En brændselscelle er en elektrokemisk energiomdannelsesenhed, der omdanner brint og ilt til elektricitet gennem en kemisk reaktion. Som et resultat af denne proces dannes der vand, og en stor mængde varme frigives. En brændselscelle minder meget om et batteri, der kan oplades og derefter bruge den lagrede elektriske energi.
William R. Grove regnes for opfinderen af brændselscellen, som opfandt den tilbage i 1839. I denne brændselscelle blev en opløsning af svovlsyre brugt som elektrolyt, og brint blev brugt som brændstof, som blev kombineret med ilt i et oxidationsmiddel. Det skal bemærkes, at indtil for nylig blev brændselsceller kun brugt i laboratorier og på rumfartøjer.
Brændselsceller vil i fremtiden kunne konkurrere med mange andre energiomdannelsessystemer (herunder gasturbiner i kraftværker), forbrændingsmotorer i biler og elektriske batterier i bærbare enheder. Forbrændingsmotorer forbrænder brændstof og bruger det tryk, der skabes ved udvidelsen af forbrændingsgasser, til at udføre mekanisk arbejde. Batterier lagrer elektrisk energi og omdanner den derefter til kemisk energi, som om nødvendigt kan omdannes tilbage til elektrisk energi. Brændselsceller er potentielt meget effektive. Tilbage i 1824 beviste den franske videnskabsmand Carnot, at kompressions-ekspansionscyklusserne i en forbrændingsmotor ikke kan sikre en effektivitet af omdannelsen af termisk energi (som er den kemiske energi af brændende brændstof) til mekanisk energi over 50%. En brændselscelle har ingen bevægelige dele (i hvert fald ikke inde i selve cellen), og derfor adlyder de ikke Carnots lov. De vil naturligvis have mere end 50 % effektivitet og er især effektive ved lav belastning. Brændselscellekøretøjer er således klar til at blive (og har allerede vist sig at være) mere brændstofeffektive end konventionelle køretøjer under virkelige køreforhold.
Brændselscellen producerer en elektrisk strøm med konstant spænding, der kan bruges til at drive den elektriske motor, belysning og andre elektriske systemer i køretøjet. Der er flere typer brændselsceller, der er forskellige i den anvendte type. kemiske processer. Brændselsceller er normalt klassificeret efter den type elektrolyt, de bruger. Nogle typer brændselsceller er lovende til fremdrift af kraftværker, mens andre kan være nyttige til små bærbare enheder eller til at drive biler.
Den alkaliske brændselscelle er en af de allerførste udviklede celler. De har været brugt i det amerikanske rumprogram siden 1960'erne. Sådanne brændselsceller er meget modtagelige for forurening og kræver derfor meget ren brint og ilt. De er også meget dyre, hvilket betyder, at denne type brændselsceller sandsynligvis ikke vil se udbredt brug i biler.
Brændselsceller baseret fosforsyre kan finde anvendelse i stationære laveffektinstallationer. De fungerer ved ret høje temperaturer og tager derfor lang tid at varme op, hvilket også gør dem ineffektive til brug i biler.
Fast oxid brændselsceller er bedre egnet til store stationære strømgeneratorer, der kunne magte fabrikker eller bosættelser. Denne type brændselscelle fungerer ved meget høje temperaturer (omkring 1000 °C). Høj driftstemperatur skaber visse problemer, men på den anden side er der en fordel - dampen produceret af brændselscellen kan sendes til turbiner for at generere mere strøm. Samlet set forbedrer dette systemets samlede effektivitet.
Et af de mest lovende systemer er protonudvekslingsmembranbrændselscellen (PEMFC - Protone Exchange Membrane). Brændselscelle). I øjeblikket er denne type brændselscelle den mest lovende, fordi den kan drive biler, busser og andre køretøjer.
Kemiske processer i en brændselscelle
Brændselsceller bruger en elektrokemisk proces til at kombinere brint med ilt fra luften. Som i batterier, brændselsceller bruger elektroder (fast elektriske ledere) placeret i en elektrolyt (elektrisk ledende medium). Når brintmolekyler kommer i kontakt med den negative elektrode (anode), adskilles sidstnævnte i protoner og elektroner. Protoner passerer gennem en protonudvekslingsmembran (POEM) til brændselscellens positive elektrode (katode) og producerer elektricitet. sker kemisk forbindelse molekyler af brint og oxygen til at danne vand som et biprodukt af denne reaktion. Den eneste type emissioner fra en brændselscelle er vanddamp.
Elektriciteten produceret af brændselsceller kan bruges i et køretøjs elektriske drivlinje (består af en elektrisk strømomformer og asynkron motor vekselstrøm) for at producere mekanisk energi til at køre et køretøj. En strømomformers opgave er at omdanne den elektriske jævnstrøm produceret af brændselscellerne til vekselstrøm, der driver køretøjets trækmotor.
Diagram af en brændselscelle med en protonudvekslingsmembran:
1 - anode;
2 - protonudvekslingsmembran (PEM);
3 - katalysator (rød);
4 - katode
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) bruger en af de enkleste reaktioner af enhver brændselscelle.
Enkeltcellet brændselscelle
Lad os se på, hvordan en brændselscelle fungerer. Anoden, brændselscellens negative terminal, leder elektroner, der er befriet for brintmolekyler, så de kan bruges i det eksterne elektriske kredsløb. For at gøre dette er kanaler indgraveret i det, der fordeler brint jævnt over hele overfladen af katalysatoren. Katoden (brændselscellens positive pol) har ætsede kanaler, der fordeler ilt over overfladen af katalysatoren. Det leder også elektroner tilbage fra den ydre sløjfe (kredsløb) til katalysatoren, hvor de kan kombineres med hydrogenioner og oxygen for at danne vand. Elektrolytten er en protonudvekslingsmembran. Dette er et specielt materiale, der ligner almindelig plast, men som har evnen til at lade positivt ladede ioner passere igennem og blokere passagen af elektroner.
En katalysator er et specielt materiale, der letter reaktionen mellem oxygen og brint. Katalysatoren er normalt lavet af platinpulver påført i et meget tyndt lag på carbonpapir eller klud. Katalysatoren skal være ru og porøs, så dens overflade kan komme i maksimal kontakt med brint og oxygen. Den platinbelagte side af katalysatoren er foran protonudvekslingsmembranen (PEM).
Brintgas (H2) tilføres brændselscellen under tryk fra anoden. Når et H2-molekyle kommer i kontakt med platin på katalysatoren, spaltes det i to dele, to ioner (H+) og to elektroner (e–). Elektronerne ledes gennem anoden, hvor de passerer gennem en ekstern sløjfe (kredsløb), der udfører nyttigt arbejde (såsom at drive en elektrisk motor) og vender tilbage ved katodesiden af brændselscellen.
I mellemtiden, på katodesiden af brændselscellen, tvinges oxygengas (O2) gennem katalysatoren, hvor den danner to oxygenatomer. Hvert af disse atomer har en stærk negativ ladning, som tiltrækker to H+ ioner hen over membranen, hvor de kombineres med et oxygenatom og to elektroner fra det ydre kredsløb for at danne et vandmolekyle (H 2 O).
Denne reaktion i en enkelt brændselscelle producerer cirka 0,7 W effekt. For at hæve effekten til det krævede niveau skal mange individuelle brændselsceller kombineres for at danne en brændselscellestak.
POM-brændselsceller fungerer ved relativt lave temperaturer (omkring 80°C), hvilket betyder, at de hurtigt kan bringes op til driftstemperatur og ikke kræver dyre kølesystemer. Kontinuerlige forbedringer i de teknologier og materialer, der anvendes i disse celler, har bragt deres kraft tættere på det punkt, hvor et batteri af sådanne brændselsceller, der optager en lille del af bagagerummet på en bil, kan levere den nødvendige energi til at køre bilen.
I løbet af de seneste år har de fleste af verdens førende bilproducenter investeret i store midler i udviklingen af køretøjsdesign ved hjælp af brændselsceller. Mange har allerede demonstreret brændselscellekøretøjer med tilfredsstillende kraft- og ydeevneegenskaber, selvom de var ret dyre.
Forbedring af design af sådanne biler sker meget intensivt.
Brændselscellekøretøj bruger et kraftværk placeret under køretøjets gulv
NECAR V er baseret på en Mercedes-Benz A-klasse bil, hvor hele kraftværket sammen med brændselsceller er placeret under bilens gulv. Denne designløsning gør det muligt at rumme fire passagerer og bagage i bilen. Her bruges ikke brint, men methanol som brændstof til bilen. Methanol, ved hjælp af en reformer (en enhed, der omdanner methanol til brint), omdannes til brint, der er nødvendig for at drive brændselscellen. Brug af en reformer om bord på en bil gør det muligt at bruge næsten alle kulbrinter som brændstof, hvilket giver dig mulighed for at tanke en brændselscellebil ved hjælp af det eksisterende netværk af tankstationer. I teorien producerer brændselsceller intet andet end elektricitet og vand. Konvertering af brændstof (benzin eller methanol) til brint, der er nødvendig for en brændselscelle, reducerer en sådan bils miljømæssige tiltrækningskraft.
Honda, som har været involveret i brændselsceller siden 1989, producerede et lille parti Honda FCX-V4-køretøjer i 2003 med protonudvekslingsmembran-brændselsceller fra Ballard. Disse brændselsceller producerer 78 kW elektrisk strøm, og til at drive drivhjulene bruges trækkraftmotorer med en effekt på 60 kW og et drejningsmoment på 272 Nm En brændselscellebil, sammenlignet med en bil traditionel ordning, har en masse på cirka 40 % mindre, hvilket giver den fremragende dynamik, og reserven af komprimeret brint gør det muligt at løbe op til 355 km.
Honda FCX bruger elektrisk energi genereret af brændselsceller til at køre.
Honda FCX er verdens første brændselscellebil, der modtager statscertificering i USA. Bilen er certificeret efter ZEV standarder - Zero Emission Vehicle (zero pollution vehicle). Honda vil ikke sælge disse biler endnu, men leaser omkring 30 biler pr. Californien og Tokyo, hvor der allerede findes en brinttankningsinfrastruktur.
General Motors' Hy Wire konceptbil har en brændselscelle drivlinje
Udfører omfattende forskning i udvikling og skabelse af brændselscellekøretøjer Almindeligt selskab Motorer.
Hy Wire bilchassis
GM Hy Wire konceptbilen fik udstedt 26 patenter. Grundlaget for bilen er en funktionel platform 150 mm tyk. Inde i platformen er brintcylindre, et brændselscellekraftværk og køretøjskontrolsystemer, der bruger nyeste teknologier elektronisk styring med ledning. Hy Wire køretøjets chassis er en tynd platform, der omslutter alle køretøjets vigtigste strukturelle elementer: brinttanke, brændselsceller, batterier, elektriske motorer og styresystemer. Denne tilgang til design gør det muligt at skifte bilkarosseri under drift. Virksomheden tester også prototype Opel brændselscellebiler og designer et anlæg til produktion af brændselsceller.
Design af en "sikker" brændstoftank til flydende brint:
1 - påfyldningsanordning;
2 - ekstern tank;
3 - støtter;
4 - niveausensor;
5 - intern tank;
6 - påfyldningslinje;
7 - isolering og vakuum;
8 - varmelegeme;
9 - monteringsboks
BMW er meget opmærksom på problemet med at bruge brint som brændstof til biler. Sammen med Magna Steyer, kendt for sit arbejde med brugen af flydende brint til udforskning af rummet, har BMW udviklet en brændstoftank til flydende brint, der kan bruges i biler.
Tests har bekræftet sikkerheden ved at bruge en brændstoftank med flydende brint
Virksomheden gennemførte en række tests for sikkerheden af strukturen ved hjælp af standardmetoder og bekræftede dens pålidelighed.
I 2002 blev Mini Cooper Hydrogen vist på motormessen i Frankfurt am Main (Tyskland), som bruger flydende brint som brændstof. Brændstoftank Denne bil fylder den samme som en almindelig benzintank. Brint i denne bil bruges ikke til brændselsceller, men som brændstof til forbrændingsmotoren.
Verdens første produktionsbil med brændselscelle i stedet for batteri
I 2003 annoncerede BMW produktionen af den første produktionsbil med brændselscelle, BMW 750 hL. Et brændselscellebatteri bruges i stedet for et traditionelt batteri. Denne bil har en 12-cylindret forbrændingsmotor, der kører på brint, og brændselscellen fungerer som et alternativ til et konventionelt batteri, så klimaanlægget og andre elektriske forbrugere kan fungere, når bilen er parkeret i lange perioder, uden at motoren kører.
Brintpåfyldning udføres af en robot, chaufføren er ikke involveret i denne proces
Samme BMW firma har også udviklet robottankningsautomater, der giver hurtig og sikker tankning af biler med flydende brint.
Optræden i de seneste år Det store antal udviklinger, der sigter mod at skabe biler, der bruger alternative brændstoffer og alternative drivlinjer, tyder på, at forbrændingsmotorer, som har domineret biler i det sidste århundrede, i sidste ende vil give plads til renere, mere effektive og mere støjsvage designs. Deres udbredte udbredelse i i øjeblikket ikke begrænset af tekniske, men snarere af økonomiske og sociale problemer. For deres udbredte brug er det nødvendigt at skabe en vis infrastruktur til produktionsudvikling alternative typer brændstof, oprettelse og distribution af nye tankstationer og overvindelse af en række psykologiske barrierer. Brugen af brint som brændstof til køretøjer vil kræve, at der tages fat på spørgsmål om opbevaring, levering og distribution med alvorlige sikkerhedsforanstaltninger på plads.
Brint er teoretisk tilgængeligt i ubegrænsede mængder, men dets produktion er meget energikrævende. Desuden at overføre biler til arbejde på brint brændstof Det er nødvendigt at foretage to store ændringer i elsystemet: For det første skal du skifte dets drift fra benzin til methanol og derefter, over en periode, til brint. Det vil tage noget tid, før dette problem er løst.
Brændselscelle #1 - Mother's Heart (Mother's Womb quest)
Aloy vil finde den allerførste brændselscelle, før den når fuld kapacitet. åben verden. Efter indvielsen vil vores heltinde finde sig selv i Moderens Hjerte, Nora-stammens hellige sted og Matriarkernes bolig.
Når Aloy står ud af sengen, vil hun successivt gå gennem flere rum, og i et af dem vil hun støde på en lukket dør, der ikke kan åbnes. Se dig omkring - i nærheden vil der være en ventilationsskakt dekoreret med brændende stearinlys. Du burde tage derhen.
Efter at have gået gennem minen, vil du finde dig selv bag en låst dør. Se på gulvet ved siden af stearinlysene og vægblokken med et mystisk formål - her er en brændselscelle.
Vigtig: Hvis du ikke henter denne brændselscelle nu, vil du først være i stand til at komme til denne placering igen på de senere stadier af spillet, efter at have gennemført "Heart of Nora"-questen.
Brændselscelle #2 - Ruiner
Aloy har været i disse ruiner før - hun faldt her som barn. Efter at have gennemført indvielsen er det værd at huske din barndom og vende tilbage hertil igen - for at hente den anden brændselscelle.
Indgangen til ruinerne ser sådan ud, hop dristigt.
Du skal bruge det første niveau af ruiner, det nederste højre område, fremhævet med lilla på kortet. Der er en dør her, som Aloy vil åbne med sit spyd.
Efter at have gået gennem døren, gå op ad trappen og drej til højre - Aloy kunne ikke komme igennem disse drypsten i sin ungdom, men nu har hun et skænderi. Tag spyddet ud igen og knæk drypstenene - vejen er fri, der er kun tilbage at tage brændstofelementet, der ligger på bordet.
Brændselscelle #3 - Master's Limit (Master's Limit opgave)
Lad os tage nordpå. Under historieopgaven Master's Reach udforsker Aloy de gigantiske ruiner af Forerunners. En anden brændselscelle er skjult på ruinernes tolvte niveau.
Du skal ikke kun klatre til det øverste niveau af ruinerne, men også klatre lidt højere. Klatre langs den overlevende del af bygningen, indtil du befinder dig på et lille område, der er åbent for alle vinde.
Det er her den tredje brændselscelle ligger. Der er kun tilbage at gå ned.
Brændselscelle nr. 4 - Treasure of Death (Treasure of Death quest)
Denne brændselscelle er også skjult i den nordlige del af kortet, men den er meget tættere på Nora-stammens landområder. Aloy kommer også her under historiemissionen.
For at komme til elementet skal Aloy genoprette strømforsyningen til den forseglede dør, der er placeret på det tredje niveau af placeringen.
For at gøre dette skal du løse et lille puslespil - på niveauet under døren er der to blokke med fire regulatorer.
Lad os først beskæftige os med den venstre blok af regulatorer. Den første regulator skal "se" op, den anden "til højre", den tredje "til venstre", den fjerde "ned".
Lad os gå videre til højre blok. Du rører ikke ved de to første regulatorer, den tredje og fjerde regulator skal se "nedad".
Vi går et niveau op - her er den sidste blok af regulatorer. Den korrekte rækkefølge er: op, ned, venstre, højre.
Hvis du gør alt korrekt, vil alle regulatorer skifte farve til turkis, strømforsyningen genoprettes. Gå tilbage til døren og åbn den – her er endnu en brændselscelle.
Brændselscelle nr. 5 - GAIA Prime (opgave Fallen Mountain)
Til sidst den sidste brændselscelle - og igen ifølge plotopgaven. Aloy rejser til ruinerne af GAIA Prime.
Vær især forsigtig, når du kommer til tredje niveau. På et tidspunkt vil der foran Aloy være en attraktiv afgrund, som du kan gå ned i på et reb - du behøver ikke at gå dertil.
Det er bedre at dreje til venstre og udforske den skjulte hule, du kan komme ind i den, hvis du forsigtigt går ned ad bjergsiden.
Gå ind og gå frem til det sidste. I det sidste rum til højre vil der være en hylde, hvorpå den sidste brændselscelle ligger.
Meget snart (mere præcist, i begyndelsen af sit fascinerende eventyr), vil hovedpersonen snuble over Forerunner-bunkeren, som ligger meget tæt på Nora-stammens landområder. Inde i denne gamle bunker, bag en kraftfuld og højteknologisk dør, vil der være rustning, der på afstand ser ikke kun anstændig ud, men også meget attraktiv. Pansringen hedder "Shield Weaver", og det er faktisk det bedste udstyr i spillet. Derfor opstår der straks en masse spørgsmål: "Hvordan finder og får man Shield Weaver-rustningen?", "Hvor finder man brændstof?", "Hvordan åbner man bunkerdørene?" og mange andre spørgsmål relateret til samme emne. Så for at åbne bunkerdørene og få den eftertragtede rustning skal du finde fem brændselsceller, som igen vil være spredt ud over spilverdenen. Nedenfor vil jeg fortælle dig, hvor og hvordan du finder brændselsceller til at løse gåder under søgningen og i det gamle arsenal.
: Den præsenterede guide har ikke kun en detaljeret tekstgennemgang, men der er også vedhæftet skærmbilleder til hver brændselscelle, og der er en video i slutningen. Alt dette blev oprettet for at lette din søgning, så hvis på et tidspunkt i gennemgang af tekst er uklart, så anbefaler jeg at se på skærmbillederne og videoen.
. Første brændstof - "Moders hjerte"
Hvor og hvordan finder man den første brændselscelle - brændselsplacering.
Så Aloy vil være i stand til at finde den allerførste brændselscelle (eller, mere enkelt sagt, brændstof) længe før han går ind i den åbne verden på opgaven "Moderens livmoder". Pointen er, at efter “Initiation”-opgaven (som i øvrigt også relaterer sig til historien), vil hovedpersonen finde sig selv på et sted kaldet “Mother's Heart”, som er et helligt sted for Nora-stammen og Matriarkernes opholdssted.
Så snart pigen står ud af sengen, skal du gå sekventielt gennem flere rum (rum), hvor du i et af dem vil støde på en forseglet dør, som du simpelthen ikke kan åbne. I dette øjeblik anbefaler jeg stærkt, at du ser dig omkring, for ved siden af heltinden (eller i nærheden af dørene - alt efter hvad der er mere bekvemt) er der en ventilationsskakt dekoreret med brændende stearinlys (generelt er det her, du skal hen) .
Når du har passeret en bestemt del af vejen langs ventilationsskakten, vil heltinden finde sig selv bag en låst dør. Se på gulvet ved siden af vægblokken og stearinlys af mystisk formål - den første brændselscelle ligger på dette sted.
: Vær sikker på at huske, at hvis du ikke henter den første brændselscelle, før du går ind i den åbne verden, så vil du først være i stand til at komme til denne placering i de senere stadier af passagen. Men for at være mere præcis, efter at have fuldført missionen "Heart of Nora", så anbefaler jeg, at du henter brændstoffet nu.
. Andet brændstof - "Ruiner"
Hvor og hvordan man finder den anden brændselscelle - brændselsplacering.
Den første ting, du skal vide, når du søger efter det andet brændstof: hovedpersonen var allerede på dette sted, da hun faldt i ruiner for lang tid siden som barn (i begyndelsen af spillet). Så efter at have fuldført opgaven "Initiation", bliver du nødt til at huske din dybe barndom og gå ned til dette sted endnu en gang for at få den anden brændselscelle.
Nedenfor er flere billeder (skærmbilleder). Det første billede viser indgangen til ruinerne (i rødt). Inde i ruinerne skal du komme til det første niveau - dette er det nederste højre område, som vil blive fremhævet med lilla på kortet. Derudover vil der også være en dør, som pigen kan åbne med sit spyd.
Så snart Aloy passerer gennem dørene, gå op ad trappen og drej til højre ved første lejlighed: i sin dybe ungdom kunne Aloy ikke kravle gennem drypstenene, men nu har hun brugbart "legetøj", der kan klare enhver opgave . Så tag dit spyd ud og brug det til at bryde drypstenene. Snart er vejen klar, så der er kun tilbage at tage brændselscellen, der ligger på bordet, og gå efter den næste. Hvis et tidspunkt af passagen ikke er tydeligt, er skærmbilleder vedhæftet nedenfor i rækkefølge.
. Tredje brændstof - "Master's Limit"
Hvor og hvordan finder man den tredje brændselscelle - brændselsplacering.
Det er tid til at tage nordpå. Under søgen "Master's Limit" bliver Aloy nødt til omhyggeligt at udforske og studere de kæmpemæssige ruiner af Forerunners. Så i disse ruiner på det tolvte niveau vil den næste, tredje brændselscelle være skjult.
Derfor bliver du nødt til at klatre ikke kun til det øverste niveau af disse ruiner, men også klatre lidt højere der. Spild ikke dyrebar tid og klatre højere op langs den overlevende del af bygningen. Klatre op, indtil du befinder dig på en lille platform, der er åben for alle vinde. Så er alt simpelt, for på toppen vil der være et tredje element af brændstof: ingen gåder, ingen gåder eller hemmeligheder. Så tag brændstoffet, gå ned og kom videre.
. Fjerde brændstof - "Dødens Skat"
Hvor og hvordan finder man den fjerde brændselscelle - brændselsplacering.
Den gode nyhed er, at denne brændselscelle også er placeret i den nordlige del af Horizon-kortet: Nul daggry, men samtidig lidt tættere på Nora-stammens landområder. Hovedpersonen vil igen finde sig selv i denne del af kortet under den næste historiemission. Men før han kommer til den næstsidste brændselscelle, bliver Aloy nødt til at genoprette strømforsyningen til den forseglede dør, som er placeret på det tredje niveau af placeringen. Desuden skal du løse et lille og ikke for komplekst puslespil for at gøre dette. Puslespillet involverer blokke og regulatorer (der er to blokke af fire regulatorer på niveauet under dørene). Så til at begynde med anbefaler jeg, at du beskæftiger dig med den venstre blok af regulatorer: den første regulator skal hæves (se) op, den anden - til højre, den tredje - til venstre, den fjerde - ned.
Gå derefter til blokken på højre side. Rør ikke ved de to første regulatorer, men den tredje og fjerde regulator skal skrues ned. Gå derfor et niveau op - her er den sidste blok af regulatorer. Korrekt rækkefølge vil se sådan ud: 1 - op, 2 - ned, 3 - venstre, 4 - højre.
Når du har gjort alt korrekt, skifter kontrollerne farve fra hvid til turkis. Dermed vil strømforsyningen blive genoprettet. Gå derfor tilbage til dørene og åbn den. Uden for dørene vil heltinden blive "hilst velkommen" af den næstsidste brændselscelle, så hun kan gå efter det næste, sidste brændstof.
. Femte brændstof - "GAIA Prime"
Hvor og hvordan finder man den femte brændselscelle - brændselsplacering.
Endelig den sidste brændselscelle. Og igen, det kan kun opnås i løbet af historien. Denne gang skal hovedpersonen gå til ruinerne kaldet "GAIA Prime". På dette tidspunkt er det nødvendigt at være opmærksom særlig opmærksomhed, når du befinder dig i nærheden af det tredje niveau. Pointen er, at pigen på et bestemt tidspunkt står over for en attraktiv afgrund, som hun kan gå ned i ved hjælp af et reb, selvom hun ikke bør gå der.
Før afgrunden bør du dreje til venstre og først udforske en hule, der er skjult for synet: du kan komme ind i den, hvis du forsigtigt går ned ad bjergsiden. Gå ind og gå så frem til det sidste. I det sidste rum i rummet i højre side vil der være en hylde, hvorpå den sidste brændselscelle endelig ligger. Sammen med ham kan du nu trygt vende tilbage til bunkeren og åbne alle sluserne for at få luksuriøst udstyr.
. Hvordan kommer man ind i det gamle arsenal?
Nå, nu er der kun tilbage at vende tilbage til det gamle arsenal for at modtage den længe ventede belønning. Hvis du ikke kan huske korridorerne i arsenalet, så se på skærmbillederne nedenfor, som vil hjælpe dig med at huske hele stien.
Når du kommer til det rigtige sted og går ned, skal du indsætte brændselscellerne i de tomme celler. Dette vil få regulatorerne til at lyse op, så der er et nyt puslespil at løse for at åbne dørene. Så den første regulator skal rettes op, den anden - til højre, den tredje - ned, den fjerde - til venstre, den femte - op. Når du har gjort alt rigtigt, åbnes dørene, men det er langt fra slut.
Dernæst skal du låse rustningens lås (eller fastgørelserne) op - dette er endnu et simpelt puslespil relateret til regulatorerne, hvor du skal bruge de resterende brændselsceller. Den første knap skal drejes til højre, den anden til venstre, den tredje til op, den fjerde til højre, den femte til venstre igen.
Endelig, efter al denne lange pine, vil det være muligt at tage rustningen. "Shield Weaver" er et meget godt stykke udstyr, der gør hovedpersonen nærmest usårlig i et stykke tid. Det vigtigste er konstant at overvåge rustningens farve: hvis rustningen flimrer hvidt, så er alt i orden. Hvis det er rødt, er skjoldet væk.
Du vil ikke længere overraske nogen med hverken solpaneler eller vindmøller, som genererer elektricitet i alle regioner i verden. Men outputtet fra disse enheder er ikke konstant, og det er nødvendigt at installere backup-strømkilder eller oprette forbindelse til netværket for at få elektricitet i den periode, hvor vedvarende energikilder ikke genererer elektricitet. Der er dog anlæg udviklet i det 19. århundrede, der bruger "alternative" brændstoffer til at generere elektricitet, det vil sige, at de ikke brænder gas eller petroleumsprodukter. Sådanne installationer er brændselsceller.
SKABELSES HISTORIE
Brændselsceller (FC) eller brændselsceller blev opdaget tilbage i 1838-1839 af William Grove (Grove, Grove), da han studerede elektrolyse af vand.
Hjælp: Elektrolyse af vand er processen med nedbrydning af vand under påvirkning af elektrisk strøm til brint- og oxygenmolekyler
Efter at have afbrudt batteriet fra elektrolysecellen, blev han overrasket over at opdage, at elektroderne begyndte at absorbere den frigjorte gas og generere strøm. Opdagelsen af processen med elektrokemisk "kold" forbrænding af brint var en væsentlig begivenhed i energiindustrien. Han skabte senere Grove-batteriet. Denne enhed havde en platinelektrode nedsænket i salpetersyre og en zinkelektrode i zinksulfat. Den genererede en strøm på 12 ampere og en spænding på 8 volt. Grow selv kaldte dette design "vådt batteri". Han skabte derefter et batteri ved hjælp af to platinelektroder. Den ene ende af hver elektrode var i svovlsyre, og de andre ender var forseglet i beholdere med brint og oxygen. Der var en stabil strøm mellem elektroderne, og mængden af vand inde i beholderne steg. Grow var i stand til at nedbryde og forbedre vandet i denne enhed.
"Batteri vokser"
(kilde: Royal Society of the National Museum of Natural History)
Udtrykket "brændselscelle" (engelsk "brændselscelle") dukkede først op i 1889 af L. Mond og
C. Langer, der forsøgte at skabe en enhed til at generere elektricitet fra luft og kulgas.
HVORDAN VIRKER DETTE?
En brændselscelle er en forholdsvis simpel enhed.. Den har to elektroder: anode (negativ elektrode) og katode (positiv elektrode). Der sker en kemisk reaktion ved elektroderne. For at fremskynde det, er overfladen af elektroderne belagt med en katalysator. FC'er er udstyret med et element mere - membran. Omdannelsen af brændstoffets kemiske energi direkte til elektricitet sker takket være membranens arbejde. Det adskiller de to kamre i elementet, hvori brændstof og oxidationsmiddel tilføres. Membranen tillader kun protoner, som er produceret som et resultat af brændstofspaltning, at passere fra et kammer til et andet ved en elektrode belagt med en katalysator (elektroner bevæger sig derefter gennem et eksternt kredsløb). I det andet kammer kombineres protoner med elektroner (og oxygenatomer) for at danne vand.
Arbejdsprincippet for en brintbrændselscelle
På det kemiske niveau ligner processen med at omdanne brændstofenergi til elektrisk energi den konventionelle forbrændingsproces (oxidation).
Ved normal forbrænding i ilt sker der oxidation af organisk brændsel, og brændslets kemiske energi omdannes til termisk energi. Lad os se, hvad der sker under oxidationen af brint med oxygen i et elektrolytmiljø og i nærvær af elektroder.
Ved at tilføre brint til en elektrode placeret i et alkalisk miljø opstår der en kemisk reaktion:
2H2 + 4OH - → 4H2O + 4e -
Som du kan se, får vi elektroner, der passerer gennem det eksterne kredsløb, når frem til den modsatte elektrode, hvortil ilt strømmer, og hvor reaktionen finder sted:
4e- + O2 + 2H2O → 4OH -
Det kan ses, at den resulterende reaktion 2H 2 + O 2 → H 2 O er den samme som ved normal forbrænding, men i en brændselscelle viser det sig elektrisk strøm og delvis varm.
TYPER AF BRÆNDSTOFCELLER
Det er sædvanligt at klassificere brændselsceller efter typen af elektrolyt, der anvendes til reaktionen:
Bemærk, at brændselsceller også kan bruge kul, kulilte, alkoholer, hydrazin og andre organiske stoffer som brændstof og luft, hydrogenperoxid, klor, brom, salpetersyre osv.
BRÆNDSTOFCELLE EFFEKTIVITET
Et kendetegn ved brændselsceller er ingen streng begrænsning af effektiviteten, ligesom varmemotorer.
Hjælp: EffektivitetCarnot cyklus er den højest mulige effektivitet blandt alle varmemotorer med samme minimums- og maksimumstemperaturer.
Derfor kan effektiviteten af brændselsceller i teorien være højere end 100%. Mange smilede og tænkte: "Den evige bevægelsesmaskine er blevet opfundet." Nej, her er det værd at vende tilbage til skoleforløb kemi. Brændselscellen er baseret på omdannelse af kemisk energi til elektrisk energi. Det er her mirakler sker. Visse kemiske reaktioner, som de opstår, kan absorbere varme fra miljøet.
Hjælp: Endoterme reaktioner er kemiske reaktioner ledsaget af absorption af varme. For endoterme reaktioner er ændringen i entalpi og indre energi har positive værdier (Δ H >0, Δ U >0), således indeholder reaktionsprodukterne mere energi end udgangskomponenterne.
Et eksempel på en sådan reaktion er oxidationen af brint, som bruges i de fleste brændselsceller. Derfor kan effektiviteten teoretisk set være mere end 100%. Men i dag opvarmes brændselsceller under drift og kan ikke optage varme fra omgivelserne.
Hjælp: Denne begrænsning er pålagt af termodynamikkens anden lov. Processen med varmeoverførsel fra en "kold" krop til en "varm" er ikke mulig.
Plus, der er tab forbundet med ikke-ligevægtsprocesser. Såsom: ohmske tab på grund af elektrolyttens og elektrodernes specifikke ledningsevne, aktivering og koncentrationspolarisering, diffusionstab. Som følge heraf omdannes en del af den energi, der genereres i brændselsceller, til varme. Derfor er brændselsceller ikke evighedsmaskiner, og deres effektivitet er mindre end 100 %. Men deres effektivitet er større end andre maskiners. I dag Brændselscelleeffektivitet når 80 %.
Reference: I fyrrerne designede og byggede den engelske ingeniør T. Bacon et brændselscellebatteri med en samlet effekt på 6 kW og en virkningsgrad på 80 %, kørende på ren brint og ilt, men batteriets effekt-til-vægt-forhold vendte ud til at være for små - sådanne elementer var uegnede til praktisk brug og for dyre (kilde: http://www.powerinfo.ru/).
BRÆNDSTOFCELLE PROBLEMER
Næsten alle brændselsceller bruger brint som brændstof, så det logiske spørgsmål opstår: "Hvor kan jeg få det?"
Det ser ud til, at en brændselscelle blev opdaget som følge af elektrolyse, så det er muligt at bruge den brint, der frigives som følge af elektrolyse. Men lad os se på denne proces mere detaljeret.
Ifølge Faradays lov: mængden af et stof, der oxideres ved anoden eller reduceres ved katoden, er proportional med mængden af elektricitet, der passerer gennem elektrolytten. Det betyder, at for at få mere brint, skal du bruge mere strøm. Eksisterende metoder Elektrolyse af vand foregår med en effektivitet på mindre end én. Så bruger vi den resulterende brint i brændselsceller, hvor effektiviteten også er mindre end enhed. Derfor vil vi bruge mere energi, end vi kan producere.
Selvfølgelig kan du bruge brint fremstillet af naturgas. Denne metode til fremstilling af brint er fortsat den billigste og mest populære. I øjeblikket kommer omkring 50 % af den brint, der produceres på verdensplan, fra naturgas. Men der er et problem med at opbevare og transportere brint. Brint har en lav densitet ( en liter brint vejer 0,0846 g), så for at transportere den over lange afstande skal den komprimeres. Og disse er ekstra energi- og pengeomkostninger. Glem heller ikke sikkerheden.
Men her er der også en løsning - flydende kulbrintebrændstof kan bruges som brintkilde. For eksempel ethyl- eller methylalkohol. Sandt nok, dette kræver allerede særlige ekstra enhed- en brændstofkonverter, ved høj temperatur (for methanol vil det være omkring 240°C), der omdanner alkoholer til en blanding af gasformig H 2 og CO 2. Men i dette tilfælde er det allerede sværere at tænke på portabilitet - sådanne enheder er gode at bruge som stationære eller bilgeneratorer, men for kompakt mobilt udstyr har du brug for noget mindre omfangsrigt.
Katalysator
For at forbedre reaktionen i brændselscellen er anodeoverfladen sædvanligvis en katalysator. Indtil for nylig blev platin brugt som katalysator. Derfor var omkostningerne til brændselscellen høje. For det andet er platin et relativt sjældent metal. Ifølge eksperter, hvornår industriel produktion brændselsceller, vil beviste reserver af platin løbe tør om 15-20 år. Men videnskabsmænd rundt om i verden forsøger at erstatte platin med andre materialer. Nogle af dem opnåede i øvrigt gode resultater. Så kinesiske videnskabsmænd erstattede platin med calciumoxid (kilde: www.cheburek.net).
BRUG AF BRÆNDSTOFCELLER
Den første brændselscelle inden for bilteknologi blev testet i 1959. Alice-Chambers traktoren brugte 1008 batterier til at fungere. Brændstoffet var en blanding af gasser, hovedsageligt propan og oxygen.
Kilde: http://www.planetseed.com/
Siden midten af 60'erne, på højden af "rumkapløbet", blev rumfartøjsskabere interesseret i brændselsceller. Tusindvis af videnskabsmænds og ingeniørers arbejde har gjort det muligt at nå nyt niveau og i 1965 brændselsceller er blevet testet i USA kl rumskib Gemini 5, og senere på Apollo-rumfartøjet til flyvninger til Månen og Shuttle-programmet. I USSR blev brændselsceller udviklet på NPO Kvant, også til brug i rummet (kilde: http://www.powerinfo.ru/).
Da slutproduktet af brintforbrænding i en brændselscelle er vand, anses de for at være de reneste med hensyn til deres indvirkning på miljø. Derfor begyndte brændselsceller at vinde popularitet på baggrund af generel interesse for miljøet.
Allerede nu har bilproducenter som Honda, Ford, Nissan og Mercedes-Benz skabt biler drevet af brintbrændselsceller.
Mercedes-Benz - Ener-G-Force drevet af brint
Ved brug af brintbiler er problemet med brintlagring løst. Byggeriet af brinttankstationer vil gøre det muligt at tanke hvor som helst. Desuden er det hurtigere at tanke en bil med brint end at lade en elbil på en tankstation. Men da vi implementerede sådanne projekter, stødte vi på et problem svarende til det med elektriske køretøjer. Folk er klar til at skifte til en brintbil, hvis der er infrastruktur til dem. Og opførelsen af tankstationer vil begynde, hvis der er et tilstrækkeligt antal forbrugere. Derfor kom vi igen til dilemmaet med ægget og hønen.
Brændselsceller er meget udbredt i mobiltelefoner og bærbare computere. Den tid er allerede gået, hvor telefonen blev opladet en gang om ugen. Nu oplades telefonen næsten hver dag, og den bærbare computer fungerer i 3-4 timer uden netværk. Derfor besluttede producenter af mobilteknologi at syntetisere en brændselscelle med telefoner og bærbare computere til opladning og drift. For eksempel Toshiba-virksomheden i 2003. demonstreret en færdig prototype af en methanol brændselscelle. Den producerer en effekt på omkring 100 mW. En genopfyldning af 2 terninger koncentreret (99,5%) methanol er nok til 20 timers drift af MP3-afspilleren. Igen demonstrerede den samme Toshiba et batteri til at drive bærbare computere, der måler 275x75x40 mm, hvilket gør det muligt for computeren at fungere i 5 timer på en enkelt opladning.
Men nogle producenter er gået længere. PowerTrekk-firmaet har frigivet en oplader af samme navn. PowerTrekk - den første oplader vandapparat i verden. Det er meget nemt at bruge. PowerTrekk kræver tilsætning af vand for at give øjeblikkelig elektricitet via USB-kablet. Denne brændselscelle indeholder siliciumpulver og natriumsilicid (NaSi), når den blandes med vand, danner kombinationen brint. Brint blandes med luft i selve brændselscellen, og det omdanner brint til elektricitet gennem sin membran-protonudveksling, uden ventilatorer eller pumper. Du kan købe sådan en bærbar oplader for 149 € (
Mobilelektronik bliver mere tilgængelig og udbredt hvert år, hvis ikke måned. Her finder du bærbare computere, PDA'er og digitale kameraer, og mobiltelefoner og et væld af andre nyttige og knap så nyttige enheder. Og alle disse enheder får hele tiden nye funktioner, kraftigere processorer, større farveskærme, trådløs kommunikation, samtidig med at de falder i størrelse. Men i modsætning til halvlederteknologier skrider strømteknologierne for hele dette mobile menageri ikke frem med stormskridt.
Konventionelle batterier og genopladelige batterier er ved at blive klart utilstrækkelige til at drive de seneste fremskridt inden for elektronikindustrien i en længere periode. Og uden pålidelige og rummelige batterier er hele pointen med mobilitet og trådløshed tabt. Så computerindustrien arbejder mere og mere aktivt med problemet alternative kilder ernæring. Og den mest lovende retning her i dag er brændselsceller.
Det grundlæggende driftsprincip for brændselsceller blev opdaget af den britiske videnskabsmand Sir William Grove i 1839. Han er kendt som faderen til "brændselscellen". William Grove genererede elektricitet ved at ændre til at udvinde brint og ilt. Efter at have afbrudt batteriet fra elektrolysecellen, blev Grove overrasket over at opdage, at elektroderne begyndte at absorbere den frigjorte gas og generere strøm. Åbning af en proces elektrokemisk "kold" forbrænding af brint blev en væsentlig begivenhed i energiindustrien, og efterfølgende spillede så berømte elektrokemikere som Ostwald og Nernst en stor rolle i udviklingen teoretiske grundlag og praktisk implementering af brændselsceller og forudsagde en stor fremtid for dem.
Mig selv udtrykket "brændselscelle" dukkede op senere - det blev foreslået i 1889 af Ludwig Mond og Charles Langer, som forsøgte at skabe en enhed til at generere elektricitet fra luft og kulgas.
Ved normal forbrænding i ilt sker der oxidation af organisk brændsel, og brændslets kemiske energi omdannes ineffektivt til termisk energi. Men det viste sig at være muligt at udføre oxidationsreaktionen, for eksempel af brint med oxygen, i et elektrolytmiljø og, i nærværelse af elektroder, at opnå en elektrisk strøm. For eksempel, ved at levere brint til en elektrode placeret i et alkalisk medium, opnår vi elektroner:
2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-
som passerer gennem det eksterne kredsløb, når frem til den modsatte elektrode, hvortil ilt strømmer, og hvor reaktionen finder sted: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-
Det kan ses, at den resulterende reaktion 2H2 + O2 → H2O er den samme som ved konventionel forbrænding, men i en brændselscelle eller på anden måde - i elektrokemisk generator, resultatet er elektrisk strøm med stor effektivitet og delvis varme. Bemærk, at brændselsceller også kan bruge kul, kulilte, alkoholer, hydrazin og andre organiske stoffer som brændstof og luft, hydrogenperoxid, klor, brom, salpetersyre osv. som oxidationsmidler.
Udviklingen af brændselsceller fortsatte kraftigt både i udlandet og i Rusland og derefter i USSR. Blandt de videnskabsmænd, der ydede et stort bidrag til undersøgelsen af brændselsceller, bemærker vi V. Jaco, P. Yablochkov, F. Bacon, E. Bauer, E. Justi, K. Cordesh. I midten af forrige århundrede begyndte et nyt angreb på brændselscelleproblemer. Det skyldes blandt andet fremkomsten af nye ideer, materialer og teknologier som et resultat af forsvarsforskning.
En af de videnskabsmænd, der tog et stort skridt i udviklingen af brændselsceller, var P. M. Spiridonov. Hydrogen-oxygen elementer af Spiridonov gav en strømtæthed på 30 mA/cm2, hvilket blev betragtet som en stor bedrift på det tidspunkt. I fyrrerne skabte O. Davtyan en installation til elektrokemisk forbrænding af generatorgas opnået ved forgasning af kul. For hver kubikmeter elementvolumen modtog Davtyan 5 kW effekt.
Det var det første brændselscelle med fast elektrolyt. Den havde høj effektivitet, men med tiden blev elektrolytten ubrugelig og skulle udskiftes. Efterfølgende skabte Davtyan i slutningen af halvtredserne en kraftfuld installation, der driver traktoren. I de samme år designede og byggede den engelske ingeniør T. Bacon et batteri af brændselsceller med en samlet effekt på 6 kW og en virkningsgrad på 80 %, kørende på ren brint og ilt, men kraft-til-vægt-forholdet på batteriet viste sig at være for lille - sådanne elementer var uegnede til praktisk brug og for dyre.
I de efterfølgende år gik ensommernes tid. Skaberne af rumfartøjer blev interesseret i brændselsceller. Siden midten af 60'erne er der investeret millioner af dollars i brændselscelleforskning. Arbejdet fra tusindvis af videnskabsmænd og ingeniører tillod os at nå et nyt niveau, og i 1965. brændselsceller blev testet i USA på rumfartøjet Gemini 5 og senere på rumfartøjet Apollo til flyvninger til Månen og Shuttle-programmet.
I USSR blev brændselsceller udviklet hos NPO Kvant, også til brug i rummet. I de år var der allerede dukket nye materialer op - faste polymerelektrolytter baseret på ionbyttermembraner, nye typer katalysatorer, elektroder. Og alligevel var driftsstrømtætheden lille - i området 100-200 mA/cm2, og platinindholdet på elektroderne var flere g/cm2. Der var mange problemer relateret til holdbarhed, stabilitet og sikkerhed.
Den næste fase af hurtig udvikling af brændselsceller begyndte i 90'erne. sidste århundrede og fortsætter den dag i dag. Det er forårsaget af behovet for nye effektive energikilder i forbindelse på den ene side det globale miljøproblem med stigende drivhusgasemissioner fra forbrænding af fossile brændstoffer og på den anden side med udtømning af reserver af sådant brændstof. . Da det endelige produkt af brintforbrænding i en brændselscelle er vand, anses de for at være de reneste med hensyn til miljøpåvirkning. Hovedproblemet er bare at finde en effektiv og billig måde opnåelse af brint.
Milliarder af dollars i finansielle investeringer i udviklingen af brændselsceller og brintgeneratorer bør føre til et teknologisk gennembrud og gøre brugen af dem i hverdagen til virkelighed: i celler til mobiltelefoner, i biler, i kraftværker. Allerede nu demonstrerer sådanne bilgiganter som Ballard, Honda, Daimler Chrysler og General Motors biler og busser drevet af brændselsceller med en effekt på 50 kW. En række virksomheder har udviklet sig demonstrationskraftværker med brændselsceller med fast oxidelektrolyt med en effekt på op til 500 kW. Men på trods af et betydeligt gennembrud i forbedringen af brændselscellers egenskaber, skal mange problemer relateret til deres omkostninger, pålidelighed og sikkerhed stadig løses.
I en brændselscelle, i modsætning til batterier og akkumulatorer, tilføres både brændstof og oxidationsmiddel til den udefra. Brændselscellen medierer blot reaktionen og kunne under ideelle forhold fungere næsten evigt. Skønheden ved denne teknologi er, at cellen faktisk forbrænder brændstof og direkte omdanner den frigivne energi til elektricitet. Når brændstof forbrændes direkte, oxideres det af ilt, og den frigivne varme bruges til at udføre nyttigt arbejde.
I en brændselscelle, som i batterier, er reaktionerne af brændstofoxidation og iltreduktion rumligt adskilt, og "forbrændingsprocessen" sker kun, hvis cellen leverer strøm til belastningen. Det er ligesom diesel elektrisk generator, kun uden diesel og generator. Og også uden røg, støj, overophedning og med meget mere høj effektivitet. Sidstnævnte forklares ved, at der for det første ikke er nogen mellemliggende mekaniske anordninger og for det andet er brændselscellen ikke en varmemotor og overholder som et resultat ikke Carnots lov (det vil sige, at dens effektivitet ikke bestemmes af temperaturforskelle).
Ilt bruges som oxidationsmiddel i brændselsceller. Desuden, da der er nok ilt i luften, er der ingen grund til at bekymre sig om tilførslen af et oxidationsmiddel. Hvad angår brændstof, er det brint. Så reaktionen foregår i brændselscellen:
2H2 + O2 → 2H2O + el + varme.
Resultatet er nyttig energi og vanddamp. Den enkleste i sin struktur er protonudvekslingsmembran brændselscelle(se figur 1). Det fungerer som følger: brint, der kommer ind i grundstoffet, nedbrydes under påvirkning af en katalysator til elektroner og positivt ladede hydrogenioner H+. Så kommer en speciel membran i spil, der spiller rollen som en elektrolyt i et konventionelt batteri. På grund af dens kemisk sammensætning det tillader protoner at passere igennem, men bevarer elektroner. Således skaber elektronerne akkumuleret på anoden en overskydende negativ ladning, og hydrogenionerne skaber en positiv ladning på katoden (spændingen over elementet er ca. 1V).
For at skabe høj effekt er en brændselscelle samlet af mange celler. Hvis du forbinder et element til en belastning, vil elektroner strømme gennem det til katoden, hvilket skaber en strøm og fuldender processen med oxidation af brint med oxygen. Platinmikropartikler aflejret på kulfiber bruges normalt som katalysator i sådanne brændselsceller. På grund af sin struktur tillader en sådan katalysator gas og elektricitet at passere godt igennem. Membranen er normalt lavet af den svovlholdige polymer Nafion. Membranens tykkelse er tiendedele af en millimeter. Under reaktionen frigives selvfølgelig også varme, men ikke så meget af den, så driftstemperaturen holdes i området 40-80°C.
Fig.1. Funktionsprincip for en brændselscelle
Der er andre typer brændselsceller, hovedsageligt forskellige i den anvendte type elektrolyt. Næsten alle af dem kræver brint som brændstof, så det logiske spørgsmål opstår: hvor man kan få det. Selvfølgelig ville det være muligt at bruge komprimeret brint fra cylindere, men der opstår straks problemer i forbindelse med transport og opbevaring af denne meget brandfarlige gas under højt tryk. Naturligvis kan brint bruges i bundet form, som i metalhydridbatterier. Men opgaven med at udvinde og transportere den består stadig, for infrastrukturen til brinttankning eksisterer ikke.
Men her er der også en løsning - flydende kulbrintebrændstof kan bruges som brintkilde. For eksempel ethyl- eller methylalkohol. Sandt nok kræver dette en speciel ekstra enhed - en brændstofkonverter, som ved høje temperaturer (for methanol vil det være omkring 240 ° C) omdanner alkoholer til en blanding af gasformig H2 og CO2. Men i dette tilfælde er det allerede sværere at tænke på portabilitet - sådanne enheder er gode at bruge som stationære eller, men for kompakt mobilt udstyr har du brug for noget mindre omfangsrigt.
Og her kommer vi til præcis den enhed, som næsten alle de største elektronikproducenter udvikler med frygtelig kraft - methanol brændselscelle(Figur 2).
Fig.2. Funktionsprincip for en methanol brændselscelle
Den grundlæggende forskel mellem brint og methanol brændselsceller er den anvendte katalysator. Katalysatoren i en methanol-brændselscelle gør det muligt at fjerne protoner direkte fra alkoholmolekylet. Dermed er problemet med brændstof løst - methylalkohol er masseproduceret til den kemiske industri, det er nemt at opbevare og transportere, og for at oplade en methanol-brændselscelle er det nok blot at udskifte brændstofpatronen. Sandt nok er der en væsentlig ulempe - methanol er giftigt. Desuden er effektiviteten af en methanol-brændselscelle væsentligt lavere end en brint.
Ris. 3. Methanol brændselscelle
Den mest fristende mulighed er at bruge ethylalkohol som brændstof, da produktion og distribution af alkoholholdige drikkevarer af enhver sammensætning og styrke er veletableret overalt til kloden. Effektiviteten af ethanolbrændselsceller er desværre endnu lavere end methanolcellers.
Som det er blevet bemærket gennem de mange års udvikling på brændselscelleområdet, er der bygget forskellige typer brændselsceller. Brændselsceller er klassificeret efter elektrolyt og brændstoftype.
1. Fast polymer hydrogen-oxygen elektrolyt.
2. Fast polymer methanol brændselsceller.
3. Alkaliske elektrolytceller.
4. Fosforsyre brændselsceller.
5. Brændstofelementer baseret på smeltede karbonater.
6. Fast oxid brændselsceller.
Ideelt set er effektiviteten af brændselsceller meget høj, men under virkelige forhold er der tab forbundet med ikke-ligevægtsprocesser, såsom: ohmske tab på grund af elektrolyttens og elektrodernes specifikke ledningsevne, aktivering og koncentrationspolarisering og diffusionstab. Som følge heraf omdannes en del af den energi, der genereres i brændselsceller, til varme. Specialisters indsats er rettet mod at reducere disse tab.
Hovedkilden til ohmske tab, såvel som årsagen høj pris brændselsceller er perfluorerede sulfoniske kationbyttermembraner. Eftersøgningen er nu i gang efter alternative, billigere protonledende polymerer. Da ledningsevnen af disse membraner (faste elektrolytter) kun når en acceptabel værdi (10 Ohm/cm) i nærværelse af vand, skal de gasser, der tilføres brændselscellen, befugtes yderligere i speciel enhed, hvilket også øger omkostningerne ved systemet. Katalytiske gasdiffusionselektroder bruger hovedsageligt platin og nogle andre ædelmetaller, og indtil videre er der ikke fundet nogen erstatning for dem. Selvom platinindholdet i brændselsceller er flere mg/cm2, for store batterier dens mængde når titusinder af gram.
Når man designer brændselsceller, er der meget opmærksomhed på varmefjernelsessystemet, siden hvornår høje tætheder strøm (op til 1A/cm2) opvarmer systemet selv. Til afkøling bruges vand, der cirkulerer i brændselscellen gennem specielle kanaler, og ved lave kræfter - luftblæsning.
Så et moderne elektrokemisk generatorsystem, ud over selve brændselscellebatteriet, er "overgroet" med mange hjælpeanordninger, såsom: pumper, en kompressor til at tilføre luft, indsprøjte brint, en gasbefugter, en køleenhed, en gas lækageovervågningssystem, en DC-AC-konverter, en kontrolprocessor osv. Alt dette fører til, at prisen på et brændselscellesystem i 2004-2005 var 2-3 tusinde $/kW. Ifølge eksperter vil brændselsceller blive tilgængelige til brug i transport og stationære kraftværker til en pris på $50-100/kW.
At indføre brændselsceller i dagligdagen, sammen med billigere komponenter må vi forvente nye originale ideer og tilgange. Især er der store forhåbninger til brugen af nanomaterialer og nanoteknologier. For eksempel har flere virksomheder for nylig annonceret skabelsen af ultraeffektive katalysatorer, især til iltelektroden, baseret på klynger af nanopartikler fra forskellige metaller. Derudover har der været rapporter om design af membranløse brændselsceller, hvor flydende brændstof (såsom methanol) tilføres brændselscellen sammen med et oxidationsmiddel. Interessant er også udviklingskonceptet med biobrændselsceller, der opererer i forurenet vand og forbruger opløst luftilt som et oxidationsmiddel og organiske urenheder som brændstof.
Ifølge eksperter vil brændselsceller komme ind på massemarkedet i de kommende år. Faktisk, den ene efter den anden, overvinder udviklere tekniske problemer, rapporterer succeser og præsenterer prototyper af brændselsceller. For eksempel demonstrerede Toshiba en færdig prototype af en methanol-brændselscelle. Den har en størrelse på 22x56x4,5 mm og producerer en effekt på omkring 100mW. En genopfyldning af 2 terninger koncentreret (99,5%) methanol er nok til 20 timers drift af MP3-afspilleren. Toshiba har frigivet en kommerciel brændselscelle til at drive mobiltelefoner. Igen demonstrerede den samme Toshiba en celle til strømforsyning til bærbare computere, der måler 275x75x40 mm, så computeren kan fungere i 5 timer på en enkelt opladning.
Et andet japansk firma, Fujitsu, er ikke langt bagefter Toshiba. I 2004 introducerede hun også et element med 30 % vandig opløsning methanol. Denne brændselscelle kørte på én 300 ml opladning i 10 timer og producerede en effekt på 15 W.
Casio udvikler en brændselscelle, hvor methanol først omdannes til en blanding af H2- og CO2-gasser i en miniature brændstofkonverter og derefter føres ind i brændselscellen. Under demonstrationen drev Casio-prototypen en bærbar computer i 20 timer.
Samsung gjorde også sit præg inden for brændselsceller - i 2004 demonstrerede det sin 12 W prototype designet til at drive en bærbar computer. Generelt planlægger Samsung at bruge brændselsceller primært i fjerde generations smartphones.
Det må siges, at japanske virksomheder generelt tog en meget grundig tilgang til udviklingen af brændselsceller. Tilbage i 2003 gik virksomheder som Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony og Toshiba sammen om at udvikle en enkelt brændselscellestandard til bærbare computere, mobiltelefoner, PDA'er og andre elektroniske enheder. Amerikanske virksomheder, som der også er mange af på dette marked, arbejder for det meste under kontrakter med militæret og udvikler brændselsceller til elektrificering af amerikanske soldater.
Tyskerne er ikke langt bagefter – firmaet Smart Fuel Cell sælger brændselsceller til at drive et mobilt kontor. Enheden hedder Smart Fuel Cell C25, har dimensioner på 150x112x65mm og kan levere op til 140 watt-timer pr. fyldning. Dette er nok til at drive den bærbare computer i cirka 7 timer. Så kan patronen udskiftes, og du kan arbejde videre. Størrelsen på methanolpatronen er 99x63x27 mm, og den vejer 150g. Selve systemet vejer 1,1 kg, så det kan ikke kaldes helt bærbart, men det er stadig en fuldstændig komplet og praktisk enhed. Virksomheden er også ved at udvikle et brændstofmodul til at drive professionelle videokameraer.
Generelt er brændselsceller næsten kommet ind på markedet for mobilelektronik. Producenterne skal stadig løse de sidste tekniske problemer, før de starter masseproduktion.
For det første er det nødvendigt at løse spørgsmålet om miniaturisering af brændselsceller. Jo mindre brændselscellen er, jo mindre strøm kan den producere - så der udvikles hele tiden nye katalysatorer og elektroder, der gør det muligt at maksimere arbejdsflade. Det er her, den seneste udvikling inden for nanoteknologi og nanomaterialer (for eksempel nanorør) kommer rigtig godt med. Igen, for at miniaturisere rørføringen af elementer (brændstof- og vandpumper, køle- og brændstofkonverteringssystemer), anvendes mikroelektromekanik i stigende grad.
Anden vigtigt spørgsmål Det, der skal tages stilling til, er prisen. Når alt kommer til alt, bruges meget dyr platin som katalysator i de fleste brændselsceller. Igen forsøger nogle af producenterne at få mest muligt ud af allerede veletablerede siliciumteknologier.
Hvad angår andre anvendelsesområder for brændselsceller, er brændselsceller allerede blevet ret solidt etableret dér, selv om de endnu ikke er blevet mainstream hverken i energisektoren eller i transportsektoren. Allerede nu har mange bilproducenter præsenteret deres konceptbiler drevet af brændselsceller. Brændselscellebusser kører i flere byer rundt om i verden. Canadiske Ballard Power Systems producerer en række stationære generatorer med en kapacitet fra 1 til 250 kW. Samtidig er kilowatt-generatorer designet til straks at forsyne én lejlighed med el, varme og varmt vand.