Úvodní stránka | Tato stránka v originále

Palivový článek

palivový článek je forma baterie (ačkoli ne obvykle identifikoval jako jeden) ve kterém jediné kapalné reactants jsou konzumovány, tak oni mohou operovat nepřetržitě, nebo doslova tak, místo toho, aby vyžadoval značné odstranění ze servisu pro nahrazení, rozebrání, nebo doplnit.

Typické reactants jsou vodík na anodové straně a kyslík na katodě strana. V kontrastu, konvenční baterie konzumují pevnou látku reactants a, jakmile tyto reactants jsou vyčerpány, muset být vyřazen, doplněný s elektřinou tím, že provozuje chemickou reakci zpět, nebo, přinejmenším teoreticky, mít jejich elektrody nahradil. Typicky v palivových článkách, reactants vtékají a reakční produkty tečou ven a spojitá dlouhodobá operace je proveditelná doslova jak dlouho jak tyto toky jsou udržovány.

Palivové články jsou také atraktivní v některých žádostech o jejich vysokou výkonnost a nízké znečištění. Některé aplikace, které byly navrhnuté obsahují

Tabulka s obsahem
1 druhy palivových článků
2 věda
3 historie
4 průmysl palivového článku
5 Pros a ošidí palivových článků v různých aplikacích
6 externích spojení

Druhy palivových článků

Je jich tam pět obecně rozpoznal druhy palivových článků, který dva být hlavní předmět intenzivního výzkumu.

PEM palivové články mají spornou zkratku, mínit jeden “proton-blána výměny” nebo “polymer-Electrolyte blána”, který oba jsou ve skutečnosti dobrý popis. V tomto palivovém článku, vodík je rozdělen u povrchu blány v protonech, toho cestování přes blánu a elektronů, to cestování přes náš externí elektrický obvod, a poskytovat naši sílu. Ionty vodíku cestují přes vodu to je strhováno v bláně k onomu světu, kde oni jsou zkombinovaní s kyslíkem k vodě formy. Bohužel, zatímco rozštěpení molekuly vodíku je relativně snadné, rozdělovat silnější kyslík molekula je těžší a toto způsobí významné ztráty, které vyústí v ostrý pokles výkonu palivového článku. PEM palivový článek je primární kandidát pro vozidlo a jiná mobilní použití všech velikostí dole k mobilním telefonům, protože jeho kompaktnosti. Nicméně, voda-strhovat blánu je rozhodující pro výkon: také hodně voda zaplaví blánu, příliš malý bude sušit to; v obou případech, elektrická výroba bude klesat; vodní hospodářství je velmi obtížný předmět v PEM palivových článkách. Dále, platina katalyzátor na bláně je snadno otrávený CO.

PEM systémy, které používají reformovaly methanol byl navrhován, jak v Daimler Chrysler Necar 5; reformovat methanol, tj. nutit to působit dostat vodík, je nicméně velmi komplikovaný proces, to vyžaduje také čištění od CO reakce produkuje. Platina-ruthenium katalyzátor je nutný, zatímco nějaký CO chce nevyhnutelně dosáhnout blány. Úroveň by neměla překročit 10 ppm.

Subcategory PEM je DMFC, nebo nařídit methanol palivový článek; tady, methanol není reformovaný, ale se krmil přímo k palivovému článku. Jeden nepotřebuje komplikované reformování a ukládání methanolu je hodně snadnější než to vodíku. Nicméně, efektivita je nízká, náležitý k vysoké permeaci methanolu přes blánu a dynamické chování je loudavý.

Hlavní výrobce PEM je Ballard energetické soustavy Vancouver, Kanada. Efficiencies PEM být v rozsahu 40-50 %.

Pevné kysličníkové palivové články, nebo SOFC, být míněn hlavně pro pevné aplikace (elektrárny). Oni pracují u velmi vysokých teplot (někteří u 1000şC), a jejich pryč-plyny mohou být zvyklé na oheň druhotná plynová turbína zlepšit efektivitu. Efektivita mohla sahat jak hodně jak 70 % v těchto systémech křížence. Tentokrát, to přiměje kyslík být přenesen přes pevný kysličník u vysoké horečky reagovat s vodíkem na druhé straně. SOFC má tak vysokou teplotu že oni mohou být policajt (poskytoval některé modifikace) se zemním plynem, to bude působit dávat vodík v palivovém článku sám. SOFC je velmi odolný proti otravě, a moci opravdu být útok na CO, který je jed pro PEM.

Protože SOFC je vyroben z keramických materiálů, oni inklinují být křehký; oni jsou proto nevhodní pro mobilní aplikace. Dále, tepelné roztažení požaduje uniformu a pomalu zahřívající proces u startu, to způsobí velmi dlouhé startovací časy: typicky, 8 hodin má být očekáváno. Výzkum jde nyní ve směru nižší-teplota SOFC (600şC), který umožní použití kovových materiálů s lepšími mechanickými vlastnostmi a tepelné vodivosti.

Roztavený-uhličitanové palivové články (MCFC) je také vysoký-teplota, ale v dosahu 600şC. Jejich hlavní problém je koroze a potřeba operovat vysoce-kapalina teploty poněkud než pevná látka jak v SOFC.

Phosphoric-kyselé palivové články (PAFC) je zralá technologie, která je komerčně dostupná. Bohužel, phosphoric kyselina se zpevní dolů 40şC, dělat start velmi obtížný. Oni byli užití na pevné aplikace s efektivitou asi 40 %, a mnoho věřit, že oni nenabídnou hodně potenciálu pro další vývoj.

Alkalický palivový článek (AFC) je buňka, která přínésla muže měsíci. Použitý v Apollu-mise série a na vesmírné lodi, to je velmi dobrý palivový článek, ale pro fakt to je je otrávený CO2. Toto znamená, že buňka bude vyžadovat čistý kyslík, nebo přinejmenším čistil vzduch. Jak tento proces je relativně drahý, ne hodně vývoj je dělán na AFC. NASA rozhodl, že oni přeřadí na PEM pro příští generaci raketoplánů.

Věda

Palivové články jsou zařízení electrochemical, tak oni nejsou omezení maximem termální (Carnot) efektivita jak spalovací motory jsou. Následně, oni mohou mít velmi vysoké efficiencies v přeměnění chemické energie k elektrické energii.

V typickém příkladu vodíku/kyslíkového polymeru electrolyte blána (PEM) palivový článek, proton-řídící blána polymeru oddělí anodu (“palivo”) a strany katody. Každá strana má elektrodu, typicky karbonový papír natíral s platinovým katalyzátorem.

Na anodové straně, vodík se šíří ke katalyzátoru anody kde to se odloučí do protonů a elektronů. Protony jsou řízeny skrze blány ke katodě, ale elektrony jsou nucené cestovat ve vnějším obvodu (dodávat sílu) protože blána je elektronicky izolující.

Na katalyzátoru katody, molekuly kyslíku reagují s elektrony (který cestovali přes externí obvod) a protony k vodě formy.

V tomto příkladě, jediný odpad je vodní pára.

Také, tam je možné použití palivových článků doma, k obchodu energie u levného nočního proudu ohodnotí a použitý u vrcholu-hodiny použití. To může dokonce být výhodné prodávat zádům některé energie k energetické společnosti, jako oni potřebují větrný mlýn elektrická energie. Výroba špičkového výkonu sáhne dvakrát normální úroveň, který znamená to velmi drahé powerplant kapacita je klížena pro úrovně užité na krátké časové období. Také, elektrárny jsou nejvíce účinné u jediné jedné výkonosti a jejich efektivita klesá významně u mimošpičkových mír.

Historie

První palivový článek byl vyvinut v 19. století britským vědcem sir William Grove. Náčrtek byl vydáván v 1843. Ale palivové články neviděly praktické užití až do šedesátých lét, kde oni byli používáni v USA vesmírný program k elektřině nabídky a pitné vodě (vodík a kyslík být snadno dostupný od tanků kosmické lodi). Extrémně drahé materiály byly používány a palivové články vyžadovaly velmi čistý vodík a kyslík. Brzy palivové články inklinovaly vyžadovat nevhodně vysoké provozní teploty, které byly problém v mnohých žádostech.

Další technologické pokroky v osmdesátých létech a devadesátých létech, jako použití Nafion jak electrolyte, a snížení množství drahého požadovaného platinového katalyzátoru, dělali možnost palivových článků v aplikacích spotřebitele takový jako automobily realističtější.

Průmysl palivového článku

Ballard energetické soustavy je hlavní výrobce palivových článků a vedení svět v automobilovém palivovém článku technologie. Přebrodit motorovou společnost a DaimlerChrysler je hlavní investoři v Ballarde. Jak 2003, jen hlavní automobilní společnosti honit vnitřní vývoj palivových článků pro automobilovém použití být Motory generála a Toyota; nejvíce jiní jsou zákazníci Ballarda.

Sjednocené technologie (UTX) je hlavní výrobce velkých, pevných palivových článků používaných jako co-generační elektrárny v nemocnicích a velkých kancelářských budovách. Společnost také vyvinula autobusové parky, které jsou poháněny palivovými články.

Pros a ošidí palivových článků v různých aplikacích

Jejich použití je sporné v některých aplikacích. vodík typicky použitý jak palivo není primární zdroj energie. To je obvykle jen zdroj skryté energie, která musí být vyrobené použití energie od jiných zdrojů. Někteří kritici aktuálních fází této technologie argumentují, že energie potřebovala vytvořit palivo v první řadě smět redukovat konečnou energetickou účinnost systému k pod tím vysoce výkonného benzínu interní-spalovací motory; toto je obzvláště pravdivé jestliže vodík je produkován z elektrolýzy vody elektřinou. Na druhé straně, vodík může být produkován z metanového plynu (primární součást zemního plynu) s přibližně 80 % efektivita. Metanový plyn konverzní metoda pustí skleníkotvorné plyny, nicméně, a ideální okolní systém byl by používat obnovitelné energetické zdroje tvořit vodík přes elektrolýzu. Jiné druhy palivových článků nečelí tuto problému. Například, biologické palivové články vezmou glukózu a methanol od kousků jídla a změnit to na vodík a potravu pro baktérie.

Tam jsou praktické problémy být přemožen také. Ačkoli použití palivových článků pro spotřební výrobky je pravděpodobné v blízké budoucnosti, nejvíce aktuální designy nebudou pracovat jestliže orientovaná vrchní část dole. Oni současně nemohou být slezeni k malé velikosti potřebované přenosnými přístroji takový jako mobilní telefony. Aktuální designy potřebují větrat a proto mohou ne operovat pod vodou. Oni nemohou být použitelní na letadle protože rizika otvorů paliva přes otvory. Technologie pro bezpečné tankování spotřebitelských palivových článků nejsou zatím na místě.

Mezi polemiky v použití vodíku být: Nejprve, energie produkovala vodík je srovnatelný s energií ve vodíku, to je nedostatečné proto příliš drahý. Jestliže konvenční powerplants byl zvyklý na produkci vodík, přinejlepším, tam by byl žádné zisky v aktuálních znečišťovacích mírách. Sekunda, někteří navrhli, že toto je “kráčející kůň” připomenout jadernou energii, který může být jediný obchodně životaschopný způsob, jak dělat vodík a redukovat znečištění. Konečně, potřeba poskytovat velmi dlouho, nákladné a zranitelné tisíce mílí plynovodů dělá vodík příliš nákladný bez vládní pomoci.

Tam je několik výhod pro vodík také. Čisté, obnovitelné zdroje energie jako sluneční a větrná energie být nespojitý a nespolehlivý přes běh dne. Tak síla od těchto zdrojů není vždy dostupná v době to je potřebováno. Elektřina produkovaná od slunečních kolektorů nebo generátorů větru mohla být uložena ve velkých bateriových komplexech ale toto může být drahé a baterie mají omezenou kapacitu paměti a celý život. Jestliže elektřina je zvyklá na vodík produkce nicméně, energie může být uložena více snadno. Jako plyn vodík není těžko k obchodu, než to je potřebováno.

Externí odkazy