Yakıt hücresi veya sonsuz pil. Hidrojen yakıt hücresi: tanımı, özellikleri, çalışma prensibi, fotoğraf Ev için yakıt hücresi

Ön dönüşümleri atlayarak kimyasal enerjiyi doğrudan elektriğe dönüştürürler. Bariz performans avantajlarına rağmen elementler, karmaşıklıkları nedeniyle icat edildikten hemen sonra piyasada bir sıçrama yapamadı. Ancak yeşil teknolojiler gelişiyor. Vaillantlı araştırmacılar evde kullanıma uygun basit bir cihaz geliştirdiler.

Dr. Matthias Jahn, "Her zaman yakıt hücresi sistemi hakkında konuşmalıyız" diyor.Modüller ve Sistemler Daire BaşkanıFraunhofer Enstitüsü seramik teknolojileri ve sistemler(Fraunhofer Seramik Teknolojileri ve Sistemleri Enstitüsü, IKTS) Dresden'de. Bir hücre, nesnelere güç sağlamak için yetersiz olan küçük bir voltaj üretir. Bu nedenle pillere benzetilerek birkaç yakıt hücresi birleştirilir. birleşik sistem. Her yakıt hücresi bir kompakt disk boyutundadır. "Grupları çağırıyoruz[elementler] Yığınlar,” diye açıklıyor Dr. Yang.

Yakıt hücreleri dönüştürülüyor doğal gaz doğrudan elektriğe. Onlar bundan çok daha etkili kurulumlar çeşitli dönüşüm aşamaları kullanan içten yanmalı motorlarla. Öncelikle yakıtın yanması sonucu açığa çıkan enerji dönüştürülür. motordan mekanik bir motora elektrik jeneratörünün şaftını döndüren. Dönüşüm zincirinin bir sonucu olarak enerjinin çoğu kaybolur.

Tanınmış bir ısıtma ekipmanı üreticisi ile birlikte Vaillant, Fraunhofer Enstitüsü kompakt, güvenli ve güvenilir sistemözel evler için doğal gazdan elektrik ve ısı üreten yakıt hücreleri.Şu anda var yapı özel evlerde test pratik çalışması yapılıyor.

Boyut açısından, duvara montaja uyarlanmış bir ev tipi yakıt hücreli enerji santrali, geleneksel ısıtma kazanlarından farklı değildir, ancak sadece ısı değil, aynı zamanda elektrik enerjisi de üretir. Çıkış gücü 1 kW,ihtiyaçları karşılamaya ne yeter ortalama yedi ve 4 kişi.

Avrupa tanıtım projesi ene.field'ın bir parçası olarak, bazı AB ülkelerinde bu tür yaklaşık 150 enerji ünitesi kuruldu. Ayrıca 2014 yılı başında Yiğit küçük ölçekli üretime başladılar.

T Minyatür yakıt hücreleri teknolojik olarak öncelikle otomobillerde kullanılanlardan farklıdır. HAKKINDA Temel operasyonel fark ısıtma derecesindedir. Otomotiv yakıt hücrelerinin proton değişim zarı üzerindeki çalışma sıcaklığı 80 dereceye ulaşırsa, o zaman kullanılmış Fraunhofer Enstitüsü'nden araştırmacılar tarafından katı yakıt hücresi teknolojisi 850 dereceye kadar ısıtmayı içeriyor. Ancak katı elementler daha ucuz ve basittir. Değerli ve nadir metaller içermeyen seramikleri elektrolit olarak kullanıyorlar.

Yakıt hücresi, elektrokimyasal reaksiyon yoluyla verimli bir şekilde ısı ve doğru akım üreten ve hidrojen açısından zengin bir yakıt kullanan bir cihazdır. Çalışma prensibi pilinkine benzer. Yapısal olarak yakıt hücresi bir elektrolit ile temsil edilir. Bunda bu kadar özel olan ne? Hidrojen yakıt hücreleri, pillerden farklı olarak elektrik enerjisi depolamaz, yeniden şarj olmak için elektriğe ihtiyaç duymaz ve deşarj olmaz. Hücreler, hava ve yakıt kaynağı olduğu sürece elektrik üretmeye devam eder.

Özellikler

Yakıt hücrelerinin diğer elektrik jeneratörlerinden farkı, çalışma sırasında yakıt yakmamasıdır. Bu özelliğinden dolayı yüksek basınçlı rotorlara ihtiyaç duymaz, yüksek ses ve titreşim yaymazlar. Yakıt hücrelerinde elektrik, sessiz bir elektrokimyasal reaksiyonla üretilir. Bu tür cihazlarda yakıtın kimyasal enerjisi doğrudan suya, ısıya ve elektriğe dönüştürülür.

Yakıt hücreleri farklıdır yüksek verim ve büyük miktarlarda sera gazı üretmezler. Hücrenin çalışması sırasında ortaya çıkan emisyon ürünü, yakıt olarak saf hidrojen kullanıldığında açığa çıkmayan, buhar ve karbon dioksit formundaki az miktarda sudur.

Görünüm tarihi

1950'li ve 1960'lı yıllarda NASA'nın uzun vadeli uzay görevleri için ortaya çıkan enerji kaynaklarına olan ihtiyacı, o dönemde yakıt hücreleri için en kritik zorluklardan birini tetikledi. Alkali hücreler, yakıt olarak oksijen ve hidrojeni kullanır ve bunlar, elektrokimyasal bir reaksiyonla uzay uçuşu sırasında faydalı yan ürünlere (elektrik, su ve ısı) dönüştürülür.

Yakıt hücreleri ilk olarak 19. yüzyılın başında, 1838'de keşfedildi. Aynı zamanda etkinliklerine ilişkin ilk bilgiler de ortaya çıktı.

Alkali elektrolitlerin kullanıldığı yakıt hücreleri üzerindeki çalışmalar 1930'ların sonlarında başladı. Altında nikel kaplı elektrotlara sahip hücreler yüksek basınç sadece 1939'da icat edildi. İkinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz denizaltıları için yaklaşık 25 santimetre çapında alkalin hücrelerden oluşan yakıt hücreleri geliştirildi.

Petrol yakıtı kıtlığıyla karakterize edilen 1950-80'lerde bunlara olan ilgi arttı. Dünyanın dört bir yanındaki ülkeler, çevre dostu yakıt hücresi üretim teknolojisi geliştirme çabasıyla hava ve çevre kirliliği sorunlarını ele almaya başlamış olup, şu anda aktif olarak geliştirilmektedir.

Çalışma prensibi

Isı ve elektrik, katot, anot ve elektrolitin yer aldığı elektrokimyasal reaksiyonun bir sonucu olarak yakıt hücreleri tarafından üretilir.

Katot ve anot, proton ileten bir elektrolit ile ayrılır. Oksijen katoda ve hidrojen anoda girdikten sonra, ısı, akım ve su ile sonuçlanan bir kimyasal reaksiyon başlatılır.

Anot katalizöründe ayrışır, bu da elektron kaybına yol açar. Hidrojen iyonları elektrolit yoluyla katoda girer ve aynı zamanda elektronlar dış kattan geçer. elektrik ağı ve ekipmana güç sağlamak için kullanılan doğru akımı yaratın. Katot katalizöründeki bir oksijen molekülü, bir elektron ve gelen bir protonla birleşerek sonuçta reaksiyonun tek ürünü olan suyu oluşturur.

Türler

Belirli bir yakıt hücresi tipinin seçimi, uygulamaya bağlıdır. Tüm yakıt hücreleri iki ana kategoriye ayrılır: yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık. İkincisi yakıt olarak saf hidrojen kullanır. Bu tür cihazlar tipik olarak birincil yakıtın saf hidrojene dönüştürülmesini gerektirir. İşlem özel ekipmanlar kullanılarak gerçekleştirilir.

Yüksek sıcaklıktaki yakıt hücreleri, yakıtı düşük sıcaklıkta dönüştürdükleri için buna ihtiyaç duymazlar. yüksek sıcaklıklar ah, bu da hidrojen altyapısı oluşturma ihtiyacını ortadan kaldırıyor.

Hidrojen yakıt hücrelerinin çalışma prensibi, etkisiz yanma süreçleri olmadan kimyasal enerjinin elektrik enerjisine, termal enerjinin ise mekanik enerjiye dönüştürülmesine dayanmaktadır.

Genel konseptler

Hidrojen yakıt hücreleri, yakıtın yüksek verimli "soğuk" yanması yoluyla elektrik üreten elektrokimyasal cihazlardır. Bu tür cihazların birkaç türü vardır. En umut verici teknolojinin, proton değişim membranı PEMFC ile donatılmış hidrojen-hava yakıt hücreleri olduğu düşünülmektedir.

Proton ileten polimer membran, iki elektrodu (katot ve anot) ayırmak için tasarlanmıştır. Her biri, üzerinde birikmiş bir katalizör bulunan bir karbon matrisi ile temsil edilir. anot katalizöründe ayrışır ve elektron verir. Katyonlar membran aracılığıyla katoda iletilir, ancak membran elektronları aktaracak şekilde tasarlanmadığından elektronlar dış devreye aktarılır.

Katot katalizöründeki bir oksijen molekülü, elektrik devresinden gelen bir elektron ve gelen bir proton ile birleşerek sonuçta reaksiyonun tek ürünü olan suyu oluşturur.

Hidrojen yakıt hücreleri, enerji sisteminin ana üretici elemanları olarak görev yapan membran-elektrot ünitelerinin üretiminde kullanılmaktadır.

Hidrojen Yakıt Pillerinin Avantajları

Aralarında:

• Artan spesifik ısı kapasitesi.
• Geniş çalışma sıcaklığı aralığı.
• Titreşim, gürültü veya ısı lekesi yok.
• Soğuk çalıştırma güvenilirliği.
• Kendi kendine deşarj olmaması, uzun süreli enerji depolamayı garanti eder.
• Yakıt kartuşu sayısını değiştirerek enerji yoğunluğunu ayarlama yeteneği sayesinde sınırsız özerklik.
• Hidrojen depolama kapasitesini değiştirerek neredeyse her türlü enerji yoğunluğunu sağlar.
• Uzun servis ömrü.
• Sessiz ve çevre dostu çalışma.
• Yüksek düzeyde enerji yoğunluğu.
• Hidrojendeki yabancı yabancı maddelere karşı tolerans.

Uygulama alanı

Yüksek verimlilikleri nedeniyle hidrojen yakıt hücreleri çeşitli alanlarda kullanılmaktadır:

• Taşınabilir şarj cihazları.
• İHA'lar için güç kaynağı sistemleri.
• Kesintisiz güç kaynakları.
• Diğer cihaz ve ekipmanlar.

Hidrojen enerjisi için beklentiler

Hidrojen peroksit yakıt hücrelerinin yaygın kullanımı ancak etkili yol hidrojen elde etmek. Teknolojiyi aktif kullanıma sokmak için yeni fikirlere ihtiyaç vardır. büyük umutlar biyoyakıt hücreleri ve nanoteknoloji kavramına dayanmaktadır. Bazı şirketler nispeten yakın zamanda çeşitli metallere dayalı etkili katalizörler piyasaya sürdü, aynı zamanda membransız yakıt hücrelerinin oluşturulması hakkında bilgiler ortaya çıktı, bu da üretim maliyetini önemli ölçüde azaltmayı ve bu tür cihazların tasarımını basitleştirmeyi mümkün kıldı. Hidrojen yakıt hücrelerinin avantajları ve özellikleri, ana dezavantajlarından (özellikle hidrokarbon cihazlarla karşılaştırıldığında yüksek maliyet) daha ağır basmamaktadır. Bir hidrojen santralinin kurulması en az 500 bin dolar gerektiriyor.

Hidrojen yakıt hücresi nasıl monte edilir?

Normal bir ev veya okul laboratuvarında kendiniz düşük güçlü bir yakıt hücresi oluşturabilirsiniz. Kullanılan malzemeler eski bir gaz maskesi, pleksiglas parçaları ve sulu bir çözeltidir. etil alkol ve alkali.

Hidrojen yakıt hücresinin gövdesi, en az beş milimetre kalınlığında pleksiglastan kendi elleriyle oluşturulur. Bölmeler arasındaki bölmeler daha ince olabilir - yaklaşık 3 milimetre. Pleksiglas, kloroform veya dikloroetan ve pleksiglas talaşından yapılan özel bir yapıştırıcı ile birbirine yapıştırılır. Tüm çalışmalar yalnızca başlık çalışırken gerçekleştirilir.

Muhafazanın dış duvarına, içine kauçuk bir tıpa ve bir cam drenaj borusunun yerleştirildiği 5-6 santimetre çapında bir delik açılır. Gaz maskesindeki aktif karbon, yakıt hücresi mahfazasının ikinci ve dördüncü bölmelerine dökülür - elektrot olarak kullanılacaktır.

Yakıt ilk odada dolaşacak, beşinci oda ise oksijenin sağlanacağı havayla doldurulacak. Elektrotlar arasına dökülen elektrolit, içine girmesini önlemek için parafin ve benzinden oluşan bir çözelti ile emprenye edilir. hava odası. Üzerinden akımın boşaltılacağı kömür tabakasının üzerine lehimlenmiş telli bakır plakalar yerleştirilir.

Birleştirilen hidrojen yakıt hücresi, 1:1 oranında suyla seyreltilmiş votka ile dolduruluyor. Elde edilen karışıma kostik potasyum dikkatlice eklenir: 70 gram potasyum 200 gram suda çözülür.

Bir hidrojen yakıt hücresini test etmeden önce, birinci bölmeye yakıt, üçüncü bölmeye ise elektrolit dökülür. Elektrotlara bağlı bir voltmetrenin okuması 0,7 ila 0,9 volt arasında değişmelidir. Elemanın sürekli çalışmasını sağlamak için kullanılmış yakıt çıkarılmalı ve yeni yakıt kauçuk bir tüpten dökülmelidir. Boru sıkılarak yakıt besleme hızı ayarlanır. Evde monte edilen bu tür hidrojen yakıt hücrelerinin gücü çok azdır.

RU 2379795 patentinin sahipleri:

Buluş, katı asit elektrolitleri ve dahili reformasyon katalizörleri kullanan doğrudan etkili alkol yakıt pilleriyle ilgilidir. Buluşun teknik sonucu elemanın özgül gücünün ve voltajının arttırılmasıdır. Buluşa göre bir yakıt hücresi, bir anot, bir katot, bir katı asit elektroliti, bir gaz difüzyon katmanı ve bir dahili reformer katalizörü içerir. Dahili reformer katalizör herhangi bir uygun reformer olabilir ve anoda bitişik olarak yerleştirilebilir. Bu konfigürasyonda, yakıt hücresindeki katalizör üzerindeki ekzotermik reaksiyonlarda üretilen ısı ve yakıt hücresi elektrolitinin omik ısınması, alkol yakıtını hidrojene dönüştüren endotermik yakıt reformasyon reaksiyonu için itici güçtür. Metanol veya etanol gibi herhangi bir alkollü yakıtın kullanılması mümkündür. 5n. ve 20 maaş uçuş, 4 hasta.

Teknoloji alanı

DOĞRUDAN ALKOL YAKIT HÜCRELERİ Buluş, katı asit elektrolitleri kullanan doğrudan alkol yakıt pilleriyle ilgilidir.

Teknoloji harikası

Alkoller son zamanlarda potansiyel yakıtlar olarak yoğun araştırmalara konu oldu. Özellikle tercih edilen yakıtlar metanol ve etanol gibi alkollerdir çünkü enerji yoğunlukları standart sıkıştırılmış hidrojenden beş ila yedi kat daha fazladır. Örneğin, bir litre metanol, enerji açısından 320 atm'ye sıkıştırılmış 5,2 litre hidrojene eşdeğerdir. Ayrıca bir litre etanol, enerji açısından 350 atm'ye sıkıştırılmış 7,2 litre hidrojene eşdeğerdir. Bu tür alkoller aynı zamanda işlenmeleri, depolanmaları ve nakledilmeleri kolay olduğundan da tercih edilir.

Metanol ve etanol, alkol yakıtı açısından birçok araştırmaya konu olmuştur. Etanol, şeker ve nişasta içeren bitkilerin fermente edilmesiyle üretilebilir. Metanol, odunun veya odun/tahıl atıklarının (saman) gazlaştırılmasıyla üretilebilir. Ancak metanol sentezi daha etkilidir. Bu alkoller, diğer şeylerin yanı sıra yenilenebilir kaynaklardır ve bu nedenle hem sera gazı emisyonlarının azaltılmasında hem de fosil yakıtlara olan bağımlılığın azaltılmasında önemli bir rol oynadıklarına inanılmaktadır.

Yakıt hücreleri, bu tür alkollerin kimyasal enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren cihazlar olarak önerilmiştir. Bu bağlamda polimer elektrolit membranlara sahip direkt alkol yakıt hücreleri yoğun araştırmalara tabi tutulmuştur. Araştırma özellikle doğrudan metanol yakıt hücrelerine ve doğrudan etanol yakıt hücrelerine odaklandı. Bununla birlikte, doğrudan etanol yakıt hücreleri üzerine yapılan araştırmalar, etanolü oksitlemenin metanolün oksitlenmesine kıyasla göreceli zorluğu nedeniyle sınırlı olmuştur.

Bu kapsamlı araştırma çabalarına rağmen, doğrudan alkol yakıt hücrelerinin performansı, esas olarak elektrot katalizörlerinin getirdiği kinetik sınırlamalar nedeniyle yetersiz kalmaktadır. Örneğin, tipik doğrudan metanol yakıt hücrelerinin güç yoğunluğu yaklaşık 50 mW/cm2'dir. Daha fazlasını aldık yüksek seviyelerözgül güç, örneğin 335 mW/cm2, ancak yalnızca aşırı zorlu koşullar altında (1,8 atm basınçta 2 cc/dakika akış hızı için Nafion®, 130°C, oksijen 5 atm ve metanol 1 M). Benzer şekilde, doğrudan etanol yakıt hücresi benzer aşırı zorlu koşullar altında (Nafion® - silika, 140°C, anot 4 atm, oksijen 5,5 atm) 110 mW/cm2 güç yoğunluğuna sahiptir. Buna göre, bu tür aşırı koşulların bulunmadığı durumlarda, yüksek güç yoğunluklarına sahip doğrudan alkol yakıt hücrelerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Buluşun özeti

ALKOL YAKIT PİLLERİ Mevcut buluş, katı asit elektrolitleri içeren ve dahili bir reformasyon katalizörü kullanan alkol yakıt pilleriyle ilgilidir. Bir yakıt hücresi genel olarak bir anot, bir katot, bir katı asit elektroliti ve bir dahili dönüştürücüden oluşur. Reformer, alkol yakıtının hidrojen üretecek şekilde reformasyonunu sağlar. Reforming reaksiyonunun itici gücü, yakıt hücresindeki ekzotermik reaksiyonlar sırasında üretilen ısıdır.

Yakıt hücresinde katı asit elektrolitlerin kullanılması, reformerin doğrudan anotun yanına yerleştirilmesini mümkün kılar. Daha önce bunun gerekli yüksek sıcaklıklar nedeniyle mümkün olduğu düşünülmüyordu. etkili işleyiş bilinen reformasyon malzemeleri ve tipik polimer elektrolit membranların ısıya duyarlılığı. Bununla birlikte, geleneksel polimer elektrolit membranlarla karşılaştırıldığında, katı asit elektrolitleri çok daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir, bu da reformerin anoda bitişik ve dolayısıyla elektrolite yakın konumlandırılmasını mümkün kılar. Bu konfigürasyonda, elektrolit tarafından üretilen atık ısı, dönüştürücü tarafından emilir ve endotermik dönüştürme reaksiyonu için itici güç görevi görür.

Çizimlerin kısa açıklaması

Mevcut buluşun bu ve diğer özellikleri ve avantajları aşağıdakiler okunduğunda daha iyi anlaşılacaktır: Detaylı Açıklama Ekteki çizimlerle birlikte dikkate alındığında:

Şekil 1, mevcut buluşun bir düzenlemesine göre bir yakıt hücresinin şematik bir gösterimidir;

Şekil 2, Örnek 1 ve 2 ve Karşılaştırmalı Örnek 1'e göre elde edilen yakıt hücreleri için güç yoğunluğu ve hücre voltajı arasındaki eğrilerin grafiksel bir karşılaştırmasıdır;

Şekil 3, Örnek 3, 4 ve 5'e ve Karşılaştırmalı Örnek 2'ye göre elde edilen yakıt hücreleri için güç yoğunluğu hücresi voltaj eğrilerinin grafiksel bir karşılaştırmasıdır; Ve

Şekil 4, Karşılaştırmalı Örnekler 2 ve 3'e göre elde edilen yakıt hücreleri için güç yoğunluğuna karşı hücre voltajı eğrilerinin grafiksel bir karşılaştırmasıdır.

Buluşun ayrıntılı açıklaması

DOĞRUDAN ALKOL YAKIT HÜCRELERİ Mevcut buluş, katı asit elektrolitleri içeren ve hidrojen üretmek üzere alkol yakıtını yeniden düzenlemek üzere tasarlanmış bir membran elektrot düzeneği (MEA) ile fiziksel temas halinde bir dahili reformasyon katalizörü kullanan doğrudan alkol yakıt pilleriyle ilgilidir. Yukarıda belirtildiği gibi, alkollerdeki kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yakıt hücrelerinin performansı, yakıt hücresi elektrot katalizörlerinin dayattığı kinetik sınırlamalar nedeniyle yetersiz kalmaktadır. Ancak hidrojen yakıtı kullanıldığında bu kinetik sınırlamaların önemli ölçüde azaldığı iyi bilinmektedir. Buna göre mevcut buluş, hidrojen üretmek üzere bir alkol yakıtını yeniden düzenlemek, böylece alkol yakıtıyla ilişkili kinetik sınırlamaları azaltmak veya ortadan kaldırmak üzere tasarlanmış bir dönüştürme katalizörü veya dönüştürücüyü kullanır. Alkol yakıtları aşağıdaki reaksiyon örneklerine göre buharla reforme edilir:

Metanolden hidrojene: CH3OH + H20 → 3H2 + C02;

Etanolden hidrojene: C2H5OH+3H20→6H2+2CO2.

Ancak reformasyon reaksiyonu oldukça endotermiktir. Bu nedenle reformasyon reaksiyonu için itici gücü elde etmek amacıyla reformerin ısıtılması gerekir. Gerekli ısı miktarı tipik olarak metanolün molü başına yaklaşık 59 kJ (yaklaşık 0,25 mol hidrojenin yanmasına eşdeğer) ve etanolün molü başına yaklaşık 190 kJ'dir (yaklaşık 0,78 mol hidrojenin yanmasına eşdeğerdir).

Geçiş sonucu elektrik akımı Yakıt hücrelerinin çalışması sırasında, etkin bir şekilde uzaklaştırılması sorunlu olan atık ısı üretilir. Bununla birlikte, bu atık ısının üretilmesi, reformerin doğrudan yakıt hücresinin yanına yerleştirilmesini doğal bir seçim haline getirmektedir. Bu konfigürasyon, hidrojenin dönüştürücüden yakıt hücresine beslenmesine ve yakıt hücresini soğutmasına izin verir ve yakıt hücresinin dönüştürücüyü ısıtmasına ve buradaki reaksiyonlar için itici güç sağlamasına olanak tanır. Bu konfigürasyon, erimiş karbonat yakıt hücrelerinde ve yaklaşık 650°C'de meydana gelen metan reformasyon reaksiyonlarında kullanılır. Ancak alkol reformasyon reaksiyonları genellikle yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C arasındaki sıcaklıklarda meydana gelir ve alkol reformasyonunu kullanan uygun bir yakıt hücresi henüz geliştirilmemiştir.

Bu buluş, alkol reformasyonu kullanan böyle bir yakıt pili ile ilgilidir. ŞEKİL 1'de gösterildiği gibi, mevcut buluşa uygun bir yakıt hücresi (10) genel olarak bir birinci akım toplayıcı/gaz difüzyon katmanı (12), bir anot (12a), bir ikinci akım toplayıcı/gaz difüzyon katmanı (14), bir katot (14a), bir elektrolit (16), ve bir dahili reformasyon katalizörü (18). Anotun (12a) bitişiğinde yer alan dahili reformasyon katalizörü (18). Daha spesifik olarak, reformasyon katalizörü (18), birinci gaz difüzyon katmanı (12) ile anot (12a) arasında konumlandırılır. Bilinen herhangi bir uygun reformasyon katalizörü (18) kullanılabilir. Uygun reformasyon katalizörlerinin sınırlayıcı olmayan örnekleri arasında Cu-Zn-Al oksit karışımları, Cu-Co-Zn-Al oksit karışımları ve Cu-Zn-Al-Zr oksit karışımları yer alır.

Metanol, etanol ve propanol gibi herhangi bir alkol yakıtı kullanılabilir. Ayrıca yakıt olarak dimetil eter de kullanılabilir.

Tarihsel olarak, reformasyon reaksiyonunun endotermik doğası ve elektrolitin ısıya duyarlılığı nedeniyle bu konfigürasyonun alkol yakıt hücreleri için mümkün olduğu düşünülmüyordu. Tipik alkol yakıt hücreleri, reformasyon katalizörüne itici güç sağlamak için gereken ısıya dayanamayan polimer elektrolit membranlar kullanır. Bununla birlikte, mevcut buluşun yakıt hücrelerinde kullanılan elektrolitler, KATI ASİT KULLANILARAK PROTON İLETEN MEMBRAN başlıklı ABD Patenti No. 6,468,684'te açıklananlar gibi katı asit elektrolitleri içerir; tam içerik burada referans olarak zikredilen ve birlikte beklemede olan ABD patent başvurusunda yer alan kayıt numarası 10/139043 başlıklı, KATI ASİT KULLANILAN PROTON İLETKEN MEMBRAN'da anlatılmıştır; bu belgenin tüm içeriği de referans amacıyla buraya dahil edilmiştir. Mevcut buluşta elektrolit olarak kullanılmaya uygun katı asidin sınırlayıcı olmayan bir örneği CsH2P04'tür. Mevcut buluşun yakıt hücrelerinde kullanılan katı asit elektrolitleri çok daha yüksek sıcaklıklara dayanabilir, bu da reformasyon katalizörünün doğrudan anotun yanına yerleştirilmesini mümkün kılar. Ek olarak, endotermik reforming reaksiyonu, yakıt hücresindeki ekzotermik reaksiyonların ürettiği ısıyı tüketerek termal olarak dengeli bir sistem oluşturur.

Bu katı asitler süperprotik fazlarında kullanılır ve yaklaşık 100°C ila yaklaşık 350°C sıcaklık aralığında proton ileten membranlar olarak görev yapar. Bu sıcaklık aralığının üst ucu metanolün dönüştürülmesi için idealdir. Reformasyon reaksiyonu için itici gücü sağlamaya yeterli ısı üretimini sağlamak ve katı asit elektrolitin proton iletkenliğini sağlamak için mevcut buluşun yakıt hücresi tercihen yaklaşık 100°C ila yaklaşık 500°C arasındaki sıcaklıklarda çalıştırılır. Bununla birlikte, yakıt hücresinin yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C arasındaki sıcaklıklarda çalıştırılması daha çok tercih edilir. Alkol yakıt hücrelerinin performansını önemli ölçüde artırmanın yanı sıra, buluşun alkol yakıt hücrelerinin nispeten yüksek çalışma sıcaklıkları, sırasıyla anot ve katot üzerindeki Pt/Ru ve Pt gibi pahalı metal katalizörlerin daha az maliyetli metal katalizörlerle değiştirilmesine olanak sağlayabilir. pahalı katalizör malzemeleri.

Aşağıdaki örnekler ve karşılaştırmalı örnekler, buluşun alkol yakıt hücrelerinin üstün performans özelliklerini göstermektedir. Ancak bu örnekler yalnızca açıklama amacıyla sunulmuştur ve buluşu bu örneklerle sınırlandırdığı şeklinde yorumlanmamalıdır.

Örnek 1: Metanol Yakıt Pili

Anodik elektrokatalizör olarak 13 mg/cm2 Pt/Ru kullanıldı. Cu (%30 ağ.) - Zn (%20 ağ.) - Al, dahili reformasyon katalizörü olarak kullanıldı. Katot elektrokatalizörü olarak 15 mg/cm2 Pt kullanıldı. Elektrolit olarak 160 μm kalınlığında bir CsH2PO4 membranı kullanıldı. Buhar haline dönüştürülen metanol ve su karışımları, 100 μL/dk akış hızında anot boşluğuna beslendi. Katoda 50 cm3/dak'lık bir akış hızında (standart sıcaklık ve basınç) %30 nemlendirilmiş oksijen sağlandı. Metanol:su oranı 25:75 idi. Eleman sıcaklığı 260°C'ye ayarlandı.

Örnek 2: Etanol Yakıt Pili

Anodik elektrokatalizör olarak 13 mg/cm2 Pt/Ru kullanıldı. Cu (%30 ağ.) - Zn (%20 ağ.) - Al, dahili reformasyon katalizörü olarak kullanıldı. Katot elektrokatalizörü olarak 15 mg/cm2 Pt kullanıldı. Elektrolit olarak 160 μm kalınlığında bir CsH2PO4 membranı kullanıldı. Buhar haline dönüştürülen etanol ve su karışımları, 100 μL/dk akış hızında anot boşluğuna beslendi. Katoda 50 cm3/dak'lık bir akış hızında (standart sıcaklık ve basınç) %30 nemlendirilmiş oksijen sağlandı. Etanol:su oranı 15:85 idi. Eleman sıcaklığı 260°C'ye ayarlandı.

Karşılaştırmalı Örnek 1 - Saf H2 Kullanan Yakıt Pili

Anodik elektrokatalizör olarak 13 mg/cm2 Pt/Ru kullanıldı. Katot elektrokatalizörü olarak 15 mg/cm2 Pt kullanıldı. Elektrolit olarak 160 μm kalınlığında bir CsH2PO4 membranı kullanıldı. Anot alanına 100 μL/dak akış hızında %3 nemlendirilmiş hidrojen sağlandı. Katoda 50 cm3/dak'lık bir akış hızında (standart sıcaklık ve basınç) %30 nemlendirilmiş oksijen sağlandı. Eleman sıcaklığı 260°C'ye ayarlandı.

Şekil 2, örnek 1 ve 2 ve karşılaştırmalı örnek 1 için spesifik güç ile hücre voltajı arasındaki ilişkinin eğrilerini göstermektedir. Gösterildiği gibi, metanol yakıt hücresi için (örnek 1), 69 mW/cm2'lik bir tepe güç yoğunluğuna ulaşılır; etanol (örnek 2) yakıt hücresi hücresi 53 mW/cm2'lik bir tepe güç yoğunluğuna ulaşır ve bir hidrojen yakıt hücresi için (Karşılaştırmalı Örnek 1) 80'lik bir tepe güç yoğunluğuna ulaşılır

mW/cm2. Bu sonuçlar, Örnek 1 ve Karşılaştırmalı Örnek 1'e uygun olarak elde edilen yakıt hücrelerinin çok benzer olduğunu göstermektedir; bu, bir dönüştürücüye sahip metanol yakıt hücresinin neredeyse bir hidrojen yakıt hücresininki kadar iyi bir performans sergilediğini gösterir; bu da önemli bir gelişmedir. Ancak aşağıdaki örneklerde ve karşılaştırmalı örneklerde gösterildiği gibi elektrolitin kalınlığının azaltılmasıyla güç yoğunluğunda ilave bir artış elde edilir.

Yakıt hücresi, hem gaz difüzyon katmanı hem de akım toplayıcı olarak görev yapan gözenekli paslanmaz çelik bir destek üzerine CsH2PO4'ün bulamaçla biriktirilmesiyle üretildi. Katot elektrokatalizör katmanı ilk olarak gaz difüzyon katmanı üzerine yerleştirildi ve daha sonra elektrolit katmanının biriktirilmesinden önce sıkıştırıldı. Bundan sonra, bir anot elektrokatalizörü tabakası biriktirildi ve ardından yapının son tabakası olarak ikinci bir gaz difüzyon elektrodu yerleştirildi.

Anot elektrotu olarak CsH2P04, Pt (atom ağırlığı %50) Ru, Pt (ağırlıkça %40) - Ru (ağırlıkça %20) ve C (ağırlıkça %40) üzerinde desteklenen bir naftalin karışımı kullanıldı. CsH2P04:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naftalin karışımındaki bileşenlerin oranı 3:3:1:0,5 (ağırlıkça) idi. Karışımı kullandım toplam sayısı 50 mg. Pt ve Ru yüklemeleri sırasıyla 5,6 mg/cm2 ve 2,9 mg/cm2 idi. Anot elektrotunun alanı 1,74 cm2 idi.

Katot elektrotu olarak C (ağırlıkça %50) üzerinde biriktirilen CsH2P04, Pt, Pt (ağırlıkça %50) ve naftalinden oluşan bir karışım kullanıldı. CsH2P04:Pt:Pt-C:naftalin karışımındaki bileşenlerin oranı 3:3:1:1 (ağırlıkça) idi. Karışım toplam 50 mg miktarında kullanıldı. Pt yüklemeleri 7,7 mg/cm2 idi. Katot alanı 2,3-2,9 cm1 idi.

CuO (ağırlıkça %30) - ZnO (ağırlıkça %20) - Al203, reformasyon katalizörü olarak kullanıldı, yani CuO (31 mol %) - ZnO (ağırlıkça %16 mol) - Al203 . Reformasyon katalizörü, bir bakır, çinko ve alüminyum nitrat çözeltisi (toplam metal konsantrasyonu 1 mol/L idi) ve sulu bir sodyum karbonat çözeltisi (1,1 mol/L) kullanılarak bir birlikte çökeltme yöntemiyle hazırlandı. Çökelti deiyonize suyla yıkandı, filtrelendi ve 120°C'de 12 saat havada kurutuldu. 1 g miktarındaki kurutulmuş toz, 3,1 mm kalınlığa ve 15,6 mm çapa kadar hafifçe preslendi ve ardından 350°C'de 2 saat kalsine edildi.

Elektrolit olarak 47 μm kalınlığında bir CsH2PO4 membranı kullanıldı.

Bir metanol-su çözeltisi (%43 hacim veya %37 ağırlık veya %25 mol veya 1,85 M metanol), 135 uL/dakika akış hızında bir cam buharlaştırıcıdan (200°C) beslendi. Eleman sıcaklığı 260°C'ye ayarlandı.

Yakıt hücresi, bir metanol-su karışımı değil, bir etanol-su karışımının (%36 hacim veya %31 ağırlık) buharlaştırıcıdan (200°C) belirli bir sıcaklıkta beslenmesi haricinde yukarıdaki Örnek 3'e uygun olarak hazırlandı. akış hızı 114 ul/dakika veya %15 mol veya 0,98 M etanol).

Yakıt hücresi, 100 uL/dakika akış hızında metanol-su karışımı yerine votka (Absolut Vodka, İsveç) (%40 hacim veya %34 ağırlık, veya %17 mol) etanol sağlandı.

Karşılaştırmalı örnek 2

Yakıt hücresi yukarıdaki Örnek 3'e uygun olarak hazırlandı, ancak metanol-su karışımı yerine dakikada 100 standart santimetreküp miktarında kurutulmuş hidrojen kullanıldı, sıcak su (70°C) ile nemlendirildi.

Karşılaştırmalı örnek 3

Hiçbir reformasyon katalizörünün kullanılmaması ve hücre sıcaklığının 240°C'ye ayarlanması dışında yukarıdaki Örnek 3'e uygun olarak bir yakıt hücresi hazırlandı.

Karşılaştırmalı örnek 4

Hücre sıcaklığının 240°C'ye ayarlanması dışında Karşılaştırmalı Örnek 2'ye uygun olarak bir yakıt hücresi hazırlandı.

Şekil 3, Örnek 3, 4 ve 5 ve Karşılaştırmalı Örnek 2 için güç yoğunluğuna karşı hücre voltajı eğrilerini gösterir. Gösterildiği gibi, metanol yakıt hücresi (Örnek 3), önemli bir güç artışını temsil eden 224 mW/cm2'lik bir tepe güç yoğunluğuna ulaştı. Örnek 1'e göre elde edilen ve çok daha kalın bir elektrolite sahip olan yakıt hücresine kıyasla yoğunluk. Bu metanol yakıt hücresi ayrıca, Şekil 4'te daha iyi gösterildiği gibi, dahili bir reformer kullanmayan metanol yakıt hücreleriyle karşılaştırıldığında performansta dramatik bir iyileşme sergiler. Etanol yakıt hücresi (Örnek 4) aynı zamanda, Metanol yakıt hücresi ile karşılaştırıldığında artan güç yoğunluğu ve hücre voltajı da gösterir. daha kalın bir elektrolit membrana sahip olan etanol yakıt hücresi (örnek 2). Ancak metanol yakıt hücresinin (Örnek 3) etanol yakıt hücresinden (Örnek 4) daha iyi performans gösterdiği gösterilmiştir. Votka yakıt hücresi için (örnek 5), etanol yakıt hücresininkine benzer güç yoğunlukları elde edilir. Şekil 3'te gösterildiği gibi metanol yakıt hücresi (Örnek 3), yaklaşık olarak hidrojen yakıt hücresinin (Karşılaştırmalı Örnek 2) performansı kadar iyi performans özellikleri sergiler.

Şekil 4, Karşılaştırmalı Örnek 3 ve 4 için güç yoğunluğuna karşı hücre voltajı eğrilerini gösterir. Gösterildiği gibi, reformersiz metanol yakıt hücresi (Karşılaştırmalı Örnek 3), hidrojen yakıt hücresi için elde edilenlerden önemli ölçüde daha düşük güç yoğunluklarına ulaşır (Karşılaştırmalı Örnek 4). Ek olarak, Şekil 2, 3 ve 4, reformersiz bir metanol yakıt hücresiyle karşılaştırıldığında (Karşılaştırmalı Örnek 3), reformerli metanol yakıt hücrelerinde (Örnek 1 ve 3) önemli ölçüde daha yüksek güç yoğunluklarının elde edildiğini göstermektedir.

Yukarıdaki açıklama buluşun halihazırda tercih edilen düzenlemelerini tanıtmak amacıyla sunulmuştur. Bu buluşun ilgili olduğu ilgili teknik ve teknolojide uzman kişiler, mevcut buluşun ilkelerinden, kapsamından ve ruhundan önemli ölçüde sapmadan açıklanan düzenlemelerde değişiklik ve modifikasyonların yapılabileceğini anlayacaklardır. Buna göre, yukarıdaki açıklamanın yalnızca açıklanan spesifik düzenlemelere atıfta bulunduğu düşünülmemeli, bunun yerine buluşun en kapsamlı ve en objektif kapsamını içeren aşağıdaki istemlerle tutarlı olduğu ve bunları desteklediği anlaşılmalıdır.

1. Aşağıdakileri içeren bir yakıt hücresi: bir anot elektrokatalitik katman, bir katot elektrokatalitik katman, bir katı asit içeren bir elektrolit katman, bir gaz difüzyon katmanı ve anot elektrokatalitik katmana bitişik olarak yerleştirilmiş bir dahili reformasyon katalizörü, böylece dahili reformasyon katalizörü anot elektrokatalitik katmanı ile gaz difüzyon katmanı arasında yer alır ve anot elektrokatalitik katmanıyla fiziksel temas halindedir.

2. İstem 1'e göre yakıt hücresi olup, buradaki katı asit elektrolit, CsH2P04 içerir.

3. İstem 1'in yakıt hücresi olup, buradaki reformasyon katalizörü, Cu-Zn-Al oksit karışımları, Cu-Co-Zn-Al oksit karışımları ve Cu-Zn-Al-Zr oksit karışımlarından oluşan gruptan seçilir.

4. Aşağıdakileri içeren bir yakıt pilini çalıştırma yöntemi:





yakıt tedariği; ve yakıt hücresinin yaklaşık 100°C ila yaklaşık 500°C arasındaki bir sıcaklıkta çalıştırılması.

5. Yakıtın alkol olduğu, istem 4'e göre yöntem.

6. Yakıtın metanol, etanol, propanol ve dimetil eterden oluşan gruptan seçildiği, istem 4'e göre yöntem.

7. İstem 4'ün yöntemi olup, buradaki yakıt hücresi, yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C aralığındaki bir sıcaklıkta çalıştırılır.

8. İstem 4'ün yöntemi olup, buradaki reformasyon katalizörü, Cu-Zn-Al oksit karışımları, Cu-Co-Zn-Al oksit karışımları ve Cu-Zn-Al-Zr oksit karışımlarından oluşan gruptan seçilir.

9. Elektrolitin katı bir asit içerdiği, istem 4'e göre yöntem.

10. İstem 9'a uygun yöntem olup özelliği, katı asidin CsH2P04 içermesidir.

11. Aşağıdakileri içeren bir yakıt pilini çalıştırma yöntemi:
anodik bir elektrokatalitik tabakanın oluşturulması;
bir katot elektrokatalitik katmanının oluşturulması;
katı bir asit içeren bir elektrolit tabakasının oluşturulması;
bir gaz difüzyon tabakasının oluşumu ve
dahili reformasyon katalizörünün anodik elektrokatalitik katman ile gaz difüzyon katmanı arasında konumlandırılacağı ve anodik elektrokatalitik katman ile fiziksel temas halinde olacağı şekilde, anodik elektrokatalitik katmana bitişik bir dahili reformasyon katalizörünün oluşturulması;
yakıt tedariği; ve yakıt hücresinin yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C arasındaki bir sıcaklıkta çalıştırılması.

12. Yakıtın alkol olduğu, istem 11'e göre yöntem.

13. Yakıtın metanol, etanol, propanol ve dimetil eterden oluşan gruptan seçildiği, istem 11'e göre yöntem.

14. İstem 11'in yöntemi olup, buradaki reformasyon katalizörü, Cu-Zn-Al oksitlerin bir karışımı, Cu-Co-Zn-Al oksitlerin karışımları ve Cu-Zn-Al-Zr oksitlerin karışımlarından oluşan gruptan seçilir. .

15. İstem 11'e uygun yöntem olup özelliği, elektrolitin katı bir asit içermesidir.

16. İstem 15'e uygun yöntem olup özelliği, katı asidin CsH2P04 içermesidir.

17. Aşağıdakileri içeren bir yakıt pilini çalıştırma yöntemi:
anodik bir elektrokatalitik tabakanın oluşturulması;
bir katot elektrokatalitik katmanının oluşturulması;
katı bir asit içeren bir elektrolit tabakasının oluşturulması;
bir gaz difüzyon tabakasının oluşumu ve
dahili reformasyon katalizörünün anodik elektrokatalitik katman ile gaz difüzyon katmanı arasında konumlandırılacağı ve anodik elektrokatalitik katman ile fiziksel temas halinde olacağı şekilde, anodik elektrokatalitik katmana bitişik bir dahili reformasyon katalizörünün oluşturulması;
alkol yakıtı temini; ve yakıt hücresinin yaklaşık 100°C ila yaklaşık 500°C arasındaki bir sıcaklıkta çalıştırılması.

18. İstem 17'ye uygun yöntem olup özelliği, yakıtın metanol, etanol, propanol ve dimetil eterden oluşan gruptan seçilmesidir.

19. İstem 17'nin yöntemi olup, buradaki yakıt hücresi, yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C arasındaki bir sıcaklıkta çalıştırılır.

20. İstem 17'nin yöntemi olup, buradaki reformasyon katalizörü, Cu-Zn-Al oksit karışımları, Cu-Co-Zn-Al oksit karışımları ve Cu-Zn-Al-Zr oksit karışımlarından oluşan gruptan seçilir.

21. İstem 17'ye uygun yöntem olup özelliği, katı asit elektrolitin CsH2P04 içermesidir.

22. Aşağıdakileri içeren bir yakıt pilini çalıştırma yöntemi:
anodik bir elektrokatalitik tabakanın oluşturulması;
bir katot elektrokatalitik katmanının oluşturulması;
katı bir asit içeren bir elektrolit tabakasının oluşturulması;
bir gaz difüzyon tabakasının oluşumu ve
dahili reformasyon katalizörünün anodik elektrokatalitik katman ile gaz difüzyon katmanı arasında konumlandırılacağı ve anodik elektrokatalitik katman ile fiziksel temas halinde olacağı şekilde, anodik elektrokatalitik katmana bitişik bir dahili reformasyon katalizörünün oluşturulması;
alkol yakıtı temini; ve yakıt hücresinin yaklaşık 200°C ila yaklaşık 350°C arasındaki bir sıcaklıkta çalıştırılması.

Buluş, katı asit elektrolitleri ve dahili reformasyon katalizörleri kullanan doğrudan etkili alkol yakıt pilleri ile ilgilidir.

Bilginin ekolojisi. Bilim ve teknoloji: Mobil elektronikler her yıl gelişerek daha yaygın ve erişilebilir hale geliyor: PDA'lar, dizüstü bilgisayarlar, mobil ve dijital cihazlar, fotoğraf çerçeveleri vb. Hepsi sürekli yenileniyor

Evde DIY yakıt hücresi

Mobil elektronikler her yıl gelişiyor, daha yaygın ve erişilebilir hale geliyor: PDA'lar, dizüstü bilgisayarlar, mobil ve dijital cihazlar, fotoğraf çerçeveleri vb. Hepsi yeni işlevlerle, daha büyük monitörlerle, kablosuz iletişimlerle, daha güçlü işlemcilerle sürekli olarak güncellenirken boyutları küçülür. . Güç teknolojileri, yarı iletken teknolojisinin aksine büyük bir hızla ilerlemiyor.

Endüstrinin başarılarına güç sağlamak için mevcut piller ve akümülatörler yetersiz hale geliyor, bu nedenle alternatif kaynaklar sorunu çok ciddi. Yakıt hücreleri bugüne kadarki en umut verici yön. Çalışma prensibi 1839'da suyun elektrolizini değiştirerek elektrik üreten William Grove tarafından keşfedildi.

Yakıt hücreleri nelerdir?

Video: Belgesel, ulaşım için yakıt hücreleri: geçmiş, bugün, gelecek

Yakıt hücreleri otomobil üreticilerinin ilgisini çekiyor ve onların yaratıcıları da onlarla ilgileniyor. uzay gemileri. Hatta 1965'te Amerika tarafından uzaya fırlatılan Gemini 5 uzay aracında ve daha sonra Apollo'da test edildiler. Çevre kirliliği ve rezervleri de sonsuz olmayan fosil yakıtların yanması sırasında ortaya çıkan sera gazı emisyonlarının artmasıyla ilgili sorunların yaşandığı günümüzde, yakıt hücresi araştırmalarına hâlâ milyonlarca dolar yatırım yapılıyor.

Genellikle elektrokimyasal jeneratör olarak adlandırılan bir yakıt hücresi aşağıda açıklanan şekilde çalışır.

Akümülatörler ve piller gibi galvanik bir elementtir, ancak tek farkı aktif maddelerin burada ayrı olarak depolanmasıdır. Kullanıldıkça elektrotlara beslenirler. Doğal yakıt veya ondan elde edilen herhangi bir madde, gaz halinde (örneğin hidrojen ve karbon monoksit) veya alkoller gibi sıvı olabilen negatif elektrot üzerinde yanar. Oksijen genellikle pozitif elektrotta reaksiyona girer.

Ancak görünüşte basit olan çalışma prensibini gerçeğe dönüştürmek kolay değil.

DIY yakıt hücresi

Maalesef bu yakıt elemanının nasıl görünmesi gerektiğine dair fotoğraflarımız yok, sizin hayal gücünüze güveniyoruz.

Bir okul laboratuvarında bile kendi ellerinizle düşük güçlü bir yakıt hücresi yapabilirsiniz. Yakıt hücresi için "yakıt" görevi görecek eski bir gaz maskesi, birkaç parça pleksiglas, alkali ve sulu bir etil alkol çözeltisi (daha basit olarak votka) stoklamanız gerekir.

Her şeyden önce, yakıt hücresi için en iyi şekilde pleksiglastan yapılmış, en az beş milimetre kalınlığında bir mahfazaya ihtiyacınız var. İç bölmeler (içeride beş bölme vardır) biraz daha ince yapılabilir - 3 cm. Pleksiglası yapıştırmak için aşağıdaki bileşime sahip yapıştırıcı kullanın: altı gram pleksiglas talaşı, yüz gram kloroform veya dikloroetan içinde çözülür (iş yapılır). bir başlık altında).

Şimdi dış duvarda, içine lastik bir tıpa aracılığıyla 5-6 santimetre çapında bir cam drenaj borusu yerleştirmeniz gereken bir delik açmanız gerekiyor.

Periyodik tabloda en aktif metallerin sol alt köşede, yüksek derecede aktif metaloidlerin ise sağ üst köşede olduğunu herkes bilir. Elektron verme yeteneği yukarıdan aşağıya ve sağdan sola doğru artar. Belirli koşullar altında kendilerini metal veya metaloid olarak gösterebilen elementler tablonun merkezinde yer almaktadır.

Şimdi aktif karbonu gaz maskesinden elektrot görevi görecek ikinci ve dördüncü bölmelere (birinci bölüm ile ikincinin yanı sıra üçüncü ve dördüncü arasında) döküyoruz. Kömürün deliklerden dışarı sızmasını önlemek için naylon kumaşın içine yerleştirebilirsiniz (naylon kadın çorapları uygundur).

Yakıt ilk odada dolaşacak ve beşinci odada bir oksijen tedarikçisi - hava bulunmalıdır. Elektrotlar arasında bir elektrolit olacak ve bunun hava odasına sızmasını önlemek için, hava elektroliti için dördüncü odaya kömür dökmeden önce, onu benzindeki parafin çözeltisiyle (oran 2) ıslatmanız gerekir. yarım bardak benzine kadar gram parafin). Kömür tabakasının üzerine tellerin lehimlendiği bakır plakaları (hafifçe bastırarak) yerleştirmeniz gerekir. Bunlar aracılığıyla akım elektrotlardan yönlendirilecektir.

Geriye kalan tek şey elemanı şarj etmektir. Bunun için 1:1 oranında suyla seyreltilmesi gereken votkaya ihtiyacınız var. Daha sonra dikkatlice üç yüz ila üç yüz elli gram kostik potasyum ekleyin. Elektrolit için 70 gram potasyum hidroksit 200 gram suda çözülür.

Yakıt hücresi teste hazır. Şimdi aynı anda yakıtı birinci odaya, elektroliti ise üçüncü odaya dökmeniz gerekiyor. Elektrotlara bağlı bir voltmetre 07 volttan 0,9'a kadar göstermelidir. Elemanın sürekli çalışmasını sağlamak için, kullanılmış yakıtın çıkarılması (bir bardağa boşaltılması) ve yeni yakıtın (kauçuk bir tüp aracılığıyla) eklenmesi gerekir. Besleme hızı tüpü sıkarak ayarlanır. Gücü anlaşılır derecede düşük olan bir yakıt hücresinin laboratuvar koşullarında çalışması böyle görünür.

Daha fazla güç sağlamak için bilim adamları uzun süredir bu sorun üzerinde çalışıyorlar. Geliştirme aşamasındaki aktif çelik, metanol ve etanol yakıt hücrelerini barındırıyor. Ancak ne yazık ki bunlar henüz uygulamaya geçirilmedi.

Yakıt hücresi neden alternatif güç kaynağı olarak seçiliyor?

Hidrojen yanmasının son ürünü su olduğundan, alternatif güç kaynağı olarak yakıt hücresi seçildi. Tek sorun hidrojen üretmenin ucuz ve verimli bir yolunu bulmak. Hidrojen jeneratörlerinin ve yakıt hücrelerinin geliştirilmesine yatırılan devasa fonlar meyve vermekten başka bir şey yapamaz, bu nedenle teknolojik bir atılım ve bunların fiili kullanımı Gündelik Yaşam, Sadece an meselesi.

Bugün bile otomotiv endüstrisinin canavarları: General Motors, Honda, Draimler Coyler, Ballard, gücü 50 kW'a ulaşan yakıt hücreleriyle çalışan otobüsleri ve arabaları tanıtıyor. Ancak bunların güvenliği, güvenilirliği ve maliyetiyle ilgili sorunlar henüz çözülmedi. Daha önce de belirtildiği gibi, geleneksel güç kaynaklarının (piller ve akümülatörler) aksine, bu durumda oksitleyici ve yakıt dışarıdan sağlanır ve yakıt hücresi, yakıtın yakılması ve açığa çıkan enerjinin elektriğe dönüştürülmesinin devam eden reaksiyonunda yalnızca bir aracıdır. "Yanma", yalnızca elemanın, dizel elektrik jeneratörü gibi, ancak jeneratör ve dizel motor olmadan ve ayrıca gürültü, duman ve aşırı ısınma olmadan yüke akım sağlaması durumunda meydana gelir. Aynı zamanda ara mekanizmalar olmadığından verimlilik çok daha yüksektir.

Yakıt hücrelerinin küçültülmesine ve güçlerinin arttırılmasına yardımcı olacak nanoteknoloji ve nanomateryallerin kullanımına büyük umutlar bağlanıyor. Ultra verimli katalizörlerin yanı sıra membranları olmayan yakıt hücreleri için tasarımların oluşturulduğuna dair raporlar var. İçlerinde elemente oksitleyici ile birlikte yakıt (örneğin metan) verilir. İlginç çözümler, oksitleyici olarak havada çözünmüş oksijeni kullanıyor ve kirli sularda biriken organik yabancı maddeler yakıt olarak kullanılıyor. Bunlar sözde biyoyakıt elementleridir.

Uzmanlara göre yakıt hücreleri önümüzdeki yıllarda kitlesel pazara girebilir. yayınlanan

Bize katıl

Ortaçağ bilim adamı Paracelsus bile deneylerinden biri sırasında sülfürik asidin ferrumla temas ettiğinde hava kabarcıklarının oluştuğunu fark etti. Aslında bu, belirli koşullar altında patlayıcı hale gelen hafif, renksiz, kokusuz bir gaz olan hidrojendi (ancak bilim adamının inandığı gibi hava değildi).

Bu zamandaDIY hidrojen ısıtma - çok yaygın bir şey. Aslında hidrojen neredeyse sınırsız miktarda üretilebiliyor, asıl mesele su ve elektriğin olması.

Bu ısıtma yöntemi İtalyan şirketlerinden biri tarafından geliştirildi. Hidrojen kazanı herhangi bir zararlı atık üretmeden çalışır, bu nedenle bir evi ısıtmanın en çevre dostu ve sessiz yolu olarak kabul edilir. Geliştirmenin yeniliği, bilim adamlarının hidrojenin nispeten düşük bir sıcaklıkta (yaklaşık 300ᵒC) yanmasını sağlamayı başarmaları ve bunun geleneksel malzemelerden benzer ısıtma kazanları üretmeyi mümkün kılmasıdır.

Kazan çalışırken sadece zararsız buhar yayar ve maliyet gerektiren tek şey elektriktir. Ve bunu güneş panelleri (güneş sistemi) ile birleştirirseniz bu maliyetler tamamen sıfıra indirilebilir.

Not! Hidrojen kazanları genellikle kendi ellerinizle kolayca kurulabilen yerden ısıtma sistemlerini ısıtmak için kullanılır.

Bütün bunlar nasıl oluyor? Oksijen hidrojenle reaksiyona girer ve ortaokul kimya derslerinden hatırladığımız gibi su moleküllerini oluşturur. Reaksiyon katalizörler tarafından tetiklenir ve bunun sonucunda Termal enerji, suyu yaklaşık 40ᵒC'ye ısıtıyor - “sıcak zemin” için ideal sıcaklık.

Kazan gücünün ayarlanması, belirli bir alandaki odayı ısıtmak için gereken belirli bir sıcaklığa ulaşmanıza olanak sağlar. Ayrıca, bu tür kazanların, birbirinden bağımsız birkaç kanaldan oluştukları için modüler olarak kabul edildiğini de belirtmekte fayda var. Kanalların her birinde yukarıda belirtilen katalizör bulunur, bunun sonucunda soğutucu, gerekli 40ᵒC değerine ulaşmış olan ısı eşanjörüne girer.

Not! Bu tür ekipmanın bir özelliği, kanalların her birinin üretim yapabilmesidir. farklı sıcaklıklar. Böylece bunlardan biri “sıcak zemine”, ikincisi bitişik odaya, üçüncüsü tavana vb. yönlendirilebilir.

Hidrojen ısıtmanın ana avantajları

Bir evi ısıtmanın bu yönteminin, sistemin artan popülaritesinden sorumlu olan birçok önemli avantajı vardır.

1. Genellikle %96'ya ulaşan etkileyici verimlilik.
2. Çevre dostu. Atmosfere salınan tek yan ürün, zarar verme potansiyeli olmayan su buharıdır. çevre temel olarak.
3. Hidrojen ısıtma yavaş yavaş geleneksel sistemlerin yerini alıyor ve insanları petrol, gaz, kömür gibi doğal kaynakları çıkarma ihtiyacından kurtarıyor.
4. Hidrojen ateş olmadan hareket eder; katalitik reaksiyonla termal enerji üretilir.

Hidrojen ısıtmasını kendiniz yapmak mümkün mü?

Prensip olarak bu mümkündür. Sistemin ana elemanı - kazan - bir NNO jeneratörü, yani geleneksel bir elektrolizör temelinde oluşturulabilir. Hepimiz, bir doğrultucu kullanarak bir prize bağlı çıplak kabloları bir su kabına yapıştırdığımız okul deneylerini hatırlıyoruz. Bu nedenle, bir kazan inşa etmek için bu deneyi tekrarlamanız gerekecek, ancak daha büyük ölçekte.

Not! Daha önce de tartıştığımız gibi, "sıcak zemin" ile bir hidrojen kazanı kullanılır. Ancak böyle bir sistemin düzenlenmesi başka bir makalenin konusudur, bu nedenle "sıcak zeminin" zaten kurulu ve kullanıma hazır olmasına güveneceğiz.

Hidrojen yakıcı inşaatı

Bir su yakıcı oluşturmaya başlayalım. Geleneksel olarak hazırlıkla başlayacağız gerekli araçlar ve malzemeler.

İşyerinde neler gerekli olacak

1. Paslanmaz çelik sac.
2. Çek valf.
3. İki adet 6x150 cıvata, onlar için somunlar ve pullar.
4. Akış filtresi (bir çamaşır makinesinden).
5. Şeffaf tüp. Bunun için su seviyesi idealdir - inşaat malzemeleri mağazalarında 10 m başına 350 rubleye satılmaktadır.
6. 1,5 litre kapasiteli plastik kapaklı yemek kabı. yaklaşık maliyet– 150 ruble.
7. Balıksırtı bağlantı parçaları ø8 mm (bunlar bir hortum için mükemmeldir).
8. Metal kesmek için öğütücü.

Şimdi ne tür paslanmaz çelik kullanacağımızı bulalım. İdeal olarak bunun için 03Х16Н1 çeliğini almalısınız. Ancak bütün bir "paslanmaz çelik" levha satın almak bazen çok pahalıdır, çünkü 2 mm kalınlığındaki bir ürün 5.500 rubleden fazlaya mal olur ve ayrıca bir şekilde teslim edilmesi gerekir. Bu nedenle, bir yerlerde bu tür küçük bir çelik parçanız varsa (0,5 x 0,5 m yeterlidir), o zaman bununla idare edebilirsiniz.

Paslanmaz çelik kullanacağız çünkü bildiğiniz gibi sıradan çelik suda paslanmaya başlar. Üstelik tasarımımızda su yerine alkali kullanmayı amaçlıyoruz, yani ortam agresif olmaktan çok daha fazlasıdır ve sıradan çelik, elektrik akımının etkisi altında uzun süre dayanmayacaktır.

Video - 16 paslanmaz çelik plakadan oluşan kahverengi gaz jeneratörü basit hücre modeli

Üretim talimatları

İlk aşama. Başlamak için bir çelik levha alın ve düz bir yüzeye yerleştirin. Yukarıda belirtilen boyutlardaki (0,5x0,5 m) bir sayfadan gelecekteki hidrojen yakıcı için 16 dikdörtgen almalısınız, bunları bir öğütücü ile kesmelisiniz.

Not! Her plakanın dört köşesinden birini kestik. Gelecekte plakaları bağlamak için bu gereklidir.

İkinci aşama. İLE ters taraf plakalar, cıvata için delikler açın. "Kuru" bir elektrolizör yapmayı planlasaydık alttan delikler açardık ama bu durumda buna gerek yok. Gerçek şu ki, "kuru" tasarım çok daha karmaşıktır ve içindeki plakaların faydalı alanı% 100 kullanılmayacaktır. "Islak" bir elektrolizör yapacağız - plakalar tamamen elektrolite daldırılacak ve tüm alanları reaksiyona katılacak.

Üçüncü sahne.

Açıklanan brülörün çalışma prensibi aşağıdakilere dayanmaktadır: elektrolite batırılmış plakalardan geçen bir elektrik akımı, suyun (elektrolitin bir parçası olması gerekir) oksijene (O) ve hidrojene (H) ayrışmasına neden olacaktır. Bu nedenle aynı anda iki plakaya sahip olmamız gerekir: katot ve anot.

Bu plakaların alanı arttıkça gazın hacmi de artar, dolayısıyla bu durumda katot ve anot başına sırasıyla sekiz adet kullanırız.

Dördüncü aşama. Daha sonra, plakaları dönüşümlü olarak plastik bir kaba yerleştirmeliyiz: artı, eksi, artı, eksi vb. Plakaları yalıtmak için şeffaf tüp parçaları kullanıyoruz (10 m'lik bir parça satın aldık, bu yüzden orada) bir tedariktir).

Tüpten küçük halkalar kesip kesiyoruz ve yaklaşık 1 mm kalınlığında şeritler alıyoruz. Bu, hidrojenin yapıda verimli bir şekilde üretilebilmesi için ideal mesafedir.

Beşinci aşama. Plakaları rondelalar kullanarak birbirine tutturuyoruz. Bunu şu şekilde yapıyoruz: Cıvataya bir pul, sonra bir plaka, ardından üç pul, başka bir plaka, yine üç pul vb. Takıyoruz. Katoda sekiz, anoda sekiz parça asıyoruz.

Not! Bunun ayna şeklinde yapılması gerekiyor, yani anotu 180ᵒ döndürüyoruz. Böylece "artı", "eksi" plakalar arasındaki boşluklara girecektir.

Altıncı aşama. Cıvataların kapta tam olarak nerede durduğuna bakıyoruz ve o yerde delikler açıyoruz. Aniden cıvatalar kabın içine oturmazsa, onları gerekli uzunluğa kadar keseriz. Daha sonra cıvataları deliklere yerleştiririz, üzerlerine rondelalar koyarız ve daha iyi sızdırmazlık için somunlarla sıkarız.

Daha sonra, bağlantı parçası için kapakta bir delik açıyoruz, bağlantı parçasını vidalıyoruz (tercihen bağlantı noktasını silikon dolgu macunu ile kaplayarak). Kapağın sıkılığını kontrol etmek için bağlantı parçasına üfleyin. Altından hala hava çıkıyorsa, bu bağlantıyı sızdırmazlık maddesi ile kaplıyoruz.

Yedinci aşama. Montajın tamamlanmasının ardından bitmiş jeneratörü test ediyoruz. Bunu yapmak için herhangi bir kaynağı ona bağlayın, kabı suyla doldurun ve kapağı kapatın. Daha sonra bağlantı parçasına bir hortum takıp onu bir su kabına indiriyoruz (hava kabarcıklarını görmek için). Kaynak yeterince güçlü değilse tankta olmayacaklar ancak kesinlikle elektrolizörde görünecekler.

Daha sonra elektrolitteki voltajı artırarak gaz çıkışının yoğunluğunu artırmamız gerekiyor. Burada, saf haliyle suyun bir iletken olmadığını - içindeki mevcut safsızlıklar ve tuz nedeniyle akımın içinden geçtiğini belirtmekte fayda var. Suda biraz alkali seyrelteceğiz (örneğin, sodyum hidroksit mükemmeldir - mağazalarda "Mole" temizlik maddesi şeklinde satılır).

Not! Bu aşamada, güç kaynağının yeteneklerini yeterince değerlendirmemiz gerekiyor, bu nedenle alkaliyi enjekte etmeden önce elektrolizöre bir ampermetre bağlıyoruz - bu şekilde akımdaki artışı izleyebiliyoruz.

Video - Hidrojenle ısıtma. Hidrojen hücreli piller

Daha sonra, hidrojen yakıcının diğer bileşenleri hakkında konuşalım - çamaşır makinesi filtresi ve vana. Her ikisi de koruma amaçlıdır. Valf, ateşlenen hidrojenin yapıya geri girmesine ve elektrolizör kapağının altında biriken gazı (orada çok az miktarda olsa bile) patlatmasına izin vermeyecektir. Eğer vanayı takmazsak kap zarar görecek ve alkali dışarı sızacaktır.

Patlamayı önleyen bir bariyer görevi görecek su sızdırmazlığını sağlamak için bir filtreye ihtiyaç duyulacaktır. Ev yapımı bir hidrojen yakıcının tasarımına ilk elden aşina olan ustalar, bu vanayı "bulbatör" olarak adlandırıyor. Gerçekten de, aslında yalnızca suda hava kabarcıkları oluşturur. Brülörün kendisi için aynı şeffaf hortumu kullanıyoruz. İşte bu, hidrojen yakıcı hazır!

Geriye kalan tek şey, onu "sıcak zemin" sisteminin girişine bağlamak, bağlantıyı kapatmak ve doğrudan çalışmaya başlamaktır.

Sonuç olarak. Alternatif

Oldukça tartışmalı da olsa bir alternatif, bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşan kimyasal bir bileşik olan Brown gazıdır. Böyle bir gazın yanmasına termal enerjinin oluşumu eşlik eder (dahası, yukarıda açıklanan tasarımdan dört kat daha güçlü).

Elektrolizörler ayrıca Brown gazıyla bir evi ısıtmak için de kullanılır, çünkü bu ısı üretme yöntemi aynı zamanda elektrolize dayanmaktadır. Alternatif akımın etkisi altında moleküllerin bulunduğu özel kazanlar yaratılmıştır. kimyasal elementler ayrılıyor ve Brown'un imrenilen gazını oluşturuyor.

Video – Zenginleştirilmiş Kahverengi gaz

Rezervleri neredeyse sınırsız olan yenilikçi enerji kaynaklarının, yakın zamanda yenilenemeyen kaynakların yerini alması oldukça muhtemel. Doğal Kaynaklar bizi kalıcı madencilik ihtiyacından kurtarıyor. Bu gidişat sadece çevre üzerinde değil aynı zamanda bir bütün olarak gezegenin ekolojisi üzerinde de olumlu bir etkiye sahip olacaktır.

Ayrıca makalemizi okuyun - kendin yap buharlı ısıtma.

Video - Hidrojen ısıtma