,5 till 10 MPa. Prestandan beror huvudsakligen på metallplatina, vars kostnad är mycket hög. Diffusionen kan ökas genom användning av kemiska bindemedel. Dessutom påverkar temperaturförändringar elementets livslängd och genomsnittliga prestanda. Nedbrytningshastigheten för högtemperatur-PEMFC är initialt låg och ökar sedan snabbt. Detta används för att bestämma bildandet av vatten.

Kommersialiseringsproblem

För att vara kostnadskonkurrenskraftig måste bränslecellskostnaderna halveras och batteritiden ökas på motsvarande sätt. Men idag är driftskostnaderna fortfarande mycket högre, med produktionskostnader för väte som sträcker sig från 2,5 USD till 3 USD och vätgas som levereras kommer sannolikt inte att kosta mindre än 4 USD/kg. För att en cell ska kunna konkurrera effektivt med batterier måste laddningstiderna vara korta och batteribytesprocessen måste minimeras.

För närvarande skulle polymerbränslecellsteknik kosta 49 USD per kW när den produceras i massskala (minst 500 000 enheter per år). Men för att konkurrera med förbränningsfordon måste bilbränsleceller nå cirka 36 USD/kW. Besparingar kan uppnås genom att minska materialkostnaderna (särskilt användningen av platina), öka effekttätheten, minska systemets komplexitet och öka hållbarheten. Det finns flera utmaningar för storskalig kommersialisering av tekniken, inklusive att övervinna ett antal tekniska barriärer.

Framtidens tekniska utmaningar

Kostnaden för stapeln beror på material, teknik och tillverkningsteknik. Valet av material beror inte bara på materialets lämplighet för funktionen, utan också på tillverkningsbarhet. Huvuduppgifterna för elementen:

1. Minska belastningen på elektrokatalysatorn och öka aktiviteten.
2. Ökad hållbarhet och minskad nedbrytning.
3. Optimering av elektroddesign.
4. Förbättrar toleransen för föroreningar vid anoden.
5. Val av material för komponenter. Den baseras i första hand på kostnad utan att ge avkall på prestanda.
6. Systemfelstolerans.
7. Elementets prestanda beror huvudsakligen på membranets styrka.

De viktigaste GDL-parametrarna som påverkar cellens prestanda är reaktantpermeabilitet, elektrisk ledningsförmåga, värmeledningsförmåga och mekaniskt stöd. Tjockleken på GDL är en viktig faktor. Ett tjockare membran ger bättre skydd, ger mekanisk styrka, har längre diffusionsvägar och högre termiska och elektriska resistansnivåer.

Bland de olika typerna av element anpassar PEMFC fler mobilapplikationer (bilar, bärbara datorer, mobiltelefoner, etc.) och är därför av växande intresse för ett brett spektrum av tillverkare. Faktum är att PEMFC har många fördelar som låg driftstemperatur, stabil drift vid hög strömtäthet, låg vikt, kompakthet, potential för låg kostnad och volym, lång livslängd, snabb uppstart och lämplighet för intermittent drift.

PEMFC-tekniken är väl lämpad för en mängd olika storlekar och används även med en mängd olika bränslen när de bearbetas korrekt för att producera väte. Som sådan hittar den tillämpningar från den lilla subwattskalan hela vägen upp till megawattskalan. 88 % av de totala leveranserna 2016-2018 var PEMFC.

Nissan vätebränslecell

Mobilelektroniken förbättras varje år, blir mer utbredd och tillgänglig: handdatorer, bärbara datorer, mobila och digitala enheter, fotoramar, etc. Alla uppdateras ständigt med nya funktioner, större bildskärmar, trådlös kommunikation, starkare processorer, samtidigt som de minskar i storlek . Kraftteknologier, till skillnad från halvledarteknik, går inte framåt med stormsteg.

De befintliga batterierna och ackumulatorerna för att driva branschens prestationer blir otillräckliga, så frågan om alternativa källor är mycket akut. Bränsleceller är det absolut mest lovande området. Principen för deras funktion upptäcktes redan 1839 av William Grove, som genererade elektricitet genom att ändra elektrolysen av vatten.

Video: Dokumentär, bränsleceller för transport: dåtid, nutid, framtid

Bränsleceller är av intresse för biltillverkarna, och rymdskeppsdesigners är också intresserade av dem. 1965 testades de till och med av Amerika på rymdfarkosten Gemini 5 som skjuts upp i rymden, och senare på Apollo. Miljontals dollar investeras fortfarande i bränslecellsforskning idag, när det finns problem förknippade med miljöföroreningar och ökande utsläpp av växthusgaser som genereras vid förbränning av fossila bränslen, vars reserver inte heller är oändliga.

En bränslecell, ofta kallad en elektrokemisk generator, fungerar på det sätt som beskrivs nedan.

Att vara som ackumulatorer och batterier galvanisk cell, men med skillnaden att de aktiva substanserna förvaras i den separat. De tillförs elektroderna allt eftersom de används. Naturligt bränsle eller något ämne som erhålls från det brinner på den negativa elektroden, som kan vara gasformigt (väte, till exempel, och kolmonoxid) eller flytande, som alkoholer. Syre reagerar vanligtvis vid den positiva elektroden.

Men den till synes enkla driftprincipen är inte lätt att omsätta till verklighet.

DIY bränslecell

Video: Gör-det-själv-vätebränslecell

Tyvärr har vi inga fotografier på hur detta bränsleelement ska se ut, vi litar på din fantasi.

Du kan göra en bränslecell med låg effekt med dina egna händer även i ett skollaboratorium. Du behöver fylla på med en gammal gasmask, flera bitar plexiglas, alkali och vattenlösning etylalkohol (helt enkelt vodka), som kommer att fungera som "bränsle" för bränslecellen.

Först och främst behöver du ett hölje för bränslecellen, som bäst är tillverkad av plexiglas, minst fem millimeter tjockt. De inre skiljeväggarna (det finns fem fack inuti) kan göras lite tunnare - 3 cm För att limma plexiglas, använd lim av följande sammansättning: sex gram plexiglasspån löses i hundra gram kloroform eller dikloretan (arbete utförs. ut under huven).

Nu måste du borra ett hål i ytterväggen, i vilket du måste sätta in ett glasavloppsrör med en diameter på 5-6 centimeter genom en gummipropp.

Alla vet att i det periodiska systemet finns de mest aktiva metallerna i det nedre vänstra hörnet, och högaktiva metalloider finns i tabellens övre högra hörn, d.v.s. förmågan att donera elektroner ökar från topp till botten och från höger till vänster. Element som under vissa förutsättningar kan visa sig som metaller eller metalloider finns i mitten av bordet.

Nu häller vi aktivt kol från gasmasken i den andra och fjärde avdelningen (mellan den första partitionen och den andra, såväl som den tredje och fjärde), som kommer att fungera som elektroder. För att förhindra att kol rinner ut genom hålen kan du lägga det i nylontyg (nylonstrumpor för damer är lämpliga). I

Bränslet kommer att cirkulera i den första kammaren, och i den femte bör det finnas en syreleverantör - luft. Det kommer att finnas en elektrolyt mellan elektroderna, och för att förhindra att den läcker in i luftkammaren, innan du fyller den fjärde kammaren med kol för luftelektrolyten, måste du blötlägga den med en lösning av paraffin i bensin (förhållande av 2 gram paraffin till ett halvt glas bensin). På lagret av kol måste du placera (genom att trycka lätt) kopparplattor till vilka ledningarna är lödda. Genom dem kommer strömmen att avledas från elektroderna.

Allt som återstår är att ladda elementet. För detta behöver du vodka, som måste spädas med vatten 1:1. Tillsätt sedan försiktigt trehundra till trehundrafemtio gram kaustikt kalium. För elektrolyten löses 70 gram kaliumhydroxid i 200 gram vatten.

Bränslecellen är klar för testning. Nu måste du samtidigt hälla bränsle i den första kammaren och elektrolyt i den tredje. En voltmeter kopplad till elektroderna ska visa från 07 volt till 0,9. För att säkerställa kontinuerlig drift av elementet är det nödvändigt att ta bort använt bränsle (tömma i ett glas) och tillsätta nytt bränsle (genom ett gummirör). Matningshastigheten justeras genom att klämma ihop röret. Så här ser driften av en bränslecell ut i laboratorieförhållanden, vars effekt är förståeligt låg.

Video: Bränslecell eller evigt batteri hemma

För att säkerställa större makt har forskare arbetat med detta problem under lång tid. Det aktiva stålet i utvecklingen rymmer metanol- och etanolbränsleceller. Men tyvärr har de ännu inte omsatts i praktiken.

Varför bränslecellen väljs som alternativ kraftkälla

En bränslecell valdes som alternativ kraftkälla, eftersom slutprodukten av väteförbränning i den är vatten. Det enda problemet är att hitta ett billigt och effektivt sätt att producera väte. Enorma medel investerade i utvecklingen av vätegeneratorer och bränsleceller kan inte annat än bära frukt, så ett tekniskt genombrott och deras faktiska användning i vardagsliv, bara en tidsfråga.

Redan idag bilindustrins monster: General Motors, Honda, Draimler Coyler, Ballard demonstrerar bussar och bilar som körs på bränsleceller, vars effekt når 50 kW. Men problemen med deras säkerhet, tillförlitlighet och kostnad har ännu inte lösts. Som redan nämnts, till skillnad från traditionella kraftkällor - batterier och ackumulatorer, i detta fall tillförs oxidationsmedlet och bränslet från utsidan, och bränslecellen är bara en mellanhand i den pågående reaktionen av att bränna bränsle och omvandla den frigjorda energin till elektricitet. "Förbränning" uppstår endast om elementet levererar ström till lasten, som en dieselelektrisk generator, men utan en generator och en dieselmotor, och även utan buller, rök och överhettning. Samtidigt är effektiviteten mycket högre, eftersom det inte finns några mellanliggande mekanismer.

Video: Vätebränslecellsbil

Stora förhoppningar ställs till användningen av nanoteknik och nanomaterial, vilket kommer att hjälpa till att miniatyrisera bränsleceller och samtidigt öka deras kraft. Det har förekommit rapporter om att ultraeffektiva katalysatorer har skapats, liksom design för bränsleceller som inte har membran. I dem tillförs bränsle (metan, till exempel) till elementet tillsammans med oxidationsmedlet. Intressanta lösningar använder syre löst i luft som oxidationsmedel, och organiska föroreningar som ackumuleras i förorenat vatten som bränsle. Dessa är så kallade biobränsleelement.

Bränsleceller, enligt experter, kan komma in på massmarknaden under de kommande åren.

Jag skulle vilja varna dig omedelbart att det här ämnet inte helt handlar om Habr, men i kommentarerna till inlägget om elementet utvecklat vid MIT verkade idén stödjas, så nedan kommer jag att beskriva några tankar om biobränsle element.
Arbetet som detta ämne är skrivet om gjordes av mig i 11:e klass, och tog andra plats på den internationella konferensen INTEL ISEF.

En bränslecell är en kemisk strömkälla där den kemiska energin hos ett reduktionsmedel (bränsle) och ett oxidationsmedel, kontinuerligt och separat tillförda elektroderna, direkt omvandlas till elektrisk energi
energi. Schematiskt diagram bränslecell (FC) presenteras nedan:

Bränslecellen består av en anod, katod, jonledare, anod och katodkammare. För närvarande räcker inte kraften hos biobränsleceller för användning i industriell skala, men BFC:er med låg effekt kan användas för medicinska ändamål som känsliga sensorer eftersom strömstyrkan i dem är proportionell mot mängden bränsle som behandlas.
Hittills har det föreslagits stort antal designa varianter av bränsleceller. I varje specifikt fall beror bränslecellens utformning på syftet med bränslecellen, typen av reagens och jonledaren. En speciell grupp inkluderar biobränsleceller som använder biologiska katalysatorer. En viktig utmärkande egenskap hos biologiska system är deras förmåga att selektivt oxidera olika bränslen vid låga temperaturer.
I de flesta fall används immobiliserade enzymer vid bioelektrokatalys, d.v.s. enzymer isolerade från levande organismer och fixerade till en bärare, men som bibehåller katalytisk aktivitet (delvis eller fullständigt), vilket gör att de kan återanvändas. Låt oss betrakta exemplet med en biobränslecell där en enzymatisk reaktion kopplas till en elektrodreaktion med hjälp av en mediator. Schema för en biobränslecell baserad på glukosoxidas:

En biobränslecell består av två inerta elektroder gjorda av guld, platina eller kol, nedsänkta i en buffertlösning. Elektroderna är åtskilda av ett jonbytarmembran: anodavdelningen renas med luft, katodavdelningen med kväve. Membranet tillåter rumslig separation av reaktionerna som sker i cellens elektrodavdelningar och säkerställer samtidigt utbytet av protoner mellan dem. Membran lämpliga för biosensorer olika typer tillverkas i Storbritannien av många företag (VDN, VIROKT).
Införandet av glukos i en biobränslecell som innehåller glukosoxidas och en löslig mediator vid 20 °C resulterar i ett flöde av elektroner från enzymet till anoden genom mediatorn. Elektronerna färdas genom den externa kretsen till katoden, där vatten under idealiska förhållanden bildas i närvaro av protoner och syre. Den resulterande strömmen (i frånvaro av mättnad) är proportionell mot tillägget av den hastighetsbestämmande komponenten (glukos). Genom att mäta stationära strömmar kan du snabbt (5 s) bestämma även låga koncentrationer av glukos - upp till 0,1 mM. Som sensor har den beskrivna biobränslecellen vissa begränsningar förknippade med närvaron av en mediator och vissa krav på syrekatoden och membranet. Den senare måste behålla enzymet och samtidigt tillåta komponenter med låg molekylvikt att passera genom: gas, mediator, substrat. Jonbytarmembran uppfyller i allmänhet dessa krav, även om deras diffusionsegenskaper beror på buffertlösningens pH. Diffusion av komponenter genom membranet leder till en minskning av effektiviteten av elektronöverföring på grund av sidoreaktioner.
Idag finns det laboratoriemodeller av bränsleceller med enzymkatalysatorer, som till sina egenskaper inte uppfyller kraven i deras praktisk tillämpning. Huvudinsatserna under de närmaste åren kommer att vara inriktade på att förädla biobränsleceller och ytterligare tillämpningar av biobränslecellen kommer att vara mer relaterade till medicin, till exempel: en implanterbar biobränslecell som använder syre och glukos.
När man använder enzymer i elektrokatalys är huvudproblemet som måste lösas problemet med att koppla den enzymatiska reaktionen med den elektrokemiska, det vill säga säkerställa effektiv elektrontransport från enzymets aktiva centrum till elektroden, vilket kan uppnås i följande sätt:
1. Överföring av elektroner från enzymets aktiva centrum till elektroden med hjälp av en lågmolekylär bärare - mediator (mediator bioelectrocatalysis).
2. Direkt, direkt oxidation och reduktion av enzymets aktiva ställen på elektroden (direkt bioelektrokatalys).
I detta fall kan mediatorkopplingen av de enzymatiska och elektrokemiska reaktionerna i sin tur utföras på fyra sätt:
1) enzymet och mediatorn är i huvuddelen av lösningen och mediatorn diffunderar till ytan av elektroden;
2) enzymet finns på ytan av elektroden och mediatorn är i lösningens volym;
3) enzymet och mediatorn är immobiliserade på ytan av elektroden;
4) mediatorn sys fast på ytan av elektroden och enzymet är i lösning.

I detta arbete fungerade laccas som en katalysator för den katodiska reaktionen av syrereduktion, och glukosoxidas (GOD) fungerade som en katalysator för den anodiska reaktionen av glukosoxidation. Enzymer användes som en del av kompositmaterial, vars skapande är ett av de viktigaste stegen i skapandet av biobränsleceller som samtidigt fungerar som en analytisk sensor. I detta fall måste biokompositmaterial tillhandahålla selektivitet och känslighet för att bestämma substratet och samtidigt ha hög bioelektrokatalytisk aktivitet, närmar sig enzymatisk aktivitet.
Laccas är ett Cu-innehållande oxidoreduktas, vars huvudfunktion under naturliga förhållanden är oxidation av organiska substrat (fenoler och deras derivat) med syre, som sedan reduceras till vatten. Molekylvikt enzym är 40 000 g/mol.

Hittills har det visat sig att laccas är den mest aktiva elektrokatalysatorn för syrereduktion. I dess närvaro på elektroden i en syreatmosfär etableras en potential nära jämviktssyrepotentialen och syrereduktion sker direkt till vatten.
Ett kompositmaterial baserat på laccas, acetylensvart AD-100 och Nafion användes som katalysator för den katodiska reaktionen (syrereduktion). En speciell egenskap hos kompositen är dess struktur, som säkerställer orienteringen av enzymmolekylen i förhållande till den elektronledande matrisen, nödvändig för direkt elektronöverföring. Den specifika bioelektrokatalytiska aktiviteten av laccas i de sammansatta tillvägagångssätten som observerades vid enzymatisk katalys. Metoden för att koppla de enzymatiska och elektrokemiska reaktionerna i fallet med laccas, dvs. en metod för att överföra en elektron från ett substrat genom det aktiva centrumet av laccase-enzymet till en elektrod - direkt bielektrokatalys.

Glukosoxidas (GOD) är ett enzym av oxidoreduktasklassen, har två subenheter, som var och en har sitt eget aktiva centrum - (flavinadenindinukleotid) FAD. GUD är ett enzym som är selektivt för elektrondonatorn, glukos, och kan använda många substrat som elektronacceptorer. Enzymets molekylvikt är 180 000 g/mol.

I detta arbete använde vi ett kompositmaterial baserat på GOD och ferrocen (FC) för anodisk oxidation av glukos via en mediatormekanism. Kompositmaterialet inkluderar GOD, högdispergerad kolloidal grafit (HCG), Fc och Nafion, vilket gjorde det möjligt att erhålla en elektronledande matris med en högt utvecklad yta, säkerställa effektiv transport av reagens in i reaktionszonen och stabila egenskaper hos kompositen. material. En metod för att koppla enzymatiska och elektrokemiska reaktioner, d.v.s. säkerställer effektiv transport av elektroner från GODs aktiva centrum till mediatorelektroden, medan enzymet och mediatorn var immobiliserade på elektrodens yta. Ferrocen användes som en mediator - elektronacceptor. När ett organiskt substrat, glukos, oxideras, reduceras ferrocen och oxideras sedan vid elektroden.

Om någon är intresserad kan jag i detalj beskriva processen för att få elektrodbeläggning, men för detta är det bättre att skriva i ett personligt meddelande. Och i ämnet kommer jag helt enkelt att beskriva den resulterande strukturen.

1. AD-100.
2. laccase.
3. hydrofobt poröst substrat.
4. Nafion.

Efter att elektorerna tagits emot gick vi direkt till den experimentella delen. Så här såg vår arbetscell ut:

1. Ag/AgCl referenselektrod;
2. arbetselektrod;
3. hjälpelektrod - Рt.
I experimentet med glukosoxidas - rening med argon, med laccas - med syre.

Reduktionen av syre på sot i frånvaro av laccas sker vid potentialer under noll och sker i två steg: genom den mellanliggande bildningen av väteperoxid. Figuren visar polarisationskurvan för elektroreduktionen av syre genom laccas immobiliserat på AD-100, erhållen i en syreatmosfär i en lösning med pH 4,5. Under dessa förhållanden etableras en stationär potential nära jämviktssyrepotentialen (0,76 V). Vid katodpotentialer på 0,76 V observeras katalytisk reduktion av syre vid enzymelektroden, som fortsätter genom mekanismen för direkt bioelektrokatalys direkt till vatten. I potentialområdet under 0,55 V katod observeras en platå på kurvan, som motsvarar den begränsande kinetiska strömmen för syrereduktion. Gränsströmvärdet var cirka 630 μA/cm2.

Det elektrokemiska beteendet hos kompositmaterialet baserat på GOD Nafion, ferrocen och VKG studerades med cyklisk voltammetri (CV). Tillståndet för kompositmaterialet i frånvaro av glukos i en fosfatbuffertlösning övervakades med användning av laddningskurvor. På laddningskurvan vid en potential på (–0,40) V observeras maxima relaterade till redoxtransformationerna av GODs aktiva centrum - (FAD), och vid 0,20-0,25 V finns det maxima för oxidation och reduktion av ferrocen.

Av de erhållna resultaten följer att baserat på en katod med laccas som katalysator för syrereaktionen, och en anod baserad på glukosoxidas för oxidation av glukos, finns det en grundläggande möjlighet att skapa en biobränslecell. Det är sant att det finns många hinder på denna väg, till exempel observeras toppar av enzymaktivitet vid olika pH-nivåer. Detta ledde till behovet av att lägga till ett jonbytarmembran till BFC. Membranet möjliggör rumslig separation av reaktionerna som sker i cellens elektrodavdelningar, och säkerställer samtidigt utbytet av protoner mellan dem. Luft kommer in i anodfacket.
Införandet av glukos i en biobränslecell som innehåller glukosoxidas och en mediator resulterar i ett flöde av elektroner från enzymet till anoden genom mediatorn. Elektronerna färdas genom den externa kretsen till katoden, där vatten under idealiska förhållanden bildas i närvaro av protoner och syre. Den resulterande strömmen (i frånvaro av mättnad) är proportionell mot tillsatsen av den hastighetsbestämmande komponenten, glukos. Genom att mäta stationära strömmar kan du snabbt (5 s) bestämma även låga koncentrationer av glukos - upp till 0,1 mM.

Tyvärr kunde jag inte föra idén med denna BFC till praktisk implementering, eftersom Direkt efter 11:an gick jag och pluggade till programmerare, vilket jag gör flitigt än idag. Tack till alla som genomförde det.

Jag för in påfyllningsslangen i påfyllningsröret och vrider den ett halvt varv för att täta anslutningen. Ett klick på vippströmbrytaren - och den blinkande lysdioden på bensinpumpen med en enorm inskription h3 indikerar att tankningen har börjat. En minut - och tanken är full, du kan gå!

Eleganta kroppskonturer, ultralåg fjädring, slicks med låg profil ger en riktig racingras. Genom det genomskinliga locket syns ett invecklat nätverk av rörledningar och kablar. Jag har redan sett en liknande lösning någonstans... Å ja, på Audi R8 syns motorn även genom bakrutan. Men på Audi är det traditionell bensin, och den här bilen går på vätgas. Liksom BMW Hydrogen 7, men till skillnad från den senare finns ingen förbränningsmotor. De enda rörliga delarna är styrväxeln och elmotorns rotor. Och energin till den tillhandahålls av en bränslecell. Denna bil tillverkades av det singaporeanska företaget Horizon Fuel Cell Technologies, som specialiserat sig på utveckling och produktion av bränsleceller. 2009 introducerade det brittiska företaget Riversimple redan en urban vätgasbil som drivs av Horizon Fuel Cell Technologies bränsleceller. Den utvecklades i samarbete med Oxford och Cranfield University. Men Horizon H-racer 2.0 är en soloutveckling.

Bränslecellen består av två porösa elektroder belagda med ett skikt av katalysator och åtskilda av ett protonbytesmembran. Väte vid anodkatalysatorn omvandlas till protoner och elektroner, som färdas genom anoden och en extern elektrisk krets till katoden, där väte och syre rekombinerar för att bilda vatten.

"Låt oss gå!" – chefredaktören knuffar till mig med armbågen i Gagarin-stil. Men inte så snabbt: först måste du "värma upp" bränslecellen med dellast. Jag växlar vippströmbrytaren till "uppvärmningsläge" och väntar på den tilldelade tiden. Sedan, för säkerhets skull, fyller jag på tanken tills den är full. Nu kör vi: bilen, motorn brummar mjukt, rör sig framåt. Dynamiken är imponerande, även om förresten, vad mer kan du förvänta dig av en elbil - vridmomentet är konstant i alla hastigheter. Även om det inte är så länge - en full tank med väte varar bara några minuter (Horizon lovar att släppa en ny version inom en snar framtid, där väte inte lagras som en gas under tryck, utan hålls kvar av ett poröst material i adsorbatorn ). Ja, och ärligt talat, det är inte särskilt kontrollerat - på fjärrkontroll bara två knappar. Men i alla fall är det synd att detta bara är en radiostyrd leksak, som kostade oss 150 $. Vi skulle inte ha något emot att köra en riktig bil med bränsleceller för kraft.

Tanken, en elastisk gummibehållare inuti ett styvt hölje, sträcker sig vid tankning och fungerar som en bränslepump som "klämmer" in väte i bränslecellen. För att inte "överfylla" tanken är en av beslagen ansluten med ett plaströr till nödtrycksavlastningsventilen.

Bensinstation

DIY

Horizon H-racer 2.0-maskinen levereras som ett kit för storskalig montering (gör-det-själv-typ), du kan köpa den till exempel på Amazon. Det är dock inte svårt att montera det - sätt bara bränslecellen på plats och säkra den med skruvar, anslut slangarna till vätgastanken, bränslecellen, påfyllningsröret och nödventilen, och allt som återstår är att sätta den övre delen av karossen på plats, inte att förglömma de främre och bakre stötfångarna. Satsen innehåller en tankstation som producerar väte genom elektrolys av vatten. Den drivs av två AA-batterier, och om du vill att energin ska vara helt "ren", av solpaneler (de ingår också i satsen).

www.popmech.ru

Hur man gör en bränslecell med egna händer?

Naturligtvis den enklaste lösningen på problemet med att tillhandahålla fast anställning bränslefria system består i att köpa en färdig sekundär energikälla på hydraulisk eller annan basis, men i det här fallet kommer det verkligen inte att vara möjligt att undvika extra kostnader, och i denna process är det ganska svårt att överväga någon idé för den kreativa tankens flykt. Dessutom är det inte alls så svårt att göra en bränslecell med egna händer som du kanske tror vid första anblicken, och även den mest oerfarna hantverkaren kan klara av uppgiften om så önskas. Dessutom kommer en mer än trevlig bonus att vara den låga kostnaden för att skapa detta element, för trots alla dess fördelar och betydelse kan du absolut enkelt nöja dig med de medel du redan har till hands.

I det här fallet är den enda nyansen som måste beaktas innan du slutför uppgiften att du kan göra en extremt låg effektenhet med dina egna händer, och implementeringen av mer avancerade och komplexa installationer bör fortfarande överlåtas till kvalificerade specialister. När det gäller arbetsordningen och sekvensen av åtgärder är det första steget att slutföra kroppen, för vilken det är bäst att använda tjockväggigt plexiglas (minst 5 centimeter). För att limma höljets väggar och installera inre skiljeväggar, för vilka det är bäst att använda tunnare plexiglas (3 millimeter är tillräckligt), använd helst tvåkompositlim, även om du verkligen vill kan du göra högkvalitativ lödning själv, med följande proportioner: per 100 gram kloroform - 6 gram spån från samma plexiglas.

I detta fall måste processen utföras uteslutande under en huva. För att utrusta höljet med det så kallade dräneringssystemet är det nödvändigt att noggrant borra ett genomgående hål i dess främre vägg, vars diameter exakt matchar dimensionerna på gummipluggen, som fungerar som en slags packning mellan höljet och avloppsröret i glas. När det gäller storleken på själva röret bör dess bredd helst vara fem till sex millimeter, även om allt beror på vilken typ av struktur som designas. Det är mer sannolikt att säga att den gamla gasmasken som listas i listan över nödvändiga element för att göra en bränslecell kommer att orsaka en viss överraskning bland potentiella läsare av denna artikel. Samtidigt ligger hela fördelen med denna enhet i det aktiva kolet som finns i facken i dess respirator, som senare kan användas som elektroder.

Eftersom vi pratar om en pulverformig konsistens, för att förbättra designen behöver du nylonstrumpor, från vilka du enkelt kan göra en påse och lägga kolet i den, annars kommer det helt enkelt att spilla ut ur hålet. När det gäller fördelningsfunktionen uppstår koncentrationen av bränsle i den första kammaren, medan syret som är nödvändigt för bränslecellens normala funktion, tvärtom, kommer att cirkulera i den sista, femte avdelningen. Själva elektrolyten, som ligger mellan elektroderna, bör blötläggas i en speciell lösning (bensin med paraffin i ett förhållande av 125 till 2 milliliter), och detta måste göras innan luftelektrolyten placeras i det fjärde facket. För att säkerställa korrekt ledningsförmåga läggs kopparplattor med förlödda ledningar ovanpå kolet, genom vilka elektricitet kommer att överföras från elektroderna.

Detta designsteg kan säkert betraktas som det sista steget, varefter den färdiga enheten laddas, för vilken en elektrolyt kommer att behövas. För att förbereda det måste du blanda etylalkohol med destillerat vatten i lika delar och börja gradvis införa kaustikkalium med en hastighet av 70 gram per glas vätska. Att utföra det första testet av den tillverkade enheten består av att samtidigt fylla den första (bränslevätskan) och den tredje (elektrolyt gjord av etylalkohol och kaustikkalium) behållare i plexiglashuset.

uznay-kak.ru

Vätebränsleceller | LAVENT

Jag har länge velat berätta om en annan inriktning för Alfaintek-företaget. Detta är utveckling, försäljning och service av vätebränsleceller. Jag skulle omedelbart vilja förklara situationen med dessa bränsleceller i Ryssland.

På grund av den ganska höga kostnaden och den totala bristen på vätgasstationer för laddning av dessa bränsleceller förväntas deras försäljning i Ryssland inte. Ändå, i Europa, särskilt i Finland, blir dessa bränsleceller populärare varje år. Vad är hemligheten? Låt oss se. Denna enhet är miljövänlig, lätt att använda och effektiv. Det kommer till hjälp för en person där han behöver elektrisk energi. Du kan ta den med dig på vägen, på en vandring eller använda den i ditt hus på landet eller din lägenhet som en självständig elkälla.

El i en bränslecell genereras genom en kemisk reaktion av väte från tanken med metallhydrid och syre från luften. Cylindern är inte explosiv och kan förvaras i din garderob i flera år och väntar i kulisserna. Detta är kanske en av de största fördelarna med denna vätelagringsteknik. Det är lagringen av väte som är ett av huvudproblemen i utvecklingen av vätgasbränsle. Unika nya lätta bränsleceller som omvandlar väte till konventionell el, säkert, tyst och utan utsläpp skadliga ämnen.

Denna typ el kan användas på platser där det inte finns central el, eller som nödkraftskälla.

Till skillnad från konventionella batterier, som måste laddas och kopplas bort från elkonsumenten under laddningsprocessen, fungerar en bränslecell som en "smart" enhet. Denna teknik ger oavbruten ström under hela användningsperioden tack vare den unika energisparfunktionen vid byte av bränslebehållare, som gör att användaren aldrig kan stänga av konsumenten. I ett stängt fall kan bränsleceller lagras i flera år utan att förlora volymen väte och minska sin effekt.

Bränslecellen är designad för forskare och forskare, brottsbekämpning, räddningspersonal, båt- och marinaägare och alla andra som behöver en pålitlig strömkälla i nödfall. Du kan få 12 volt eller 220 volt och då har du tillräckligt med energi för att driva din TV, stereo, kylskåp, kaffebryggare, vattenkokare, dammsugare, borrmaskin, mikrospis och andra elektriska apparater.

Hydrocellbränsleceller kan säljas som en enhet eller i batterier med 2-4 celler. Två eller fyra element kan kombineras för att antingen öka effekten eller öka strömstyrkan.

DRIFTSTID FÖR HUSHÅLLSAPPARATER MED BRÄNSLECELLER

	Elektriska apparater	Drifttid per dag (min.)	Nödvändig effekt per dag (Wh)	Drifttid med bränsleceller
	Vattenkokare
	Kaffebryggare
	Microslab
	TV
	1 glödlampa 60W
	1 glödlampa 75W
	3 glödlampor 60W
	Dator bärbar dator
	Kylskåp
	Energisnål lampa

* - kontinuerlig drift

Bränsleceller är fulladdade vid speciella vätgasstationer. Men vad händer om du reser långt från dem och det inte finns något sätt att ladda? Speciellt för sådana fall har Alfaintek-specialister utvecklat cylindrar för lagring av väte, med vilka bränsleceller kommer att fungera mycket längre.

Det finns två typer av cylindrar: NS-MN200 och NS-MN1200 Den sammansatta NS-MN200 är något större än en Coca-Cola-burk, den rymmer 230 liter väte, vilket motsvarar 40Ah (12V), och väger endast 2,5 kg. .Metalhydridcylindern NS-MH1200 rymmer 1200 liter väte, vilket motsvarar 220Ah (12V). Cylinderns vikt är 11 kg.

Metallhydridtekniken är ett säkert och enkelt sätt att lagra, transportera och använda väte. När det lagras som en metallhydrid, är väte i form av en kemisk förening snarare än en gasform. Denna metod gör det möjligt att erhålla en tillräckligt hög energitäthet. Fördelen med att använda metallhydrid är att trycket inuti cylindern endast är 2-4 bar. Cylindern är inte explosiv och kan lagras i åratal utan att minska volymen av ämnet. Eftersom vätet lagras som en metallhydrid är renheten hos vätet som erhålls från cylindern mycket hög, 99,999 %. Metallhydridvätelagringscylindrar kan användas inte bara med HC 100 200 400 bränsleceller, utan även i andra fall där rent väte behövs. Cylindrarna kan enkelt kopplas till en bränslecell eller annan enhet med hjälp av en snabbkoppling och flexibel slang.

Det är synd att dessa bränsleceller inte säljs i Ryssland. Men bland vår befolkning finns det så många människor som behöver dem. Nåväl, vi väntar och ser, och du får se, vi har några. Under tiden kommer vi att köpa de som staten påtvingat energisparande glödlampor.

P.S. Det ser ut som att ämnet äntligen har försvunnit i glömska. Så många år efter att den här artikeln skrevs har det inte blivit något av det. Jag kanske inte letar överallt, förstås, men det som fångar mitt öga är inte alls tilltalande. Tekniken och idén är bra, men de har inte hittat någon utveckling än.

lavent.ru

Bränslecellen är en framtid som börjar idag!

Början av 2000-talet betraktar ekologi som en av de viktigaste globala utmaningarna. Och det första som bör uppmärksammas i de nuvarande förhållandena är sökandet och användningen av alternativa energikällor. Det är de som kan förhindra förorening av miljön omkring oss, samt helt överge de ständigt stigande priserna på kolvätebaserade bränslen.

Redan idag har energikällor som solceller och vindkraftverk fått tillämpning. Men tyvärr är deras nackdel förknippad med beroende av vädret, såväl som av säsong och tid på dagen. Av denna anledning överges gradvis deras användning inom astronautik, flygplan och bilindustri, och för stationär användning är de utrustade med sekundära kraftkällor - batterier.

Den bästa lösningen är dock en bränslecell, eftersom den inte kräver konstant energiladdning. Detta är en enhet som kan bearbeta och transformera olika typer bränsle (bensin, alkohol, väte, etc.) direkt till elektrisk energi.

En bränslecell fungerar enligt följande princip: bränsle tillförs utifrån, som oxideras av syre, och den energi som frigörs omvandlas till elektricitet. Denna funktionsprincip säkerställer nästan evig drift.

Sedan slutet av 1800-talet har forskare studerat själva bränslecellen och ständigt utvecklat nya modifieringar av den. Så idag, beroende på driftsförhållanden, finns det alkaliska eller alkaliska (AFC), direkt borohydrat (DBFC), elektrogalvaniska (EGFC), direkt metanol (DMFC), zink-luft (ZAFC), mikrobiell (MFC), modeller baserade på myrsyra (DFAFC) och metallhydrider (MHFC) är också kända.

En av de mest lovande är vätebränslecellen. Användningen av väte i kraftverk åtföljs av en betydande utsläpp av energi, och avgaserna från en sådan anordning är ren vattenånga eller dricksvatten, som inte utgör något hot mot miljön.

De framgångsrika testerna av bränsleceller av denna typ på rymdfarkoster har nyligen väckt stort intresse bland tillverkare av elektronik och olika utrustningar. Således presenterade företaget PolyFuel en miniatyrvätebränslecell för bärbara datorer. Men den för höga kostnaden för en sådan anordning och svårigheterna med obehindrad tankning begränsar dess industriella produktion och breda distribution. Honda har också tillverkat bränsleceller för bilar i över 10 år. Denna typ av transport säljs dock inte, utan endast för officiellt bruk av företagets anställda. Bilarna står under övervakning av ingenjörer.

Många undrar om det är möjligt att montera en bränslecell med sina egna händer. Trots allt en betydande fördel hemgjord enhet Det blir en mindre investering, till skillnad från industrimodellen. Till miniatyrmodellen behöver du 30 cm platinabelagd nickeltråd, en liten bit plast eller trä, en 9-volts batteriklämma och själva batteriet, genomskinlig tejp, ett glas vatten och en voltmeter. En sådan enhet låter dig se och förstå kärnan i arbetet, men det kommer naturligtvis inte att vara möjligt att generera el för bilen.

fb.ru

Vätebränsleceller: lite historia | Väte

I vår tid är problemet med bristen på traditionella energiresurser och försämringen av planetens ekologi som helhet på grund av deras användning särskilt akut. Det är därför som nyligen betydande ekonomiska resurser och intellektuella resurser har lagts på utvecklingen av potentiellt lovande substitut för kolvätebränslen. Väte kan bli ett sådant substitut inom en mycket nära framtid, eftersom dess användning i kraftverk åtföljs av frigörandet av en stor mängd energi, och avgaserna är vattenånga, det vill säga det utgör ingen fara för miljön.

Trots vissa tekniska svårigheter som fortfarande finns i implementeringen av vätebaserade bränsleceller, har många biltillverkare uppskattat löftet om tekniken och utvecklar redan aktivt prototyper av produktionsbilar som kan använda väte som huvudbränsle. Redan i tvåtusenelva presenterade Daimler AG konceptuella Mercedes-Benz-modeller med vätgaskraftverk. Dessutom har det koreanska företaget Hyndayi officiellt meddelat att man inte längre tänker utveckla elbilar, utan kommer att koncentrera alla sina ansträngningar på att utveckla en prisvärd vätgasbil.

Trots att själva idén med att använda väte som bränsle inte är vild för många, har de flesta ingen aning om hur bränsleceller som använder väte fungerar och vad som är så anmärkningsvärt med dem.

För att förstå betydelsen av tekniken föreslår vi att man tittar på historien om vätebränsleceller.

Den första personen som beskrev potentialen med att använda väte i en bränslecell var en tysk av nationalitet, Christian Friedrich. Redan 1838 publicerade han sitt arbete i en berömd vetenskaplig tidskrift på den tiden.

Redan inne nästa år Uhls domare, Sir William Robert Grove, skapade en prototyp av ett fungerande vätebatteri. Men kraften hos enheten var för liten även med den tidens normer, så dess praktiska användning var utesluten.

När det gäller termen "bränslecell" har den sin existens att tacka forskarna Ludwig Mond och Charles Langer, som 1889 försökte skapa en bränslecell som drivs med luft och koksugnsgas. Enligt andra källor användes termen först av William White Jaques, som först bestämde sig för att använda fosforsyra i en elektrolyt.

På 1920-talet tillverkades den i Tyskland en hel serie forskning som resulterade i upptäckten av bränsleceller med fast oxid och sätt att utnyttja karbonatcykeln. Det är anmärkningsvärt att dessa tekniker används effektivt i vår tid.

1932 började ingenjören Francis T Bacon arbetet med att direkt forska om vätebaserade bränsleceller. Före honom använde forskare ett etablerat schema - porösa platinaelektroder placerades i svavelsyra. Den uppenbara nackdelen med ett sådant system ligger först och främst i dess omotiverade höga kostnad på grund av användningen av platina. Dessutom utgjorde användningen av kaustik svavelsyra ett hot mot forskarnas hälsa, och ibland till och med livet. Bacon bestämde sig för att optimera kretsen och ersatte platina med nickel och använde en alkalisk sammansättning som elektrolyt.

Tack vare ett produktivt arbete för att förbättra sin teknik presenterade Bacon redan 1959 för allmänheten sin ursprungliga vätebränslecell, som producerade 5 kW och kunde driva en svetsmaskin. Han kallade den presenterade enheten "Bacon Cell".

I oktober samma år skapades en unik traktor som gick på vätgas och producerade tjugo hästkrafter.

På sextiotalet av 1900-talet utvecklade det amerikanska företaget General Electric systemet som utvecklats av Bacon och tillämpade det på rymdprogrammen Apollo och NASA Gemini. Experter från NASA kom fram till att det är för dyrt, tekniskt svårt och osäkert att använda en kärnreaktor. Dessutom var vi tvungna att överge användningen av batterier tillsammans med solpaneler på grund av deras stora dimensioner. Lösningen på problemet är vätebränsleceller, som kan försörja rymdskepp energi och dess besättning rent vatten.

Den första bussen som använder väte som bränsle byggdes redan 1993. Och prototyper av personbilar som drivs av vätebränsleceller presenterades redan 1997 av sådana globala bilmärken som Toyota och Daimler Benz.

Det är lite konstigt att ett lovande miljövänligt bränsle, som såldes för femton år sedan i en bil, ännu inte har fått stor spridning. Det finns många anledningar till detta, de främsta kanske är politiska och kraven på att skapa lämplig infrastruktur. Låt oss hoppas att vätgas fortfarande kommer att säga sitt och bli en betydande konkurrent till elbilar.(odnaknopka)

energycraft.org

Skapad 2012-07-14 20:44 Författare: Alexey Norkin

Vårt materiella samhälle utan energi kan inte bara utvecklas, utan till och med existera överhuvudtaget. Var kommer energin ifrån? Tills nyligen använde människor bara ett sätt att få tag på det, vi kämpade med naturen, brände de erhållna troféerna i ugnarna i först hemhärdar, sedan ånglok och kraftfulla värmekraftverk.

Det finns inga etiketter på kilowattimmar som konsumeras av en modern genomsnittlig människa som skulle indikera hur många år naturen arbetade så att den civiliserade människan kunde njuta av teknikens fördelar, och hur många år hon fortfarande måste arbeta för att jämna ut skadorna henne av en sådan civilisation. Det finns dock en växande förståelse i samhället för att den illusoriska idyllen förr eller senare tar slut. I allt högre grad uppfinner människor sätt att tillhandahålla energi för sina behov med minimal skada på naturen.

Vätebränsleceller är ren energis heliga gral. De bearbetar väte, ett av de vanliga elementen i det periodiska systemet, och frigör bara vatten, det vanligaste ämnet på planeten. Den rosa bilden är förstörd av människors bristande tillgång till väte som ämne. Det finns mycket av det, men bara i bundet tillstånd, och att utvinna det är mycket svårare än att pumpa upp olja ur djupet eller gräva upp kol.

Ett av alternativen för ren och miljövänlig produktion av väte är mikrobiella bränsleceller (MTB), som använder mikroorganismer för att bryta ner vatten till syre och väte. Allt är inte smidigt här heller. Mikrober gör ett utmärkt jobb med att producera rent bränsle, men för att uppnå den effektivitet som krävs i praktiken kräver MTB en katalysator som accelererar en av processens kemiska reaktioner.

Denna katalysator är ädel metall platina, vars kostnad gör användningen av MTB ekonomiskt omotiverad och praktiskt taget omöjlig.

Forskare från University of Wisconsin-Milwaukee har hittat en ersättning för den dyra katalysatorn. Istället för platina föreslog de att man skulle använda billiga nanorods gjorda av en kombination av kol, kväve och järn. Den nya katalysatorn består av grafitstavar med kväve inbäddat i ytskiktet och järnkarbidkärnor. Under tre månaders testning av den nya produkten visade katalysatorn högre kapacitet än platina. Funktionen av nanorods visade sig vara mer stabil och kontrollerbar.

Och viktigast av allt är att universitetsforskares idéskapande är mycket billigare. Således är kostnaden för platinakatalysatorer cirka 60 % av kostnaden för MTB, medan kostnaden för nanorods ligger inom 5 % av deras nuvarande pris.

Enligt skaparen av katalytiska nanorods, professor Junhong Chen: "Bränsleceller kan direkt omvandla bränsle till elektricitet. Tillsammans kan elektrisk energi från förnybara källor levereras där den behövs på ett rent, effektivt och hållbart sätt.”

Professor Chen och hans team av forskare studerar nu de exakta egenskaperna hos katalysatorn. Deras mål är att ge deras uppfinning ett praktiskt fokus, för att göra den lämplig för massproduktion och användning.

Baserat på material från Gizmag

www.facepla.net

Vätebränsleceller och energisystem

En vattendriven bil kan snart bli verklighet och vätebränsleceller kommer att installeras i många hem...

Vätgasbränslecellsteknik är inte ny. Det började 1776, när Henry Cavendish först upptäckte väte medan han löste metaller i utspädda syror. Den första vätebränslecellen uppfanns redan 1839 av William Grove. Sedan dess har vätebränsleceller gradvis förbättrats och installeras nu i rymdfärjor, försörjer dem med energi och fungerar som en vattenkälla. Idag är vätebränslecellstekniken på väg att nå massmarknaden, i bilar, hem och bärbara enheter.

I en vätebränslecell omvandlas kemisk energi (i form av väte och syre) direkt (utan förbränning) till elektrisk energi. En bränslecell består av en katod, elektroder och en anod. Väte matas till anoden, där det separeras i protoner och elektroner. Protoner och elektroner har olika vägar till katoden. Protoner rör sig genom elektroden till katoden och elektroner passerar runt bränslecellerna för att komma till katoden. Denna rörelse skapar sedan användbar elektrisk energi. På andra sidan kombineras väteprotoner och elektroner med syre för att bilda vatten.

Elektrolysatorer är ett sätt att utvinna väte ur vatten. Processen är i princip motsatsen till vad som händer med en vätebränslecell. Elektrolysatorn består av en anod, en elektrokemisk cell och en katod. Vatten och spänning appliceras på anoden, vilket delar upp vattnet i väte och syre. Väte passerar genom den elektrokemiska cellen till katoden och syre tillförs direkt till katoden. Därifrån kan väte och syre utvinnas och lagras. Under tider då el inte behöver produceras kan den ackumulerade gasen avlägsnas från lagret och föras tillbaka genom bränslecellen.

Detta system använder väte som bränsle, vilket förmodligen är anledningen till att det finns många myter om dess säkerhet. Efter explosionen av Hindenburg började många människor långt från vetenskapen och till och med vissa forskare att tro att användningen av väte är mycket farlig. Ny forskning har dock visat att orsaken till denna tragedi var relaterad till den typ av material som användes i konstruktionen, och inte till vätet som pumpades in. Efter att ha testat säkerheten för lagring av väte, visade det sig att lagring av väte i bränsleceller är säkrare än att lagra bensin i en bilbränsletank.

Hur mycket kostar moderna vätebränsleceller? Företag erbjuder för närvarande vätgasbränslesystem som producerar ström för cirka 3 000 dollar per kilowatt. Marknadsundersökningar har fastställt att när kostnaden sjunker till 1 500 dollar per kilowatt kommer konsumenter på massenergimarknaden att vara redo att byta till denna typ av bränsle.

Vätgasbränslecellsfordon är fortfarande dyrare än fordon med förbränningsmotorer, men tillverkare undersöker sätt att få priset till jämförbara nivåer. I vissa avlägsna områden där det inte finns några kraftledningar kan användningen av väte som bränsle eller autonom strömförsörjning hemma kan vara mer ekonomiskt nu än att till exempel skapa en infrastruktur för traditionella energikällor.

Varför används fortfarande inte vätebränsleceller i stor utsträckning? För närvarande är deras höga kostnad det största problemet för spridningen av vätebränsleceller. Vätgasbränslesystem har helt enkelt ingen massefterfrågan för tillfället. Vetenskapen står dock inte stilla och inom en snar framtid kan en bil som kör på vatten bli verklighet.

www.tesla-tehnika.biz

De omvandlar kemisk energi direkt till elektricitet och kringgår preliminära omvandlingar. Trots de uppenbara prestandafördelarna, misslyckades elementen med att slå igenom på marknaden direkt efter deras uppfinning på grund av deras komplexitet. Men grön teknik utvecklas. Forskare från Vaillant har utvecklat en enkel enhet tillgänglig för hemmabruk.

"Vi bör alltid prata om bränslecellssystemet", säger Dr Matthias Jahn,Chef för avdelningen för moduler och systemFraunhofer-institutet keramiska teknologier och system(Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems, IKTS) i Dresden. En cellen producerar en liten spänning, otillräcklig för att driva föremålen. Därför i analogi med uppladdningsbara batterier, flera bränsleceller kombineras till ett enda system. Varje bränslecell är lika stor som en CD. "Vi ringer grupper[element] stackar”, förklarar Dr. Yang.

Bränsleceller omvandlar naturgas direkt till elektricitet. De är mycket effektivare än installationer med förbränningsmotorer som använder flera konverteringssteg. Först omvandlas den energi som frigörs till följd av bränsleförbränning motor in i en mekanisk, genom som roterar den elektriska generatorns axel. Som ett resultat av kedjan av omvandlingar går det mesta av energin förlorad.

Tillsammans med en välkänd tillverkare av värmeutrustning Vaillant, Fraunhofer-institutet har utvecklat ett kompakt, säkert och pålitligt bränslecellsystem som genererar el och värme till privata hushåll från naturgas.Har för närvarande konstruktion genomgår provpraktisk drift i privata hushåll.

Storleksmässigt skiljer sig ett hembränslecellskraftverk, anpassat för vägginstallation, inte från konventionella värmepannor, men det producerar inte bara värme utan också elektrisk energi. Uteffekt är 1 kW,vad som räcker för att möta behoven i genomsnitt sju och 4 personer.

Som en del av det europeiska demonstrationsprojektet ene.field har cirka 150 sådana energienheter installerats i ett antal EU-länder. Dessutom i början av 2014 Valliant började sin småskaliga produktion.

T Miniatyrbränsleceller skiljer sig tekniskt från de som främst används i bilar. OM Den huvudsakliga driftsskillnaden ligger i graden av uppvärmning. Om driftstemperaturen för bilbränsleceller på ett protonutbytesmembran når 80 grader, då begagnad Av forskare från Fraunhofer Institute innebär fastbränslecellsteknik uppvärmning upp till 850 grader. Fasta element är dock billigare och enklare. De använder keramik som elektrolyt, som inte innehåller ädla och sällsynta metaller.