Tee-seda-ise vesinikkütuseelemendid. Otsese toimega alkoholi kütuseelemendid, mis kasutavad tahkeid happelisi elektrolüüte

Patendi RU 2379795 omanikud:

Leiutis käsitleb otsese toimega alkoholi kütuseelemente, mis kasutavad tahkeid happelisi elektrolüüte ja sisemisi reformimiskatalüsaatoreid. Leiutise tehniliseks tulemuseks on suurenenud elemendi erivõimsus ja pinge. Vastavalt leiutisele sisaldab kütuseelement anoodi, katoodi, tahket happelist elektrolüüti, gaasi difusioonikihti ja sisemist reformimise katalüsaatorit. Sisemine reformimise katalüsaator võib sisaldada mis tahes sobivat reformijat ja see asub anoodi kõrval. Selles konfiguratsioonis on kütuseelemendi katalüsaatori eksotermilistes reaktsioonides tekkiv soojus ja kütuseelemendi elektrolüüdi oomiline kuumenemine mootorikütuse endotermilise reformimise reaktsiooni liikumapanevaks jõuks, mis muudab alkoholi kütuse vesinikuks. Võimalik on kasutada mis tahes alkoholikütust, näiteks metanooli või etanooli. 5 n. ja 20 z.p. f-ly, 4 ill.

Tehniline valdkond

Leiutis käsitleb otsese toimega alkoholi kütuseelemente, mis kasutavad tahkeid happelisi elektrolüüte.

Tehnika tase

Alkoholid on viimasel ajal potentsiaalsete kütustena tugeva tähelepanu alla sattunud. Alkoholid, nagu metanool ja etanool, on kütusena eriti soovitavad, kuna nende erienergia on viis kuni seitse korda suurem kui tavalisel kokkusurutud vesinikul. Näiteks üks liiter metanooli võrdub energeetiliselt 5,2 liitri vesinikuga, mis on surutud rõhuni 320 atm. Lisaks võrdub üks liiter etanooli energeetiliselt 7,2 liitri vesinikuga, mis on kokkusurutud rõhuni 350 atm. Sellised alkoholid on soovitavad ka seetõttu, et neid on lihtne käsitseda, säilitada ja transportida.

Metanooli ja etanooli on alkoholikütuste osas palju uuritud. Etanooli saab suhkrut ja tärklist sisaldavate taimede kääritamisel. Metanooli võib saada puidu või puidu/teraviljajäätmete (põhk) gaasistamisel. Metanooli süntees on aga tõhusam. Need alkoholid on muuhulgas taastuvad ressursid ja seetõttu eeldatakse, et neil on oluline roll nii kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamisel kui ka sõltuvuse vähendamisel fossiilkütustest.

Kütuseelemente on pakutud seadmetena, mis muudavad selliste alkoholide keemilise energia elektrienergiaks. Sellega seoses on intensiivselt uuritud polümeer-elektrolüütmembraanidega otsese toimega alkoholi kütuseelemente. Täpsemalt on uuritud otseseid metanooli kütuseelemente ja otseseid etanooli kütuseelemente. Otsese etanooli kütuseelementide uuringud on aga olnud piiratud, kuna etanooli oksüdeerimine on võrreldes metanooliga oksüdeeriv suhteliselt raske.

Vaatamata nendele ulatuslikele uurimistööle ei ole otsese toimega alkoholikütuseelementide jõudlus rahuldav, peamiselt elektroodkatalüsaatorite kehtestatud kineetiliste piirangute tõttu. Näiteks tüüpiliste otsese toimega metanoolkütuseelementide võimsustihedus on ligikaudu 50 mW/cm2. On saavutatud kõrgemad erivõimsuse tasemed, näiteks 335 mW/cm 2, kuid ainult äärmiselt karmides tingimustes (Nafion®, 130°C, hapnik 5 atm ja metanool 1 M voolukiirusel 2 cc/min rõhul 1,8 atm). Samamoodi on otsese etanooli kütuseelemendi võimsustihedus 110 mW/cm 2 sarnastes äärmiselt karmides tingimustes (Nafion® ränidioksiid, 140 °C, anood 4 atm, hapnik 5,5 atm). Sellest tulenevalt on selliste äärmuslike tingimuste puudumisel vajadus suure võimsustihedusega otsese toimega alkoholikütuseelementide järele.

Leiutise lühikokkuvõte

Käesolev leiutis käsitleb alkoholi kütuseelemente, mis sisaldavad tahkeid happelisi elektrolüüte ja kasutavad sisemist reformimise katalüsaatorit. Kütuseelement sisaldab üldiselt anoodi, katoodi, tahket happelist elektrolüüti ja sisemist reformijat. Reformer näeb ette alkoholikütuse reformimise vesiniku tootmiseks. Reformimisreaktsiooni liikumapanev jõud on kütuseelemendis eksotermiliste reaktsioonide käigus tekkiv soojus.

Tahkete happeliste elektrolüütide kasutamine kütuseelemendis võimaldab paigutada reformeri otse anoodi kõrvale. Seda ei peetud varem võimalikuks teadaolevate reformivate materjalide tõhusaks toimimiseks vajalike kõrgendatud temperatuuride ja tüüpiliste polümeer-elektrolüütmembraanide soojustundlikkuse tõttu. Võrreldes tavaliste polümeer-elektrolüütmembraanidega taluvad tahked happelised elektrolüüdid aga palju kõrgemaid temperatuure, mistõttu on võimalik reformer paigutada anoodi kõrvale ja seega elektrolüüdi lähedusse. Selles konfiguratsioonis absorbeerib elektrolüüdi tekitatud heitsoojus reformija ja juhib endotermilist reformimisreaktsiooni.

Jooniste lühikirjeldus

Neid ja muid käesoleva leiutise tunnuseid ja eeliseid saab paremini mõista, lugedes järgmist üksikasjalikku kirjeldust koos kaasnevate joonistega, kus:

joonisel fig 1 on skemaatiline esitlus kütuseelemendist vastavalt käesoleva leiutise ühele teostusele;

Joonis fig 2 on näidete 1 ja 2 ning võrdlusnäite 1 kohaselt saadud kütuseelementide võimsustiheduse ja elemendi pinge kõverate graafiline võrdlus;

Joonis fig 3 on näidete 3, 4 ja 5 ning võrdlusnäite 2 kohaselt saadud kütuseelementide võimsustiheduse ja elemendi pinge kõverate graafiline võrdlus; ja

Joonisel 4 on graafiline võrdlus kütuseelementide võimsustiheduse ja elemendi pinge vahel, mis on saadud vastavalt võrdlusnäidetele 2 ja 3.

Leiutise üksikasjalik kirjeldus

Käesolev leiutis käsitleb otseseid alkoholi kütuseelemente, mis sisaldavad tahkeid happelisi elektrolüüte ja kasutavad sisemise reformimise katalüsaatorit füüsilises kontaktis membraanelektroodisõlmega (MEA), mis on kavandatud alkoholikütuse reformimiseks vesiniku tootmiseks. Nagu eespool märgitud, ei ole kütuseelementide elektroodide katalüsaatorite kineetiliste piirangute tõttu nende kütuseelementide jõudlus, mis muundavad keemilise energia alkoholides otse elektrienergiaks, mitterahuldavaks. Siiski on hästi teada, et vesinikkütuse kasutamisel vähenevad need kineetilised piirid oluliselt. Vastavalt sellele kasutab käesolev leiutis reformimiskatalüsaatorit või reformijat alkoholikütuse vesinikuks muutmiseks, vähendades või kõrvaldades seeläbi alkoholikütusega seotud kineetilisi piiranguid. Alkoholkütuseid reformitakse auruga vastavalt järgmistele reaktsiooninäidetele:

Metanool vesinikuks: CH3OH+H2O→3H2+CO2;

Etanool vesinikuks: C2H5OH+3H2O→6H2+2CO2.

Reformireaktsioon on aga väga endotermiline. Seetõttu tuleb reformerit kuumutada, et saada reformimisreaktsiooni liikumapanev jõud. Vajalik soojushulk on tavaliselt umbes 59 kJ mooli metanooli kohta (võrdub umbes 0,25 mooli vesiniku põletamisega) ja umbes 190 kJ mooli etanooli kohta (võrdub umbes 0,78 mooli vesiniku põletamisega).

Kütuseelementide töötamise ajal elektrivoolu läbimise tagajärjel tekib heitsoojus, mille efektiivne eemaldamine on problemaatiline. Selle jääksoojuse tekitamine muudab aga reformeri paigutamise otse kütuseelemendi kõrvale loomulikuks valikuks. Selline konfiguratsioon võimaldab varustada reformerist kütuseelementi vesinikku ja jahutada kütuseelementi ning võimaldab kütuseelemendil reformerit soojendada ja tekitada selles toimuvateks reaktsioonideks liikumapanev jõud. Seda konfiguratsiooni kasutatakse sulatatud karbonaadist kütuseelementides ja metaani reformimise reaktsioonides temperatuuril ligikaudu 650 °C. Kuid alkoholi reformimise reaktsioonid kulgevad tavaliselt temperatuurivahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C ja sobivat alkoholi reformimise kütuseelementi pole veel välja töötatud.

Käesolev leiutis käsitleb sellist alkoholireformimist kasutavat kütuseelementi. Nagu on näidatud joonisel 1, sisaldab käesolevale leiutisele vastav kütuseelement 10 üldiselt esimest voolukollektorit/gaasi difusioonikihti 12, anoodi 12a, teist voolukollektorit/gaasi difusioonikihti 14, katoodi 14a, elektrolüüti 16 ja sisemine reformimise katalüsaator 18. Sisemine reformimise katalüsaator 18, mis on paigutatud anoodi 12a kõrvale. Täpsemalt, reformimiskatalüsaator 18 asetatakse esimese gaasi difusioonikihi 12 ja anoodi 12a vahele. Kasutada võib mis tahes tuntud sobivat reformimise katalüsaatorit 18. Sobivate reformimise katalüsaatorite mittepiiravad näited hõlmavad Cu-Zn-Al oksiidide segusid, Cu-Co-Zn-Al oksiidide segusid ja Cu-Zn-Al-Zr oksiidide segusid .

Kasutada võib mis tahes alkoholikütust, nagu metanool, etanool ja propanool. Lisaks saab kütusena kasutada dimetüüleetrit.

Ajalooliselt ei ole seda konfiguratsiooni peetud alkoholi kütuseelementide puhul võimalikuks reformingreaktsiooni endotermilise olemuse ja elektrolüüdi kuumustundlikkuse tõttu. Tüüpilised alkoholikütuseelemendid kasutavad polümeer-elektrolüütmembraane, mis ei talu reformimise katalüsaatori käivitamiseks vajalikku kuumust. Kuid käesoleva leiutise kütuseelementides kasutatavad elektrolüüdid sisaldavad tahkeid happelisi elektrolüüte, nagu neid, mida on kirjeldatud USA patendis, mille menetlemisel on US patenditaotlus 10/139043, pealkirjaga PROTONI JUHTIV MEMBRAAN KASUTADA TAHKE HAPPET, mille kogu sisu on samuti lisatud. siin viitena. Üks käesolevas leiutises elektrolüüdina kasutamiseks sobiva tahke happe mittepiirav näide on CsH2PO4. Käesoleva leiutise kohastes kütuseelementides kasutatavad tahked happelised elektrolüüdid taluvad palju kõrgemaid temperatuure, mis võimaldab asetada reformimise katalüsaatori otse anoodi kõrvale. Lisaks tarbib endotermiline reformimisreaktsioon kütuseelemendis eksotermilistes reaktsioonides tekkivat soojust, moodustades termiliselt tasakaalustatud süsteemi.

Neid tahkeid happeid kasutatakse nende superprotoonsetes faasides ja need toimivad prootoneid juhtivate membraanidena temperatuurivahemikus umbes 100 °C kuni umbes 350 °C. Selle temperatuurivahemiku ülemine ots on ideaalne metanooli reformimiseks. Selleks, et genereerida piisavalt soojust reformimisreaktsiooni liikumapaneva jõu tekitamiseks ja tahke happelise elektrolüüdi prootonijuhtivuse tagamiseks, kasutatakse käesoleva leiutise kütuseelementi eelistatavalt temperatuurivahemikus umbes 100 °C kuni umbes 500 °C. Siiski on eelistatavam kasutada kütuseelementi temperatuurivahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C. Lisaks alkoholi kütuseelementide jõudluse olulisele parandamisele võivad leiutisekohaste alkoholikütuseelementide suhteliselt kõrged töötemperatuurid võimaldada kallete metallkatalüsaatorite, nagu Pt/Ru ja Pt anoodil ja katoodil, asendamist vähemaga. kallid katalüsaatorimaterjalid.

Järgmised näited ja võrdlevad näited illustreerivad leiutisekohaste alkoholikütuseelementide paremat jõudlust. Kuid need näited on esitatud ainult illustreerimiseks ja neid ei tohiks käsitleda leiutist nende näidetega piiravana.

Näide 1 Metanooli kütuseelement

Anoodi elektrokatalüsaatorina kasutati 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30% massist) - Zn (20% massist) - Al kasutati sisemise reformimise katalüsaatorina. Katoodelektrokatalüsaatorina kasutati 15 mg/cm2 Pt. Kasutatud elektrolüüdiks oli CsH 2 PO 4 membraan paksusega 160 μm. Metanooli ja vee aurutatud segud juhiti anoodiruumi voolukiirusega 100 μl/min. Katoodile kanti 30% niisutatud hapnikku voolukiirusel 50 cm3/min (standardne temperatuur ja rõhk). Metanooli:vee suhe oli 25:75. Elemendi temperatuur seati võrdseks 260°C.

Näide 2 Etanoolkütuseelement

Anoodi elektrokatalüsaatorina kasutati 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30% massist) - Zn (20% massist) - Al kasutati sisemise reformimise katalüsaatorina. Katoodelektrokatalüsaatorina kasutati 15 mg/cm2 Pt. Kasutatud elektrolüüdiks oli CsH 2 PO 4 membraan paksusega 160 μm. Aurutatud etanooli ja vee segud juhiti anoodiruumi voolukiirusega 100 μl/min. Katoodile kanti 30% niisutatud hapnikku voolukiirusel 50 cm3/min (standardne temperatuur ja rõhk). Etanooli:vee suhe oli 15:85. Elemendi temperatuur seati võrdseks 260°C.

Võrdlusnäide 1 Puhast H 2 kasutav kütuseelement

Anoodi elektrokatalüsaatorina kasutati 13 mg/cm2 Pt/Ru. Katoodelektrokatalüsaatorina kasutati 15 mg/cm2 Pt. Kasutatud elektrolüüdiks oli CsH 2 PO 4 membraan paksusega 160 μm. Anoodiruumi juhiti 3% niisutatud vesinikku voolukiirusel 100 µl/min. Katoodile kanti 30% niisutatud hapnikku voolukiirusel 50 cm3/min (standardne temperatuur ja rõhk). Elemendi temperatuur seati võrdseks 260°C.

Joonisel 2 on näidatud näidete 1 ja 2 ning võrdlusnäite 1 võimsustiheduse ja elemendi pinge vahelised kõverad. Nagu näidatud, saavutab metanoolikütuseelement (näide 1) tippvõimsuse tiheduse 69 mW/cm elemendi tippvõimsuse tiheduse 53 mW. /cm 2 ja vesinikkütuseelement (võrdlusnäide 1) saavutab tippvõimsuse tiheduse 80

mW / cm2. Need tulemused näitavad, et näite 1 ja võrdlusnäite 1 kohaselt toodetud kütuseelemendid on väga sarnased, mis näitab, et reformeriga metanoolkütuseelemendi jõudlus on peaaegu sama hea kui vesinikkütuseelemendi oma, mis on märkimisväärne paranemine. Kuid nagu on näidatud järgmistes näidetes ja võrdlusnäidetes, saavutatakse elektrolüüdi paksuse vähendamisega täiendav võimsustiheduse suurenemine.

Kütuseelement valmistati CsH 2 PO 4 lobrisadestamise teel poorsele roostevabast terasest alusele, mis toimis nii gaasi difusioonikihi kui ka voolukollektorina. Katoodi elektrokatalüsaatori kiht kanti esmalt gaasi difusioonikihile ja seejärel pressiti enne elektrolüüdikihi sadestamist. Pärast seda kanti anoodelektrokatalüsaatori kiht, millele järgnes konstruktsiooni viimase kihina teine ​​gaasi difusioonielektrood.

Anoodelektroodina CsH 2 PO 4, Pt (50 massiprotsenti aatommassiprotsenti) Ru, Pt (40 massiprotsenti) - Ru (20 massiprotsenti) ja naftaleeni segu (40 massiprotsenti) ja naftaleenist. oli kasutatud. Komponentide suhe CsH2PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naftaleeni segus oli 3:3:1:0,5 (massi järgi). Segu kasutati kokku 50 mg. Download Pt ja Ru olid vastavalt 5,6 mg/cm2 ja 2,9 mg/cm2. Anoodi elektroodi pindala oli 1,74 cm2.

Katoodelektroodina kasutati CsH2PO4, Pt, Pt (50 massiprotsenti) ja naftaleeni segu, mis kanti C-le (50 massiprotsenti). Komponentide suhe CsH2PO 4:Pt:Pt-C:naftaleeni segus oli 3:3:1:1 (massi järgi). Segu kasutati kokku 50 mg. Pt-koormused olid 7,7 mg/cm2. Katoodi pindala oli 2,3-2,9 cm1.

Reformimise katalüsaatorina kasutati CuO (30% (massi järgi)) - ZnO (20% (massi järgi)) - Al2O3, st CuO (31% mol.) - ZnO (16% mol.) - Al2O3. Reformimise katalüsaator valmistati kaassadestamise teel, kasutades vase, tsingi ja alumiiniumnitraadi lahust (metalli kogukontsentratsioon oli 1 mol/l) ja naatriumkarbonaatide vesilahust (1,1 mol/l). Sade pesti deioniseeritud veega, filtriti välja ja kuivatati õhu käes temperatuuril 120 °C 12 tundi. Kuivatatud pulbrit koguses 1 g pressiti kergelt 3,1 mm paksuseks ja 15,6 mm läbimõõduks ning seejärel kaltsineeriti 350 °C juures 2 tundi.

Kasutatud elektrolüüdiks oli CsH 2 PO 4 membraan paksusega 47 μm.

Metanooli-vee lahus (43 mahuprotsenti või 37 massiprotsenti või 25 mooliprotsenti või 1,85 M metanooli) juhiti läbi klaasaurusti (200 °C) voolukiirusel 135 μl/min. Elemendi temperatuur seati võrdseks 260°C.

Kütuseelement valmistati vastavalt ülaltoodud näitele 3, välja arvatud see, et läbi aurusti (200 °C) voolukiirusel 114 μl/min ei juhitud mitte metanooli-vee segu, vaid etanooli-vee segu ( 36% mahust või 31% massist või 15% mol. või 0,98 M etanool).

Kütuseelement valmistati vastavalt ülaltoodud näitele 3, välja arvatud see, et voolukiirusel 100 μl/min toodi viina (Absolut Vodka, Rootsi) (40% mahust või 34% massist või 17% mol. metanooli-vee asemel.. etanool).

Võrdlev näide 2

Kütuseelement valmistati vastavalt ülaltoodud näitele 3, välja arvatud see, et metanooli-vee asemel kasutati kuivatatud vesinikku temperatuuril 100 sccm, mis oli niisutatud kuuma veega (70 °C).

Võrdlev näide 3

Kütuseelement valmistati vastavalt ülaltoodud näitele 3, välja arvatud see, et reformimise katalüsaatorit ei kasutatud ja elemendi temperatuur seati 240 °C-ni.

Võrdlev näide 4

Kütuseelement valmistati vastavalt võrdlusnäitele 2, välja arvatud see, et elemendi temperatuur seati 240 °C-ni.

Joonisel 3 on näidatud näidete 3, 4 ja 5 ning võrdlusnäite 2 kõverad võimsustiheduse ja elemendi pinge vahel. Nagu näidatud, saavutab metanoolikütuseelement (näide 3) tippvõimsuse tiheduse 224 mW/cm2, mis on märkimisväärne kasv. erivõimsus võrreldes näite 1 kohaselt saadud kütuseelemendiga ja millel on palju paksem elektrolüüt. See metanoolkütuseelement näitab ka dramaatilist paranemist võrreldes metanoolkütuseelementidega, mis ei kasuta sisemist reformijat, mida on paremini näidatud joonisel 4. Etanooli kütuseelemendil (näide 4) on ka suurenenud võimsustihedus ja elemendi pinge võrreldes etanooli kütuseelement, millel on paksem elektrolüüdi membraan (näide 2). Kuid nagu näidatud, töötab metanooli kütuseelement (näide 3) paremini kui etanooli kütuseelement (näide 4). Viina kütuseelemendi puhul (näide 5) saavutatakse erivõimsused, mis on võrreldavad etanooli kütuseelemendi omadega. Nagu on näidatud joonisel 3, on metanoolkütuseelemendi (näide 3) jõudlus umbes sama hea kui vesinikkütuseelemendil (võrdlusnäide 2).

Joonisel 4 on näidatud võrdlusnäidete 3 ja 4 võimsustiheduse ja elemendi pinge kõverad. Nagu näidatud, saavutab metanoolkütuseelement ilma reformijata (võrdlusnäide 3) oluliselt väiksema võimsustiheduse kui vesinikkütuseelemendiga saavutatud (võrdlusnäide 4). Lisaks näitavad joonised 2, 3 ja 4, et võrreldes reformerita metanoolkütuseelemendiga (võrdlusnäide 3) saavutatakse reformeriga metanoolkütuseelementidel oluliselt suurem võimsustihedus (näited 1 ja 3).

Eelnev kirjeldus on esitatud käesoleva leiutise eelistatud teostuste tutvustamiseks. Käesoleva leiutisega seotud vastava ala ja tehnoloogia asjatundjad peaksid mõistma, et kirjeldatud teostustesse võib teha muudatusi ja modifikatsioone, ilma et see kalduks oluliselt kõrvale käesoleva leiutise põhimõtetest, ulatusest ja olemusest. Sellest tulenevalt ei tohiks eelnev kirjeldus viidata ainult kirjeldatud konkreetsetele teostusviisidele, vaid pigem tuleb mõista, et see on kooskõlas järgmiste patendinõudlusega ja neid põhjendab, mis sisaldavad leiutise kõige täielikumat ja objektiivsemat ulatust.

1. Kütuseelement, mis sisaldab: anoodi elektrokatalüütilist kihti, katoodelektrokatalüütilist kihti, tahket hapet sisaldavat elektrolüüdikihti, gaasi difusioonikihti ja sisemist reformimise katalüsaatorit, mis on paigutatud anoodi elektrokatalüütilise kihi kõrvale nii, et sisemine reformimise katalüsaator paikneb anoodi elektrokatalüütilise kihi ja gaasi difusioonikihi vahel ning on füüsilises kontaktis anoodi elektrokatalüütilise kihiga.

2. Kütuseelement vastavalt nõudluspunktile 1, milles tahke happeline elektrolüüt sisaldab CsH2PO4.

3. Kütuseelement vastavalt nõudluspunktile 1, milles reformimise katalüsaator on valitud rühmast, kuhu kuuluvad Cu-Zn-Al oksiidide segud, Cu-Co-Zn-Al oksiidide segud ja Cu-Zn-Al-Zr oksiidide segud.

4. Kütuseelemendi töömeetod, sealhulgas:





kütusevarustus; ja kütuseelemendi käitamist temperatuuril vahemikus umbes 100 °C kuni umbes 500 °C.

5. Meetod vastavalt punktile 4, mis erineb selle poolest, et kütuseks on alkohol.

6. Meetod vastavalt nõudluspunktile 4, milles kütus on valitud metanooli, etanooli, propanooli ja dimetüüleetri hulgast.

7. Meetod vastavalt punktile 4, mis erineb selle poolest, et kütuseelementi kasutatakse temperatuurivahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C.

8. Meetod vastavalt punktile 4, mis erineb selle poolest, et reformimise katalüsaator on valitud rühmast, kuhu kuuluvad Cu-Zn-Al oksiidide segud, Cu-Co-Zn-Al oksiidi segud ja Cu-Zn-Al-Zr oksiidide segud.

9. Meetod vastavalt punktile 4, mis erineb selle poolest, et elektrolüüt sisaldab tahket hapet.

10. Meetod vastavalt nõudluspunktile 9, milles tahke hape sisaldab CsH2PO4.

11. Kütuseelemendi töömeetod, sealhulgas:
anoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
katoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
tahket hapet sisaldava elektrolüüdikihi moodustamine;
gaasi difusioonikihi moodustumine ja
sisemise reformimise katalüsaatori moodustamine anoodi elektrokatalüütilise kihi kõrval nii, et sisemine reformimise katalüsaator paikneb anoodi elektrokatalüütilise kihi ja gaasi difusioonikihi vahel ning on füüsilises kontaktis anoodi elektrokatalüütilise kihiga;
kütusevarustus; ja kütuseelemendi käitamist temperatuuril vahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C.

12. Meetod vastavalt nõudluspunktile 11, milles kütuseks on alkohol.

13. Meetod vastavalt nõudluspunktile 11, milles kütus on valitud metanooli, etanooli, propanooli ja dimetüüleetri hulgast.

14. Meetod vastavalt nõudluspunktile 11, milles reformimise katalüsaator valitakse rühmast, kuhu kuuluvad Cu-Zn-Al oksiidide segud, Cu-Co-Zn-Al oksiidi segud ja Cu-Zn-Al-Zr oksiidide segud.

15. Meetod vastavalt nõudluspunktile 11, milles elektrolüüt sisaldab tahket hapet.

16. Meetod vastavalt nõudluspunktile 15, milles tahke hape sisaldab CsH2PO4.

17. Kütuseelemendi töömeetod, sealhulgas:
anoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
katoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
tahket hapet sisaldava elektrolüüdikihi moodustamine;
gaasi difusioonikihi moodustumine ja
sisemise reformimise katalüsaatori moodustamine anoodi elektrokatalüütilise kihi kõrval nii, et sisemine reformimise katalüsaator paikneb anoodi elektrokatalüütilise kihi ja gaasi difusioonikihi vahel ning on füüsilises kontaktis anoodi elektrokatalüütilise kihiga;
alkoholikütuse tarnimine; ja kütuseelemendi käitamist temperatuuril vahemikus umbes 100 °C kuni umbes 500 °C.

18. Meetod vastavalt nõudluspunktile 17, milles kütus on valitud metanooli, etanooli, propanooli ja dimetüüleetri hulgast.

19. Meetod vastavalt nõudluspunktile 17, mille kohaselt kütuseelementi kasutatakse temperatuuril vahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C.

20. Meetod vastavalt nõudluspunktile 17, milles reformimise katalüsaator on valitud rühmast, kuhu kuuluvad Cu-Zn-Al oksiidide segud, Cu-Co-Zn-Al oksiidi segud ja Cu-Zn-Al-Zr oksiidide segud.

21. Meetod vastavalt nõudluspunktile 17, milles tahke happeline elektrolüüt sisaldab CsH2PO4.

22. Kütuseelemendi töömeetod, sealhulgas:
anoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
katoodi elektrokatalüütilise kihi moodustamine;
tahket hapet sisaldava elektrolüüdikihi moodustamine;
gaasi difusioonikihi moodustumine ja
sisemise reformimise katalüsaatori moodustamine anoodi elektrokatalüütilise kihi kõrval nii, et sisemine reformimise katalüsaator paikneb anoodi elektrokatalüütilise kihi ja gaasi difusioonikihi vahel ning on füüsilises kontaktis anoodi elektrokatalüütilise kihiga;
alkoholikütuse tarnimine; ja kütuseelemendi käitamist temperatuuril vahemikus umbes 200 °C kuni umbes 350 °C.

Leiutis käsitleb otsese toimega alkoholi kütuseelemente, mis kasutavad tahkeid happelisi elektrolüüte ja sisemisi reformimiskatalüsaatoreid

Lugu

Esimene element tehti, näib, vene (see on oluline) lihtsa pliiatsi pliist ja korpuseks oli õllekork. Kõik see köeti köögipliidil. Elektrolüüdiks oli Diggeri torupuhastuspulber, mis on sildi järgi NaOH. Kuna mul õnnestus mingi vool saada, siis mõtlesin, et küllap võiks selline element tõesti toimida. Purgid hakkasid õmblustest lekkima (leelis korrodeerunud joodis) ja ma isegi ei mäleta, mis tulemused olid. Tõsisemaks elamuseks ostsin roostevabast terasest krooki. Temaga ei juhtunud aga midagi. Vähe sellest, et pinge oli ainult 0,5 volti, oli see ka vales suunas suunatud. Selgus ka, et pliiatsitest pärit söed on väga meelsasti osadeks murenema. Ilmselt pole need tehtud ühest grafiidikristallist, vaid on tolmust kokku liimitud. Sama saatus tabas näpupatareidest ridvasid. Sai ostetud ka mõne elektrimootori harjad, kuid need kohad, kus juhtmetraat harja sisse läheb, läksid kiiresti lagunema. Lisaks selgus, et üks pintslipaar sisaldas vaske või mõnda muud metalli (pintslitega juhtub seda).

Pärast kõvasti pead sügamist otsustasin, et töökindluse huvides on parem teha hõbedast anum ja söetükk - Jaco kirjeldatud tehnoloogia järgi, st paagutades. Hõbe maksab mõõdukalt raha (hinnad kõiguvad, aga kuskil 10-20 rubla gramm). Olen näinud teed, mis maksab palju rohkem.

On teada, et hõbe on NaOH sulatis stabiilne, samas kui raud annab ferraate, näiteks Na2FeO4. Kuna üldiselt on raual muutuv valents, võivad selle ioonid vähemalt teoreetiliselt elemendis "lühise" põhjustada. Seetõttu otsustasin kõigepealt kontrollida hõbedast korpust, kuna see on lihtsam. Kõigepealt osteti kupronikliga hõbetatud lusikas, mille pintslitega katsetades selgus kohe 0,9V soovitud polaarsusega avatud vooluring, samuti üsna suur vool. Hiljem (mitte praktiliselt, vaid teoreetiliselt) selgus, et hõbedat saab lahustada ka leelises naatriumperoksiidi Na2O2 juuresolekul, mida õhu puhumisel teatud kogustes tekib. Kas see juhtub elemendis või süsiniku kaitse all, hõbe on ohutu – ma ei tea.

Lusikas ei pidanud kaua vastu. Hõbedane kiht paisus üles ja ta lõpetas töötamise. Kupronikkel on leelises ebastabiilne (nagu enamik materjale maailmas). Peale seda tegin hõbemündist spetsiaalse klaasi, millel saadi rekordvõimsus 0,176 vatti.

Kõik see tehti tavalises linnakorteris, köögis. Ma ei põlenud kordagi, ma ei teinud tuld ja ainult korra valasin sulaleelist pliidile (email läks kohe roostetuks). Kasutatud tööriist oli kõige lihtsam. Kui õnnestub välja selgitada õige rauatüüp ja elektrolüüdi õige koostis, siis võib iga mitte päris käetu mees sellise elemendi põlvele teha.

2008. aastal tekkis mitu "õiget tüüpi rauda". Näiteks toidu roostevaba teras, plekkpurgid, elektriterased magnetahelate jaoks, aga ka madala süsinikusisaldusega terased - st1ps, st2ps. Mida vähem süsinikku, seda parem on jõudlus. Tundub, et roostevaba teras töötab halvemini kui puhas raud (muide, see on palju kallim). "Norra leht" raud, see on ka rootsi raud - see on raud, mis on valmistatud õitseval viisil Rootsis söel ja mis ei sisaldanud rohkem kui 0,04% süsinikku. Nüüd võib nii madalat süsinikusisaldust leida ainult elektriterasest. Tõenäoliselt on kõige parem teha topse stantsimise teel elektroonikaterasest lehest

Hõbetassi valmistamine

2008. aastal selgus, et ka raudtops töötab hästi, seega eemaldan kõik, mis hõbetassi puudutab. See oli huvitav, aga nüüd on see ebaoluline.

Võite proovida kasutada grafiiti. Aga mul polnud aega. Küsisin oma juhitädilt trollibussi sarvepadja, kuid see oli juba minu katseeepose lõpus. Võite proovida ka mootorite harju, kuid need on sageli vasega, mis rikub katse puhtust. Pintslite jaoks oli mul kaks varianti, üks osutus vasega. Pliiatsid ei anna mingit tulemust, sest nende pindala on väike ja voolu eemaldamine neist on ebamugav. Leelises olevad akud lagunevad laiali
(midagi juhtub sideainega). Üldiselt on grafiit elemendi jaoks halvim kütus, nagu see on keemiliselt kõige vastupidavam. Seetõttu valmistame elektroodi "ausalt". Võtame söe (ostsin supermarketist grillimiseks kasesütt), jahvatame võimalikult peeneks (jahvatasin esmalt portselanmördis, siis ostsin kohviveski). Tööstuses valmistatakse elektroode mitmest kivisöe fraktsioonist, segades neid omavahel. Miski ei takista teil sama tegemast. Pulber põletatakse elektrijuhtivuse suurendamiseks: seda tuleb kuumutada mitu minutit kõrgeima võimaliku temperatuurini (1000 või rohkem). Loomulikult ilma õhu juurdepääsuta.

Selleks tegin kahest üksteises pesastunud plekkpurgist sepiku. Nende vahele kuhjatakse soojusisolatsiooniks kuiva savi tükid. Mõlema purgi põhi on augustatud, et oleks kuhugi õhku puhuda. Sisepurk on täidetud söega (mis toimivad kütusena), nende sekka asetatakse metallkarp - "tiigel", selle rullisin ka plekkpurgist tinast välja. Karpi topitakse paberkotti pakitud söepulber. Söega kimbu ja "tiigli" seinte vahele peaks jääma tühimik. See on kaetud liivaga, nii et õhu juurdepääs puudub. Söed pannakse põlema, seejärel puhutakse tavalise fööniga läbi põhjas olevate aukude. Kõik see on üsna tuleoht – sädemed lendavad. Vaja on kaitseprille, samuti tuleb vaadata, et läheduses poleks kardinaid, bensiinivaate ega muid tuleohtlikke esemeid. Parem oleks ikka vihmaperioodil (vihmade vahepeal) selliseid asju kuskil rohelisel muruplatsil teha. Vabandust, aga ma olen liiga laisk, et kogu seda struktuuri joonistada. Ma arvan, et võite arvata ilma minuta.

Järgmisena lisatakse kõrvetatud pulbrile silma järgi teatud kogus suhkrut (vist kolmandik kuni pool). See on sideaine. Siis - natuke vett (kui mul olid käed määrdunud ja olin liiga laisk kraani lahti keerama, siis lihtsalt sülitasin sisse ja lisasin vee asemel õlut, ei tea kui palju see loeb; täiesti võimalik, et orgaaniline aine on oluline.Kõik see segatakse põhjalikult mördis.Tulemus peaks olema plastmass.Sellest massist on vaja moodustada elektrood.Mida paremini kokku surute,seda parem.Võtsin ummistunud torujupi ja vasardas söe torusse. väiksema toruga, haamriga. Et toode ei laguneks torust eemaldamisel " enne torusse toppimist sisestasin mitu paberiäärt. Kork peaks olema eemaldatav ja veel parem - kui toru on pikuti saetud ja klambritega ühendatud.Siis peale pressimist saad lihtsalt klambrid lahti ühendada ja saad söetooriku tervelt kätte.Eemaldatava pistiku puhul tuleb valmis toorik välja pressida
torud (see võib laguneda). Minu söe läbimõõt oli 1,2-1,5 cm ja pikkus 4-5 cm.

Valmis vorm kuivatatakse. Selleks panin gaasipliidi väga väiksele tulele tööle, panin tühja plekkpurgi tagurpidi peale ja põhja süsi. Kuivatamine peab olema piisavalt aeglane, et veeaur töödeldavat detaili ei rebiks. Kui kogu vesi on aurustunud, hakkab suhkur "keema". See muutub karamelliks ja liimib söetükid kokku.

Pärast jahutamist on vaja söesse puurida pikisuunaline (piki selle sümmeetriatelge) ümmargune auk, millesse sisestatakse tühjenduselektrood. Ava läbimõõt - ma ei mäleta, arvan, et see on 4 mm. Selle protseduuriga saab juba kõik kaetud, sest struktuur on habras. Puurisin algul 2 mm puuriga, siis ettevaatlikult (käsitsi) paisutasin 3 mm ja 4 mm puuridega või isegi nõelviiliga, täpselt ei mäleta. Põhimõtteliselt saab selle augu teha juba vormimise etapis. Aga see -
nüansse.

Pärast seda, kui kõik on kuivatatud ja puuritud, on vaja tulistada. Üldine tähendus on see, et üsna sujuva temperatuuritõusu korral on vaja kivisütt mõnda aega (umbes 20 minutit) tugevalt ja ühtlaselt ilma õhuta kuumutada. Peate soojendama järk-järgult, jahtuma - ka. Temperatuur – mida kõrgem, seda parem. Soovitavalt üle 1000. Mul oli
oranž (lähemal valgele) raua kuumutamine eksprompt sepikojas. Tööstuslikud elektroodid põletatakse mitu päeva, kusjuures soojuse juurdevool ja eemaldamine toimub väga sujuvalt. Lõppude lõpuks on see keraamika, mis on habras. Ma ei saa garanteerida, et kivisüsi ei pragune. Tegin kõike silma järgi. Osa süsi mõranes kohe töö alustamisel.

Niisiis, süsi on valmis. Sellel peaks olema võimalikult väike vastupanu. Takistuse mõõtmisel ärge puudutage kivisütt testernõeltega, vaid võtke kaks keerdunud traati, toetage need vastu söe külgi (mitte varda otstest, vaid lihtsalt piki läbimõõtu) ja vajutage tugevalt sõrmedega. (et mitte praguneda), vaata joonist, joonisel roosa amorfne mass - need on sõrmed, mis pigistavad juhtmete kiude.

Kui takistus on 0,3-0,4 oomi (see oli minu testeri tundlikkuse piiril), siis on see hea kivisüsi. Kui üle 2-3 oomi, siis halb (erivõimsus on väike). Kui kivisüsi ei õnnestu, võite põletamist korrata.

Pärast põletamist valmistame tühjenduselektroodi. See on hõbedane riba või raud - 2008 pikkus on võrdne söe pikkusega kaks korda või veidi väiksem,
lai - kaks ava läbimõõtu. Paksus - ütleme 0,5 mm. Sellest peate rullima silindri, mille välisläbimõõt on võrdne
augu läbimõõt. Kuid silinder ei tööta, kuna laius on liiga väike, saate pikisuunalise piluga silindri. See pilu on oluline soojuspaisumise kompenseerimiseks. Kui teete silindri täis, siis lõhub hõbe kuumutamisel söe.
"Silinder" sisestatakse söesse. Peate veenduma, et see sobib tihedalt auku. Sellel on kaks poolt: liigne jõud lõhub söe, nõrga jõuga ei teki piisavat kontakti (see on väga oluline). Vaata joonist.

See disain ei sündinud kohe, mulle tundub see täiuslikum kui need klambrid, mis on Jaco patendis joonistatud. Esiteks, sellise kontakti korral ei liigu vool mööda, vaid piki silindrilise kivisöe raadiust, mis võimaldab elektrikadusid oluliselt vähendada. Teiseks on metallidel suurem soojuspaisumistegur kui kivisöel, mistõttu söe kokkupuude metalliklambriga nõrgeneb kuumutamisel. Minu puhul kontakt tugevneb või säilitab oma tugevuse. Kolmandaks, kui tühjenduselektrood ei ole hõbedast, kaitseb süsinik seda oksüdeerumise eest. Palun andke mulle patent!

Nüüd saab jälle takistust mõõta, üks poolus on voolu juhtiv elektrood. Muide, minu testeril on 0,3 oomi - see on juba tundlikkuse piir, seega on parem teadaoleva pinge vool vahele jätta ja selle tugevust mõõta.

Õhuvarustus

Suure mahutavusega pastapliiatsist võtame terasvarda. Eelistatavalt tühi. Eemaldame sellest ploki koos palliga - järele jääb vaid raudtoru. Eemaldame ettevaatlikult pasta jäänused (minul see eriti ei tulnud ja pasta siis söestus, mis muutis elamise keeruliseks). Esiteks tehakse seda veega ja siis on parem varras mitu korda põleti leegis süüdata. Tint pürolüüsib, misjärel tekib kivisütt, mida saab välja korjata.

Järgmiseks leiame mõne teise toru, millega see varras (see on kuum) ühendada akvaariumikompressorist viiva PVC toruga, mida kasutatakse kalade konditsioneerimiseks. Kõik peaks olema päris tihe. PVC torule panime reguleeritava klambri, sest ka kõige nõrgem kompressor annab liiga palju õhku. Ideaalis peate tegema hõbedase toru, mitte terasest, ja ma isegi sain sellega hakkama, kuid ma ei suutnud tagada hõbedase toru ja PVC liini vahelist tihedat ühendust. Vahetorud söövitasid tugevalt õhku (samade termiliste vahede tõttu), nii et lõpuks seadsin end terasvardale. Muidugi on see probleem lahendatav, kuid selleks tuli lihtsalt aega ja vaeva kulutada ning olukorrale vastav telefonitoru kätte võtta. Üldiselt kaldusin selles osas Jaco patendist tugevalt kõrvale. Ma ei saanud sellist roosi teha, nagu ta maalis (ja ausalt öeldes ei pidanud ma selle kujundust piisavalt heaks).

Siin tuleks teha väike kõrvalepõik ja arutleda, kui valesti Jaco oma elemendi tööd kujutas. Ilmselgelt läheb hapnik kuskil katoodil ioonseks vormiks vastavalt valemile O2 + 4e- \u003d 2O2- või mõnele sarnasele reaktsioonile, kus hapnik redutseeritakse ja ühendatakse millegagi. See tähendab, et on oluline tagada õhu, elektrolüüdi ja katoodi kolmekordne kontakt. See võib juhtuda, kui õhumullid puutuvad kokku pihusti metalli ja elektrolüüdiga. See tähendab, et mida suurem on pihusti kõigi aukude koguperimeeter, seda suurem peaks olema voolutugevus. Samuti, kui teete kaldservadega tassi, võib ka kolmekordne kontaktpind suureneda, vt joon.

Teine võimalus on lahustunud hapniku redutseerimine katoodil. Sel juhul pole kolmekordne kontaktpind tegelikult oluline, kuid hapniku lahustumise kiirendamiseks on vaja ainult mullide pindala maksimeerida. Tõsi, sel juhul pole selge, miks lahustunud hapnik kivisütt otse, ilma elektrokeemilise reaktsioonita (töötades elektriahelast "mööda") ei oksüdeeri. Ilmselt on sel juhul olulised tassi materjali katalüütilised omadused. Olgu, see kõik on laulusõnad. Igal juhul peate jagama joa väikesteks mullideks. Need katsed seda teha, mis ma tegin, ei olnud eriti edukad.

Selleks oli vaja teha õhukesed augud, millest tuli palju probleeme.

Esiteks ummistuvad õhukesed augud kiiresti, sest. raud korrodeerub, rooste ja söejäägid (pidage meeles, et pastakast oli kunagi pasta) pudeneb vardast välja ja sulgege augud.
Teiseks on augud ebavõrdse suurusega ja raske on sundida õhku üheaegselt kõigist aukudest välja voolama.
Kolmandaks, kui läheduses on kaks auku, siis on mullide ühine kalduvus juba enne nende purunemist halba.
Neljandaks annab kompressor õhku ebaühtlaselt ja ka see mõjutab kuidagi mullide suurust (ilmselt hüppab ühe tõukega üks mull üles). Seda kõike saab hõlpsasti jälgida, kui valate vett läbipaistvasse purki ja katsetage selles olevat pihustit. Muidugi on leelis erinev viskoossus ja pindpinevus, nii et peate arvama. Ma ei suutnud kunagi nendest probleemidest ja plussis termiliste tühimike tõttu tekkivate õhulekete probleemist jagu saada. Nende lekete tõttu ei saanud pihusti tööle hakata, kuna selleks tuleb ületada pindpinevusjõud. Just siin ilmnesid täielikult klambrite puudused. Ükskõik kui kõvasti neid ka ei pingutaks, lähevad need kuumutamisel ikkagi lahti. Lõpuks liikusin edasi lihtsa pastapliiatsi täitepihusti juurde, mis tekitas ainult ühe mullijoa. Ilmselt selleks, et seda normaalselt teha, tuleb ettevaatlikult leketest lahti saada, õhku juurde lasta olulise rõhu all (rohkem kui akvaariumikompressori tekitatav) ja läbi väikeste aukude.

See osa kujundusest töötas mul ausalt öeldes halvasti välja ...

Kokkupanek

Kõik. Kõike kokku panema. Klambritele on vaja paigaldada kõik nii, et
1. Tugikonstruktsiooni kaudu ei esinenud lühist.
2. Kivisüsi ei puutunud toru, mis õhku puhub, samuti seinu
tass. See on keeruline, kuna vahed on väikesed, klambrid on õhukesed ja leelis vuliseb, kui element töötab. Samuti toimib Archimedese jõud, mis nihutab kõike, kuhu see pole vajalik, ja pindpinevusjõud, mis tõmbab kivisütt teistele objektidele. Hõbe muutub kuumusest pehmeks. Seetõttu hoidsin lõpuks kivisütt tangidega tühjenduselektroodi otsast kinni. See oli halb. Normaalseks tööks on vaja ikkagi kate teha (ilmselt ainult portselanist - savi imbub leelisega ja kaotab tugevuse, võib-olla saab küpsetatud savi kasutada). Idee selle kaane valmistamise kohta on Jaco patendis. Peaasi, et see sütt päris hästi hoiaks, sest. isegi kerge viltu puudutab see tassi põhjas. Selleks peab see olema suure kõrgusega. Sellist portselanist katet ei õnnestunud mul kätte võtta, savist keraamilist teha - ka (kõik, mida proovisin savist teha, pragunes kiiresti, ilmselt põletasin selle kuidagi valesti). Ainus väike nipp on kasutada soojusisolatsioonina metallkatet ja isegi halvasti põletatud savikihti. Ka see tee pole nii lihtne.

Ühesõnaga, elemendi disain oli ka minu jaoks kasutu.

Samuti on hea ette valmistada tööriist, millega saad kätte kivisöetüki, mis võib elektroodilt maha kukkuda ja leelisesse kukkuda. Söetükk võib maha kukkuda ja leelise sisse kukkuda, siis tekib lühis. Mul oli selliseks tööriistaks painutatud terasklamber, millest hoidsin tangidega kinni. Toome juhtmed - ühe käepideme külge, teise tühjenduselektroodi külge. Joota saab, kuigi kasutasin kahte metallplaati ja kruvisin need kokku kruvidega (kõik on laste metallidisainerilt). Peaasi on mõista, et kogu konstruktsioon töötab madalpingel ja kõik ühendused peavad olema hästi tehtud. Mõõdame takistust elektrolüüdi puudumisel elektroodide vahel - jälgime, et see oleks suur (vähemalt 20 oomi). Mõõdame kõigi ühenduste takistust - jälgime, et need oleksid väikesed. Kogume skeemi koos koormaga. Näiteks takistus 1 oomi ja ampermeeter ühendatud järjestikku. Testijate jaoks ilmneb ampermeetri madal takistus ainult amprite mõõtühikute režiimis, soovitav on see eelnevalt välja selgitada. Võite sisse lülitada ampriühiku muutmise režiimi (vool osutub 0,001–0,4 A) või järjestikku ühendatud ampermeetri asemel paralleelselt sisse lülitada voltmeeter (pinge on 0,2–0,9 V). Soovitav on ette näha võimalus katse ajal tingimusi muuta, et mõõta avatud ahela pinget, lühisvoolu ja voolutugevust 1-oomise koormusega. Ja parem on, kui takistust saab muuta: 0,5 oomi, 1 oomi ja 2 oomi, et leida see, mille juures maksimaalne võimsus saavutatakse.

Lülitame akvaariumist sisse kompressori ja mähime klambri nii, et õhk vaevu voolab (ja muide, toitetorustiku toimivust tuleb kontrollida vette kastes. Kuna leelise tihedus on 2,7, tuleb kasta vastavalt suuremale sügavusele.Täielik tihedus ei ole vajalik,peaasi et sellisel sügavusel toru otsast midagi vuliseb.

Ettevaatusabinõud

Edasi tuleb töö leelissulatiga. Kuidas seletada, mis on leelissula? Kas teil on seep silmis? Ebameeldiv, eks? Niisiis on ka NaOH sulam seep, ainult kuumutatud 400 kraadini ja sadu kordi söövitavam.

Sula leelisega töötamisel on rangelt nõutavad kaitsemeetmed!

Eelkõige head kaitseprillid on hädavajalikud. Olen lühinägelik, seega kandsin kahte prilli – peal plastikust kaitseklaasid ja all klaasist. Kaitseprillid peaksid kaitsma pritsmete eest mitte ainult eest, vaid ka küljelt. Sellises laskemoonas tundsin end turvaliselt. Vaatamata kaitseprillidele ei ole soovitatav oma nägu seadmele üldse lähemale tuua.

Lisaks silmadele tuleb kaitsta ka käsi. Tegin kõike väga hoolikalt, nii et lõpuks juba "meisterdasin" ja töötasin T-särgis. See on kasulik, sest mõnikord annavad väikseimad leelisepritsmed kätele põletuse, mis ei lase mitmeks päevaks unustada, mis ainega tegu.

Aga kätel olid muidugi kindad. Esiteks kummist majapidamine (mitte kõige õhem) ja nende peale - peopesa tagant paistvad vistrikulised kaltsuvistrikud. Niisutasin neid veega, et saaksin kuumaid esemeid peale võtta. Sellises kindapaaris on käed enam-vähem kaitstud. Kuid tuleb jälgida, et väliskindad ei oleks kunagi liiga märjad. Elektrolüüti langev veetilk läheb kohe keema, samal ajal kui elektrolüüt pritsib väga mõnusalt. Kui see juhtub (ja see juhtus minuga kolm korda), on probleeme hingamissüsteemiga. Sellistel puhkudel hoidsin kohe hinge kinni, ilma et oleksin hingetõmmanud (süstaharjutus aitab sellistes olukordades mitte paanikasse sattuda) ja viskasin tervislikult köögist välja.

Üldiselt on hingamiselundite kaitsmiseks katse ajal vaja head ventilatsiooni. Minu puhul oli see vaid mustand (oli suvi). Kuid ideaalis peaks see olema kapuuts või vabas õhus.

Kuna leelisepritsmed on vältimatud, on tassi vahetus läheduses kõik ühel või teisel määral leelisega kaetud. Kui võtate seda paljaste kätega, võite saada põletushaavu. Pärast katse lõpetamist on vaja pesta kõike, sealhulgas kindaid.

Isegi põletuse korral oli mul alati lähedal anum veega ja anum lahjendatud äädikaga, et tugeva põletuse korral leelist neutraliseerida. Äädikas pole õnneks kunagi kasuks tulnud ja ma ei oska öelda, kas seda üldse kasutada tasub. Põletuse korral pesta leelist koheselt rohke veega maha. Põletuste vastu on olemas ka rahvapärane vahend – uriin. Tundub, et aitab ka.

Tegelikult töötab elemendiga

Valage kuiv NaOH klaasi (ostsin Diggeri torude puhastamiseks). Võite lisada MgO ja muid koostisosi, nagu CaCO3 (hambapulber või kriit) või MgCO3 (mul oli MgO, mida mu sõbrad kaevandasid). Süütage põleti ja soojendage seda. Kuna NaOH on äärmiselt hügroskoopne, tuleb seda teha kohe (ja sulgeda NaOH-ga kott tihedalt). Tore oleks jälgida, et klaasi ümbritseks igast küljest kuumus - vool on VÄGA tugevalt temperatuurist sõltuv. St teha eksprompt põlemiskamber ja suunata sinna põleti leek (peab ka jälgima, et põleti juures olev kanister ei plahvataks, minu arust on need põletid sellest vaatenurgast üsna kehvasti tehtud, kuna Ma juba kirjutasin, selleks peate kuumad gaasid kassetile mitte kukkuma ja parem on hoida seda normaalses asendis, mitte "tagurpidi").
Mõnikord osutub mugavaks tuua põleti leek ülevalt, kuid see on pärast seda, kui kõik on sulanud. Siis samal ajal soojendatakse sissepritsetoru, mis tühjendab elektroodi (ja selle kaudu kivisüsi), klaasi ülaosa, kus on kõige rohkem õhumulle). Kui mälu mind ei peta, siis kõige suurem tulemus saadi just nii.

Mõne aja pärast hakkab leelis sulama ja selle maht väheneb. Pulber on vaja valada nii, et klaas oleks 2/3 kõrguselt täidetud (leelis lekib kapillaarsuse ja pritsimise tõttu). Õhu etteandetoru ei töötanud mul hästi (soojuspaisumise tõttu suurenevad vahed ja lekked ning hea soojuse hajumise tõttu võib leelis selles tahkuda). Mõnikord lakkas õhk üldse voolamast. Selle parandamiseks tegin järgmist.
1. Puhastamine. (õhuvarustuse ajutine õrn suurenemine)
2. Tõuse üles. (rõhk on väiksem ja õhk tõrjub leelisammast välja
torud)
3. Soojenemine (võta klaasist välja ja soojendage põletiga nii, et pihusti sees olev leelis sulaks).

Üldiselt hakkab element punasel kuumustemperatuuril hästi tööle (leelis hakkab hõõguma). Samal ajal hakkab vahtu voolama (see on CO2) ja kostab sähvatustega hüppeid (kas see on vesinik või CO põleb ära, ma ei saa ikka aru).
Elemendist õnnestus saavutada maksimaalne võimsus 0,025 vatti/cm2 ehk kokku 0,176 vatti, koormustakistus 1,1 oomi. Samal ajal mõõtsin voolutugevust ampermeetriga. Ja oli võimalik mõõta pingelangust üle koormuse.

Elektrolüütide degeneratsioon

Elemendis tekib halb kõrvalreaktsioon

NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.

See tähendab, et mõne aja (kümnete minutite) pärast kõik kõveneb (sooda sulamistemperatuur - ma ei mäleta, aga umbes 800). Mõnda aega saab sellest üle leelise lisamisega, kuid lõpuks pole see oluline – elektrolüüt tahkub. Selle lahendamiseks vaadake selle saidi teisi lehekülgi, alustades UTE lehelt.Üldiselt võib NaOH-d kasutada hoolimata sellest probleemist, nagu Jaco oma patendis kirjutas. Sest on olemas viise, kuidas saada NaOH-d Na2CO3-st. Näiteks kustutatud lubja väljatõrjumine reaktsiooniga Na2CO3 + CaOH = 2NaOH + CaCO3, mille järel saab CaCO3 kaltsineerida ja CaO saadakse uuesti. Tõsi, see meetod on väga energiamahukas ja elemendi üldine efektiivsus langeb väga palju ning keerukus suureneb. Seetõttu arvan, et SARA-st leitud elektrolüüdi stabiilne koostis on siiski vajalik. Võimalik, et seda saab teha USA patendiameti andmebaasist (http://www.uspto.gov) leides SARA patenditaotlused, seda enam, et need võisid saada varem välja antud patente. Aga ma pole veel oma kätesse saanud. Tegelikult tekkis see idee alles nende materjalide ettevalmistamise ajal. Tundub, et teen seda varsti.

Tulemused, mõtted ja järeldused

Siin ma võib-olla kordan ennast veidi. Võite alustada mitte hõbedast, vaid kohe rauast. Kui ma proovisin petturit kasutada
roostevabast terasest, tegin seda halvasti. Nüüd saan aru, et selle esimene põhjus on madal temperatuur ja suur elektroodide vahe. Jacques kirjutab oma artiklis, et kehv töö rauaga on tingitud sellest, et õli põleb rauda ja moodustub teine ​​süsinikelektrood, mistõttu tuleb triikrauda väga hoolikalt puhastada vähimatest õlijälgedest ja kasutada ka rauda.
madala süsinikusisaldusega. Võib-olla nii, aga ma arvan siiski, et on veel üks, olulisem põhjus. Raud on muutuva valentsiga element. See lahustub ja moodustab "lühise". Seda toetab ka värvimuutus. Hõbeda kasutamisel elektrolüüdi värvus ei muutu (hõbe on sulaleeliste toimele kõige vastupidavam metall). Kell
Raua kasutamisel muutub elektrolüüt pruuniks. Hõbeda kasutamisel ulatub avatud ahela pinge 0,9 V ja kõrgemale. Rauda kasutades on seda oluliselt vähem (täpselt ei mäleta, aga mitte üle 0,6 V) Mis puudutab seda, millist triikrauda on vaja kasutada, et kõik hästi toimiks, siis on teistel lehekülgedel. Veel veidi veeaurust, millest SARA kirjutab. Ühest küljest on see kõigile kasulik (teoreetiliselt): ei lase raual lahustuda (leelismetallide ferraatide lagunemise reaktsioon kuuma veega on teada, midagi sellist nagu Na2FeO4 + H2O = 2NaOH + Fe2O3) ja tundub, et see peaks halva kõrvalreaktsiooni korral tasakaalu nihutama. Otsisin F*A*C*T võrguprogrammi abil (http://www.crct.polymtl.ca/FACT/index.php) reaktsiooni NaOH+CO2=Na2CO3+H2O termodünaamikat. Kõigil temperatuuridel tasakaal selles on väga tugevalt paremale nihkunud, st tõenäoliselt ei tõrju vesi naatriumoksiidiga kombinatsioonist süsinikdioksiidi märkimisväärselt välja. Võimalik, et NaOH-Na2CO3 sulamis on olukord muutumas või tekib vesilahus, aga ma ei tea, kuidas seda teada saada. Arvan, et antud juhul on praktika tõe kriteerium.

Peamine asi, mida auruga katsete tegemisel võib kohata, on kondenseerumine. Kui kuskil tee ääres veetorustiku sisenemise kohast langeb mõne seina temperatuur alla 100C, võib vesi kondenseeruda ja sattuda õhuvooluga tilga kujul leelisesse. See on väga ohtlik ja seda tuleks iga hinna eest vältida. Eriti ohtlik on see, et seinte temperatuuri pole nii lihtne mõõta. Ise pole auruga midagi proovinud.

Üldiselt on muidugi vaja selliseid töid teha mitte korteris, vaid vähemalt maamajas ja teha kohe suurem element. Selleks on loomulikult vaja suuremat ahju kütmiseks, suurt "pliiti" elemendi soojendamiseks ja rohkem toorainet. Kuid kõigi detailidega on palju mugavam töötada. See kehtib eriti elemendi enda seadme kohta, millel mul katet polnud. Suure kaane valmistamine on palju lihtsam kui väikese.

Hõbedast. Hõbe pole muidugi nii odav. Kuid kui muudate hõbedase elektroodi piisavalt õhukeseks, võib hõbedaga element muutuda kuluefektiivseks. Näiteks olgu võimalik teha 0,1 mm paksune elektrood. Hõbeda plastilisuse ja vormitavusega on see lihtne (hõbeda saab tõmmata läbi rullide väga õhukeseks fooliumiks ja ma isegi tahtsin seda teha, aga rulle polnud). Tihedusega umbes 10 g / cm ^ 3 maksab üks kuupsentimeetrit hõbedat umbes 150 rubla. See annab 100 ruutsentimeetrit elektroodi pinda. 200 cm ^ 2 saad ka siis, kui võtad kaks lamedat sütt ja asetad nende vahele hõbeplaadi. Spetsiifilise võimsusega, mille olen saavutanud 0,025 W / cm ^ 2, selgub, et võimsus on 5 vatti või 30 rubla vati kohta või 30 000 rubla kilovati kohta. Tänu konstruktsiooni lihtsusele võib eeldada, et ülejäänud kilovatt-elemendi komponendid (pliit, õhupump) on oluliselt odavamad. Sel juhul saab korpuse valmistada portselanist, mis on suhteliselt vastupidav leelissulamisele. Tulemus ei ole liiga kallis, isegi võrreldes väikese võimsusega bensiinielektrijaamadega. Ning tuuleveskite ja termoelektriliste generaatoritega päikesepaneelid jäävad kaugele maha. Hinna edasiseks alandamiseks võite proovida anumat valmistada hõbetatud vasest. Sel juhul jääb hõbedakiht isegi 100-1000 korda õhemaks. Tõsi, minu katsetused kupronikli lusikaga lõppesid ebaõnnestunult, seega pole selge, kui vastupidav hõbekate saab olema. See tähendab, et isegi hõbeda kasutamine avab päris head väljavaated. Ainus, mis siin ebaõnnestub, on see, kui hõbe pole piisavalt tugev.

Rohkem kehamaterjalide kohta. Väidetavalt on elemendi töötamise ajal suur tähtsus naatriumperoksiididel, näiteks Na2O2, mis peaks tekkima õhu puhumisel NaOH-sse. Kõrgel temperatuuril söövitab peroksiid peaaegu kõiki aineid. Viidi läbi katseid, et mõõta naatriumperoksiidi sulamit sisaldanud erinevatest materjalidest tiiglite kaalukadu. Kõige vastupidavamaks osutus tsirkoonium, järgnes raud, siis nikkel ja siis portselan. Silver nelja parema hulka ei pääsenud. Kahjuks ei mäleta täpselt, kui stabiilne hõbe on. Samuti kirjutati Al2O3 ja MgO heast vastupidavusest. Kuid raua poolt hõivatud teine ​​koht inspireerib optimismi.

See on tegelikult kõik.

Mobiilne elektroonika muutub igal aastal, kui mitte kuuga, kättesaadavamaks ja levinumaks. Siin on sülearvutid ja pihuarvutid, digikaamerad ja mobiiltelefonid ning palju igasuguseid kasulikke ja mitte eriti seadmeid. Ja kõik need seadmed saavad pidevalt uusi funktsioone, võimsamaid protsessoreid, suuremaid värvilisi ekraane, juhtmevaba ühenduvust, vähendades samal ajal suurust. Kuid erinevalt pooljuhttehnoloogiatest pole selle mobiilse loomastiku energiatehnoloogiad sugugi hüplikud.

Tavapärastest akudest ja patareidest ei piisa ilmselt elektroonikatööstuse viimaste edusammude jaoks märkimisväärse aja jooksul. Ja ilma töökindlate ja mahukate akudeta on mobiilsuse ja juhtmevabaduse mõte kadunud. Nii et arvutitööstus tegeleb probleemiga üha aktiivsemalt alternatiivsed toiteallikad. Ja praeguseni kõige lootustandvam suund on siin kütuseelemendid.

Kütuseelementide põhiprintsiibi avastas Briti teadlane Sir William Grove 1839. aastal. Teda tuntakse "kütuseelemendi" isana. William Grove tootis elektrit vesiniku ja hapniku ekstraheerimise teel. Olles aku elektrolüütielemendi küljest lahti ühendanud, avastas Grove üllatusega, et elektroodid hakkasid eraldunud gaasi neelama ja voolu tekitama. Protsessi avamine vesiniku elektrokeemiline "külm" põletamine oli energiasektoris märkimisväärne sündmus ning tulevikus mängisid kütuseelementide teoreetiliste aluste väljatöötamisel ja praktilise rakendamisel suurt rolli ning ennustasid neile suurt tulevikku sellised tuntud elektrokeemikud nagu Ostwald ja Nernst.

mina ise mõiste "kütuseelement" (Fuel Cell) ilmus hiljem – selle pakkusid 1889. aastal välja Ludwig Mond ja Charles Langer, kes üritasid luua seadet õhust ja söegaasist elektri tootmiseks.

Tavalisel hapnikus põlemisel orgaaniline kütus oksüdeerub ja kütuse keemiline energia muundatakse ebaefektiivselt soojusenergiaks. Kuid selgus, et elektrolüüdikeskkonnas on võimalik läbi viia oksüdatsioonireaktsioon, näiteks vesinik hapnikuga, ja elektroodide juuresolekul saada elektrivool. Näiteks varustades leeliselises keskkonnas elektroodi vesinikuga, saame elektronid:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

mis läbides välist vooluringi sisenevad vastaselektroodile, kuhu siseneb hapnik ja kus toimub reaktsioon: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

On näha, et tekkiv reaktsioon 2H2 + O2 → H2O on sama, mis tavapärasel põlemisel, kuid kütuseelemendis või muul viisil - elektrokeemiline generaator, saadakse suure kasuteguriga ja osaliselt soojusega elektrivool. Tuleb märkida, et kütuseelementides võib kütusena kasutada ka kivisütt, süsinikmonooksiidi, alkohole, hüdrasiini ja muid orgaanilisi aineid ning oksüdeerivate ainetena õhku, vesinikperoksiidi, kloori, broomi, lämmastikhapet jne.

Kütuseelementide arendamine jätkus jõuliselt nii välismaal kui ka Venemaal ja seejärel NSV Liidus. Kütuseelementide uurimisse suure panuse andnud teadlastest märgime ära V. Jaco, P. Yablochkov, F. Bacon, E. Bauer, E. Justi, K. Kordes. Eelmise sajandi keskel algas uus rünnak kütuseelementide probleemide vastu. See on osaliselt tingitud uute ideede, materjalide ja tehnoloogiate esilekerkimisest kaitseuuringute tulemusena.

Üks kütuseelementide arendamisel suure sammu teinud teadlasi oli P. M. Spiridonov. Spiridonovi vesiniku-hapniku elemendid andis voolutiheduseks 30 mA/cm2, mida tolle aja kohta peeti suureks saavutuseks. 1940. aastatel lõi O. Davtyan paigaldise söe gaasistamise teel saadud generaatorgaasi elektrokeemiliseks põletamiseks. Igast elemendi ruumala kuupmeetrist sai Davtyan 5 kW võimsust.

See oli esimene tahke elektrolüüdi kütuseelement. Sellel oli kõrge kasutegur, kuid aja jooksul muutus elektrolüüt kasutuskõlbmatuks ja seda tuli vahetada. Seejärel, viiekümnendate lõpus, lõi Davtjan võimsa installatsiooni, mis paneb traktori liikuma. Inglise insener T. Bacon konstrueeris ja ehitas samadel aastatel kütuseelemendiaku, mille koguvõimsus on 6 kW ja kasutegur 80%, mis töötab puhtal vesinikul ja hapnikul, kuid aku võimsuse ja kaalu suhe. osutus liiga väikeseks - sellised rakud ei sobinud praktiliseks kasutamiseks ja liiga kallid.

Järgnevatel aastatel läks vallaliste aeg mööda. Kosmoselaevade loojad hakkasid huvi tundma kütuseelementide vastu. Alates 1960. aastate keskpaigast on kütuseelementide uurimisse investeeritud miljoneid dollareid. Tuhandete teadlaste ja inseneride töö võimaldas jõuda uuele tasemele ning 1965. a. Kütuseelemente katsetati USA-s kosmoselaeval Gemini 5 ja hiljem kosmoselaeval Apollo Kuule lendudeks ja Shuttle programmi raames.

NSV Liidus töötati NPO Kvantis kütuseelemendid välja ka kosmoses kasutamiseks. Nendel aastatel on juba ilmunud uusi materjale - ioonivahetusmembraanidel põhinevad tahked polümeerelektrolüüdid, uut tüüpi katalüsaatorid, elektroodid. Ja veel, töövoolu tihedus oli väike - vahemikus 100-200 mA / cm2 ja plaatina sisaldus elektroodidel oli mitu g / cm2. Palju oli probleeme seoses vastupidavuse, stabiilsuse, ohutusega.

Järgmine etapp kütuseelementide kiires arengus algas 1990. aastatel. eelmisel sajandil ja kestab tänaseni. Selle põhjuseks on vajadus uute tõhusate energiaallikate järele, mis on ühelt poolt tingitud globaalsest keskkonnaprobleemist, milleks on fossiilkütuste põletamisel tekkivate kasvuhoonegaaside heitkoguste suurenemine, ja teiselt poolt selliste kütuste ammendumise tõttu. Kuna kütuseelemendis vesiniku põlemise lõpp-produktiks on vesi, peetakse neid keskkonnamõju poolest kõige puhtamaks. Peamine probleem on ainult tõhusa ja odava vesiniku tootmise viisi leidmine.

Miljardid dollarid rahalised investeeringud kütuseelementide ja vesinikugeneraatorite arendamisse peaksid viima tehnoloogilise läbimurdeni ja muutma nende kasutamise igapäevaelus reaalsuseks: mobiiltelefonide elementides, autodes, elektrijaamades. Juba praegu demonstreerivad sellised autohiiud nagu "Ballard", "Honda", "Daimler Chrysler", "General Motors" 50 kW võimsusega kütuseelementidel töötavaid sõiduautosid ja busse. Arenenud on hulk ettevõtteid tahke oksiidelektrolüüdiga kütuseelementidel töötavad näidiselektrijaamad võimsusega kuni 500 kW. Kuid vaatamata olulisele läbimurdele kütuseelementide jõudluse parandamisel, on nende kulude, töökindluse ja ohutusega seotud veel palju probleeme, mida tuleb lahendada.

Kütuseelemendis juhitakse erinevalt patareidest ja akudest nii kütus kui oksüdeerija sinna väljastpoolt. Kütuseelement on reaktsioonis vaid vahendaja ja ideaaltingimustes võib see kesta peaaegu igavesti. Selle tehnoloogia ilu seisneb selles, et tegelikult põletatakse elemendis kütus ja vabanev energia muundatakse otse elektriks. Kütuse otsesel põlemisel oksüdeerub see hapniku toimel ja sel juhul vabanev soojus kasutatakse kasuliku töö tegemiseks.

Kütuseelemendis, nagu ka akudes, on kütuse oksüdatsiooni ja hapniku redutseerimise reaktsioonid ruumiliselt eraldatud ning "põlemisprotsess" toimub ainult siis, kui element varustab koormust vooluga. See on nii diiselgeneraator, ainult ilma diisli ja generaatorita. Ja ka ilma suitsu, müra, ülekuumenemiseta ja palju suurema kasuteguriga. Viimast seletatakse sellega, et esiteks puuduvad vahepealsed mehaanilised seadmed ja teiseks ei ole kütuseelement soojusmasin ega allu sellest tulenevalt Carnot' seadusele (st selle efektiivsust ei määra temperatuuri erinevus).

Kütuseelementides kasutatakse oksüdeeriva ainena hapnikku. Pealegi, kuna õhus on piisavalt hapnikku, ei pea muretsema oksüdeeriva aine tarnimise pärast. Kütuse osas on see vesinik. Niisiis toimub reaktsioon kütuseelemendis:

2H2 + O2 → 2H2O + elekter + soojus.

Tulemuseks on kasulik energia ja veeaur. Selle seadme lihtsaim on prootonivahetusmembraani kütuseelement(vt joonis 1). See toimib järgmiselt: rakku sisenev vesinik laguneb katalüsaatori toimel elektronideks ja positiivselt laetud vesinikioonideks H+. Seejärel hakkab tööle spetsiaalne membraan, mis siin mängib tavalises akus elektrolüüdi rolli. Tänu oma keemilisele koostisele laseb ta prootoneid läbi iseenda, kuid säilitab elektronid. Seega tekitavad anoodile kogunenud elektronid liigse negatiivse laengu ja vesinikioonid tekitavad katoodil positiivse laengu (pinge elemendil on umbes 1V).

Suure võimsuse loomiseks on paljudest elementidest kokku pandud kütuseelement. Kui lülitate elemendi koormuses sisse, voolavad elektronid selle kaudu katoodile, luues voolu ja viies lõpule vesiniku oksüdatsiooni protsessi hapnikuga. Sellistes kütuseelementides kasutatakse katalüsaatorina reeglina süsinikkiule sadestunud plaatina mikroosakesi. Tänu oma struktuurile läbib selline katalüsaator hästi gaasi ja elektrit. Membraan on tavaliselt valmistatud väävlit sisaldavast polümeerist Nafion. Membraani paksus on kümnendik millimeetrit. Reaktsiooni käigus eraldub loomulikult ka soojust, kuid seda pole nii palju, seega hoitakse töötemperatuuri vahemikus 40-80 ° C.

Joonis 1. Kütuseelemendi tööpõhimõte

On ka teist tüüpi kütuseelemente, mis erinevad peamiselt kasutatava elektrolüüdi tüübi poolest. Peaaegu kõik neist nõuavad kütusena vesinikku, seega tekib loogiline küsimus: kust seda saada. Muidugi oleks võimalik kasutada balloonidest kokkusurutud vesinikku, kuid kohe tekivad probleemid, mis on seotud selle kergestisüttiva gaasi transportimise ja kõrge rõhu all hoidmisega. Loomulikult võite kasutada vesinikku seotud kujul, nagu metallhüdriidpatareides. Kuid selle kaevandamise ja transportimise ülesanne jääb siiski alles, sest vesiniku tanklate taristut pole.

Siiski on ka siin lahendus – vedelat süsivesinikkütust saab kasutada vesiniku allikana. Näiteks etüül- või metüülalkohol. Tõsi, siin on juba vaja spetsiaalset lisaseadet - kütusemuundurit, mis kõrgel temperatuuril (metanooli puhul on see kuskil 240 ° C) muudab alkoholid gaasilise H2 ja CO2 seguks. Kuid sel juhul on kaasaskantavuse peale juba keerulisem mõelda - selliseid seadmeid on hea kasutada nii statsionaarsena kui ka, kuid kompaktse mobiilse varustuse jaoks on vaja midagi vähem mahukat.

Ja siin jõuamegi seadmeni, mida peaaegu kõik suurimad elektroonikatootjad kohutava jõuga arendavad - metanooli kütuseelement(Joonis 2).

Joonis 2. Kütuseelemendi tööpõhimõte metanoolil

Põhiline erinevus vesiniku ja metanooli kütuseelementide vahel on kasutatav katalüsaator. Metanooli kütuseelemendis olev katalüsaator võimaldab prootoneid otse alkoholimolekulist eraldada. Seega on küsimus kütusega lahendatud - metüülalkoholi toodetakse masstoodanguna keemiatööstuse jaoks, seda on lihtne hoida ja transportida ning metanoolkütuseelemendi laadimiseks piisab lihtsalt kütusekasseti vahetusest. Tõsi, sellel on üks märkimisväärne miinus - metanool on mürgine. Lisaks on metanoolkütuseelemendi efektiivsus palju madalam kui vesinikkütuseelemendil.

Riis. 3. Metanooli kütuseelement

Kõige ahvatlevam variant on kasutada kütusena etüülalkoholi, kuna mis tahes koostise ja kangusega alkohoolsete jookide tootmine ja turustamine on kõikjal maailmas hästi välja kujunenud. Etanoolkütuseelementide kasutegur on aga paraku isegi madalam kui metanoolkütuseelementidel.

Nagu kütuseelementide arendamise aastate jooksul on märgitud, on ehitatud erinevat tüüpi kütuseelemente. Kütuseelemendid klassifitseeritakse elektrolüüdi ja kütusetüübi järgi.

1. Tahke polümeeri vesinik-hapnik elektrolüüt.

2. Tahke polümeeri metanooli kütuseelemendid.

3. Leeliselise elektrolüüdi elemendid.

4. Fosforhappe kütuseelemendid.

5. Kütuseelemendid sula karbonaatidel.

6. Tahkeoksiidkütuseelemendid.

Ideaalis on kütuseelementide kasutegur väga kõrge, kuid reaalsetes tingimustes esineb kaod, mis on seotud mittetasakaaluliste protsessidega, näiteks: elektrolüüdi ja elektroodide erijuhtivuse tõttu tekkivad oomikad, aktivatsiooni- ja kontsentratsioonipolarisatsioon, difusioonikaod. Selle tulemusena muudetakse osa kütuseelementides toodetud energiast soojuseks. Spetsialistide jõupingutused on suunatud nende kahjude vähendamisele.

Ohmiliste kadude peamiseks allikaks ja kütuseelementide kõrge hinna põhjuseks on perfluoritud sulfokatioonsed ioonivahetusmembraanid. Nüüd otsitakse alternatiivseid, odavamaid prootoneid juhtivaid polümeere. Kuna nende membraanide (tahkete elektrolüütide) juhtivus saavutab vastuvõetava väärtuse (10 Ω/cm) ainult vee juuresolekul, tuleb kütuseelementi suunatavaid gaase täiendavalt niisutada spetsiaalses seadmes, mis tõstab ka kütuseelemendi maksumust. süsteem. Katalüütilistes gaasidifusioonielektroodides kasutatakse peamiselt plaatinat ja mõningaid teisi väärismetalle, millele pole seni leitud asendust. Kuigi plaatina sisaldus kütuseelementides on mõni mg/cm2, ulatub suurte akude puhul selle kogus kümnete grammideni.

Kütuseelementide projekteerimisel pööratakse suurt tähelepanu soojuseemaldussüsteemile, kuna suure voolutiheduse korral (kuni 1 A/cm2) süsteem ise kuumeneb. Jahutamiseks kasutatakse spetsiaalsete kanalite kaudu kütuseelemendis ringlevat vett ja väikese võimsusega puhutakse õhku.

Niisiis on elektrokeemilise generaatori kaasaegne süsteem lisaks kütuseelemendi akule endale "kasvanud" paljude abiseadmetega, näiteks: pumbad, õhuvarustuse kompressor, vesiniku sisselaskeava, gaasi niisutaja, jahutusseade, gaasilekke kontrollsüsteem, alalis- vahelduvvoolu muundur, juhtprotsessor jt.Kõik see viib selleni, et kütuseelemendisüsteemi maksumus aastatel 2004-2005 oli 2-3 tuhat $/kW. Ekspertide hinnangul muutuvad kütuseelemendid transpordis ja statsionaarsetes elektrijaamades kasutamiseks kättesaadavaks hinnaga 50-100 $/kW.

Kütuseelementide igapäevaellu juurutamiseks koos odavamate komponentidega tuleks oodata uusi originaalseid ideid ja lähenemisi. Eelkõige on suured lootused seotud nanomaterjalide ja nanotehnoloogiate kasutamisega. Näiteks teatasid mitmed ettevõtted hiljuti ülitõhusate katalüsaatorite loomisest, eriti hapnikuelektroodi jaoks, mis põhinevad erinevatest metallidest koosnevatel nanoosakeste klastritel. Lisaks on teatatud mittemembraansetest kütuseelementide konstruktsioonidest, kus vedelkütus (nt metanool) juhitakse kütuseelementi koos oksüdeerijaga. Samuti pakub huvi väljatöötatud kontseptsioon biokütuseelementidest, mis töötavad saastunud vetes ja tarbivad oksüdeerijana lahustunud õhuhapnikku ning kütusena orgaanilisi lisandeid.

Eksperdid ennustavad, et kütuseelemendid jõuavad lähiaastatel massiturule. Tõepoolest, arendajad saavad üksteise järel üle tehnilistest probleemidest, annavad edusammudest aru ja esitlevad kütuseelementide prototüüpe. Näiteks Toshiba demonstreeris valmis metanooli kütuseelemendi prototüüpi. Selle mõõtmed on 22x56x4,5 mm ja võimsus on umbes 100 mW. Ühest 2 kuubiku kontsentreeritud (99,5%) metanooli täitmisest piisab 20 tunniks MP3-mängija tööks. Toshiba on välja lasknud mobiiltelefonide toiteks kaubandusliku kütuseelemendi. Taas demonstreeris seesama Toshiba 275x75x40mm sülearvuti toiteelementi, mis võimaldab arvutil töötada ühe laadimisega 5 tundi.

Mitte palju maha Toshiba ja teine ​​Jaapani firma - Fujitsu. 2004. aastal tutvustas ta ka elementi, mis töötab 30% metanooli vesilahusega. See kütuseelement töötas ühe 300 ml täidisega 10 tundi ja tootis samal ajal 15 vatti võimsust.

Casio töötab välja kütuseelementi, milles metanool töödeldakse esmalt miniatuurses kütusekonverteris H2- ja CO2-gaaside seguks ning seejärel juhitakse kütuseelementi. Demo ajal andis Casio prototüüp sülearvutile toite 20 tundi.

Samsung tegi endale nime ka kütuseelementide vallas – 2004. aastal demonstreeris ta oma 12 W prototüüpi, mis on mõeldud sülearvuti toiteks. Üldiselt kavatseb Samsung kütuseelemente kasutada ennekõike neljanda põlvkonna nutitelefonides.

Pean ütlema, et Jaapani ettevõtted lähenesid kütuseelementide arendamisele üldiselt väga põhjalikult. Veel 2003. aastal ühendasid sellised ettevõtted nagu Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony ja Toshiba jõud, et töötada välja ühine kütuseelementide standard sülearvutite, mobiiltelefonide, pihuarvutite ja muude elektroonikaseadmete jaoks. Ameerika ettevõtted, mida on ka sellel turul palju, töötavad enamasti sõjaväega sõlmitud lepingute alusel ja arendavad kütuseelemente Ameerika sõdurite elektrifitseerimiseks.

Sakslased ei jää palju maha – ettevõte Smart Fuel Cell müüb mobiilse kontori toiteks kütuseelemente. Seade kannab nime Smart Fuel Cell C25, selle mõõtmed on 150x112x65mm ja ühe laadimisega saab toota kuni 140 vatt-tundi. Sellest piisab sülearvuti toiteks umbes 7 tunniks. Seejärel saab kasseti välja vahetada ja tööd jätkata. Metanoolikasseti suurus on 99x63x27 mm ja see kaalub 150g. Süsteem ise kaalub 1,1 kg, nii et täiesti kaasaskantavaks seda nimetada ei saa, kuid siiski on see täiesti valmis ja mugav seade. Ettevõte arendab ka kütusemoodulit professionaalsete videokaamerate toiteks.

Üldiselt on kütuseelemendid mobiilse elektroonika turule peaaegu sisenenud. Tootjad peavad enne masstootmise alustamist lahendama viimased tehnilised probleemid.

Esiteks on vaja lahendada kütuseelementide miniaturiseerimise küsimus. Lõppude lõpuks, mida väiksem on kütuseelement, seda vähem võimsust see toota suudab – seega töötatakse pidevalt välja uusi katalüsaatoreid ja elektroode, mis võimaldavad väikeste mõõtmetega tööpinda maksimeerida. Siin tulevad väga kasuks viimased arengud nanotehnoloogiate ja nanomaterjalide (näiteks nanotorude) vallas. Jällegi, elementide torustike (kütuse- ja veepumbad, jahutussüsteemid ja kütuse muundamine) miniaturiseerimiseks kasutatakse üha enam mikroelektromehaanika saavutusi.

Teine oluline probleem, millega tuleb tegeleda, on hind. Kasutatakse ju enamikus kütuseelementides katalüsaatorina väga kallist plaatinat. Jällegi üritavad mõned tootjad juba väljakujunenud ränitehnoloogiaid maksimaalselt ära kasutada.

Mis puutub teistesse kütuseelementide kasutusvaldkondadesse, siis kütuseelemendid on seal juba kindlalt sisse seadnud, kuigi ei ole veel saanud peavoolu ei energeetikas ega transpordis. Juba praegu on paljud autotootjad esitlenud oma kütuseelemendil töötavaid ideeautosid. Kütuseelemendibussid sõidavad mitmes linnas üle maailma. Canadian Ballard Power Systems toodab erinevaid statsionaarseid generaatoreid võimsusega 1 kuni 250 kW. Samas on kilovatt-generaatorid mõeldud ühe korteri koheseks varustamiseks elektri, soojuse ja sooja veega.

Sisestan täitevooliku liitmiku kütusepaagi täiteava kaela ja keeran seda pool pööret, et ühendus tihendada. Lülituslüliti klõpsatus ja tankla LED-tule vilkumine tohutu kirjaga h3 näitavad, et tankimine on alanud. Minut – ja paak on täis, võid minna!

Elegantsed kere kontuurid, ülimadal vedrustus, madala profiiliga libedused annavad välja tõelise võidusõidutõu. Läbi läbipaistva katte näete torustike ja kaablite keerukust. Kuskil olen juba sarnast lahendust näinud... Ah jaa, Audi R8-l on mootor ka läbi tagaakna näha. Kuid Audil on see traditsiooniline bensiin ja see auto töötab vesinikuga. Nagu BMW Hydrogen 7, kuid erinevalt viimasest pole siin sisepõlemismootorit. Ainsad liikuvad osad on roolimehhanism ja elektrimootori rootor. Ja energiat selle jaoks annab kütuseelement. Selle auto lasi välja Singapuri ettevõte Horizon Fuel Cell Technologies, mis on spetsialiseerunud kütuseelementide arendamisele ja tootmisele. 2009. aastal tutvustas Briti ettevõte Riversimple juba Horizon Fuel Cell Technologies kütuseelementidel töötavat linna vesinikautot. See töötati välja koostöös Oxfordi ja Cranfieldi ülikoolidega. Kuid Horizon H-racer 2.0 on sooloarendus.

Kütuseelement koosneb kahest poorsest elektroodist, mis on kaetud katalüsaatorikihiga ja on eraldatud prootonivahetusmembraaniga. Anoodi katalüsaatoril olev vesinik muundatakse prootoniteks ja elektronideks, mis läbi anoodi ja välise elektriahela tulevad katoodile, kus vesinik ja hapnik taasühendavad, moodustades vee.

"Mine!" - nügib peatoimetaja mind Gagarini stiilis küünarnukiga. Kuid mitte nii kiiresti: kõigepealt peate kütuseelemendi osalisel koormusel üles soojendama. Lülitan lülituslüliti soojendusrežiimi (“soojendus”) ja ootan määratud aega. Panen siis igaks juhuks paagi täis. Nüüd lähme: sujuvalt mootoriga sumisev masin liigub edasi. Dünaamika on muljetavaldav, kuigi, mida muud elektriautolt oodata - hetk on konstantne igal kiirusel. Kuigi mitte kauaks – täispaagist vesinikku jätkub vaid mõneks minutiks (Horizon lubab lähiajal välja anda uue versiooni, milles vesinikku ei salvestata survegaasina, vaid seda hoiab adsorberis poorne materjal) . Jah, ja seda juhitakse ausalt öeldes mitte eriti hästi - kaugjuhtimispuldil on ainult kaks nuppu. Kuid igal juhul on kahju, et see on ainult raadio teel juhitav mänguasi, mis maksis meile 150 dollarit. Meil poleks midagi selle vastu, kui sõidaksime elektrijaamana päris kütuseelemendiga autoga.

Paak, jäiga korpuse sees olev elastne kummimahuti, venib tankimisel välja ja töötab kütusepumbana, "pigistades" vesinikku kütuseelementi. Selleks, et paak ei "täidetaks", ühendatakse üks liitmik plasttoruga avariirõhuventiiliga.

Täites veerg

Tee seda ise

Horizon H-racer 2.0 tuleb SKD (do-it-yourself) komplektina, seda saab osta näiteks Amazonist. Selle kokkupanek pole aga keeruline – pane lihtsalt kütuseelement paika ja kinnita kruvidega, ühenda voolikud vesinikupaagi, kütuseelemendi, täitekaela ja avariiklapi külge ning jääb üle vaid ülakeha. paigas, unustamata esi- ja tagumisi kaitseraudu. Komplektiga on kaasas tankla, mis võtab vesinikku vastu vee elektrolüüsi teel. Toiteallikaks on kaks AA patareid ja kui soovite, et energia oleks täiesti "puhas" - päikesepaneelidest (ka need on kaasas).

www.popmech.ru

Kuidas oma kätega kütuseelementi teha?

Muidugi on kütusevabade süsteemide pideva töö tagamise probleemi lihtsaim lahendus hüdraulilise või muul alusel valmis sekundaarse energiaallika ostmine, kuid sellisel juhul pole seda kindlasti võimalik vältida. lisakulud ja selles protsessis on üsna raske mõelda loova mõtte lennule. Lisaks pole oma kätega kütuseelemendi valmistamine sugugi nii keeruline, kui esmapilgul arvata võiks ning soovi korral saab ülesandega hakkama ka kõige kogenematum meister. Lisaks on rohkem kui meeldiv boonus selle elemendi loomise madalad kulud, sest hoolimata selle kõigist eelistest ja tähtsusest on olemasolevate improviseeritud vahenditega täiesti ohutu.

Samas on ainuke nüanss, millega tuleb enne ülesande täitmist arvestada, et ülimadala võimsusega seadme saab oma kätega valmis teha ning keerukamate ja keerukamate paigalduste teostamine tuleks siiski jätta kvalifitseeritud spetsialistide hooleks. . Mis puudutab tööde järjekorda ja toimingute järjestust, siis kõigepealt tuleks korpus lõpetada, selleks on kõige parem kasutada paksuseinalist pleksiklaasi (vähemalt 5 sentimeetrit). Korpuse seinte liimimiseks ja sisemiste vaheseinte paigaldamiseks, mille jaoks on kõige parem kasutada õhemat pleksiklaasi (piisab 3 millimeetrist), on ideaalne kasutada kahekomposiitliimi, kuigi soovi korral saab teha ka kvaliteetse jootke ise, kasutades järgmisi proportsioone: 100 grammi kloroformi kohta - 6 grammi samast pleksiklaasist laastud.

Sel juhul tuleb protsess läbi viia eranditult kapoti all. Korpuse varustamiseks nn äravoolusüsteemiga on vaja selle esiseina hoolikalt puurida läbiv auk, mille läbimõõt vastab täpselt kummikorgi mõõtmetele, mis toimib omamoodi tihendina vahel. korpus ja klaasist äravoolutoru. Mis puutub toru enda mõõtmetesse, siis on ideaalne, kui selle laius on võrdne viie või kuue millimeetriga, kuigi kõik sõltub projekteeritava konstruktsiooni tüübist. Pigem võib väita, et kütuseelemendi valmistamiseks vajalike elementide loendis loetletud vana gaasimask tekitab selle artikli potentsiaalsetes lugejates mõningast üllatust. Vahepeal seisneb selle seadme kogu kasu tema respiraatori lahtrites asuvas aktiivsöes, mida saab hiljem kasutada elektroodidena.

Kuna me räägime pulbrilisest konsistentsist, on disaini parandamiseks vaja nailonist sukki, millest saate hõlpsasti koti teha ja sinna sütt panna, vastasel juhul valgub see lihtsalt august välja. Jaotusfunktsiooni osas on kütus kontsentreeritud esimesse kambrisse, kütuseelemendi normaalseks toimimiseks vajalik hapnik, vastupidi, ringleb viimases, viiendas kambris. Elektrolüüt ise, mis asub elektroodide vahel, tuleks immutada spetsiaalse lahusega (bensiin parafiiniga vahekorras 125–2 milliliitrit) ja seda tuleb teha juba enne õhuelektrolüüdi paigutamist neljandasse kambrisse. Õige juhtivuse tagamiseks asetatakse söe peale joodetud juhtmetega vaskplaadid, mille kaudu elektroodidelt elekter edasi kandub.

Seda projekteerimisetappi võib julgelt pidada viimaseks, mille järel valmis seade laetakse, mille jaoks on vaja elektrolüüti. Selle valmistamiseks on vaja segada võrdsetes osades etüülalkoholi destilleeritud veega ja jätkata kaustilise kaaliumi järkjärgulist lisamist kiirusega 70 grammi ühe klaasi vedeliku kohta. Valmistatud seadme esimene katse seisneb pleksiklaasist korpuse esimese (kütusevedelik) ja kolmanda (etüülalkoholist valmistatud elektrolüüt ja kaaliumkloriid) üheaegses täitmises.

www.uznay-kak.ru

Vesinikkütuseelemendid | LAVENTI

Pikka aega tahtsin teile rääkida ettevõtte Alfaintek teisest suunast. See on vesinikkütuseelementide arendus, müük ja teenindus. Ma tahan kohe selgitada olukorda nende kütuseelementidega Venemaal.

Nende kütuseelementide laadimiseks mõeldud vesinikujaamade üsna kõrge hinna ja täieliku puudumise tõttu ei eeldata nende müüki Venemaal. Sellest hoolimata koguvad need kütuseelemendid Euroopas, eriti Soomes, iga aastaga populaarsust. Mis on saladus? Vaatame. See seade on keskkonnasõbralik, hõlpsasti kasutatav ja tõhus. See tuleb inimesele appi seal, kus ta vajab elektrienergiat. Saate seda kaasa võtta teele, matkale, kasutada seda maal, korteris autonoomse elektriallikana.

Kütuseelemendis toodetakse elektrit silindrist tuleva vesiniku keemilisel reaktsioonil metallhüdriidi ja õhu hapnikuga. Silinder ei ole plahvatusohtlik ja seda saab hoida oma kapis aastaid, oodates tiibades. See on võib-olla selle vesiniku salvestamise tehnoloogia üks peamisi eeliseid. Just vesiniku säilitamine on vesinikkütuse arendamise üks peamisi probleeme. Unikaalsed uued kerged kütuseelemendid, mis muudavad vesiniku tavapäraseks elektrienergiaks ohutult, vaikselt ja heitmevabalt.

Seda tüüpi elektrit saab kasutada kohtades, kus puudub tsentraalne elekter, või avariitoiteallikana.

Erinevalt tavalistest akudest, mida tuleb laadimise ajal laadida ja samal ajal elektritarbijast lahti ühendada, töötab kütuseelement “targa” seadmena. See tehnoloogia tagab katkematu toite kogu kasutusaja jooksul tänu ainulaadsele funktsioonile säilitada võimsust kütusepaagi vahetamisel, mis võimaldab kasutajal mitte kunagi tarbijat välja lülitada. Kinnises korpuses saab kütuseelemente säilitada mitu aastat ilma vesinikku kaotamata ja võimsust vähendamata.

Kütuseelement on mõeldud teadlastele ja teadlastele, korrakaitsjatele, vetelpäästjatele, laevade ja jahisadamate omanikele ning kõigile, kes vajavad hädaolukorras usaldusväärset toiteallikat. Võid saada 12 volti või 220 volti pinget ja siis jätkub energiat teleri, stereosüsteemi, külmkapi, kohvimasina, veekeetja, tolmuimeja, puuri, mikropliidi ja muude kodumasinate kasutamiseks.

Hüdroelemendi kütuseelemente saab müüa üksiku ühikuna või 2-4 elemendiga akudena. Kaks või neli elementi saab kombineerida, et suurendada võimsust või suurendada voolu.

KÜTUSEELEMENTIDEGA KODUMASINATE TÖÖAEG

	Elektriseadmed	Tööaeg päevas (min.)	Miinused. võimsus päevas (W*h)	Tööaeg kütuseelementidega
	Elektriline veekeetja
	Kohvimasin
	Mikroplaat
	telekas
	1 pirn 60W
	1 pirn 75W
	3 pirni 60W
	arvuti sülearvuti
	Külmkapp
	Energiasäästlik lamp

* - pidev töö

Kütuseelemendid laetakse täielikult spetsiaalsetes vesinikujaamades. Aga mis siis, kui reisite neist kaugele ja laadimiseks pole võimalust? Eriti sellisteks puhkudeks on Alfainteki spetsialistid välja töötanud vesiniku hoidmiseks mõeldud silindrid, millega kütuseelemendid töötavad palju kauem.

Toodetakse kahte tüüpi silindreid: NS-MN200 ja NS-MN1200. Kokkupandud NS-MN200 on veidi suurem kui Coca-Cola purk, see mahutab 230 liitrit vesinikku, mis vastab 40Ah-le (12V) ja kaalub ainult 2,5 kg .Metallhüdriidiga silinder NS-MH1200 mahutab 1200 liitrit vesinikku, mis vastab 220Ah-le (12V). Silindri kaal on 11 kg.

Metallhüdriidi tehnika on ohutu ja lihtne viis vesiniku hoidmiseks, transportimiseks ja kasutamiseks. Metallhüdriidina säilitamisel on vesinik pigem keemilise ühendi kui gaasilises vormis. See meetod võimaldab saada piisavalt kõrge energiatiheduse. Metallhüdriidi kasutamise eeliseks on see, et rõhk ballooni sees on vaid 2-4 baari Balloon ei ole plahvatusohtlik ja säilib aastaid ilma aine mahtu vähendamata. Kuna vesinikku hoitakse metallhüdriidina, on silindrist saadava vesiniku puhtus väga kõrge, 99,999%. Metallhüdriidi kujul olevaid vesinikusalvestisi saab kasutada mitte ainult HC 100 200 400 kütuseelementidega, vaid ka muudel juhtudel, kui on vaja puhast vesinikku. Silindreid saab kiirühenduse ja painduva vooliku abil lihtsalt ühendada kütuseelemendi või muu seadmega.

Kahju, et Venemaal neid kütuseelemente ei müüda. Kuid meie elanikkonna hulgas on nii palju inimesi, kes neid vajavad. No ootame ja vaatame, sina vaata ja saame. Vahepeal ostame riigi poolt peale surutud säästupirne.

P.S. Tundub, et teema on lõpuks unustuse hõlma vajunud. Nii palju aastaid pärast selle artikli kirjutamist ei tulnud midagi välja. Võib-olla ma muidugi ei otsi igale poole, aga see, mis mulle silma jääb, pole sugugi meeldiv. Tehnika ja idee on head, aga arendust pole veel leitud.

lavent.ru

Kütuseelement on tulevik, mis algab täna!

21. sajandi algus peab ökoloogiat üheks kõige olulisemaks maailmaülesandeks. Ja esimene asi, millele tuleks praegustes tingimustes tähelepanu pöörata, on alternatiivsete energiaallikate otsimine ja kasutamine. Just nemad suudavad ennetada meid ümbritseva keskkonna saastamist, aga ka täielikult loobuda süsivesinikel põhineva kütuse pidevalt tõusvast hinnast.

Juba praegu on kasutatud selliseid energiaallikaid nagu päikesepatareid ja tuuleturbiinid. Kuid kahjuks on nende puudumine seotud sõltuvusega ilmast, samuti aastaajast ja kellaajast. Sel põhjusel loobutakse järk-järgult nende kasutamisest astronautikas, lennuki- ja autotööstuses ning statsionaarseks kasutamiseks on need varustatud sekundaarsete toiteallikatega - akudega.

Parim lahendus on aga kütuseelement, kuna see ei vaja pidevat energialaadimist. See on seade, mis on võimeline töötlema ja muundama erinevat tüüpi kütust (bensiin, alkohol, vesinik jne) otse elektrienergiaks.

Kütuseelement töötab järgmisel põhimõttel: väljastpoolt tarnitakse kütust, mis oksüdeeritakse hapniku toimel ja sel juhul vabanev energia muundatakse elektriks. Selline tööpõhimõte tagab peaaegu igavese töö.

Alates 19. sajandi lõpust uurisid teadlased kütuseelementi otse ja töötasid pidevalt välja selle uusi modifikatsioone. Seega on tänapäeval olenevalt töötingimustest leeliseline või aluseline (AFC), otsene boorhüdraat (DBFC), elektrogalvaaniline (EGFC), otsene metanool (DMFC), tsink-õhk (ZAFC), mikroobne (MFC), Tuntud on ka sipelghappe (DFAFC) ja metallhüdriidi (MHFC) mudelid.

Üks paljutõotavamaid on vesinikkütuseelement. Vesiniku kasutamisega elektrijaamades kaasneb oluline energia vabanemine ning sellise seadme heitgaasiks on puhas veeaur või joogivesi, mis ei kujuta endast mingit ohtu keskkonnale.

Seda tüüpi kütuseelementide edukas katsetamine kosmoselaevadel on viimasel ajal äratanud märkimisväärset huvi elektroonika- ja erinevate seadmete tootjate seas. Näiteks võttis PolyFuel kasutusele sülearvutite jaoks mõeldud miniatuurse vesinikkütuseelemendi. Kuid sellise seadme liiga kõrge hind ja takistusteta tankimise raskus piirab tööstuslikku tootmist ja laialdast levitamist. Honda on ka autode kütuseelemente tootnud üle 10 aasta. Seda tüüpi transporti aga müüki ei lähe, vaid ainult ettevõtte töötajate ametlikuks kasutamiseks. Autod on inseneride järelevalve all.

Paljud mõtlevad, kas kütuseelementi on võimalik oma kätega kokku panna. Lõppude lõpuks on kodus valmistatud seadme oluline eelis väike investeering, erinevalt tööstuslikust mudelist. Miniatuurse mudeli jaoks vajate 30 cm plaatinaga kaetud nikkeltraati, väikest plasti- või puidutükki, 9-voldise aku klambrit ja akut ennast, läbipaistvat kleeplinti, klaasi vett ja voltmeetrit. Selline seade võimaldab teil näha ja mõista töö olemust, kuid loomulikult ei tööta see auto jaoks elektri tootmiseks.

fb.ru

Vesinikkütuseelemendid: natuke ajalugu | Vesinik

Meie ajal on traditsiooniliste energiaressursside nappuse probleem ja nende kasutamisest tingitud planeedi ökoloogia halvenemine tervikuna eriti terav. Seetõttu on viimastel aastatel kulutatud märkimisväärseid rahalisi ja intellektuaalseid ressursse potentsiaalselt paljulubavate süsivesinikkütuste asendusainete väljatöötamiseks. Selliseks asendajaks võib lähitulevikus saada vesinik, kuna selle kasutamisega elektrijaamades kaasneb suure hulga energia eraldumine ning heitgaasid on veeaurud ehk ei kujuta endast ohtu keskkonnale.

Hoolimata mõningatest tehnilistest raskustest, mis vesinikul põhinevate kütuseelementide kasutuselevõtul on endiselt olemas, on paljud autotootjad hinnanud tehnoloogia lubadust ja arendavad juba aktiivselt masstoodanguna toodetud sõidukite prototüüpe, mis suudavad põhikütusena kasutada vesinikku. Veel 2011. aastal tutvustas Daimler AG kontseptuaalseid vesinikelektrijaamadega Mercedes-Benzi mudeleid. Lisaks teatas Korea ettevõte Hyndayi ametlikult, et ei kavatse enam elektriautosid arendada ning koondab kõik jõupingutused soodsa vesinikuauto väljatöötamisele.

Kuigi idee kasutada vesinikku kütusena pole paljude jaoks metsik, ei mõista enamik, kuidas vesinikkütuseelemendid töötavad ja mis on neis nii tähelepanuväärset.

Tehnoloogia tähtsuse mõistmiseks soovitame pöörduda vesinikkütuseelementide ajaloo poole.

Esimene inimene, kes kirjeldas vesiniku kasutamise võimalusi kütuseelemendis, oli sakslane Christian Friedrich. Veel 1838. aastal avaldas ta oma tööd ühes tolleaegses tuntud teadusajakirjas.

Juba järgmisel aastal lõi Oulsi kohtunik Sir William Robert Grove toimiva vesinikupatarei prototüübi. Seadme võimsus oli aga isegi tolleaegsete standardite järgi liiga väike, mistõttu selle praktilisest kasutusest polnud juttugi.

Mis puutub mõistesse "kütuseelement", siis selle olemasolu tänu teadlastele Ludwig Mondile ja Charles Langerile, kes 1889. aastal üritasid luua õhul ja koksiahjugaasil töötavat kütuseelementi. Teiste sõnul kasutas seda terminit esmakordselt William White Jaques, kes otsustas esmalt kasutada elektrolüüdis fosforhapet.

1920. aastatel viidi Saksamaal läbi mitmeid uuringuid, mille tulemuseks oli tahkeoksiidi kütuseelementide ja karbonaaditsükli kasutamise viiside avastamine. On tähelepanuväärne, et neid tehnoloogiaid kasutatakse meie ajal tõhusalt.

1932. aastal alustas insener Francis T Bacon tööd otseselt vesinikul põhinevate kütuseelementide uurimisel. Enne teda kasutasid teadlased väljakujunenud skeemi - poorsed plaatina elektroodid asetati väävelhappesse. Sellise skeemi ilmne puudus seisneb ennekõike plaatina kasutamise tõttu põhjendamatult kõrges hinnas. Lisaks kujutas söövitava väävelhappe kasutamine ohtu teadlaste tervisele ja mõnikord ka elule. Bacon otsustas vooluringi optimeerida ja asendas plaatina nikliga ning kasutas elektrolüüdina leeliselist koostist.

Tänu tulemuslikule tööle oma tehnoloogia täiustamisel esitles Bacon juba 1959. aastal laiemale avalikkusele oma originaalset vesinikkütuseelementi, mis tootis 5 kW ja suutis toita keevitusmasinat. Ta nimetas esitletud seadet "Bacon Cell".

Sama aasta oktoobris loodi ainulaadne traktor, mis töötas vesinikul ja tootis paarkümmend hobujõudu.

Kahekümnenda sajandi kuuekümnendatel täiustati Ameerika ettevõtet General Electric, Baconi välja töötatud skeemi, ja rakendati seda kosmoseprogrammides Apollo ja NASA Gemini. NASA spetsialistid jõudsid järeldusele, et tuumareaktori kasutamine on liiga kallis, tehniliselt keeruline ja ohtlik. Lisaks tuli nende suurte mõõtmete tõttu loobuda päikesepaneelidega akude kasutamisest. Probleemi lahenduseks olid vesinikkütuseelemendid, mis on võimelised varustama kosmoselaeva energiaga ja selle meeskonda puhta veega.

Esimene buss, mis kasutas kütusena vesinikku, ehitati 1993. aastal. Ja vesinikkütuseelementidega töötavate sõiduautode prototüüpe esitlesid juba 1997. aastal sellised ülemaailmsed autobrändid nagu Toyota ja Daimler Benz.

Veidi kummaline, et viisteist aastat tagasi autos kasutusele võetud paljulubav keskkonnasõbralik kütus pole veel laialt levinud. Sellel on palju põhjuseid, millest peamised on ehk poliitiline ja nõudlikkus sobiva infrastruktuuri loomisel. Loodame, et vesinik ütleb siiski oma sõna ja on elektriautodele arvestatav konkurent.(odnaknopka)

energycraft.org

Loodud 14.07.2012 20:44 Autor: Alexey Norkin

Meie materiaalne ühiskond ilma energiata ei saa mitte ainult areneda, vaid isegi eksisteerida üldiselt. Kust tuleb energia? Kuni viimase ajani kasutasid inimesed selle hankimiseks ainult ühte võimalust, võitlesime loodusega, põletades kaevandatud trofeed tulekolletes, algul kodus, seejärel auruvedurites ja võimsates soojuselektrijaamades.

Kaasaegse võhiku poolt tarbitavate kilovatt-tundide peal pole silte, mis näitaksid, mitu aastat on loodus töötanud selle nimel, et tsiviliseeritud inimene saaks nautida tehnoloogia hüvesid, ja mitu aastat peab ta veel töötama, et leevendada kahju, mida ta teeb. teda sellise tsivilisatsiooni poolt. Ühiskonnas aga küpseb arusaam, et varem või hiljem illusoorne idüll läbi saab. Üha enam leiutavad inimesed viise, kuidas oma vajadustele energiat anda nii, et loodust kahjustatakse minimaalselt.

Vesinikkütuseelemendid on puhta energia püha graal. Nad töötlevad vesinikku, mis on perioodilisuse tabeli üks levinumaid elemente, ja eraldavad ainult vett, planeedi kõige levinumat ainet. Roosilise pildi rikub inimeste ligipääs vesinikule kui ainele. Seda on palju, kuid ainult seotud olekus ja selle väljavõtmine on palju keerulisem, kui soolestikust õli välja pumbata või kivisütt välja kaevata.

Üks puhta ja keskkonnasõbraliku vesiniku tootmise võimalusi on mikroobsed kütuseelemendid (MTB), mis kasutavad mikroorganisme vee hapnikuks ja vesinikuks lagundamiseks. Ka siin pole kõik sujuv. Mikroobid teevad puhta kütuse tootmisel suurepärast tööd, kuid praktikas vajaliku efektiivsuse saavutamiseks vajab MTB katalüsaatorit, mis kiirendab protsessi üht keemilist reaktsiooni.

See katalüsaator on väärismetallist plaatina, mille maksumus muudab MTB kasutamise majanduslikult põhjendamatuks ja praktiliselt võimatuks.

Wisconsini-Milwaukee ülikooli teadlased leidsid kallile katalüsaatorile asendaja. Plaatina asemel tegid nad ettepaneku kasutada süsiniku, lämmastiku ja raua kombinatsioonist valmistatud odavaid nanovardaid. Uus katalüsaator koosneb grafiitvarrastest, mille pinnakihti on sisestatud lämmastik, ja raudkarbiidi südamikest. Uudsuse kolmekuulise testimise ajal näitas katalüsaator suuremat võimekust kui plaatina oma. Nanovarraste töö osutus stabiilsemaks ja juhitavamaks.

Ja mis peamine, ülikooliteadlaste vaimusünnitus on palju odavam. Seega on plaatina katalüsaatorite maksumus ligikaudu 60% MTB maksumusest, samas kui nanovarraste maksumus on 5% nende praegusest hinnast.

Katalüütiliste nanovarraste looja, professor Yuhong Cheni (Junhong Chen) sõnul on kütuseelemendid võimelised kütust otse elektriks muundama. Koos nendega saab taastuvatest allikatest toodetud elektri tarnida sinna, kus seda vaja on, mis on puhas, tõhus ja jätkusuutlik.

Nüüd on professor Chen ja tema teadlaste meeskond hõivatud katalüsaatori täpsete omaduste uurimisega. Nende eesmärk on anda oma leiutisele praktiline fookus, muuta see sobivaks masstootmiseks ja kasutamiseks.

Gizmagi sõnul

www.facepla.net

Vesinikkütuseelemendid ja energiasüsteemid

Veejõul töötav auto võib peagi reaalsuseks saada ja paljudesse kodudesse paigaldatakse vesinikkütuseelemendid...

Vesinikkütuseelementide tehnoloogia pole uus. See sai alguse 1776. aastal, kui Henry Cavendish avastas esmakordselt vesiniku, lahustades metalle lahjendatud hapetes. Esimese vesinikkütuseelemendi leiutas juba 1839. aastal William Grove. Sellest ajast alates on vesinikkütuseelemente järk-järgult täiustatud ja need on nüüd paigaldatud kosmosesüstikutesse, varustavad neid energiaga ja toimivad veeallikana. Tänapäeval on vesinikkütuseelementide tehnoloogia jõudmas massiturule autodes, kodudes ja kaasaskantavates seadmetes.

Vesinikkütuseelemendis muundatakse keemiline energia (vesiniku ja hapniku kujul) otse (põlemata) elektrienergiaks. Kütuseelement koosneb katoodist, elektroodidest ja anoodist. Vesinik juhitakse anoodile, kus see jaguneb prootoniteks ja elektronideks. Prootonitel ja elektronidel on katoodile erinevad teed. Prootonid liiguvad läbi elektroodi katoodile ja elektronid liiguvad ümber kütuseelementide, et jõuda katoodile. See liikumine loob hiljem kasutatavat elektrienergiat. Teisest küljest ühinevad vesiniku prootonid ja elektronid hapnikuga, moodustades vee.

Elektrolüsaatorid on üks viis vesiniku eraldamiseks veest. Protsess on põhimõtteliselt vastupidine sellele, mis juhtub siis, kui vesinikkütuseelement töötab. Elektrolüsaator koosneb anoodist, elektrokeemilisest elemendist ja katoodist. Anoodile rakendatakse vett ja pinget, mis jagab vee vesinikuks ja hapnikuks. Vesinik liigub läbi elektrokeemilise raku katoodile ja hapnik juhitakse otse katoodile. Sealt saab vesinikku ja hapnikku eraldada ja säilitada. Ajal, mil elektrit pole vaja toota, saab kogunenud gaasi hoidlast välja tõmmata ja läbi kütuseelemendi tagasi juhtida.

See süsteem kasutab kütusena vesinikku, ilmselt seetõttu liigub selle ohutuse kohta palju müüte. Pärast Hindenburgi plahvatust hakkasid paljud teaduskauged inimesed ja isegi mõned teadlased uskuma, et vesiniku kasutamine on väga ohtlik. Hiljutised uuringud on aga näidanud, et selle tragöödia põhjuseks oli ehituses kasutatud materjali tüüp, mitte sisse pumbatud vesinik. Pärast vesiniku hoidmise ohutuse katsete läbiviimist leiti, et vesiniku hoidmine kütuseelementides on ohutum kui bensiini hoidmine auto kütusepaagis.

Kui palju maksavad kaasaegsed vesinikkütuseelemendid? Ettevõtted pakuvad praegu vesinikkütusesüsteeme energia tootmiseks umbes 3000 dollari eest kilovati kohta. Turu-uuringud on näidanud, et kui hind langeb 1500 dollarile kilovati kohta, on massilise energiaturu tarbijad valmis seda tüüpi kütusele üle minema.

Vesinikkütuseelemendiga sõidukid on endiselt kallimad kui sisepõlemismootoriga sõidukid, kuid tootjad uurivad võimalusi, kuidas hind võrreldavale tasemele viia. Mõnes äärepoolsemas piirkonnas, kus elektriliine pole, võib vesiniku kasutamine kütusena või kodus autonoomne toiteallikas olla praegu säästlikum kui näiteks traditsiooniliste energiakandjate taristu ehitamine.

Miks vesinikkütuseelemente ikka veel laialdaselt ei kasutata? Praegu on vesinikkütuseelementide levitamise peamine probleem nende kõrge hind. Vesinikkütusesüsteemidel lihtsalt pole hetkel massinõudlust. Teadus aga ei seisa paigal ja lähitulevikus võib vee peal sõitvast autost saada tõeline reaalsus.

www.tesla-tehnika.biz

Teadmiste ökoloogia. Teadus ja tehnoloogia: mobiilne elektroonika areneb iga aastaga, muutudes laiemaks ja kättesaadavamaks: pihuarvutid, sülearvutid, mobiil- ja digiseadmed, pildiraamid jne. Neid kõiki täiendatakse pidevalt

DIY kütuseelement kodus

Mobiilne elektroonika täiustub iga aastaga, muutub laiemaks ja kättesaadavamaks: pihuarvutid, sülearvutid, mobiil- ja digiseadmed, pildiraamid jne. Neid kõiki uuendatakse pidevalt uute funktsioonide, suuremate monitoride, traadita side, tugevamate protsessoritega, samas kui nende arv väheneb. suurus.. Toitetehnoloogiad, erinevalt pooljuhttehnoloogiast, ei liigu hüppeliselt.

Olemasolevatest patareidest ja akudest tööstuse saavutuste toiteks on muutumas ebapiisavaks, mistõttu on alternatiivsete allikate küsimus väga terav. Kütuseelemendid on kõige lootustandvam suund. Nende tööpõhimõtte avastas juba 1839. aastal William Grove, kes tootis elektrit vee elektrolüüsi muutmise teel.

Mis on kütuseelemendid?

Video: dokumentaalfilm, kütuseelemendid transpordile: minevik, olevik, tulevik

Kütuseelemendid pakuvad huvi autotootjatele ja nende vastu tunnevad huvi ka kosmoselaevade loojad. 1965. aastal katsetas neid isegi Ameerika kosmosesse saadetud Gemini 5 ja hiljem Apolloga. Kütuseelementide uurimisse investeeritakse miljoneid dollareid ka tänapäeval, kui on probleeme keskkonnareostusega, suurenevate fossiilkütuste põletamisel tekkivate kasvuhoonegaaside heitkogustega, mille varud pole samuti lõputud.

Kütuseelement, mida sageli nimetatakse elektrokeemiliseks generaatoriks, töötab allpool kirjeldatud viisil.

Olles, nagu akud ja patareid, galvaaniline element, kuid selle erinevusega, et aktiivseid aineid hoitakse selles eraldi. Need tulevad elektroodide juurde, kui neid kasutatakse. Negatiivsel elektroodil põleb looduslik kütus või mis tahes sellest saadud aine, mis võib olla gaasiline (näiteks vesinik ja vingugaas) või vedel, nagu alkoholid. Positiivse elektroodi juures reageerib reeglina hapnik.

Kuid lihtsa välimusega tegevuspõhimõtet pole lihtne tegelikkuseks tõlkida.

DIY kütuseelement

Kahjuks pole meil fotosid, milline see kütuseelement välja peaks nägema, loodame teie fantaasiale.

Oma kätega väikese võimsusega kütuseelementi saab valmistada isegi koolilaboris. Vaja on varuda vana gaasimaski, mitu pleksiklaasi, leelist ja etüülalkoholi vesilahust (lihtsamalt viina), mis toimib kütuseelemendi "kütusena".

Kõigepealt on vaja kütuseelemendi korpust, mis on kõige parem teha pleksiklaasist, paksusega vähemalt viis millimeetrit. Sisemised vaheseinad (viis sektsiooni sees) saab teha veidi õhemaks - 3 cm.Pleksiklaasi liimimiseks kasutatakse järgmise koostisega liimi: kuus grammi pleksiklaasi lahustatakse sajas grammis kloroformis või dikloroetaanis (need töötavad kapoti all ).

Välisseinasse on nüüd vaja puurida auk, millesse tuleb läbi kummikorgi pista 5-6 sentimeetrise läbimõõduga äravooluklaasist toru.

Kõik teavad, et perioodilisuse tabelis alumises vasakus nurgas on kõige aktiivsemad metallid ja kõrge aktiivsusega metalloidid on tabelis ülemises paremas nurgas, st. elektronide loovutamise võime suureneb ülalt alla ja paremalt vasakule. Tabeli keskel on elemendid, mis võivad teatud tingimustel avalduda metallide või metalloididena.

Nüüd valame teises ja neljandas sektsioonis gaasimaskist aktiivsütt (esimese vaheseina ja teise, samuti kolmanda ja neljanda vahele), mis toimib elektroodidena. Et kivisüsi läbi aukude välja ei valguks, võib selle panna nailonkangasse (sobivad ka naiste nailonist sukad).

Kütus hakkab ringlema esimeses kambris, viiendas peaks olema hapniku tarnija - õhk. Elektroodide vahel on elektrolüüt ja selle õhukambrisse lekkimise vältimiseks on vaja seda leotada parafiini lahusega bensiinis (2 grammi parafiini ja poole klaasi bensiini suhe) enne neljanda kambri täitmist söega õhu elektrolüüdi saamiseks. Söekihile tuleb panna (kergelt vajutades) vaskplaadid, mille külge on joodetud juhtmed. Nende kaudu suunatakse vool elektroodidelt kõrvale.

Jääb vaid elemendi laadimine. Selleks on vaja viina, mis tuleb lahjendada veega vahekorras 1: 1. Seejärel lisage ettevaatlikult kolmsada kuni kolmsada viiskümmend grammi söövitavat kaaliumi. Elektrolüüdi jaoks lahustatakse 70 grammi söövitavat kaaliumit 200 grammis vees.

Kütuseelement on testimiseks valmis. Nüüd peate samaaegselt valama kütust esimesse kambrisse ja elektrolüüti kolmandasse. Elektroodide külge kinnitatud voltmeeter peaks näitama 07 volti kuni 0,9 volti. Elemendi pideva töö tagamiseks on vaja kasutatud kütus tühjendada (klaasi tühjendada) ja lisada uus kütus (läbi kummitoru). Etteandekiirust juhitakse toru pigistamisega. Nii näeb laboritingimustes välja kütuseelemendi töö, mille võimsus on arusaadavalt väike.

Võimsuse suurendamiseks on teadlased selle probleemiga pikka aega tegelenud. Metanool ja etanooli kütuseelemendid asuvad aktiivse arendusterasel. Kuid kahjuks pole siiani võimalik neid praktikas rakendada.

Miks valitakse alternatiivseks toiteallikaks kütuseelement

Alternatiivseks toiteallikaks valiti kütuseelement, kuna selles on vesiniku põlemise lõpp-produktiks vesi. Probleem on ainult odava ja tõhusa vesiniku tootmise viisi leidmises. Vesinikugeneraatorite ja kütuseelementide arendusse investeeritud kolossaalsed vahendid ei saa jätta vilja kandmata, seega on tehnoloogiline läbimurre ja nende reaalne kasutamine igapäevaelus vaid aja küsimus.

Juba täna demonstreerivad autotööstuse koletised: General Motors, Honda, Dreimler Coisler, Ballard busse ja autosid, mis töötavad kütuseelementidel võimsusega kuni 50 kW. Kuid nende ohutuse, töökindluse, kuludega seotud probleemid pole veel lahendatud. Nagu juba mainitud, on erinevalt traditsioonilistest toiteallikatest - akudest ja patareidest - antud juhul oksüdeerija ja kütus väljastpoolt ning kütuseelement on vaid vahendaja reaktsioonis, mis toimub kütuse põletamisel ja vabaneva energia muundamisel elektrienergiaks. . "Põlemine" toimub ainult siis, kui element annab koormusele voolu, nagu diiselgeneraator, kuid ilma generaatori ja diislita ning ka ilma müra, suitsu ja ülekuumenemiseta. Samal ajal on efektiivsus palju suurem, kuna puuduvad vahepealsed mehhanismid.

Suuri lootusi pannakse nanotehnoloogiate ja nanomaterjalide kasutamisele, mis aitavad kütuseelemente miniatuurseks muuta, suurendades samas nende võimsust. On teatatud, et on loodud ülitõhusaid katalüsaatoreid, aga ka kütuseelementide konstruktsioone, millel pole membraane. Nendes koos oksüdeerijaga tarnitakse elemendile kütust (näiteks metaan). Huvitavad on lahendused, kus oksüdeeriva ainena kasutatakse vees lahustunud hapnikku ja kütusena reostunud veekogudesse kogunevaid orgaanilisi lisandeid. Need on nn biokütuseelemendid.

Kütuseelemendid võivad ekspertide sõnul jõuda massiturule lähiaastatel. avaldatud

Liituge meiega aadressil