Prezantimi i teknologjive të qëndrueshme: qelizat e karburantit. Qelizat e karburantit

Përparësitë e qelizave/celulave të karburantit

Vëndi i karburantit/ qeliza është një pajisje që prodhon në mënyrë efikase rrymë direkte dhe nxehtësi nga karburanti i pasur me hidrogjen përmes një reaksioni elektrokimik.

Një qelizë e karburantit është e ngjashme me një bateri në atë që prodhon rrymë direkte përmes një reaksioni kimik. Qeliza e karburantit përfshin një anodë, një katodë dhe një elektrolit. Megjithatë, ndryshe nga bateritë, qelizat e karburantit nuk mund të ruajnë energji elektrike, nuk shkarkohen dhe nuk kërkojnë energji elektrike për t'u rimbushur. Qelizat/qelizat e karburantit mund të prodhojnë vazhdimisht energji elektrike për sa kohë që kanë furnizim me karburant dhe ajër.

Ndryshe nga gjeneratorët e tjerë të energjisë siç janë motorët djegia e brendshme ose turbinat që punojnë me gaz, qymyr, naftë etj., qelizat/qelizat e karburantit nuk djegin karburant. Kjo do të thotë pa rotorë të zhurmshëm me presion të lartë, pa zhurmë të lartë të shkarkimit, pa dridhje. Qelizat/qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike përmes një reaksioni elektrokimik të heshtur. Një veçori tjetër e qelizave/celulave të karburantit është se ato konvertojnë energjinë kimike të karburantit drejtpërdrejt në energji elektrike, nxehtësi dhe ujë.

Qelizat e karburantit janë shumë efikase dhe nuk prodhojnë sasi të mëdha të gazeve serrë si dioksidi i karbonit, metani dhe oksidi i azotit. Produktet e vetme të shkarkimit gjatë funksionimit janë uji në formë avulli dhe një sasi e vogël dioksidi i karbonit, i cili nuk çlirohet fare nëse përdoret hidrogjeni i pastër si lëndë djegëse. Elementet/qelizat e karburantit montohen në montime dhe më pas në module funksionale individuale.

Historia e zhvillimit të qelizave/celulave të karburantit

Në vitet 1950 dhe 1960, një nga sfidat më të ngutshme për qelizat e karburantit lindi nga nevoja e Administratës Kombëtare të Aeronautikës dhe Hapësirës (NASA) për burime energjie për misionet hapësinore afatgjatë. Qeliza alkaline e karburantit e NASA-s përdor hidrogjen dhe oksigjen si lëndë djegëse duke kombinuar dy elementët kimikë në një reaksion elektrokimik. Rezultati është tre nënprodukte të dobishme të reagimit në fluturimin në hapësirë - energjia elektrike për të fuqizuar anijen kozmike, uji për sistemet e pijes dhe ftohjes dhe nxehtësia për të ngrohur astronautët.

Zbulimi i qelizave të karburantit daton në fillim të shekullit të 19-të. Dëshmia e parë e efektit të qelizave të karburantit u mor në 1838.

Në fund të viteve 1930, filloi puna në qelizat e karburantit me një elektrolit alkalik dhe deri në vitin 1939 u ndërtua një qelizë që përdor elektroda të veshura me nikel me presion të lartë. Gjatë Luftës së Dytë Botërore, qelizat/qelizat e karburantit u zhvilluan për nëndetëset e Marinës Britanike dhe në vitin 1958 u prezantua një grup karburanti i përbërë nga qeliza/celula alkaline të karburantit me një diametër prej pak më shumë se 25 cm.

Interesi u rrit në vitet 1950 dhe 1960, dhe gjithashtu në vitet 1980 kur bota industriale përjetoi mungesë të naftës. Gjatë së njëjtës periudhë, vendet e botës gjithashtu u shqetësuan për problemin e ndotjes së ajrit dhe morën parasysh mënyrat për të prodhuar energji elektrike në një mënyrë miqësore me mjedisin. Teknologjia e qelizave të karburantit aktualisht po kalon një zhvillim të shpejtë.

Parimi i funksionimit të qelizave/celulave të karburantit

Qelizat/qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike dhe nxehtësi për shkak të një reaksioni elektrokimik që zhvillohet duke përdorur një elektrolit, një katodë dhe një anodë.

Në katalizatorin e anodës, hidrogjeni molekular shpërndahet dhe humbet elektronet. Jonet e hidrogjenit (protonet) përçohen përmes elektrolitit në katodë, ndërsa elektronet kalojnë nëpër elektrolit dhe udhëtojnë përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke krijuar një rrymë të drejtpërdrejtë që mund të përdoret për të fuqizuar pajisjet. Në katalizatorin e katodës, një molekulë oksigjeni kombinohet me një elektron (i cili furnizohet nga komunikimet e jashtme) dhe një proton hyrës dhe formon ujin, i cili është i vetmi produkt i reagimit (në formën e avullit dhe/ose lëngut).

Më poshtë është reagimi përkatës:

Reagimi në anodë: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Reaksioni në katodë: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Reagimi i përgjithshëm i elementit: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Llojet dhe shumëllojshmëria e elementeve/celulave të karburantit

Ashtu si ka lloje të ndryshme të motorëve me djegie të brendshme, ka lloje të ndryshme të qelizave të karburantit - një zgjedhje lloj i përshtatshëm qeliza e karburantit varet nga aplikimi i saj.

Qelizat e karburantit ndahen në temperaturë të lartë dhe temperaturë të ulët. Qelizat e karburantit me temperaturë të ulët kërkojnë hidrogjen relativisht të pastër si lëndë djegëse. Kjo shpesh do të thotë që përpunimi i karburantit kërkohet për të kthyer karburantin parësor (si gazi natyror) në hidrogjen të pastër. Ky proces konsumon energji shtesë dhe kërkon pajisje speciale. Qelizat e karburantit me temperaturë të lartë nuk kanë nevojë për këtë procedurë shtesë pasi ato mund të "konvertojnë brenda" karburantin në temperatura të larta, që do të thotë se nuk ka nevojë të investohet në infrastrukturën e hidrogjenit.

Qelizat/qelizat e karburantit me karbonat të shkrirë (MCFC)

Qelizat e karburantit të elektrolitit të karbonatit të shkrirë janë qeliza karburanti me temperaturë të lartë. Temperatura e lartë e funksionimit lejon përdorimin e drejtpërdrejtë të gazit natyror pa një procesor karburanti dhe gazit të karburantit me vlerë të ulët kalorifike të karburantit proceset e prodhimit dhe nga burime të tjera.

Funksionimi i RCFC ndryshon nga qelizat e tjera të karburantit. Këto qeliza përdorin një elektrolit të bërë nga një përzierje e kripërave karbonate të shkrirë. Aktualisht përdoren dy lloje përzierjesh: karbonat litium dhe karbonat kaliumi ose karbonat litium dhe karbonat natriumi. Për të shkrirë kripërat karbonate dhe për të arritur shkallë të lartë Për shkak të lëvizshmërisë së joneve në elektrolit, funksionimi i qelizave të karburantit me një elektrolit karbonat të shkrirë ndodh në temperatura të larta (650°C). Efikasiteti varion midis 60-80%.

Kur nxehen në një temperaturë prej 650°C, kripërat bëhen një përcjellës për jonet karbonate (CO 3 2-). Këto jone kalojnë nga katoda në anodë, ku bashkohen me hidrogjenin për të formuar ujë, dioksid karboni dhe elektrone të lira. Këto elektrone dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm përsëri në katodë, duke gjeneruar rrymë elektrike dhe nxehtësi si nënprodukt.

Reaksioni në anodë: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reaksioni në katodë: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (katodë) => H 2 O (g) + CO 2 (anodë)

Temperaturat e larta të funksionimit të qelizave të karburantit të elektrolitit të shkrirë të karbonatit kanë disa avantazhe. Në temperatura të larta, gazi natyror reformohet nga brenda, duke eliminuar nevojën për një procesor karburanti. Për më tepër, avantazhet përfshijnë aftësinë për të përdorur materiale ndërtimi standarde si fletët e çelikut të pandryshkshëm dhe katalizatorin e nikelit në elektroda. Nxehtësia e mbeturinave mund të përdoret për të gjeneruar avull me presion të lartë për një sërë qëllimesh industriale dhe tregtare.

Temperaturat e larta të reagimit në elektrolit kanë gjithashtu avantazhet e tyre. Përdorimi i temperaturave të larta kërkon kohë të konsiderueshme për të arritur kushte optimale të funksionimit dhe sistemi reagon më ngadalë ndaj ndryshimeve në konsumin e energjisë. Këto karakteristika lejojnë përdorimin e instalimeve të qelizave të karburantit me elektrolit karbonat të shkrirë në kushte konstante të fuqisë. Temperaturat e larta parandalojnë që monoksidi i karbonit të dëmtojë qelizën e karburantit.

Qelizat e karburantit me elektrolit karbonat të shkrirë janë të përshtatshme për përdorim në instalime të mëdha të palëvizshme. Termocentralet me fuqi elektrike dalëse prej 3.0 MW prodhohen komercialisht. Po zhvillohen instalime me fuqi dalëse deri në 110 MW.

Qelizat/qelizat e karburantit të acidit fosforik (PAFC)

Qelizat e karburantit me acid fosforik (ortofosforik) ishin qelizat e para të karburantit për përdorim komercial.

Qelizat e karburantit me acid fosforik (ortofosforik) përdorin një elektrolit të bazuar në acidin ortofosforik (H 3 PO 4) me një përqendrim deri në 100%. Përçueshmëria jonike e acidit fosforik është e ulët në temperatura të ulëta, për këtë arsye këto qeliza karburanti përdoren në temperatura deri në 150-220°C.

Bartësi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është hidrogjeni (H+, proton). Një proces i ngjashëm ndodh në qelizat e karburantit me një membranë të shkëmbimit të protoneve, në të cilën hidrogjeni i furnizuar në anodë ndahet në protone dhe elektrone. Protonet udhëtojnë nëpër elektrolit dhe kombinohen me oksigjenin nga ajri në katodë për të formuar ujë. Elektronet dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar kështu një rrymë elektrike. Më poshtë janë reaksionet që gjenerojnë rrymë elektrike dhe nxehtësi.

Reagimi në anodë: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reaksioni në katodë: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
Reagimi i përgjithshëm i elementit: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Efikasiteti i qelizave të karburantit të bazuar në acidin fosforik (ortofosforik) është më shumë se 40% kur gjenerojnë energji elektrike. Me prodhimin e kombinuar të nxehtësisë dhe energjisë elektrike, efikasiteti i përgjithshëm është rreth 85%. Përveç kësaj, duke pasur parasysh temperaturat e punës, nxehtësia e mbeturinave mund të përdoret për të ngrohur ujin dhe për të gjeneruar avull me presion atmosferik.

Performanca e lartë e termocentraleve që përdorin qelizat e karburantit me bazë acidin fosforik (ortofosforik) në prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike është një nga avantazhet e këtij lloji të qelizave të karburantit. Njësitë përdorin monoksid karboni me një përqendrim prej rreth 1.5%, gjë që zgjeron ndjeshëm zgjedhjen e karburantit. Përveç kësaj, CO 2 nuk ndikon në elektrolitin dhe funksionimin e qelizës së karburantit; kjo lloj qelize funksionon me karburant natyral të reformuar. Dizajn i thjeshtë, shkalla e ulët e paqëndrueshmërisë së elektrolitit dhe rritja e stabilitetit janë gjithashtu avantazhet e këtij lloji të qelizave të karburantit.

Termocentralet me fuqi elektrike dalëse deri në 500 kW prodhohen komercialisht. Instalimet 11 MW kanë kaluar testet e duhura. Po zhvillohen instalime me fuqi dalëse deri në 100 MW.

Qelizat/qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC)

Qelizat e karburantit me oksid të ngurtë janë qelizat e karburantit me temperaturë më të lartë të funksionimit. Temperatura e funksionimit mund të ndryshojë nga 600°C në 1000°C, duke lejuar përdorimin e llojeve të ndryshme të karburantit pa para-trajtim të veçantë. Për të trajtuar temperatura të tilla të larta, elektroliti i përdorur është një oksid i hollë metalik i ngurtë në një bazë qeramike, shpesh një aliazh i itrit dhe zirkonit, i cili është një përcjellës i joneve të oksigjenit (O2-).

Elektroliti i ngurtë siguron një kalim të mbyllur të gazit nga një elektrodë në tjetrën, ndërsa elektrolitet e lëngëta janë të vendosura në një substrat poroz. Bartësi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është joni i oksigjenit (O 2-). Në katodë, molekulat e oksigjenit nga ajri ndahen në një jon oksigjeni dhe katër elektrone. Jonet e oksigjenit kalojnë nëpër elektrolit dhe bashkohen me hidrogjenin, duke krijuar katër elektrone të lira. Elektronet dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar rrymë elektrike dhe nxehtësi të humbur.

Reaksioni në anodë: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Reaksioni në katodë: O 2 + 4e - => 2O 2-
Reagimi i përgjithshëm i elementit: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Efikasiteti i energjisë elektrike të prodhuar është më i larti nga të gjitha qelizat e karburantit - rreth 60-70%. Temperaturat e larta të funksionimit lejojnë prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike për të gjeneruar avull me presion të lartë. Kombinimi i një qelize karburanti me temperaturë të lartë me një turbinë bën të mundur krijimin e një qelize karburanti hibride për të rritur efikasitetin e gjenerimit të energjisë elektrike deri në 75%.

Qelizat e karburantit me oksid të ngurtë funksionojnë në temperatura shumë të larta (600°C–1000°C), duke rezultuar në një kohë të konsiderueshme për të arritur kushtet optimale të funksionimit dhe një përgjigje më të ngadaltë të sistemit ndaj ndryshimeve në konsumin e energjisë. Në temperatura të tilla të larta operimi, asnjë konvertues nuk kërkohet për të rikuperuar hidrogjenin nga karburanti, duke lejuar që termocentrali të funksionojë me lëndë djegëse relativisht të papastra që vijnë nga gazifikimi i qymyrit ose gazrave të mbeturinave, etj. Qeliza e karburantit është gjithashtu e shkëlqyer për aplikime me fuqi të lartë, duke përfshirë termocentrale industriale dhe të mëdha qendrore. Modulet me fuqi elektrike dalëse prej 100 kW prodhohen komercialisht.

Qelizat/qelizat e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit (DOMFC)

Teknologjia e përdorimit të qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit po kalon një periudhë zhvillimi aktiv. Ajo e ka provuar veten me sukses në fushën e fuqizimit të telefonave celularë, laptopëve, si dhe në krijimin e burimeve portative të energjisë. Kjo është ajo që synohet përdorimi i ardhshëm i këtyre elementeve.

Dizajni i qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit është i ngjashëm me qelizat e karburantit me një membranë shkëmbimi të protonit (MEPFC), d.m.th. Një polimer përdoret si elektrolit, dhe një jon hidrogjeni (proton) përdoret si bartës i ngarkesës. Megjithatë, metanoli i lëngshëm (CH 3 OH) oksidohet në prani të ujit në anodë, duke lëshuar CO 2, jone hidrogjeni dhe elektrone, të cilat dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar kështu një rrymë elektrike. Jonet e hidrogjenit kalojnë nëpër elektrolit dhe reagojnë me oksigjenin nga ajri dhe elektronet nga qarku i jashtëm për të formuar ujë në anodë.

Reaksioni në anodë: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reaksioni në katodë: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Reagimi i përgjithshëm i elementit: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Avantazhi i këtij lloji të qelizave të karburantit është madhësia e tyre e vogël, për shkak të përdorimit të karburantit të lëngshëm dhe mungesës së nevojës për të përdorur një konvertues.

Qelizat/qelizat alkaline të karburantit (ALFC)

Qelizat alkaline të karburantit janë një nga qelizat më efikase të përdorura për të prodhuar energji elektrike, me efikasitet të prodhimit të energjisë që arrin deri në 70%.

Qelizat alkaline të karburantit përdorin një elektrolit, një zgjidhje ujore e hidroksidit të kaliumit, e përfshirë në një matricë poroze dhe të stabilizuar. Përqendrimi i hidroksidit të kaliumit mund të ndryshojë në varësi të temperaturës së funksionimit të qelizës së karburantit, e cila varion nga 65°C deri në 220°C. Bartësi i ngarkesës në SHTE është joni hidroksil (OH -), duke lëvizur nga katoda në anodë, ku reagon me hidrogjenin, duke prodhuar ujë dhe elektrone. Uji i prodhuar në anodë kthehet përsëri në katodë, duke gjeneruar përsëri jone hidroksil atje. Si rezultat i kësaj serie reaksionesh që ndodhin në qelizën e karburantit, prodhohet energjia elektrike dhe, si nënprodukt, nxehtësia:

Reaksioni në anodë: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reaksioni në katodë: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Reagimi i përgjithshëm i sistemit: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Avantazhi i SHTE është se këto qeliza karburanti janë më të lirat për t'u prodhuar, pasi katalizatori i kërkuar në elektroda mund të jetë ndonjë nga substancat që janë më të lira se ato që përdoren si katalizatorë për qelizat e tjera të karburantit. SFC-të funksionojnë në temperatura relativisht të ulëta dhe janë ndër qelizat e karburantit më efikas - karakteristika të tilla mund të kontribuojnë për rrjedhojë në gjenerimin më të shpejtë të energjisë dhe efikasitetin e lartë të karburantit.

Një nga karakteristikat karakteristike të SHTE është ndjeshmëria e lartë ndaj CO 2, e cila mund të përmbahet në karburant ose ajër. CO 2 reagon me elektrolitin, e helmon shpejt atë dhe ul ndjeshëm efikasitetin e qelizës së karburantit. Prandaj, përdorimi i SHTE është i kufizuar në hapësirat e mbyllura, të tilla si automjetet hapësinore dhe nënujore, ato duhet të funksionojnë me hidrogjen dhe oksigjen të pastër. Për më tepër, molekulat si CO, H 2 O dhe CH4, të cilat janë të sigurta për qelizat e tjera të karburantit dhe madje veprojnë si lëndë djegëse për disa prej tyre, janë të dëmshme për SHFC.

Qelizat e karburantit me elektrolit polimer (PEFC)

Në rastin e qelizave të karburantit të elektrolitit polimer, membrana polimer përbëhet nga fibra polimer me rajone ujore në të cilat ka përcjellje të joneve të ujit H2O+ (proton, i kuq) ngjitet në një molekulë uji). Molekulat e ujit paraqesin problem për shkak të shkëmbimit të ngadaltë të joneve. Prandaj, kërkohet një përqendrim i lartë i ujit si në karburant ashtu edhe në elektrodat e daljes, duke kufizuar temperaturën e funksionimit në 100°C.

Qelizat/qelizat e karburantit me acid të ngurtë (SFC)

Në qelizat e karburantit me acid të ngurtë, elektroliti (CsHSO 4) nuk përmban ujë. Prandaj, temperatura e funksionimit është 100-300°C. Rrotullimi i anioneve të oksigjenit SO 4 2- lejon që protonet (e kuqe) të lëvizin siç tregohet në figurë. Në mënyrë tipike, një qelizë karburanti me acid të ngurtë është një sanduiç në të cilin një shtresë shumë e hollë e përbërjes së ngurtë të acidit vendoset midis dy elektrodave që janë të shtypura fort së bashku për të siguruar kontakt të mirë. Kur nxehet, përbërësi organik avullon, duke dalë përmes poreve në elektroda, duke ruajtur aftësinë e kontakteve të shumta midis karburantit (ose oksigjenit në skajin tjetër të elementit), elektrolitit dhe elektrodave.

Module të ndryshme të qelizave të karburantit. Bateria e qelizave të karburantit

Bateria e qelizave të karburantit
Pajisje të tjera që funksionojnë në temperatura të larta (gjenerator i integruar i avullit, dhoma e djegies, ndërruesi i balancës së nxehtësisë)
Izolim rezistent ndaj nxehtësisë

Moduli i qelizave të karburantit

Analizë krahasuese e llojeve dhe llojeve të qelizave të karburantit

Termocentralet inovative të ngrohjes dhe energjetikës komunale me efikasitet energjetik ndërtohen në mënyrë tipike mbi qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC), qelizat e karburantit me elektrolit polimer (PEFC), qelizat e karburantit të acidit fosforik (PAFC), qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protonit (PEMFC) dhe qelizat alkaline të karburantit ( ALFC). . Zakonisht kanë karakteristikat e mëposhtme:

Më të përshtatshmet duhet të konsiderohen qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC), të cilat:

funksionojnë në temperatura më të larta, duke reduktuar nevojën për metale të çmuara të shtrenjta (si platini)
mund të operojë me lloje të ndryshme karburantesh hidrokarbure, kryesisht gaz natyror
kanë kohë më të gjatë lançimi dhe për këtë arsye më i përshtatshëm për veprim afatgjatë
demonstrojnë efikasitet të lartë të prodhimit të energjisë (deri në 70%)
Për shkak të temperaturave të larta të funksionimit, njësitë mund të kombinohen me sistemet e transferimit të nxehtësisë, duke e çuar efikasitetin e përgjithshëm të sistemit në 85%
kanë pothuajse zero emisione, funksionojnë në heshtje dhe kanë kërkesa të ulëta operimi në krahasim me teknologjitë ekzistuese të prodhimit të energjisë

Lloji i qelizave të karburantit	Temperatura e punës	Efikasiteti i prodhimit të energjisë	Lloji i karburantit	Zona e aplikimit
RKTE	550–700°C	50-70%		Instalime të mesme dhe të mëdha
FCTE	100–220°C	35-40%	Hidrogjen i pastër	Instalime të mëdha
MOPTE	30-100°C	35-50%	Hidrogjen i pastër	Instalime të vogla
SOFC	450–1000°C	45-70%	Shumica e karburanteve hidrokarbure	Instalime të vogla, të mesme dhe të mëdha
PEMFC	20-90°C	20-30%	Metanol	Portativ
SHTE	50–200°C	40-70%	Hidrogjen i pastër	Hulumtimi i hapësirës
PETE	30-100°C	35-50%	Hidrogjen i pastër	Instalime të vogla

Meqenëse termocentralet e vogla mund të lidhen me një rrjet konvencional të furnizimit me gaz, qelizat e karburantit nuk kërkojnë një sistem të veçantë furnizimi me hidrogjen. Kur përdoren termocentrale të vegjël të bazuar në qelizat e karburantit me oksid të ngurtë, nxehtësia e gjeneruar mund të integrohet në shkëmbyesit e nxehtësisë për të ngrohur ujin dhe ajrin e ventilimit, duke rritur efikasitetin e përgjithshëm të sistemit. Kjo teknologji inovative më i përshtatshmi për prodhimin efikas të energjisë elektrike pa nevojën për infrastrukturë të shtrenjtë dhe integrim kompleks të instrumenteve.

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në sistemet e telekomunikacionit

Për shkak të përhapjes së shpejtë të sistemeve të komunikimit me valë në të gjithë botën, si dhe përfitimeve socio-ekonomike në rritje të teknologjisë së telefonisë celulare, nevoja për rezervë të besueshme dhe me kosto efektive është bërë kritike. Humbjet e rrjetit të energjisë elektrike gjatë gjithë vitit për shkak të kushteve të këqija të motit, fatkeqësive natyrore ose kapacitetit të kufizuar të rrjetit përbëjnë një sfidë të vazhdueshme për operatorët e rrjetit.

Zgjidhjet tradicionale të rezervës së energjisë së telekomit përfshijnë bateritë (celula e baterisë me acid plumbi të rregulluar me valvula) për energji rezervë afatshkurtër dhe gjeneratorë me naftë dhe propan për fuqi rezervë afatgjatë. Bateritë janë një burim relativisht i lirë i energjisë rezervë për 1-2 orë. Megjithatë, bateritë nuk janë të përshtatshme për energji rezervë afatgjatë, sepse ato janë të shtrenjta për t'u mirëmbajtur, bëhen të pabesueshme pas periudhave të gjata përdorimi, janë të ndjeshme ndaj temperaturave dhe janë të rrezikshme për jetëgjatësinë e baterisë. mjedisi pas asgjësimit. Gjeneratorët me naftë dhe propan mund të ofrojnë rezervë afatgjatë të energjisë. Megjithatë, gjeneratorët mund të jenë jo të besueshëm, të kërkojnë mirëmbajtje intensive të punës dhe të lëshojnë nivele të larta të ndotësve dhe gazeve serrë.

Për të kapërcyer kufizimet e zgjidhjeve tradicionale rezervë të energjisë, është zhvilluar teknologji inovative e qelizave të karburantit të gjelbër. Qelizat e karburantit janë të besueshme, të qeta, përmbajnë më pak pjesë lëvizëse se një gjenerator, kanë një gamë më të gjerë të temperaturës së funksionimit se një bateri: nga -40°C në +50°C dhe, si rezultat, ofrojnë nivele jashtëzakonisht të larta të kursimit të energjisë. Për më tepër, kostot e jetës së një instalimi të tillë janë më të ulëta se ato të një gjeneratori. Kostot më të ulëta të qelizave të karburantit vijnë nga vetëm një vizitë mirëmbajtjeje në vit dhe produktiviteti dukshëm më i lartë i impiantit. Në fund të fundit, qeliza e karburantit është miqësore me mjedisin zgjidhje teknologjike me ndikim minimal në mjedis.

Instalimet e qelizave të karburantit ofrojnë energji rezervë për infrastrukturat kritike të rrjetit të komunikimit për wireless, të përhershme dhe brez i gjerë në sistemin e telekomunikacionit, duke filluar nga 250 W deri në 15 kW, ato ofrojnë shumë karakteristika inovative të pakrahasueshme:

BESUESHMËRIA– pak pjesë lëvizëse dhe pa shkarkim në modalitetin e gatishmërisë
KURSIM ENERGJIE
HESHTJE- Niveli i ulët i zhurmës
QËNDRUESHMËRIA– diapazoni i funksionimit nga -40°C deri në +50°C
PËRSHTATSHMËRIA– instalimi jashtë dhe brenda (enë/enë mbrojtëse)
FUQI E LARTË- deri në 15 kW
KËRKESË E ULËT PËR MIRËMBAJTJE– mirëmbajtje minimale vjetore
EKONOMIKE- kosto totale tërheqëse e pronësisë
ENERGJIA E GJELBËR– emisione të ulëta me ndikim minimal në mjedis

Sistemi ndjen tensionin e autobusit DC në çdo kohë dhe pranon pa probleme ngarkesat kritike nëse voltazhi i autobusit DC bie nën një pikë të caktuar të përcaktuar nga përdoruesi. Sistemi funksionon me hidrogjen, i cili furnizohet në grupin e qelizave të karburantit në një nga dy mënyrat - ose nga një burim hidrogjeni industrial ose nga një lëndë djegëse e lëngshme metanoli dhe uji, duke përdorur një sistem të integruar reformues.

Energjia elektrike prodhohet nga grumbulli i qelizave të karburantit në formën e rrymës direkte. Fuqia DC transferohet në një konvertues, i cili konverton fuqinë DC të parregulluar që vjen nga grumbulli i qelizave të karburantit në fuqi DC të rregulluar me cilësi të lartë për ngarkesat e kërkuara. Instalimet e qelizave të karburantit mund të ofrojnë energji rezervë për shumë ditë pasi kohëzgjatja është e kufizuar vetëm nga sasia e karburantit të disponueshëm të hidrogjenit ose metanolit/ujës.

Qelizat e karburantit ofrojnë kursime superiore të energjisë, besueshmëri të përmirësuar të sistemit, performancë më të parashikueshme në një gamë të gjerë klimash dhe qëndrueshmëri të besueshme operacionale në krahasim me paketat standarde të baterive me acid plumbi të rregulluara me valvula të industrisë. Kostot e jetës janë gjithashtu më të ulëta për shkak të kërkesave dukshëm më të ulëta për mirëmbajtje dhe zëvendësim. Qelizat e karburantit ofrojnë përfitime mjedisore për përdoruesin përfundimtar pasi kostot e asgjësimit dhe rreziqet e përgjegjësisë që lidhen me qelizat e acidit plumb janë një shqetësim në rritje.

Performanca e baterive elektrike mund të ndikohet negativisht nga një gamë e gjerë faktorësh si niveli i karikimit, temperatura, çiklizmi, jetëgjatësia dhe variabla të tjerë. Energjia e ofruar do të ndryshojë në varësi të këtyre faktorëve dhe nuk është e lehtë të parashikohet. Performanca e një qelize karburanti të membranës së shkëmbimit të protonit (PEMFC) është relativisht e pandikuar nga këta faktorë dhe mund të sigurojë fuqi kritike për sa kohë që karburanti është i disponueshëm. Rritja e parashikueshmërisë është një përfitim i rëndësishëm kur kaloni në qelizat e karburantit për aplikime të energjisë rezervë kritike për misionin.

Qelizat e karburantit gjenerojnë energji vetëm kur furnizohet me karburant, ngjashëm me një gjenerator të turbinës me gaz, por nuk kanë pjesë lëvizëse në zonën e prodhimit. Prandaj, ndryshe nga një gjenerator, ata nuk i nënshtrohen konsumit të shpejtë dhe nuk kërkojnë mirëmbajtje dhe lubrifikimi të vazhdueshëm.

Karburanti i përdorur për të drejtuar konvertuesin e karburantit me kohëzgjatje të zgjatur është një përzierje karburanti metanol dhe ujë. Metanoli është një lëndë djegëse e prodhuar në mënyrë komerciale e disponueshme gjerësisht, e cila aktualisht ka shumë përdorime, duke përfshirë larësin e xhamit, shishe plastike, aditivë motori, bojëra emulsioni. Metanoli transportohet lehtësisht, mund të përzihet me ujë, ka biodegradueshmëri të mirë dhe nuk përmban squfur. Ka një pikë të ulët ngrirjeje (-71°C) dhe nuk dekompozohet gjatë ruajtjes afatgjatë.

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit në rrjetet e komunikimit

Rrjetet e sigurta të komunikimit kërkojnë zgjidhje të besueshme të energjisë rezervë që mund të funksionojnë për orë ose ditë në situata emergjente nëse rrjeti elektrik nuk është më i disponueshëm.

Me pak pjesë lëvizëse dhe pa humbje të energjisë në gatishmëri, teknologjia inovative e qelizave të karburantit ofron një zgjidhje tërheqëse për sistemet aktuale të energjisë rezervë.

Argumenti më bindës për përdorimin e teknologjisë së qelizave të karburantit në rrjetet e komunikimit është rritja e besueshmërisë dhe sigurisë së përgjithshme. Gjatë ngjarjeve të tilla si ndërprerjet e energjisë elektrike, tërmetet, stuhitë dhe uraganet, është e rëndësishme që sistemet të vazhdojnë të funksionojnë dhe të pajisen me energji rezervë të besueshme për një periudhë të gjatë kohore, pavarësisht nga temperatura ose mosha e sistemit të energjisë rezervë.

Linja e pajisjeve të energjisë me bazë qelizat e karburantit është ideale për mbështetjen e rrjeteve të klasifikuara të komunikimit. Falë parimeve të tyre të projektimit të kursimit të energjisë, ato ofrojnë energji rezervë miqësore me mjedisin dhe të besueshme me kohëzgjatje të zgjatur (deri në disa ditë) për përdorim në diapazonin e fuqisë nga 250 W deri në 15 kW.

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në rrjetet e të dhënave

Furnizimi i besueshëm me energji elektrike për rrjetet e të dhënave, të tilla si rrjetet e të dhënave me shpejtësi të lartë dhe shtyllat kurrizore me fibra optike, është me rëndësi kyçe në të gjithë botën. Informacioni i transmetuar përmes rrjeteve të tilla përmban të dhëna kritike për institucione të tilla si bankat, linjat ajrore ose qendrat mjekësore. Ndërprerja e energjisë elektrike në rrjete të tilla jo vetëm që përbën rrezik informacionin e transmetuar, por gjithashtu, si rregull, çon në humbje të konsiderueshme financiare. Instalimet e besueshme dhe inovative të qelizave të karburantit që ofrojnë furnizim rezervë me energji sigurojnë besueshmërinë e nevojshme për të siguruar furnizim të pandërprerë me energji elektrike.

Njësitë e qelizave të karburantit, të mundësuara nga një përzierje e karburantit të lëngshëm të metanolit dhe ujit, ofrojnë fuqi rezervë të besueshme me kohëzgjatje të zgjatur, deri në disa ditë. Përveç kësaj, këto njësi kanë reduktuar ndjeshëm kërkesat e mirëmbajtjes në krahasim me gjeneratorët dhe bateritë, duke kërkuar vetëm një vizitë mirëmbajtjeje në vit.

Karakteristikat tipike të vendit të aplikimit për përdorimin e instalimeve të qelizave të karburantit në rrjetet e të dhënave:

Aplikime me sasi të konsumit të energjisë nga 100 W deri në 15 kW
Aplikimet me kerkesa ne lidhje me jetëgjatësia e baterisë> 4 orë
Përsëritësit në sistemet me fibra optike (hierarkia e sistemeve dixhitale sinkrone, interneti me shpejtësi të lartë, zë mbi IP...)
Nyjet e rrjetit për transmetimin e të dhënave me shpejtësi të lartë
Nyjet e transmetimit WiMAX

Instalimet rezervë të energjisë së qelizave të karburantit ofrojnë përfitime të shumta për infrastrukturat e rrjetit të të dhënave kritike për misionin në krahasim me gjeneratorët tradicionalë të baterive ose me naftë, duke lejuar rritjen e opsioneve të vendosjes në vend:

Teknologjia e karburantit të lëngshëm zgjidh problemin e vendosjes së hidrogjenit dhe siguron fuqi rezervë praktikisht të pakufizuar.
Falë funksionimit të tyre të qetë, peshës së ulët, rezistencës ndaj ndryshimeve të temperaturës dhe funksionimit praktikisht pa dridhje, qelizat e karburantit mund të instalohen jashtë ndërtesave, në ndërtesa industriale/kontejnerë ose në çati.
Përgatitjet për përdorimin e sistemit në vend janë të shpejta dhe ekonomike dhe kostot e funksionimit janë të ulëta.
Karburanti është i biodegradueshëm dhe ofron një zgjidhje miqësore me mjedisin për mjediset urbane.

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit në sistemet e sigurisë

Sistemet e sigurisë dhe komunikimit të ndërtesave të dizajnuara më me kujdes janë po aq të besueshme sa furnizimi me energji elektrike që i mbështet ato. Ndërsa shumica e sistemeve përfshijnë një lloj sistemi rezervë të pandërprerë të energjisë për humbjet afatshkurtra të energjisë, ato nuk akomodojnë ndërprerjet afatgjata të energjisë që mund të ndodhin pas fatkeqësive natyrore ose sulmeve terroriste. Kjo mund të jetë një çështje kritike për shumë korporata dhe agjenci qeveritare.

Sistemet jetike të tilla si sistemet e monitorimit dhe kontrollit të aksesit CCTV (lexuesit e kartave të identitetit, pajisjet e bllokimit të dyerve, teknologjia e identifikimit biometrik, etj.), Sistemet automatike të alarmit të zjarrit dhe fikjes së zjarrit, sistemet e kontrollit të ashensorit dhe rrjetet e telekomunikacionit, janë në rrezik në mungesë të një furnizim alternativ i besueshëm dhe afatgjatë.

Gjeneratorët me naftë bëjnë shumë zhurmë, janë të vështirë për t'u vendosur dhe kanë probleme të njohura me besueshmërinë e tyre dhe mirëmbajtje teknike. Në të kundërt, një instalim i qelizave të karburantit që ofron energji rezervë është i qetë, i besueshëm, prodhon emetime zero ose shumë të ulëta dhe mund të instalohet lehtësisht në një çati ose jashtë një ndërtese. Nuk shkarkohet ose humbet fuqinë në modalitetin e gatishmërisë. Ai siguron funksionimin e vazhdueshëm të sistemeve kritike, edhe pasi objekti pushon së funksionuari dhe ndërtesa është liruar.

Instalimet inovative të qelizave të karburantit mbrojnë investimet e shtrenjta në aplikacione kritike. Ato ofrojnë energji rezervë miqësore me mjedisin, të besueshme me kohëzgjatje të zgjatur (deri në shumë ditë) për përdorim në diapazonin e fuqisë nga 250 W në 15 kW, e kombinuar me karakteristika të shumta të pakrahasueshme dhe, veçanërisht, nivele të larta të kursimit të energjisë.

Instalimet rezervë të energjisë së qelizave të karburantit ofrojnë përparësi të shumta për përdorim në aplikacione kritike për misionin, si siguria dhe sistemet e kontrollit të ndërtesave, mbi aplikacionet tradicionale me bateri ose gjeneratorë me naftë. Teknologjia e karburantit të lëngshëm zgjidh problemin e vendosjes së hidrogjenit dhe siguron fuqi rezervë praktikisht të pakufizuar.

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në ngrohjen komunale dhe prodhimin e energjisë elektrike

Qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFCs) sigurojnë termocentrale të besueshme, me efikasitet energjetik dhe pa emisione për të gjeneruar energji elektrike dhe nxehtësi nga gazi natyror dhe burimet e rinovueshme të karburantit të disponueshëm gjerësisht. Këto instalime inovative përdoren në një sërë tregjesh, nga prodhimi i energjisë elektrike në shtëpi deri te furnizimi me energji elektrike në distancë, si dhe furnizimet me energji elektrike ndihmëse.

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në rrjetet e shpërndarjes

Termocentralet e vogla janë projektuar për të operuar në një rrjet të shpërndarë të prodhimit të energjisë që përbëhet nga një numër i madh grupesh të vogla gjeneratorësh në vend të një termocentrali të centralizuar.

Figura më poshtë tregon humbjen e efikasitetit të prodhimit të energjisë elektrike kur ajo gjenerohet në një termocentral dhe transmetohet në shtëpi nëpërmjet rrjeteve tradicionale të transmetimit të energjisë elektrike të përdorura në ky moment. Humbjet e efikasitetit në prodhimin e centralizuar përfshijnë humbjet nga termocentrali, transmetimin e tensionit të ulët dhe të lartë dhe humbjet në shpërndarje.

Figura tregon rezultatet e integrimit të termocentraleve të vegjël: energjia elektrike prodhohet me efikasitet gjenerimi deri në 60% në pikën e përdorimit. Përveç kësaj, një familje mund të përdorë nxehtësinë e gjeneruar nga qelizat e karburantit për të ngrohur ujin dhe hapësirën, gjë që rrit efikasitetin e përgjithshëm të përpunimit të energjisë së karburantit dhe rrit kursimin e energjisë.

Përdorimi i qelizave të karburantit për të mbrojtur mjedisin - shfrytëzimi i gazit shoqërues të naftës

Një nga detyrat më të rëndësishme në industrinë e naftës është përdorimi i gazit shoqërues të naftës. Metodat ekzistuese të përdorimit të gazit shoqërues të naftës kanë shumë disavantazhe, kryesorja është se ato nuk janë ekonomikisht të qëndrueshme. Gazi i lidhur me naftë digjet, i cili shkakton dëme të mëdha në mjedis dhe shëndetin e njeriut.

Termocentralet inovative që përdorin qelizat e karburantit duke përdorur gazin shoqërues të naftës si lëndë djegëse hapin rrugën drejt një zgjidhjeje radikale dhe me kosto efektive për problemet e përdorimit të gazit të naftës shoqëruese.

Një nga avantazhet kryesore të impianteve të qelizave të karburantit është se ato mund të funksionojnë në mënyrë të besueshme dhe të qëndrueshme duke përdorur gazin përkatës. gaz nafte përbërje e ndryshueshme. Për shkak të reaksionit kimik pa flakë që qëndron në themel të funksionimit të qelizës së karburantit, një rënie në përqindjen e, për shembull, metanit shkakton vetëm një ulje përkatëse të prodhimit të energjisë.
Fleksibilitet në lidhje me ngarkesën elektrike të konsumatorëve, rënie, rritje e ngarkesës.
Për instalimin dhe lidhjen e termocentraleve në qelizat e karburantit, zbatimi i tyre nuk kërkon kosto kapitale, sepse Njësitë mund të instalohen lehtësisht në vende të papërgatitura pranë fushave, janë të lehta për t'u përdorur, të besueshme dhe efikase.
Automatizimi i lartë dhe telekomanda moderne nuk kërkojnë prani të përhershme të personelit në instalim.
Thjeshtësia dhe përsosja teknike e dizajnit: mungesa e pjesëve lëvizëse, fërkimit dhe sistemeve të lubrifikimit ofron përfitime të konsiderueshme ekonomike nga funksionimi i instalimeve të qelizave të karburantit.
Konsumi i ujit: asnjë në temperaturat e ambientit deri në +30 °C dhe i papërfillshëm në temperatura më të larta.
Dalja e ujit: asnjë.
Për më tepër, termocentralet që përdorin qelizat e karburantit nuk bëjnë zhurmë, nuk dridhen, nuk prodhojnë emetime të dëmshme në atmosferë

Ata operojnë anijen kozmike të Administratës Kombëtare të Aeronautikës dhe Hapësirës së SHBA (NASA). Ata sigurojnë energji për kompjuterët e Bankës së Parë Kombëtare në Omaha. Ato përdoren në disa autobusë të qytetit publik në Çikago.

Këto janë të gjitha qelizat e karburantit. Qelizat e karburantit janë pajisje elektrokimike që prodhojnë energji elektrike pa djegie - kimikisht, në të njëjtën mënyrë si bateritë. I vetmi ndryshim është se ata përdorin kimikate të ndryshme, hidrogjen dhe oksigjen, dhe produkti i reaksionit kimik është uji. Mund të përdoret edhe gazi natyror, por kur përdoren lëndë djegëse hidrokarbure, sigurisht që një nivel i caktuar i emetimeve të dioksidit të karbonit është i pashmangshëm.

Për shkak se qelizat e karburantit mund të funksionojnë me efikasitet të lartë dhe pa emetime të dëmshme, ato premtojnë shumë si një burim i qëndrueshëm energjie që do të ndihmojë në reduktimin e emetimeve të gazeve serrë dhe ndotësve të tjerë. Pengesa kryesore për përdorimin e gjerë të qelizave të karburantit është kostoja e tyre e lartë në krahasim me pajisjet e tjera që prodhojnë energji elektrike ose lëvizin automjetet.

Historia e zhvillimit

Qelizat e para të karburantit u demonstruan nga Sir William Groves në 1839. Groves tregoi se procesi i elektrolizës - ndarja e ujit në hidrogjen dhe oksigjen nën ndikimin e një rryme elektrike - është i kthyeshëm. Kjo do të thotë, hidrogjeni dhe oksigjeni mund të kombinohen kimikisht për të formuar energji elektrike.

Pasi u demonstrua kjo, shumë shkencëtarë nxituan të studionin qelizat e karburantit me zell, por shpikja e motorit me djegie të brendshme dhe zhvillimi i infrastrukturës së rezervës së naftës në gjysmën e dytë të shekullit të nëntëmbëdhjetë e lanë shumë prapa zhvillimin e qelizave të karburantit. Zhvillimi i qelizave të karburantit u pengua më tej nga kostoja e tyre e lartë.

Një rritje në zhvillimin e qelizave të karburantit ndodhi në vitet '50, kur NASA iu drejtua atyre në lidhje me nevojën për një gjenerator elektrik kompakt për fluturimet në hapësirë. Investimi u krye dhe fluturimet Apollo dhe Gemini u mundësuan nga qelizat e karburantit. Anija kozmike funksionon gjithashtu me qeliza karburanti.

Qelizat e karburantit janë ende në masë të madhe teknologji eksperimentale, por disa kompani i shesin tashmë në tregun komercial. Vetëm në gati dhjetë vitet e fundit, janë bërë përparime të rëndësishme në teknologjinë komerciale të qelizave të karburantit.

Si funksionon një qelizë karburanti?

Qelizat e karburantit janë të ngjashme me bateritë - ato prodhojnë energji elektrike përmes një reaksioni kimik. Në të kundërt, motorët me djegie të brendshme djegin karburant dhe kështu prodhojnë nxehtësi, e cila më pas shndërrohet në energji mekanike. Nëse nxehtësia nga gazrat e shkarkimit nuk përdoret në ndonjë mënyrë (për shembull, për ngrohje ose ajër të kondicionuar), atëherë efikasiteti i motorit me djegie të brendshme mund të thuhet se është mjaft i ulët. Për shembull, efikasiteti i qelizave të karburantit kur përdoret në një automjet, një projekt aktualisht në zhvillim, pritet të jetë më shumë se dyfishi i efikasitetit të motorëve tipikë të benzinës së sotme të përdorur në automobila.

Edhe pse bateritë dhe qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike kimikisht, ato kryejnë dy funksione shumë të ndryshme. Bateritë janë pajisje energjie të ruajtura: energjia elektrike që ato prodhojnë është rezultat i një reaksioni kimik të një lënde që ndodhet tashmë brenda tyre. Qelizat e karburantit nuk ruajnë energji, por konvertojnë një pjesë të energjisë nga karburanti i furnizuar nga jashtë në energji elektrike. Në këtë drejtim, një qelizë e karburantit është më shumë si një termocentral konvencional.

Ekzistojnë disa lloje të ndryshme të qelizave të karburantit. Qeliza më e thjeshtë e karburantit përbëhet nga një membranë e veçantë e njohur si elektrolit. Elektrodat me pluhur aplikohen në të dy anët e membranës. Ky dizajn - një elektrolit i rrethuar nga dy elektroda - është një element i veçantë. Hidrogjeni shkon në njërën anë (anodë), dhe oksigjeni (ajri) në anën tjetër (katoda). Në secilën elektrodë ndodhin reaksione të ndryshme kimike.

Në anodë, hidrogjeni shpërbëhet në një përzierje të protoneve dhe elektroneve. Në disa qeliza karburanti, elektrodat janë të rrethuara nga një katalizator, zakonisht i bërë nga platini ose metale të tjera fisnike, i cili nxit reaksionin e disociimit:

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

H2 = molekula diatomike e hidrogjenit, forma, in

në të cilin hidrogjeni është i pranishëm në formën e një gazi;

H+ = hidrogjen i jonizuar, d.m.th. proton;

e- = elektron.

Funksionimi i një qelize karburanti bazohet në faktin se elektroliti lejon që protonet të kalojnë nëpër të (drejt katodës), por elektronet jo. Elektronet lëvizin në katodë përgjatë një qarku të jashtëm përçues. Kjo lëvizje e elektroneve është një rrymë elektrike që mund të përdoret për të drejtuar një pajisje të jashtme të lidhur me qelizën e karburantit, të tilla si një motor elektrik ose llambë. Kjo pajisje zakonisht quhet "ngarkesë".

Në anën e katodës së qelizës së karburantit, protonet (që kanë kaluar përmes elektrolitit) dhe elektronet (që kanë kaluar përmes ngarkesës së jashtme) "rikombinohen" dhe reagojnë me oksigjenin e furnizuar në katodë për të formuar ujin, H2O:

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

Reagimi total në një qelizë karburanti shkruhet si më poshtë:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Në punën e tyre, qelizat e karburantit përdorin karburant hidrogjeni dhe oksigjen nga ajri. Hidrogjeni mund të furnizohet drejtpërdrejt ose duke e ndarë atë nga një burim i jashtëm i karburantit si gazi natyror, benzina ose metanoli. Në rastin e një burimi të jashtëm, ai duhet të konvertohet kimikisht për të nxjerrë hidrogjenin. Ky proces quhet "reformim". Hidrogjeni mund të prodhohet gjithashtu nga amoniaku, burimet alternative si gazi nga deponitë e qytetit dhe nga impiantet e trajtimit të mbetjeve Ujërat e zeza, si dhe nga elektroliza e ujit, e cila përdor energjinë elektrike për të ndarë ujin në hidrogjen dhe oksigjen. Aktualisht, shumica e teknologjive të qelizave të karburantit të përdorura në transport përdorin metanol.

Janë zhvilluar mjete të ndryshme për të reformuar karburantet për të prodhuar hidrogjen për qelizat e karburantit. Departamenti Amerikan i Energjisë ka zhvilluar një njësi karburanti brenda një reformatori benzine për të furnizuar me hidrogjen një qelizë karburanti të pavarur. Studiuesit nga Laboratori Kombëtar i Paqësorit Veriperëndimor në SHBA kanë demonstruar një reformues kompakt të karburantit një të dhjetën e madhësisë së një furnizimi me energji elektrike. Ndërmarrja amerikane Northwest Power Systems dhe Sandia National Laboratories kanë demonstruar një reformues karburanti që konverton karburantin dizel në hidrogjen për qelizat e karburantit.

Individualisht, qelizat e karburantit prodhojnë rreth 0.7-1.0 V secila. Për të rritur tensionin, elementët janë mbledhur në një "kaskadë", d.m.th. lidhje serike. Për të krijuar më shumë rrymë, grupet e elementeve të kaskadës lidhen paralelisht. Nëse kombinoni kaskadat e qelizave të karburantit me një sistem karburanti, një sistem furnizimi dhe ftohjeje me ajër dhe një sistem kontrolli, ju merrni një motor me qeliza karburanti. Ky motor mund të lëvizë automjeti, termocentral stacionar ose gjenerator elektrik portativ6. Motorët e qelizave të karburantit vijnë në madhësi të ndryshme në varësi të aplikimit, llojit të qelizës së karburantit dhe karburantit të përdorur. Për shembull, secili nga katër termocentralet stacionare të veçanta 200 kW të instaluara në një bankë në Omaha është afërsisht sa madhësia e një rimorkio kamioni.

Aplikacionet

Qelizat e karburantit mund të përdoren si në pajisjet e palëvizshme ashtu edhe në ato të lëvizshme. Në përgjigje të rregullave shtrënguese të emetimeve në Shtetet e Bashkuara, prodhuesit e automjeteve duke përfshirë DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda dhe Nissan kanë filluar eksperimentimin dhe demonstrimin e automjeteve me qeliza karburanti. Automjetet e para komerciale me qeliza karburanti pritet të dalin në rrugë në 2004 ose 2005.

Një moment historik i madh në zhvillimin e teknologjisë së qelizave të karburantit ishte demonstrimi i qershorit 1993 i autobusit eksperimental të qytetit 32 këmbë të Ballard Power System i fuqizuar nga një motor me qeliza karburanti hidrogjeni 90 kilovat. Që atëherë, shumë prej tyre janë zhvilluar dhe vënë në funksion tipe te ndryshme dhe gjenerata të ndryshme të automjeteve të pasagjerëve me qeliza karburanti të mundësuar nga tipe te ndryshme karburant. Që nga fundi i vitit 1996, tre karroca golfi me qeliza karburanti hidrogjeni janë përdorur në Palm Desert, Kaliforni. Në rrugët e Çikagos, Illinois; Vankuver, Kolumbia Britanike; dhe Oslo, Norvegji, janë duke u testuar autobusët e qytetit të fuqizuar nga qelizat e karburantit. Taksitë e fuqizuara nga qelizat alkaline të karburantit po testohen në rrugët e Londrës.

Instalimet e palëvizshme që përdorin teknologjinë e qelizave të karburantit po demonstrohen gjithashtu, por ato nuk janë ende gjerësisht të disponueshme. aplikim komercial. Banka e Parë Kombëtare e Omaha-s në Nebraska përdor një sistem qelizash karburanti për të fuqizuar kompjuterët e saj, sepse sistemi është më i besueshëm se sistemi i vjetër, i cili u shkëput nga rrjeti kryesor me bateri rezervë. Më i madhi në botë sistemi tregtar Një termocentral me qeliza karburanti 1.2 MW do të instalohet së shpejti në një qendër përpunimi postar në Alaskë. Kompjuterët portativë portativë me energji me qeliza karburanti, sistemet e kontrollit të përdorura në impiantet e trajtimit të ujërave të zeza dhe makinat shitëse janë gjithashtu duke u testuar dhe demonstruar.

"Pro dhe kundra"

Qelizat e karburantit kanë një sërë përparësish. Ndërsa motorët modernë me djegie të brendshme janë vetëm 12-15% efikas, qelizat e karburantit janë 50% efikas. Efikasiteti i qelizave të karburantit mund të mbetet mjaft nivel të lartë, edhe kur nuk përdoren me fuqi të plotë nominale, që është një avantazh serioz në krahasim me motorët me benzinë.

Dizajni modular i qelizave të karburantit do të thotë që fuqia e një termocentrali me qeliza karburanti mund të rritet thjesht duke shtuar më shumë faza. Kjo siguron që nënshfrytëzimi i kapaciteteve të minimizohet, duke lejuar përputhjen më të mirë të ofertës dhe kërkesës. Meqenëse efikasiteti i një grumbulli qelizash karburanti përcaktohet nga performanca e qelizave individuale, termocentralet e vogla me qeliza karburanti funksionojnë po aq me efikasitet sa edhe ato të mëdha. Për më tepër, nxehtësia e mbetur nga sistemet stacionare të qelizave të karburantit mund të përdoret për ngrohjen e ujit dhe hapësirës, duke rritur më tej efikasitetin e energjisë.

Praktikisht nuk ka emetime të dëmshme gjatë përdorimit të qelizave të karburantit. Kur një motor punon me hidrogjen të pastër, vetëm nxehtësia dhe avujt e pastër të ujit prodhohen si nënprodukte. Pra, në anijet kozmike, astronautët pinë ujë, i cili formohet si rezultat i funksionimit të qelizave të karburantit në bord. Përbërja e emetimeve varet nga natyra e burimit të hidrogjenit. Metanoli prodhon zero emetime të oksidit të azotit dhe monoksidit të karbonit dhe vetëm emetime të vogla hidrokarbure. Emetimet rriten ndërsa kaloni nga hidrogjeni në metanol dhe benzinë, megjithëse edhe me benzinë, emetimet do të mbeten mjaft të ulëta. Në çdo rast, zëvendësimi i motorëve tradicionalë të sotëm me djegie të brendshme me qeliza karburanti do të çonte në një reduktim të përgjithshëm të emetimeve të CO2 dhe oksidit të azotit.

Përdorimi i qelizave të karburantit siguron fleksibilitet në infrastrukturën energjetike, duke krijuar veçori shtesë për prodhimin e decentralizuar të energjisë. Shumëllojshmëria e burimeve të decentralizuara të energjisë bën të mundur reduktimin e humbjeve gjatë transmetimit të energjisë elektrike dhe zhvillimin e tregjeve të energjisë (gjë që është veçanërisht e rëndësishme për zonat e largëta dhe rurale pa akses në linjat e energjisë elektrike). Me ndihmën e qelizave të karburantit, banorët individualë ose lagjet mund të sigurojnë pjesën më të madhe të energjisë elektrike të tyre dhe kështu të rrisin ndjeshëm efikasitetin e energjisë.

Qelizat e karburantit ofrojnë energji Cilesi e larte dhe besueshmëri e rritur. Ato janë të qëndrueshme, nuk kanë pjesë lëvizëse dhe prodhojnë një sasi konstante energjie.

Megjithatë, teknologjia e qelizave të karburantit duhet të përmirësohet më tej për të përmirësuar performancën, për të ulur kostot dhe për t'i bërë qelizat e karburantit konkurruese me teknologjitë e tjera të energjisë. Duhet të theksohet se kur merren parasysh karakteristikat e kostos së teknologjive të energjisë, krahasimet duhet të bëhen në bazë të të gjithë komponentëve karakteristikat teknologjike, duke përfshirë kostot kapitale operative, emetimet e ndotësve, cilësinë e energjisë, qëndrueshmërinë, çmontimin dhe fleksibilitetin.

Megjithëse gazi hidrogjen është karburanti më i mirë, ende nuk ekziston infrastruktura apo baza e transportit për të. Në të ardhmen e afërt, sistemet ekzistuese të furnizimit me lëndë djegëse fosile (stacionet e karburantit, etj.) mund të përdoren për t'i siguruar termocentraleve burime hidrogjeni në formën e benzinës, metanolit ose gazit natyror. Kjo do të eliminonte nevojën për stacione të dedikuara për mbushje hidrogjeni, por do të kërkonte që çdo automjet të ketë të instaluar një konvertues të karburantit fosil në hidrogjen ("reformator"). Disavantazhi i kësaj qasjeje është se ajo përdor lëndë djegëse fosile dhe kështu rezulton në emetimet e dioksidit të karbonit. Metanoli, kandidati kryesor aktual, prodhon më pak emetime se benzina, por do të kërkonte një enë më të madhe në automjet, sepse zë dyfishin e hapësirës për të njëjtën përmbajtje energjie.

Ndryshe nga sistemet e furnizimit me lëndë djegëse fosile, sistemet diellore dhe të erës (duke përdorur energjinë elektrike për të krijuar hidrogjen dhe oksigjen nga uji) dhe sistemet e fotokonvertimit të drejtpërdrejtë (duke përdorur materiale gjysmëpërçuese ose enzima për të prodhuar hidrogjen) mund të sigurojnë furnizim me hidrogjen pa një hap reformues, dhe kështu, emetimet e mund të shmangen substancat e dëmshme që vërehen gjatë përdorimit të qelizave të karburantit me metanol ose benzinë. Hidrogjeni mund të ruhet dhe të shndërrohet në energji elektrike në qelizën e karburantit sipas nevojës. Duke parë përpara, çiftimi i qelizave të karburantit me këto lloje të burimeve të rinovueshme të energjisë ka të ngjarë të jetë një strategji efektive për ofrimin e një burimi produktiv, të zgjuar për mjedisin dhe të gjithanshëm të energjisë.

Rekomandimet e IEER janë që qeveritë lokale, federale dhe shtetërore t'i kushtojnë një pjesë të buxheteve të tyre të prokurimit të transportit automjeteve me qeliza karburanti, si dhe sistemeve stacionare të qelizave të karburantit, për të siguruar ngrohje dhe energji për disa nga ndërtesat e tyre të rëndësishme ose të reja. Kjo do të nxisë zhvillimin e teknologjisë jetike dhe do të reduktojë emetimet e gazrave serrë.

NË jeta moderne Burimet e rrymës kimike na rrethojnë kudo: këto janë bateri në elektrik dore, bateri brenda Telefonat celular, qelizat e karburantit me hidrogjen që përdoren tashmë në disa makina. Zhvillimi i shpejtë i teknologjive elektrokimike mund të çojë në faktin se në të ardhmen e afërt, në vend të makinave me benzinë, do të jemi të rrethuar vetëm nga automjete elektrike, telefonat nuk do të shkarkohen më shpejt dhe secila shtëpi do të ketë qelizën e saj të karburantit elektrike. gjenerator. Një nga programet e përbashkëta të Universitetit Federal Ural dhe Institutit të Elektrokimisë me Temperatura të Lartë të Degës Ural të Akademisë së Shkencave Ruse i kushtohet rritjes së efikasitetit të pajisjeve të ruajtjes elektrokimike dhe gjeneratorëve të energjisë elektrike, në partneritet me të cilin po botojmë. Ky artikull.

Sot, ka shumë lloje të ndryshme baterish, të cilat mund të bëhen gjithnjë e më të vështira për t'u lundruar. Nuk është e qartë për të gjithë se si ndryshon një bateri nga një superkondensator dhe pse një qelizë e karburantit me hidrogjen mund të përdoret pa frikë se do të dëmtojë mjedisin. Në këtë artikull do të flasim se si përdoren reaksionet kimike për të gjeneruar energji elektrike, cili është ndryshimi midis llojeve kryesore të burimeve moderne të rrymës kimike dhe cilat perspektiva hapen për energjinë elektrokimike.

Kimia si burim i energjisë elektrike

Së pari, le të kuptojmë pse energjia kimike mund të përdoret fare për të prodhuar energji elektrike. Gjë është se gjatë reaksioneve redoks, elektronet transferohen midis dy joneve të ndryshëm. Nëse dy gjysmat e një reaksioni kimik janë të ndara në mënyrë që oksidimi dhe reduktimi të ndodhin veçmas nga njëra-tjetra, atëherë është e mundur të sigurohemi që një elektron që lë një jon të mos shkojë menjëherë në të dytin, por së pari të kalojë përgjatë një rrugën e paracaktuar për të. Ky reagim mund të përdoret si burim i rrymës elektrike.

Ky koncept u zbatua për herë të parë në shekullin e 18-të nga fiziologu italian Luigi Galvani. Veprimi i një qelize galvanike tradicionale bazohet në reaksionet e reduktimit dhe oksidimit të metaleve me aktivitete të ndryshme. Për shembull, një qelizë klasike është një qelizë galvanike në të cilën zinku oksidohet dhe bakri reduktohet. Reaksionet e reduktimit dhe të oksidimit zhvillohen përkatësisht në katodë dhe anodë. Dhe për të parandaluar hyrjen e joneve të bakrit dhe zinkut në "territorin e huaj", ku ata mund të reagojnë drejtpërdrejt me njëri-tjetrin, zakonisht vendoset një membranë e veçantë midis anodës dhe katodës. Si rezultat, lind një ndryshim potencial midis elektrodave. Nëse lidhni elektroda, për shembull, me një llambë, atëherë rryma fillon të rrjedhë në qarkun elektrik që rezulton dhe llamba ndizet.

Diagrami i qelizave galvanike

Wikimedia Commons

Përveç materialeve të anodës dhe katodës, një përbërës i rëndësishëm i burimit të rrymës kimike është elektroliti, brenda të cilit lëvizin jonet dhe në kufirin e të cilit zhvillohen të gjitha reaksionet elektrokimike me elektrodat. Në këtë rast, elektroliti nuk duhet të jetë i lëngshëm - mund të jetë ose një material polimer ose qeramik.

Disavantazhi kryesor i qelizës galvanike është koha e kufizuar e funksionimit. Sapo të përfundojë reagimi (d.m.th., e gjithë anoda që shpërndahet gradualisht konsumohet plotësisht), një element i tillë thjesht do të ndalojë së punuari.

Bateri alkaline AA

E rikarikueshme

Hapi i parë drejt zgjerimit të aftësive të burimeve të rrymës kimike ishte krijimi i një baterie - një burim aktual që mund të ringarkohet dhe për këtë arsye të ripërdoret. Për ta bërë këtë, shkencëtarët thjesht propozuan përdorimin e reaksioneve kimike të kthyeshme. Pasi të keni shkarkuar plotësisht baterinë për herë të parë, duke përdorur një burim të jashtëm të rrymës, reagimi që ndodhi në të mund të fillojë në drejtim të kundërt. Kjo do ta rikthejë atë në gjendjen e tij origjinale në mënyrë që bateria të mund të përdoret përsëri pas rimbushjes.

Bateria me acid plumbi të makinës

Sot janë krijuar shumë lloje të ndryshme baterish, të cilat ndryshojnë në llojin e reaksionit kimik që ndodh në to. Llojet më të zakonshme të baterive janë bateritë me acid plumbi (ose thjesht plumb), të cilat bazohen në reaksionin e oksidimit-reduktimit të plumbit. Pajisjet e tilla kanë një jetë mjaft të gjatë shërbimi, dhe intensiteti i tyre i energjisë është deri në 60 vat-orë për kilogram. Edhe më të njohura kohët e fundit janë bateritë litium-jon të bazuara në reaksionin e oksidimit-reduktimit të litiumit. Intensiteti i energjisë i baterive moderne litium-jon tejkalon tani 250 vat-orë për kilogram.

Bateri li-jon për celular

Problemet kryesore të baterive litium-jon janë efikasiteti i tyre i ulët në temperatura të ulëta, plakja e shpejtë dhe rritja e rrezikut të shpërthimit. Dhe për shkak të faktit se metali litium reagon shumë aktivisht me ujin për të formuar gaz hidrogjeni dhe oksigjeni lëshohet kur bateria digjet, djegia spontane e një baterie litium-jon është shumë e vështirë për t'u përdorur me metodat tradicionale të shuarjes së zjarrit. Për të rritur sigurinë e një baterie të tillë dhe për të përshpejtuar kohën e karikimit të saj, shkencëtarët propozojnë një material katodë që parandalon formimin e strukturave dendritike të litiumit dhe shton substanca në elektrolit që shkaktojnë formimin e strukturave shpërthyese dhe përbërësve që ndizen në fazat e hershme.

Elektrolit i ngurtë

Si një mënyrë tjetër më pak e dukshme për të rritur efikasitetin dhe sigurinë e baterive, kimistët kanë propozuar të mos kufizohen burimet e rrymës kimike në elektrolite të lëngëta, por të krijohet një burim rrymë plotësisht i ngurtë. Në pajisje të tilla nuk ka fare përbërës të lëngshëm, por një strukturë me shtresa të një anode të ngurtë, një katodë të ngurtë dhe një elektrolit të ngurtë midis tyre. Elektroliti kryen njëkohësisht funksionin e një membrane. Transportuesit e ngarkesës në një elektrolit të ngurtë mund të jenë jone të ndryshëm, në varësi të përbërjes së tij dhe reaksioneve që ndodhin në anodë dhe katodë. Por ata janë gjithmonë jone mjaft të vegjël që mund të lëvizin relativisht lirshëm në të gjithë kristalin, për shembull protonet H +, jonet e litiumit Li + ose jonet e oksigjenit O 2-.

Qelizat e karburantit me hidrogjen

Aftësia për të rimbushur dhe masat speciale të sigurisë i bëjnë bateritë burime shumë më premtuese të rrymës sesa bateritë konvencionale, por megjithatë çdo bateri përmban një sasi të kufizuar reagentësh, dhe për rrjedhojë një furnizim të kufizuar energjie, dhe çdo herë bateria duhet të ringarkohet për të rikthyer funksionalitetin.

Për ta bërë një bateri "të pafund", mund të përdorni si burim energjie jo substancat që janë brenda qelizës, por karburantin e pompuar posaçërisht përmes saj. Zgjedhja më e mirë për një karburant të tillë është një substancë që është sa më e thjeshtë në përbërje, miqësore me mjedisin dhe e disponueshme me bollëk në Tokë.

Substanca më e përshtatshme e këtij lloji është gazi hidrogjen. Oksidimi i tij nga oksigjeni atmosferik për të formuar ujë (sipas reaksionit 2H 2 + O 2 → 2H 2 O) është një reaksion i thjeshtë redoks dhe transporti i elektroneve midis joneve mund të përdoret gjithashtu si burim rrymë. Reaksioni që ndodh është një lloj reagimi i kundërt ndaj elektrolizës së ujit (në të cilën, nën ndikimin e një rryme elektrike, uji zbërthehet në oksigjen dhe hidrogjen), dhe një skemë e tillë u propozua për herë të parë në mesin e shekullit të 19-të. .

Por përkundër faktit se qarku duket mjaft i thjeshtë, krijimi i një pajisjeje që funksionon me efikasitet bazuar në këtë parim nuk është aspak një detyrë e parëndësishme. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të ndahen rrjedhat e oksigjenit dhe hidrogjenit në hapësirë, të sigurohet transportimi i joneve të nevojshme përmes elektrolitit dhe të zvogëlohen humbjet e mundshme të energjisë në të gjitha fazat e punës.

Diagrami skematik i funksionimit të një qelize karburanti hidrogjeni

Qarku i një qelize karburanti hidrogjeni të punës është shumë i ngjashëm me qarkun e një burimi të rrymës kimike, por përmban kanale shtesë për furnizimin me karburant dhe oksidues dhe heqjen e produkteve të reagimit dhe gazeve të tepërta të furnizuara. Elektrodat në një element të tillë janë katalizatorë përçues porozë. Një lëndë djegëse e gaztë (hidrogjen) furnizohet në anodë, dhe një agjent oksidues (oksigjen nga ajri) furnizohet në katodë, dhe në kufirin e secilës elektrodë me elektrolitin, ndodh gjysmëreaksioni i tij (oksidimi i hidrogjenit dhe reduktimi i oksigjenit, respektivisht). Në këtë rast, në varësi të llojit të qelizës së karburantit dhe llojit të elektrolitit, vetë formimi i ujit mund të ndodhë ose në anodë ose në hapësirën e katodës.

Qelizë karburanti me hidrogjen Toyota

Joseph Brent / flickr

Nëse elektroliti është një polimer ose membranë qeramike që përcjell proton, një zgjidhje acidi ose alkali, atëherë bartësi i ngarkesës në elektrolit janë jonet e hidrogjenit. Në këtë rast, në anodë, hidrogjeni molekular oksidohet në jonet e hidrogjenit, të cilët kalojnë nëpër elektrolit dhe reagojnë me oksigjenin atje. Nëse bartësi i ngarkesës është joni i oksigjenit O 2–, si në rastin e një elektroliti të ngurtë oksidi, atëherë oksigjeni reduktohet në një jon në katodë, ky jon kalon nëpër elektrolit dhe oksidon hidrogjenin në anodë për të formuar ujë dhe të lirë. elektronet.

Përveç reaksionit të oksidimit të hidrogjenit, është propozuar të përdoren lloje të tjera reaksionesh për qelizat e karburantit. Për shembull, në vend të hidrogjenit, karburanti reduktues mund të jetë metanoli, i cili oksidohet nga oksigjeni në dioksid karboni dhe ujë.

Efikasiteti i qelizave të karburantit

Pavarësisht nga të gjitha avantazhet e qelizave të karburantit me hidrogjen (të tilla si mirëdashësia mjedisore, efikasiteti praktikisht i pakufizuar, madhësia kompakte dhe intensiteti i lartë i energjisë), ato gjithashtu kanë një sërë disavantazhesh. Këto përfshijnë, para së gjithash, plakjen graduale të përbërësve dhe vështirësitë në ruajtjen e hidrogjenit. Është pikërisht mënyra se si të eliminohen këto mangësi që shkencëtarët po punojnë sot.

Aktualisht propozohet të rritet efikasiteti i qelizave të karburantit duke ndryshuar përbërjen e elektrolitit, vetitë e elektrodës së katalizatorit dhe gjeometrinë e sistemit (i cili siguron furnizimin e gazeve të karburantit në pikën e dëshiruar dhe redukton efektet anësore). Për të zgjidhur problemin e ruajtjes së gazit të hidrogjenit, përdoren materiale që përmbajnë platin, për ngopjen e të cilave, për shembull, membranat grafeni.

Si rezultat, është e mundur të rritet qëndrueshmëria e qelizës së karburantit dhe jetëgjatësia e përbërësve të saj individualë. Tani koeficienti i shndërrimit të energjisë kimike në energji elektrike në elementë të tillë arrin 80 për qind dhe në kushte të caktuara mund të jetë edhe më i lartë.

Perspektivat e mëdha të energjisë së hidrogjenit shoqërohen me mundësinë e kombinimit të qelizave të karburantit në bateri të tëra, duke i kthyer ato në gjeneratorë elektrikë me fuqi të lartë. Tashmë, gjeneratorët elektrikë që funksionojnë me qeliza karburanti hidrogjeni kanë një fuqi deri në disa qindra kilovat dhe përdoren si burime energjie për automjetet.

Magazinimi alternativ elektrokimik

Përveç burimeve klasike të rrymës elektrokimike, sisteme më të pazakonta përdoren gjithashtu si pajisje për ruajtjen e energjisë. Një nga sistemet e tilla është një superkondensator (ose jonistor) - një pajisje në të cilën ndodh ndarja dhe akumulimi i ngarkesës për shkak të formimit të një shtrese të dyfishtë pranë një sipërfaqe të ngarkuar. Në ndërfaqen elektrodë-elektrolit në një pajisje të tillë, jonet e shenjave të ndryshme rreshtohen në dy shtresa, e ashtuquajtura "shtresë elektrike e dyfishtë", duke formuar një lloj kondensatori shumë të hollë. Kapaciteti i një kondensatori të tillë, domethënë sasia e ngarkesës së akumuluar, do të përcaktohet nga sipërfaqja specifike e materialit të elektrodës, prandaj, është e dobishme të merren materiale poroze me një sipërfaqe specifike maksimale si material për superkondensatorë.

Jonistorët janë mbajtës rekord midis burimeve të rrymës kimike të ngarkimit-shkarkimit për sa i përket shpejtësisë së ngarkimit, gjë që është një avantazh i padyshimtë i këtij lloji të pajisjes. Fatkeqësisht, ata mbajnë edhe rekordin për shpejtësinë e shkarkimit. Dendësia e energjisë e jonistorëve është tetë herë më pak në krahasim me bateritë e plumbit dhe 25 herë më pak se bateritë litium-jon. Jonistorët klasikë "me dy shtresa" nuk përdorin një reaksion elektrokimik si bazë të tyre, dhe termi "kondensator" zbatohet më saktë për ta. Sidoqoftë, në ato versione të jonistorëve që bazohen në një reaksion elektrokimik dhe akumulimi i ngarkesës shtrihet në thellësinë e elektrodës, është e mundur të arrihen kohë më të larta shkarkimi duke ruajtur një shkallë të shpejtë ngarkimi. Përpjekjet e zhvilluesve të superkondensatorëve kanë për qëllim krijimin e pajisjeve hibride me bateri që kombinojnë avantazhet e superkondensatorëve, kryesisht shpejtësinë e lartë të karikimit, dhe avantazhet e baterive - intensitet të lartë të energjisë dhe kohë të gjatë shkarkimi. Imagjinoni në të ardhmen e afërt një bateri-jonistor që do të karikojë brenda disa minutash dhe do të fuqizojë një laptop ose smartphone për një ditë ose më shumë!

Përkundër faktit se tani dendësia e energjisë e superkondensatorëve është ende disa herë më pak se dendësia e energjisë e baterive, ato përdoren në elektronikë të konsumit dhe për motorët e automjeteve të ndryshme, duke përfshirë shumicën.

* * *

Kështu, sot ekziston një numër i madh i pajisjeve elektrokimike, secila prej të cilave është premtuese për aplikimet e saj specifike. Për të përmirësuar efikasitetin e këtyre pajisjeve, shkencëtarët duhet të zgjidhin një sërë problemesh të natyrës themelore dhe teknologjike. Shumica e këtyre detyrave po kryhen në kuadrin e një prej projekteve përparimtare në Universitetin Federal Ural, kështu që ne pyetëm Maxim Ananyev, drejtor i Institutit të Elektrokimisë me Temperatura të Lartë të Degës Ural të Akademisë së Shkencave Ruse, profesor i Departamentit të Teknologjisë së Prodhimit Elektrokimik të Institutit të Teknologjisë Kimike të Universitetit Federal Ural, për të folur për planet dhe perspektivat e menjëhershme për zhvillimin e qelizave moderne të karburantit.

N+1: A ka ndonjë alternativë ndaj baterive më të njohura aktualisht litium-jon në të ardhmen e afërt?

Maxim Ananyev: Përpjekjet moderne të zhvilluesve të baterive kanë për qëllim zëvendësimin e llojit të bartësit të ngarkesës në elektrolit nga litiumi në natrium, kalium dhe alumin. Si rezultat i zëvendësimit të litiumit, do të jetë e mundur të zvogëlohet kostoja e baterisë, megjithëse karakteristikat e peshës dhe madhësisë do të rriten proporcionalisht. Me fjalë të tjera, me të njëjtat karakteristika elektrike, një bateri me jon natriumi do të jetë më e madhe dhe më e rëndë në krahasim me një bateri litium-jon.

Për më tepër, një nga fushat premtuese në zhvillim për përmirësimin e baterive është krijimi i burimeve hibride të energjisë kimike të bazuara në kombinimin e baterive metal-jonike me një elektrodë ajri, si në qelizat e karburantit. Në përgjithësi, drejtimi i krijimit të sistemeve hibride, siç është treguar tashmë me shembullin e superkondensatorëve, me sa duket në të ardhmen e afërt do të bëjë të mundur që në treg të shihen burime të energjisë kimike me karakteristika të larta konsumatore.

Universiteti Federal Ural, së bashku me partnerët akademikë dhe industrialë në Rusi dhe në botë, po zbaton sot gjashtë mega-projekte që janë të përqendruara në fusha përparimi. kërkimin shkencor. Një nga projektet e tilla është "Teknologjitë e avancuara të energjisë elektrokimike nga projektimi kimik i materialeve të reja në pajisjet elektrokimike të gjeneratës së re për ruajtjen dhe konvertimin e energjisë".

Një grup shkencëtarësh nga njësia akademike strategjike (SAE) e Shkollës së Shkencave Natyrore dhe Matematikës UrFU, e cila përfshin Maxim Ananyev, është e angazhuar në hartimin dhe zhvillimin e materialeve dhe teknologjive të reja, duke përfshirë qelizat e karburantit, qelizat elektrolitike, metal-grafen. bateritë, sistemet e ruajtjes së energjisë elektrokimike dhe superkondensatorët.

Hulumtimi dhe punë shkencore kryhen në bashkëpunim të vazhdueshëm me Institutin e Elektrokimisë me temperaturë të lartë të Degës Ural të Akademisë së Shkencave Ruse dhe me mbështetjen e partnerëve.

Cilat qeliza karburanti janë duke u zhvilluar dhe kanë më shumë potencial?

Një nga llojet më premtuese të qelizave të karburantit janë elementët proton-qeramikë. Ata kanë përparësi ndaj qelizave të karburantit polimer me membranë shkëmbimi proton dhe elementë të ngurtë oksidi, pasi ato mund të funksionojnë me një furnizim të drejtpërdrejtë të karburantit hidrokarbur. Kjo thjeshton ndjeshëm hartimin e një termocentrali të bazuar në qelizat e karburantit proton-qeramik dhe sistemin e kontrollit, dhe për këtë arsye rrit besueshmërinë operacionale. Vërtetë, ky lloj i qelizave të karburantit aktualisht është historikisht më pak i zhvilluar, por kërkimi shkencor modern na lejon të shpresojmë për potencialin e lartë të kësaj teknologjie në të ardhmen.

Cilat probleme në lidhje me qelizat e karburantit po trajtohen aktualisht në Universitetin Federal Ural?

Tani shkencëtarët e UrFU, së bashku me Institutin e Elektrokimisë me Temperatura të Lartë (IVTE) të Degës Ural të Akademisë së Shkencave Ruse, po punojnë në krijimin e pajisjeve elektrokimike shumë efikase dhe gjeneratorëve autonome të energjisë për aplikime në energjinë e shpërndarë. Krijimi i termocentraleve për energjinë e shpërndarë fillimisht nënkupton zhvillimin e sistemeve hibride të bazuara në një gjenerator të energjisë elektrike dhe një pajisje ruajtëse, të cilat janë bateritë. Në të njëjtën kohë, qeliza e karburantit funksionon vazhdimisht, duke siguruar ngarkesë gjatë orëve të pikut, dhe në gjendje boshe ngarkon baterinë, e cila vetë mund të veprojë si rezervë si në rast të konsumit të lartë të energjisë ashtu edhe në rast të situatave emergjente.

Sukseset më të mëdha të kimistëve UrFU dhe IVTE janë arritur në zhvillimin e qelizave të karburantit me oksid të ngurtë dhe proton-qeramik. Që nga viti 2016, në Urale, së bashku me Korporatën Shtetërore Rosatom, është krijuar prodhimi i parë në Rusi i termocentraleve bazuar në qelizat e karburantit të oksidit të ngurtë. Zhvillimi i shkencëtarëve të Uralit ka kaluar tashmë teste "në shkallë të plotë" në stacionin e mbrojtjes katodike të tubacionit të gazit në vendin eksperimental të Uraltransgaz LLC. Termocentrali me një fuqi nominale prej 1.5 kilovat punoi për më shumë se 10 mijë orë dhe tregoi potencialin e lartë për përdorimin e pajisjeve të tilla.

Në kuadrin e laboratorit të përbashkët të UrFU dhe IVTE, është duke u zhvilluar zhvillimi i pajisjeve elektrokimike të bazuara në një membranë qeramike proton-përçuese. Kjo do të bëjë të mundur në të ardhmen e afërt uljen e temperaturave të funksionimit për qelizat e karburantit me oksid të ngurtë nga 900 në 500 gradë Celsius dhe braktisjen e reformimit paraprak të karburanteve hidrokarbure, duke krijuar kështu gjeneratorë elektrokimikë me kosto efektive të aftë për të funksionuar në kushte të zhvilluara. Infrastruktura e furnizimit me gaz në Rusi.

Aleksandër Dubov

Ekologjia e dijes Shkenca dhe teknologjia: Energjia e hidrogjenit është një nga industritë më efikase dhe qelizat e karburantit e lejojnë atë të mbetet në krye të teknologjive inovative.

Një qelizë karburanti është një pajisje që prodhon në mënyrë efikase rrymë direkte dhe nxehtësi nga karburanti i pasur me hidrogjen përmes një reaksioni elektrokimik.

Një qelizë e karburantit është e ngjashme me një bateri në atë që prodhon rrymë direkte përmes një reaksioni kimik. Përsëri, si një bateri, një qelizë e karburantit përfshin një anodë, një katodë dhe një elektrolit. Megjithatë, ndryshe nga bateritë, qelizat e karburantit nuk mund të ruajnë energji elektrike dhe nuk shkarkojnë ose kërkojnë energji elektrike për t'u rimbushur. Qelizat e karburantit mund të prodhojnë vazhdimisht energji elektrike për sa kohë që ato kanë furnizim me karburant dhe ajër. Termi i saktë për të përshkruar një qelizë karburanti të punës, është një sistem elementësh, pasi funksionimi i plotë kërkon praninë e disa sistemeve ndihmëse.

Ndryshe nga gjeneratorët e tjerë të energjisë, si motorët me djegie të brendshme ose turbinat e fuqizuara nga gazi, qymyri, nafta, etj., qelizat e karburantit nuk djegin karburant. Kjo do të thotë pa rotorë të zhurmshëm me presion të lartë, pa zhurmë të lartë të shkarkimit, pa dridhje. Qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike përmes një reaksioni elektrokimik të heshtur. Një veçori tjetër e qelizave të karburantit është se ato konvertojnë energjinë kimike të karburantit drejtpërdrejt në energji elektrike, nxehtësi dhe ujë.

Qelizat e karburantit janë shumë efikase dhe nuk prodhojnë sasi të mëdha të gazeve serrë si dioksidi i karbonit, metani dhe oksidi i azotit. Emetimet e vetme nga qelizat e karburantit janë uji në formë avulli dhe një sasi e vogël dioksidi i karbonit, i cili nuk çlirohet fare nëse përdoret hidrogjeni i pastër si lëndë djegëse. Qelizat e karburantit grumbullohen në montime dhe më pas në module funksionale individuale.

Parimi i funksionimit të qelizave të karburantit

Qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike dhe nxehtësi përmes një reaksioni elektrokimik duke përdorur një elektrolit, një katodë dhe një anodë.

Anoda dhe katoda ndahen nga një elektrolit që përcjell protonet. Pasi hidrogjeni derdhet në anodë dhe oksigjeni në katodë, fillon një reaksion kimik, si rezultat i të cilit gjenerohet rryma elektrike, nxehtësia dhe uji. Në katalizatorin e anodës, hidrogjeni molekular shpërndahet dhe humbet elektronet. Jonet e hidrogjenit (protonet) përçohen përmes elektrolitit në katodë, ndërsa elektronet kalojnë nëpër elektrolit dhe udhëtojnë përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke krijuar një rrymë të drejtpërdrejtë që mund të përdoret për të fuqizuar pajisjet. Në katalizatorin e katodës, një molekulë oksigjeni kombinohet me një elektron (i cili furnizohet nga komunikimet e jashtme) dhe një proton hyrës dhe formon ujin, i cili është i vetmi produkt i reagimit (në formën e avullit dhe/ose lëngut).

Më poshtë është reagimi përkatës:

Reaksioni në anodë: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reaksioni në katodë: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: 2H2 + O2 => 2H2O

Llojet e qelizave të karburantit

Ashtu si ka lloje të ndryshme motorësh me djegie të brendshme, ka lloje të ndryshme të qelizave të karburantit - zgjedhja e llojit të duhur të qelizës së karburantit varet nga aplikimi i saj.Qelizat e karburantit ndahen në temperaturë të lartë dhe temperaturë të ulët. Qelizat e karburantit me temperaturë të ulët kërkojnë hidrogjen relativisht të pastër si lëndë djegëse.

Kjo shpesh do të thotë që përpunimi i karburantit kërkohet për të kthyer karburantin parësor (si gazi natyror) në hidrogjen të pastër. Ky proces konsumon energji shtesë dhe kërkon pajisje speciale. Qelizat e karburantit me temperaturë të lartë nuk kanë nevojë për këtë procedurë shtesë pasi ato mund të "konvertojnë brenda" karburantin në temperatura të larta, që do të thotë se nuk ka nevojë të investohet në infrastrukturën e hidrogjenit.

Qelizat e karburantit me karbonat të shkrirë (MCFC).

Qelizat e karburantit të elektrolitit të karbonatit të shkrirë janë qeliza karburanti me temperaturë të lartë. Temperatura e lartë e funksionimit lejon përdorimin e drejtpërdrejtë të gazit natyror pa përpunues karburanti dhe gaz me vlerë të ulët kalorifike nga proceset industriale dhe burime të tjera. Ky proces u zhvillua në mesin e viteve 1960. Që atëherë, teknologjia e prodhimit, performanca dhe besueshmëria janë përmirësuar.

Funksionimi i RCFC ndryshon nga qelizat e tjera të karburantit. Këto qeliza përdorin një elektrolit të bërë nga një përzierje e kripërave karbonate të shkrirë. Aktualisht përdoren dy lloje përzierjesh: karbonat litium dhe karbonat kaliumi ose karbonat litium dhe karbonat natriumi. Për të shkrirë kripërat karbonate dhe për të arritur një shkallë të lartë të lëvizshmërisë së joneve në elektrolit, qelizat e karburantit me elektrolit karbonat të shkrirë funksionojnë në temperatura të larta (650°C). Efikasiteti varion midis 60-80%.

Kur nxehen në një temperaturë prej 650°C, kripërat bëhen një përcjellës për jonet karbonate (CO32-). Këto jone kalojnë nga katoda në anodë, ku bashkohen me hidrogjenin për të formuar ujë, dioksid karboni dhe elektrone të lira. Këto elektrone dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm përsëri në katodë, duke gjeneruar rrymë elektrike dhe nxehtësi si nënprodukt.

Reaksioni në anodë: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Reaksioni në katodë: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katodë) => H2O(g) + CO2(anodë)

Temperaturat e larta të reagimit në elektrolit kanë gjithashtu avantazhet e tyre. Përdorimi i temperaturave të larta kërkon kohë të konsiderueshme për të arritur kushte optimale të funksionimit dhe sistemi reagon më ngadalë ndaj ndryshimeve në konsumin e energjisë. Këto karakteristika lejojnë përdorimin e instalimeve të qelizave të karburantit me elektrolit karbonat të shkrirë në kushte konstante të fuqisë. Temperaturat e larta parandalojnë dëmtimin e qelizës së karburantit nga monoksidi i karbonit, "helmimi" etj.

Qelizat e karburantit me elektrolit karbonat të shkrirë janë të përshtatshme për përdorim në instalime të mëdha të palëvizshme. Termocentralet me fuqi elektrike dalëse prej 2.8 MW prodhohen komercialisht. Po zhvillohen instalime me fuqi dalëse deri në 100 MW.

Qelizat e karburantit të acidit fosforik (PAFC).

Qelizat e karburantit me acid fosforik (ortofosforik) ishin qelizat e para të karburantit për përdorim komercial. Procesi u zhvillua në mesin e viteve 1960 dhe është testuar që nga vitet 1970. Që atëherë, stabiliteti dhe performanca janë rritur dhe kostoja është ulur.

Qelizat e karburantit me acid fosforik (ortofosforik) përdorin një elektrolit të bazuar në acidin ortofosforik (H3PO4) në përqendrime deri në 100%. Përçueshmëria jonike e acidit fosforik është e ulët në temperatura të ulëta, për këtë arsye këto qeliza karburanti përdoren në temperatura deri në 150-220°C.

Bartësi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është hidrogjeni (H+, proton). Një proces i ngjashëm ndodh në qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protoneve (PEMFCs), në të cilat hidrogjeni i furnizuar në anodë ndahet në protone dhe elektrone. Protonet udhëtojnë nëpër elektrolit dhe kombinohen me oksigjenin nga ajri në katodë për të formuar ujë. Elektronet dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar kështu një rrymë elektrike. Më poshtë janë reaksionet që gjenerojnë rrymë elektrike dhe nxehtësi.

Reaksioni në anodë: 2H2 => 4H+ + 4e-
Reaksioni në katodë: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: 2H2 + O2 => 2H2O

Performanca e lartë e termocentraleve që përdorin qelizat e karburantit me bazë acidin fosforik (ortofosforik) në prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike është një nga avantazhet e këtij lloji të qelizave të karburantit. Njësitë përdorin monoksid karboni me një përqendrim prej rreth 1.5%, gjë që zgjeron ndjeshëm zgjedhjen e karburantit. Përveç kësaj, CO2 nuk ndikon në elektrolitin dhe funksionimin e qelizës së karburantit; kjo lloj qelize funksionon me karburant natyral të reformuar. Dizajni i thjeshtë, shkalla e ulët e paqëndrueshmërisë së elektrolitit dhe rritja e stabilitetit janë gjithashtu avantazhet e këtij lloji të qelizave të karburantit.

Termocentralet me fuqi elektrike dalëse deri në 400 kW prodhohen komercialisht. Instalimet 11 MW kanë kaluar testet e duhura. Po zhvillohen instalime me fuqi dalëse deri në 100 MW.

Qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protoneve (PEMFC)

Qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protoneve konsiderohen si lloji më i mirë i qelizave të karburantit për gjenerimin e fuqisë së automjeteve, të cilat mund të zëvendësojnë motorët me djegie të brendshme me benzinë dhe naftë. Këto qeliza karburanti u përdorën për herë të parë nga NASA për programin Gemini. Sot po zhvillohen dhe demonstrohen instalime MOPFC me fuqi nga 1 W deri në 2 kW.

Këto qeliza karburanti përdorin një membranë polimer të ngurtë (një film i hollë plastike) si elektrolit. Kur është i ngopur me ujë, ky polimer lejon që protonet të kalojnë, por nuk përcjell elektrone.

Karburanti është hidrogjeni, dhe transportuesi i ngarkesës është një jon hidrogjeni (proton). Në anodë, molekula e hidrogjenit ndahet në një jon hidrogjeni (proton) dhe elektrone. Jonet e hidrogjenit kalojnë përmes elektrolitit në katodë, dhe elektronet lëvizin rreth rrethit të jashtëm dhe prodhojnë energji elektrike. Oksigjeni, i cili merret nga ajri, furnizohet në katodë dhe kombinohet me elektronet dhe jonet e hidrogjenit për të formuar ujë. Reaksionet e mëposhtme ndodhin në elektroda:

Reaksioni në anodë: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reaksioni në katodë: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: 2H2 + O2 => 2H2O

Krahasuar me llojet e tjera të qelizave të karburantit, qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protonit prodhojnë më shumë energji për një vëllim ose peshë të caktuar të qelizës së karburantit. Kjo veçori u lejon atyre të jenë kompakte dhe të lehta. Për më tepër, temperatura e funksionimit është më pak se 100°C, gjë që ju lejon të filloni shpejt punën. Këto karakteristika, si dhe aftësia për të ndryshuar shpejt prodhimin e energjisë, janë vetëm disa nga veçoritë që i bëjnë këto qeliza karburanti një kandidat kryesor për përdorim në automjete.

Një avantazh tjetër është se elektroliti është i ngurtë dhe jo i lëngët. Është më e lehtë të mbash gazrat në katodë dhe anodë duke përdorur një elektrolit të ngurtë, dhe për këtë arsye qelizat e tilla të karburantit janë më të lira për t'u prodhuar. Krahasuar me elektrolitët e tjerë, elektrolitët e ngurtë nuk paraqesin ndonjë problem orientimi, më pak probleme korrozioni, duke rezultuar në jetëgjatësi më të madhe të qelizës dhe përbërësve të saj.

Qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC)

Elektroliti i ngurtë siguron një kalim të mbyllur të gazit nga një elektrodë në tjetrën, ndërsa elektrolitet e lëngëta janë të vendosura në një substrat poroz. Bartësi i ngarkesës në qelizat e karburantit të këtij lloji është joni i oksigjenit (O2-). Në katodë, molekulat e oksigjenit nga ajri ndahen në një jon oksigjeni dhe katër elektrone. Jonet e oksigjenit kalojnë nëpër elektrolit dhe bashkohen me hidrogjenin, duke krijuar katër elektrone të lira. Elektronet dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar rrymë elektrike dhe nxehtësi të humbur.

Reaksioni në anodë: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Reaksioni në katodë: O2 + 4e- => 2O2-
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: 2H2 + O2 => 2H2O

Efikasiteti i energjisë elektrike të prodhuar është më i larti nga të gjitha qelizat e karburantit - rreth 60%. Përveç kësaj, temperaturat e larta të funksionimit lejojnë prodhimin e kombinuar të energjisë termike dhe elektrike për të gjeneruar avull me presion të lartë. Kombinimi i një qelize karburanti me temperaturë të lartë me një turbinë bën të mundur krijimin e një qelize karburanti hibride për të rritur efikasitetin e gjenerimit të energjisë elektrike deri në 70%.

Qelizat e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit (DOMFC)

Dizajni i qelizave të karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit është i ngjashëm me qelizat e karburantit me një membranë shkëmbimi të protonit (MEPFC), d.m.th. Një polimer përdoret si elektrolit, dhe një jon hidrogjeni (proton) përdoret si bartës i ngarkesës. Megjithatë, metanoli i lëngshëm (CH3OH) oksidohet në prani të ujit në anodë, duke lëshuar CO2, jone hidrogjeni dhe elektrone, të cilat dërgohen përmes një qarku elektrik të jashtëm, duke gjeneruar kështu një rrymë elektrike. Jonet e hidrogjenit kalojnë nëpër elektrolit dhe reagojnë me oksigjenin nga ajri dhe elektronet nga qarku i jashtëm për të formuar ujë në anodë.

Reaksioni në anodë: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
Reaksioni në katodë: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
Reaksioni i përgjithshëm i elementit: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Zhvillimi i këtyre qelizave të karburantit filloi në fillim të viteve 1990. Me zhvillimin e katalizatorëve të përmirësuar dhe risive të tjera të fundit, densiteti dhe efikasiteti i fuqisë janë rritur në 40%.

Këta elementë u testuan në intervalin e temperaturës 50-120°C. Me temperatura të ulëta funksionimi dhe pa nevojë për një konvertues, qelizat e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit janë një kandidat kryesor për aplikime si në telefonat celularë, ashtu edhe në produkte të tjera të konsumit dhe motorët e automobilave. Avantazhi i këtij lloji të qelizave të karburantit është madhësia e tyre e vogël, për shkak të përdorimit të karburantit të lëngshëm dhe mungesës së nevojës për të përdorur një konvertues.

Qelizat alkaline të karburantit (ALFC)

Qelizat alkaline të karburantit (AFC) janë një nga teknologjitë më të studiuara, e përdorur që nga mesi i viteve 1960. nga NASA në programet Apollo dhe Space Shuttle. Në bordin e këtyre anije kozmike qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike dhe ujë i pijshëm. Qelizat alkaline të karburantit janë një nga qelizat më efikase të përdorura për të prodhuar energji elektrike, me efikasitet të prodhimit të energjisë që arrin deri në 70%.

Qelizat alkaline të karburantit përdorin një elektrolit, një zgjidhje ujore e hidroksidit të kaliumit, e përfshirë në një matricë poroze dhe të stabilizuar. Përqendrimi i hidroksidit të kaliumit mund të ndryshojë në varësi të temperaturës së funksionimit të qelizës së karburantit, e cila varion nga 65°C deri në 220°C. Bartësi i ngarkesës në SHTE është joni hidroksil (OH-), duke lëvizur nga katoda në anodë, ku reagon me hidrogjenin, duke prodhuar ujë dhe elektrone. Uji i prodhuar në anodë kthehet përsëri në katodë, duke gjeneruar përsëri jone hidroksil atje. Si rezultat i kësaj serie reaksionesh që ndodhin në qelizën e karburantit, prodhohet energjia elektrike dhe, si nënprodukt, nxehtësia:

Reaksioni në anodë: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Reaksioni në katodë: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Reagimi i përgjithshëm i sistemit: 2H2 + O2 => 2H2O

Avantazhi i SHTE është se këto qeliza karburanti janë më të lirat për t'u prodhuar, pasi katalizatori i kërkuar në elektroda mund të jetë ndonjë nga substancat që janë më të lira se ato që përdoren si katalizatorë për qelizat e tjera të karburantit. Përveç kësaj, SFC-të funksionojnë në temperatura relativisht të ulëta dhe janë ndër qelizat më efikase të karburantit - karakteristika të tilla mund të kontribuojnë si pasojë në gjenerimin më të shpejtë të energjisë dhe efikasitetin e lartë të karburantit.

Një nga karakteristikat karakteristike të SHTE është ndjeshmëria e lartë ndaj CO2, i cili mund të përmbahet në karburant ose ajër. CO2 reagon me elektrolitin, e helmon shpejt atë dhe ul ndjeshëm efikasitetin e qelizës së karburantit. Prandaj, përdorimi i SHTE është i kufizuar në hapësirat e mbyllura, të tilla si automjetet hapësinore dhe nënujore, ato duhet të funksionojnë me hidrogjen dhe oksigjen të pastër. Për më tepër, molekulat si CO, H2O dhe CH4, të cilat janë të sigurta për qelizat e tjera të karburantit dhe madje veprojnë si lëndë djegëse për disa prej tyre, janë të dëmshme për SHFC.

Qelizat e karburantit me elektrolit polimer (PEFC)

Në rastin e qelizave të karburantit të elektrolitit polimer, membrana polimer përbëhet nga fibra polimer me zona ujore në të cilat jonet e ujit përçues H2O+ (proton, i kuq) ngjiten në një molekulë uji. Molekulat e ujit paraqesin problem për shkak të shkëmbimit të ngadaltë të joneve. Prandaj, kërkohet një përqendrim i lartë i ujit si në karburant ashtu edhe në elektrodat e daljes, gjë që kufizon temperaturën e funksionimit në 100°C.

Qelizat e karburantit me acid të ngurtë (SFC)

Në mënyrë tipike, një qelizë karburanti me acid të ngurtë është një sanduiç në të cilin një shtresë shumë e hollë e përbërjes së ngurtë të acidit vendoset midis dy elektrodave që janë të shtypura fort së bashku për të siguruar kontakt të mirë. Kur nxehet, përbërësi organik avullon, duke dalë përmes poreve në elektroda, duke ruajtur aftësinë e kontakteve të shumta midis karburantit (ose oksigjenit në skajin tjetër të elementeve), elektrolitit dhe elektrodave.

Lloji i qelizave të karburantit	Temperatura e punës	Efikasiteti i prodhimit të energjisë	Lloji i karburantit	Zona e aplikimit
RKTE	550–700°C	50-70%		Instalime të mesme dhe të mëdha
FCTE	100–220°C	35-40%	Hidrogjen i pastër	Instalime të mëdha
MOPTE	30-100°C	35-50%	Hidrogjen i pastër	Instalime të vogla
SOFC	450–1000°C	45-70%	Shumica e karburanteve hidrokarbure	Instalime të vogla, të mesme dhe të mëdha
PEMFC	20-90°C	20-30%	Metanol	Njësi portative
SHTE	50–200°C	40-65%	Hidrogjen i pastër	Hulumtimi i hapësirës
PETE	30-100°C	35-50%	Hidrogjen i pastër	Instalime të vogla

Bashkohuni me ne

SHBA ka disa iniciativa që synojnë zhvillimin e qelizave të karburantit me hidrogjen, infrastrukturës dhe teknologjisë për t'i bërë automjetet me qeliza karburanti praktike dhe efikase deri në vitin 2020. Për këto qëllime janë ndarë më shumë se një miliard dollarë.

Qelizat e karburantit prodhojnë energji elektrike në heshtje dhe efikasitet, pa ndotur mjedisin. Ndryshe nga burimet e energjisë që përdorin lëndë djegëse fosile, nënproduktet e qelizave të karburantit janë nxehtësia dhe uji. Si punon?

Në këtë artikull ne do të shohim shkurtimisht secilën nga teknologjitë ekzistuese të karburantit sot, si dhe do të flasim për projektimin dhe funksionimin e qelizave të karburantit dhe do t'i krahasojmë ato me format e tjera të prodhimit të energjisë. Ne do të diskutojmë gjithashtu disa nga pengesat që hasin studiuesit për t'i bërë qelizat e karburantit praktike dhe të përballueshme për konsumatorët.

Qelizat e karburantit janë pajisje për konvertimin e energjisë elektrokimike. Një qelizë e karburantit konverton kimikatet, hidrogjenin dhe oksigjenin, në ujë, duke gjeneruar energji elektrike në proces.

Një tjetër pajisje elektrokimike me të cilën të gjithë jemi shumë të njohur është bateria. Bateria ka gjithçka që ju nevojitet elementet kimike brenda vetes dhe i kthen këto substanca në energji elektrike. Kjo do të thotë që bateria përfundimisht vdes dhe ju ose e hidhni ose e karikoni përsëri.

Në një qelizë karburanti, kimikatet futen vazhdimisht në të, në mënyrë që të mos "vdes". Energjia elektrike do të prodhohet për aq kohë sa furnizohet substancave kimike tek elementi. Shumica e qelizave të karburantit që përdoren sot përdorin hidrogjen dhe oksigjen.

Hidrogjeni është elementi më i bollshëm në galaktikën tonë. Sidoqoftë, hidrogjeni praktikisht nuk ekziston në Tokë në formën e tij elementare. Inxhinierët dhe shkencëtarët duhet të nxjerrin hidrogjen të pastër nga përbërjet e hidrogjenit, duke përfshirë lëndët djegëse fosile ose ujin. Për të nxjerrë hidrogjenin nga këto komponime, duhet të shpenzoni energji në formën e nxehtësisë ose energjisë elektrike.

Shpikja e qelizave të karburantit

Sir William Grove shpiku qelizën e parë të karburantit në 1839. Grove e dinte se uji mund të ndahej në hidrogjen dhe oksigjen duke kaluar një rrymë elektrike përmes tij (një proces i quajtur elektroliza). Ai sugjeroi që në mënyrë të kundërt do të ishte e mundur të sigurohej energji elektrike dhe ujë. Ai krijoi një qelizë primitive karburanti dhe e quajti atë bateri galvanike me gaz. Pasi eksperimentoi me shpikjen e tij të re, Grove provoi hipotezën e tij. Pesëdhjetë vjet më vonë, shkencëtarët Ludwig Mond dhe Charles Langer shpikën termin qelizat e karburantit kur tentohet të ndërtohet një model praktik për prodhimin e energjisë elektrike.

Qeliza e karburantit do të konkurrojë me shumë pajisje të tjera të konvertimit të energjisë, duke përfshirë turbinat me gaz në termocentralet urbane, motorët me djegie të brendshme në makina dhe të gjitha llojet e baterive. Motorët me djegie të brendshme, si turbinat me gaz, digjen lloje te ndryshme lëndët djegëse dhe përdorin presionin e krijuar nga zgjerimi i gazeve për të kryer punë mekanike. Bateritë e shndërrojnë energjinë kimike në energji elektrike kur është e nevojshme. Qelizat e karburantit duhet t'i kryejnë këto detyra në mënyrë më efikase.

Qeliza e karburantit siguron tension DC (rrymë direkte) që mund të përdoret për të fuqizuar motorët elektrikë, dritat dhe pajisjet e tjera elektrike.

Ekzistojnë disa lloje të ndryshme të qelizave të karburantit, secila duke përdorur procese të ndryshme kimike. Qelizat e karburantit zakonisht klasifikohen sipas tyre temperatura e funksionimit Dhe llojielektrolit, të cilat ata përdorin. Disa lloje të qelizave të karburantit janë të përshtatshme për t'u përdorur në termocentrale të palëvizshme. Të tjera mund të jenë të dobishme për pajisje të vogla portative ose për fuqizimin e makinave. Llojet kryesore të qelizave të karburantit përfshijnë:

Qeliza e karburantit e membranës së shkëmbimit të polimerit (PEMFC)

PEMFC konsiderohet si kandidati më i mundshëm për aplikimet e transportit. PEMFC ka fuqi të lartë dhe temperaturë relativisht të ulët të punës (duke filluar nga 60 në 80 gradë Celsius). Temperaturat e ulëta të funksionimit nënkuptojnë se qelizat e karburantit mund të ngrohen shpejt për të filluar prodhimin e energjisë elektrike.

Qeliza e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC)

Këto qeliza karburanti janë më të përshtatshmet për gjeneratorë të mëdhenj të palëvizshëm të energjisë që mund të furnizojnë fabrikat ose qytetet. Kjo lloj qelize karburanti funksionon në temperatura shumë të larta (700 deri në 1000 gradë Celsius). Temperatura e lartë paraqet një problem besueshmërie sepse disa qeliza karburanti mund të dështojnë pas disa cikleve ndezje-fikje. Sidoqoftë, qelizat e karburantit me oksid të ngurtë janë shumë të qëndrueshme gjatë funksionimit të vazhdueshëm. Në fakt, SOFC-të kanë demonstruar jetëgjatësinë më të gjatë të funksionimit të çdo qelize karburanti në kushte të caktuara. Temperatura e lartë gjithashtu ka avantazhin që avulli i prodhuar nga qelizat e karburantit mund të dërgohet në turbina dhe të prodhojë më shumë energji elektrike. Ky proces quhet bashkëprodhimi i nxehtësisë dhe energjisë elektrike dhe përmirëson efikasitetin e përgjithshëm të sistemit.

Qeliza alkaline e karburantit (AFC)

Është një nga modelet më të vjetra për qelizat e karburantit, që ka qenë në përdorim që nga vitet 1960. AFC-të janë shumë të ndjeshme ndaj ndotjes pasi kërkojnë hidrogjen dhe oksigjen të pastër. Përveç kësaj, ato janë shumë të shtrenjta, kështu që ky lloj qelize karburanti nuk ka gjasa të vihet në prodhim masiv.

Qeliza e karburantit me karbonat të shkrirë (MCFC)

Ashtu si SOFC-të, këto qeliza karburanti janë gjithashtu më të përshtatshmet për termocentrale të mëdha stacionare dhe gjeneratorë. Ata funksionojnë në 600 gradë Celsius në mënyrë që të mund të gjenerojnë avull, i cili nga ana tjetër mund të përdoret për të gjeneruar edhe më shumë energji. Ata kanë një temperaturë funksionimi më të ulët se qelizat e karburantit me oksid të ngurtë, që do të thotë se nuk kërkojnë materiale të tilla rezistente ndaj nxehtësisë. Kjo i bën ato pak më të lira.

Qeliza e karburantit me acid fosforik (PAFC)

Qelizë e karburantit të acidit fosforik ka potencial për përdorim në sistemet e vogla stacionare të energjisë. Funksionon në një temperaturë më të lartë se një qelizë e karburantit e membranës shkëmbyese të polimerit, kështu që kërkon më shumë kohë për t'u ngrohur, duke e bërë atë të papërshtatshëm për t'u përdorur në automobila.

Qelizë e drejtpërdrejtë e karburantit metanol (DMFC)

Qelizat e karburantit metanol janë të krahasueshme me PEMFC për sa i përket temperaturës së funksionimit, por nuk janë aq efikase. Për më tepër, DMFC-të kërkojnë një sasi mjaft të madhe platini si katalizator, gjë që i bën këto qeliza karburanti të shtrenjta.

Qelizë e karburantit me membranë shkëmbimi polimer

Qeliza e karburantit e membranës së shkëmbimit të polimerit (PEMFC) është një nga teknologjitë më premtuese të qelizave të karburantit. PEMFC përdor një nga reagimet më të thjeshta të çdo qelize karburanti. Le të shohim se nga çfarë përbëhet.

1. A nyje – terminali negativ i qelizës së karburantit. Përcjell elektronet që lirohen nga molekulat e hidrogjenit, pas së cilës ato mund të përdoren në një qark të jashtëm. Ka kanale të gdhendura përmes të cilave gazi hidrogjen shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e katalizatorit.

2.TE athode - terminali pozitiv i qelizës së karburantit, gjithashtu ka kanale për shpërndarjen e oksigjenit mbi sipërfaqen e katalizatorit. Ai gjithashtu përcjell elektronet nga qarku i jashtëm i katalizatorit, ku ato mund të kombinohen me jonet e hidrogjenit dhe oksigjenit për të formuar ujë.

3.Membrana e këmbimit elektrolit-proton. Ky është një material i trajtuar posaçërisht që përcjell vetëm jone të ngarkuar pozitivisht dhe bllokon elektronet. Me PEMFC, membrana duhet të hidratohet në mënyrë që të funksionojë siç duhet dhe të mbetet e qëndrueshme.

4. Katalizatorështë një material i veçantë që nxit reagimin e oksigjenit dhe hidrogjenit. Zakonisht është bërë nga nanogrimca platini të aplikuara shumë hollë në letër ose pëlhurë karboni. Katalizatori ka një strukturë sipërfaqësore të tillë që sipërfaqja maksimale e platinit mund të ekspozohet ndaj hidrogjenit ose oksigjenit.

Figura tregon gazin e hidrogjenit (H2) që hyn në qelizën e karburantit nën presion nga ana e anodës. Kur një molekulë H2 bie në kontakt me platinin në katalizator, ajo ndahet në dy jone H+ dhe dy elektrone. Elektronet kalojnë nëpër anodë, ku përdoren në një qark të jashtëm (ekzekutimi punë e dobishme, siç është rrotullimi i motorit) dhe kthehuni në anën katodë të qelizës së karburantit.

Ndërkohë, në anën katodë të qelizës së karburantit, oksigjeni (O2) nga ajri kalon përmes katalizatorit ku formon dy atome oksigjeni. Secili prej këtyre atomeve ka një ngarkesë të fortë negative. Kjo ngarkesë negative tërheq dy jone H+ nëpër membranë, ku ato bashkohen me një atom oksigjeni dhe dy elektrone që vijnë nga qarku i jashtëm për të formuar një molekulë uji (H2O).

Ky reagim në një qelizë të vetme karburanti prodhon vetëm rreth 0,7 volt. Për të rritur tensionin në një nivel të arsyeshëm, shumë qeliza individuale të karburantit duhet të kombinohen për të formuar një pirg qelizash karburanti. Pllakat bipolare përdoren për të lidhur një qelizë karburanti me një tjetër dhe i nënshtrohen oksidimit për të zvogëluar potencialin. Problemi i madh me pllakat bipolare është qëndrueshmëria e tyre. Pllakat bipolare metalike mund të gërryhen, dhe nënproduktet (jonet e hekurit dhe kromit) zvogëlojnë efikasitetin e membranave dhe elektrodave të qelizave të karburantit. Prandaj, qelizat e karburantit me temperaturë të ulët përdorin metale të lehta, grafit dhe përbërje të karbonit dhe termosetit (një termoset është një lloj plastik që mbetet i ngurtë edhe kur ekspozohet ndaj temperaturave të larta) në formën e materialit prej fletësh bipolare.

Efikasiteti i qelizave të karburantit

Reduktimi i ndotjes është një nga qëllimet kryesore të një qelize karburanti. Duke krahasuar një makinë të mundësuar nga një qelizë karburanti me një makinë të fuqizuar nga një motor benzine dhe një makinë të mundësuar nga një bateri, mund të shihni se si qelizat e karburantit mund të përmirësojnë efikasitetin e makinave.

Meqenëse të tre llojet e makinave kanë shumë përbërës të njëjtë, ne do ta injorojmë këtë pjesë të makinës dhe do të krahasojmë veprime të dobishme deri në pikën ku prodhohet energji mekanike. Le të fillojmë me makinën e qelizave të karburantit.

Nëse qeliza e karburantit furnizohet me hidrogjen të pastër, efikasiteti i saj mund të jetë deri në 80 për qind. Kështu, ai konverton 80 për qind të përmbajtjes energjetike të hidrogjenit në energji elektrike. Megjithatë, ne ende duhet ta shndërrojmë energjinë elektrike në punë mekanike. Kjo arrihet nga një motor elektrik dhe një inverter. Efikasiteti i motorit + inverterit është gjithashtu afërsisht 80 përqind. Kjo jep një efikasitet të përgjithshëm prej afërsisht 80*80/100=64 përqind. Automjeti konceptual FCX i Honda-s thuhet se ka 60 për qind efikasitet energjie.

Nëse burimi i karburantit nuk është në formën e hidrogjenit të pastër, atëherë automjeti do të ketë nevojë gjithashtu për një reformues. Reformatorët konvertojnë karburantet hidrokarbure ose alkooli në hidrogjen. Ata gjenerojnë nxehtësi dhe prodhojnë CO dhe CO2 përveç hidrogjenit. Për të pastruar hidrogjenin që rezulton, ata përdorin pajisje të ndryshme, por ky pastrim është i pamjaftueshëm dhe zvogëlon efikasitetin e qelizës së karburantit. Kështu, studiuesit vendosën të fokusohen në qelizat e karburantit për automjetet e fuqizuara nga hidrogjeni i pastër, pavarësisht sfidave që lidhen me prodhimin dhe ruajtjen e hidrogjenit.

Efikasiteti i një motori me benzinë dhe i një makine bateri-elektrike

Efikasiteti i një makine me benzinë është çuditërisht i ulët. E gjithë nxehtësia që konsumohet ose absorbohet nga radiatori është energji e humbur. Motori përdor gjithashtu shumë fuqi për të drejtuar pompat, tifozët dhe gjeneratorët e ndryshëm që e mbajnë atë në punë. Kështu, efikasiteti i përgjithshëm i një motori automobil me benzinë është afërsisht 20 përqind. Kështu, vetëm rreth 20 për qind e përmbajtjes së energjisë termike të benzinës shndërrohet në punë mekanike.

Një automjet elektrik me bateri ka efikasitet mjaft të lartë. Bateria është afërsisht 90 përqind efikase (shumica e baterive gjenerojnë pak nxehtësi ose kërkojnë ngrohje), dhe motori + inverter është afërsisht 80 përqind efikas. Kjo jep një efikasitet të përgjithshëm prej rreth 72 përqind.

Por kjo nuk është e gjitha. Në mënyrë që një makinë elektrike të lëvizë, së pari duhet të prodhohet energji elektrike diku. Nëse ishte një termocentral që përdorte një proces djegieje të karburanteve fosile (në vend të energjisë bërthamore, hidroelektrike, diellore ose të erës), atëherë vetëm afërsisht 40 përqind e karburantit të konsumuar nga termocentrali u shndërrua në energji elektrike. Plus, procesi i karikimit të një makine kërkon konvertimin e fuqisë së rrymës alternative (AC) në fuqi të rrymës direkte (DC). Ky proces ka një efikasitet prej afërsisht 90 për qind.

Tani, nëse shikojmë të gjithë ciklin, efikasiteti i një automjeti elektrik është 72 për qind për vetë automjetin, 40 për qind për termocentralin dhe 90 për qind për karikimin e automjetit. Kjo jep një efikasitet të përgjithshëm prej 26 përqind. Efikasiteti i përgjithshëm ndryshon ndjeshëm në varësi të termocentralit që përdoret për të ngarkuar baterinë. Nëse energjia elektrike e makinës prodhohet nga një hidrocentral, për shembull, efikasiteti i makinës elektrike do të jetë afërsisht 65 për qind.

Shkencëtarët po hulumtojnë dhe përmirësojnë modele për të vazhduar përmirësimin e efikasitetit të qelizës së karburantit. Një qasje e re do të ishte kombinimi i qelizave të karburantit dhe automjeteve me bateri. Një automjet konceptual i fuqizuar nga një motor hibrid i fuqizuar nga një qelizë karburanti është duke u zhvilluar. Ai përdor një bateri litium për të fuqizuar makinën ndërsa qeliza e karburantit rikarik baterinë.

Automjetet me qeliza karburanti janë potencialisht po aq efikase sa një makinë me bateri që ngarkohet nga një termocentral që nuk përdor lëndë djegëse fosile. Por arritja e një potenciali të tillë është praktike dhe në mënyrë të arritshme mund të jetë e vështirë.

Pse të përdorni qelizat e karburantit?

Arsyeja kryesore është gjithçka që lidhet me naftën. Amerika duhet të importojë gati 60 për qind të naftës së saj. Deri në vitin 2025, importet pritet të rriten në 68%. Amerikanët përdorin dy të tretat e naftës çdo ditë për transport. Edhe nëse çdo makinë në rrugë do të ishte një makinë hibride, deri në vitin 2025 SHBA do të duhej të përdorte të njëjtën sasi vaji që amerikanët konsumuan në vitin 2000. Në fakt, Amerika konsumon një të katërtën e të gjithë naftës në botë, megjithëse vetëm 4.6% e popullsisë së botës jeton këtu.

Ekspertët presin që çmimet e naftës të vazhdojnë të rriten gjatë dekadave të ardhshme pasi burimet më të lira do të pakësohen. Kompanitë e naftës duhet të zhvillohet fushat e naftës në kushte gjithnjë e më të vështira, të cilat do të rrisin çmimet e naftës.

Shqetësimet shtrihen shumë përtej siguria ekonomike. Shumë para që vijnë nga shitja e naftës shpenzohen për mbështetjen e terrorizmit ndërkombëtar, partive politike radikale dhe situatës së paqëndrueshme në rajonet prodhuese të naftës.

Përdorimi i naftës dhe lëndëve djegëse të tjera fosile për energji prodhon ndotje. Është më mirë që të gjithë të gjejnë një alternativë për djegien e lëndëve djegëse fosile për energji.

Qelizat e karburantit janë një alternativë tërheqëse ndaj varësisë nga vaji. Në vend që të ndotin, qelizat e karburantit prodhojnë ujë të pastër si nënprodukt. Ndërsa inxhinierët janë përqendruar përkohësisht në prodhimin e hidrogjenit nga burime të ndryshme fosile si benzina ose gazi natyror, po hulumtohen mënyra të rinovueshme dhe miqësore me mjedisin për të prodhuar hidrogjen në të ardhmen. Më premtuesi, natyrisht, do të jetë procesi i prodhimit të hidrogjenit nga uji

Varësia nga nafta dhe ngrohja globale janë një problem ndërkombëtar. Disa vende janë përfshirë së bashku në promovimin e kërkimit dhe zhvillimit për teknologjinë e qelizave të karburantit.

Është e qartë se shkencëtarët dhe prodhuesit kanë shumë punë për të bërë përpara se qelizat e karburantit të bëhen një alternativë metoda moderne prodhimi i energjisë. Megjithatë, me mbështetjen mbarëbotërore dhe bashkëpunimin global, një sistem energjik i qëndrueshëm i qelizave të karburantit mund të bëhet realitet brenda vetëm disa dekadave.

KOMBANA

Historia e zhvillimit të qelizave/celulave të karburantit

Parimi i funksionimit të qelizave/celulave të karburantit

Llojet dhe shumëllojshmëria e elementeve/celulave të karburantit

Qelizat/qelizat e karburantit me karbonat të shkrirë (MCFC)

Qelizat/qelizat e karburantit të acidit fosforik (PAFC)

Qelizat/qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC)

Qelizat/qelizat e karburantit me oksidim të drejtpërdrejtë të metanolit (DOMFC)

Qelizat/qelizat alkaline të karburantit (ALFC)

Qelizat e karburantit me elektrolit polimer (PEFC)

Qelizat/qelizat e karburantit me acid të ngurtë (SFC)

Module të ndryshme të qelizave të karburantit. Bateria e qelizave të karburantit

Analizë krahasuese e llojeve dhe llojeve të qelizave të karburantit

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në sistemet e telekomunikacionit

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit në rrjetet e komunikimit

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në rrjetet e të dhënave

Aplikimi i qelizave/celulave të karburantit në sistemet e sigurisë

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në ngrohjen komunale dhe prodhimin e energjisë elektrike

Aplikimi i qelizave/qelizave të karburantit në rrjetet e shpërndarjes

Përdorimi i qelizave të karburantit për të mbrojtur mjedisin - shfrytëzimi i gazit shoqërues të naftës

Kimia si burim i energjisë elektrike

E rikarikueshme

Elektrolit i ngurtë

Qelizat e karburantit me hidrogjen

Efikasiteti i qelizave të karburantit

Magazinimi alternativ elektrokimik

* * *

Parimi i funksionimit të qelizave të karburantit

Shpikja e qelizave të karburantit

Qeliza e karburantit e membranës së shkëmbimit të polimerit (PEMFC)

Qeliza e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC)

Qeliza alkaline e karburantit (AFC)

Qeliza e karburantit me karbonat të shkrirë (MCFC)

Qeliza e karburantit me acid fosforik (PAFC)

Qelizë e karburantit me membranë shkëmbimi polimer

Efikasiteti i qelizave të karburantit

Efikasiteti i një motori me benzinë ​​dhe i një makine bateri-elektrike

Pse të përdorni qelizat e karburantit?

Lexoni gjithashtu

Si të filloni një biznes të mbarështimit të derrave dhe të keni sukses në të

Le të fillojmë me bazat e mbarështimit të lepurit

Ide biznesi me investime minimale

KOMBANA

Efikasiteti i një motori me benzinë dhe i një makine bateri-elektrike