Ogniwo paliwowe to elektrochemiczne urządzenie do konwersji energii, które w wyniku reakcji chemicznej przekształca wodór i tlen w energię elektryczną. W wyniku tego procesu powstaje woda i wydziela się duża ilość ciepła. Ogniwo paliwowe jest bardzo podobne do akumulatora, który można ładować, a następnie wykorzystywać zmagazynowaną energię elektryczną.
Za wynalazcę ogniwa paliwowego uważa się Williama R. Grove'a, który wynalazł je już w 1839 roku. W tym ogniwie paliwowym jako elektrolit zastosowano roztwór kwasu siarkowego, a jako paliwo wodór, który w połączeniu z tlenem środek utleniający. Należy zaznaczyć, że do niedawna ogniwa paliwowe były stosowane wyłącznie w laboratoriach i na statkach kosmicznych.
W przyszłości ogniwa paliwowe będą mogły konkurować z wieloma innymi systemami konwersji energii (m.in. z turbinami gazowymi w elektrowniach), silnikami spalinowymi w samochodach czy akumulatorami elektrycznymi w urządzeniach przenośnych. Silniki spalinowe spalają paliwo i wykorzystują ciśnienie powstałe w wyniku rozprężania gazów spalinowych do wykonywania pracy mechanicznej. Baterie przechowują energię elektryczną, a następnie przekształcają ją w energię chemiczną, którą w razie potrzeby można ponownie przekształcić w energię elektryczną. Ogniwa paliwowe są potencjalnie bardzo wydajne. Już w 1824 roku francuski uczony Carnot udowodnił, że cykle sprężania i rozprężania silnika spalinowego nie mogą zapewnić sprawności konwersji energii cieplnej (czyli energii chemicznej spalania paliwa) na energię mechaniczną powyżej 50%. Ogniwo paliwowe nie ma ruchomych części (przynajmniej nie w samym ogniwie) i dlatego nie podlega prawu Carnota. Naturalnie będą miały sprawność większą niż 50% i są szczególnie skuteczne przy małych obciążeniach. Zatem pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi mogą stać się (i już okazały się) bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa niż pojazdy konwencjonalne w rzeczywistych warunkach jazdy.
Ogniwo paliwowe wytwarza prąd elektryczny o stałym napięciu, który można wykorzystać do napędzania silnika elektrycznego, oświetlenia i innych układów elektrycznych w pojeździe. Istnieje kilka typów ogniw paliwowych, różniących się rodzajem zastosowanego ogniwa. procesy chemiczne. Ogniwa paliwowe są zwykle klasyfikowane według rodzaju stosowanego elektrolitu. Niektóre typy ogniw paliwowych są obiecujące w napędzie elektrowni, inne zaś mogą być przydatne w małych urządzeniach przenośnych lub do zasilania samochodów.
Alkaliczne ogniwo paliwowe jest jednym z pierwszych opracowanych ogniw. Są wykorzystywane w amerykańskim programie kosmicznym od lat 60. XX wieku. Takie ogniwa paliwowe są bardzo podatne na zanieczyszczenia i dlatego wymagają bardzo czystego wodoru i tlenu. Są również bardzo drogie, co oznacza, że tego typu ogniwa paliwowe prawdopodobnie nie będą powszechnie stosowane w samochodach.
Oparte na ogniwach paliwowych kwas fosforowy może znaleźć zastosowanie w stacjonarnych instalacjach małej mocy. Pracują w dość wysokich temperaturach, dlatego nagrzewają się długo, co również czyni je nieskutecznymi w zastosowaniu w samochodach.
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem lepiej nadają się do dużych stacjonarnych generatorów prądu, które mogłyby zasilać fabryki lub osady. Ten typ ogniwa paliwowego pracuje w bardzo wysokich temperaturach (około 1000°C). Wysoki temperatura robocza stwarza pewne problemy, ale z drugiej strony ma zaletę – parę wytwarzaną przez ogniwo paliwowe można przesłać do turbin, aby wygenerować więcej energii elektrycznej. Ogólnie rzecz biorąc, poprawia to ogólną wydajność systemu.
Jednym z najbardziej obiecujących systemów jest ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów (PEMFC – Protone Exchange Membrane). Ogniwo paliwowe). Obecnie ten rodzaj ogniw paliwowych jest najbardziej obiecujący, ponieważ może zasilać samochody osobowe, autobusy i inne pojazdy.
Procesy chemiczne w ogniwie paliwowym
Ogniwa paliwowe wykorzystują proces elektrochemiczny do łączenia wodoru z tlenem uzyskanym z powietrza. Jak w baterie, ogniwa paliwowe wykorzystują elektrody (stałe przewodniki elektryczne) umieszczonego w elektrolicie (ośrodku przewodzącym prąd elektryczny). Kiedy cząsteczki wodoru stykają się z elektrodą ujemną (anodą), ta ostatnia zostaje rozdzielona na protony i elektrony. Protony przechodzą przez membranę do wymiany protonów (POEM) do elektrody dodatniej (katody) ogniwa paliwowego, wytwarzając energię elektryczną. Happening związek chemiczny cząsteczki wodoru i tlenu, tworząc wodę jako produkt uboczny tej reakcji. Jedynym rodzajem emisji z ogniwa paliwowego jest para wodna.
Energia elektryczna wytwarzana przez ogniwa paliwowe może zostać wykorzystana w elektrycznym układzie napędowym pojazdu (składającym się z przetwornika mocy elektrycznej i silnik asynchroniczny prąd przemienny) w celu wytworzenia energii mechanicznej potrzebnej do napędzania pojazdu. Zadaniem konwertera mocy jest przekształcenie stałego prądu elektrycznego wytwarzanego przez ogniwa paliwowe w prąd przemienny napędzający silnik trakcyjny pojazdu.
Schemat ogniwa paliwowego z membraną do wymiany protonów:
1 - anoda;
2 - membrana do wymiany protonów (PEM);
3 - katalizator (czerwony);
4 - katoda
Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów (PEMFC) wykorzystuje jedną z najprostszych reakcji występujących w każdym ogniwie paliwowym.
Jednoogniwowe ogniwo paliwowe
Przyjrzyjmy się, jak działa ogniwo paliwowe. Anoda, biegun ujemny ogniwa paliwowego, przewodzi elektrony uwolnione od cząsteczek wodoru, dzięki czemu można je wykorzystać w zewnętrznym obwodzie elektrycznym. W tym celu wygrawerowane są w nim kanały, które równomiernie rozprowadzają wodór na całej powierzchni katalizatora. Katoda (biegun dodatni ogniwa paliwowego) ma wytrawione kanały, które rozprowadzają tlen po powierzchni katalizatora. Przewodzi także elektrony z powrotem z zewnętrznej pętli (obwodu) do katalizatora, gdzie mogą łączyć się z jonami wodoru i tlenem, tworząc wodę. Elektrolit jest membraną do wymiany protonów. Jest to specjalny materiał podobny do zwykłego plastiku, ale ma zdolność przepuszczania dodatnio naładowanych jonów i blokowania przejścia elektronów.
Katalizator to specjalny materiał ułatwiający reakcję tlenu z wodorem. Katalizator jest zwykle wykonany z proszku platyny nałożonego bardzo cienką warstwą na kalkę lub tkaninę. Katalizator musi być szorstki i porowaty, aby jego powierzchnia mogła mieć maksymalny kontakt z wodorem i tlenem. Strona katalizatora pokryta platyną znajduje się przed membraną do wymiany protonów (PEM).
Wodór (H2) jest dostarczany do ogniwa paliwowego pod ciśnieniem z anody. Kiedy cząsteczka H2 wchodzi w kontakt z platyną na katalizatorze, dzieli się na dwie części, dwa jony (H+) i dwa elektrony (e–). Elektrony są prowadzone przez anodę, gdzie przechodzą przez zewnętrzną pętlę (obwód), wykonując pożyteczną pracę (taką jak napędzanie silnika elektrycznego) i wracają po stronie katody ogniwa paliwowego.
Tymczasem po stronie katody ogniwa paliwowego gazowy tlen (O2) przechodzi przez katalizator, gdzie tworzy dwa atomy tlenu. Każdy z tych atomów ma silny ładunek ujemny, który przyciąga dwa jony H+ przez membranę, gdzie łączą się z atomem tlenu i dwoma elektronami z obwodu zewnętrznego, tworząc cząsteczkę wody (H 2 O).
Ta reakcja w pojedynczym ogniwie paliwowym wytwarza około 0,7 W mocy. Aby podnieść moc do wymaganego poziomu, należy połączyć wiele pojedynczych ogniw paliwowych, tworząc stos ogniw paliwowych.
Ogniwa paliwowe POM działają w stosunkowo niskich temperaturach (około 80°C), co oznacza, że można je szybko doprowadzić do temperatury roboczej i nie wymagają drogich systemów chłodzenia. Ciągłe udoskonalanie technologii i materiałów stosowanych w tych ogniwach zbliżyło ich moc do punktu, w którym bateria takich ogniw paliwowych, zajmująca niewielką część bagażnika samochodu, jest w stanie zapewnić energię potrzebną do napędzania samochodu.
W ciągu ostatnich lat inwestowała większość wiodących na świecie producentów samochodów duże fundusze w opracowywaniu projektów pojazdów wykorzystujących ogniwa paliwowe. Wiele z nich zademonstrowało już pojazdy napędzane ogniwami paliwowymi o zadowalającej mocy i osiągach, chociaż były dość drogie.
Udoskonalanie konstrukcji takich samochodów jest bardzo intensywne.
Pojazd zasilany ogniwami paliwowymi wykorzystuje elektrownię umieszczoną pod podłogą pojazdu
NECAR V bazuje na samochodzie Mercedes-Benz klasy A, a cały zespół napędowy wraz z ogniwami paliwowymi znajduje się pod podłogą samochodu. Takie rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia przewożenie w samochodzie czterech pasażerów i bagażu. Tutaj jako paliwo do samochodu wykorzystywany jest nie wodór, ale metanol. Metanol za pomocą reformera (urządzenia przekształcającego metanol w wodór) przekształca się w wodór niezbędny do zasilania ogniwa paliwowego. Zastosowanie reformera na pokładzie samochodu umożliwia wykorzystanie jako paliwa niemal dowolnych węglowodorów, co pozwala na tankowanie samochodu zasilanego ogniwami paliwowymi przy wykorzystaniu istniejącej sieci stacji benzynowych. Teoretycznie ogniwa paliwowe wytwarzają jedynie energię elektryczną i wodę. Przekształcenie paliwa (benzyny lub metanolu) w wodór wymagany do ogniw paliwowych nieco zmniejsza atrakcyjność ekologiczną takiego samochodu.
Honda, która zajmuje się ogniwami paliwowymi od 1989 r., w 2003 r. wyprodukowała małą partię pojazdów Honda FCX-V4 wyposażonych w ogniwa paliwowe z wymianą protonów z membraną Ballarda. Te ogniwa paliwowe wytwarzają 78 kW energia elektryczna, a do napędu kół napędowych zastosowano elektryczne silniki trakcyjne o mocy 60 kW i momencie obrotowym 272 Nm. Samochód na ogniwa paliwowe w porównaniu do samochodu osobowego tradycyjny schemat, ma masę o około 40% mniejszą, co zapewnia mu doskonałą dynamikę, a zapas sprężonego wodoru pozwala na przejechanie nawet 355 km.
Honda FCX do jazdy wykorzystuje energię elektryczną wytwarzaną przez ogniwa paliwowe.
Honda FCX to pierwszy na świecie pojazd napędzany ogniwami paliwowymi, który otrzymał certyfikat rządowy w Stanach Zjednoczonych. Samochód posiada certyfikat zgodności ze standardami ZEV – Zero Emission Vehicle. Honda nie zamierza jeszcze sprzedawać tych samochodów, ale leasinguje około 30 sztuk na sztukę. Kalifornia i Tokio, gdzie istnieje już infrastruktura do tankowania wodoru.
Pojazd koncepcyjny General Motors Hy Wire jest wyposażony w układ napędowy z ogniwami paliwowymi
Prowadzi szeroko zakrojone badania nad rozwojem i tworzeniem pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi Firma ogólna Silniki.
Podwozie samochodu Hy Wire
Na samochód koncepcyjny GM Hy Wire wydano 26 patentów. Podstawą samochodu jest funkcjonalna platforma o grubości 150 mm. Wewnątrz platformy znajdują się butle z wodorem, elektrownia zasilana ogniwami paliwowymi oraz systemy sterowania pojazdami najnowsze technologie sterowanie elektroniczne drutem. Podwozie pojazdu Hy Wire to cienka platforma, w której znajdują się wszystkie główne elementy konstrukcyjne pojazdu: zbiorniki wodoru, ogniwa paliwowe, akumulatory, silniki elektryczne i układy sterowania. Takie podejście do projektowania umożliwia zmianę karoserii w trakcie eksploatacji. Firma testuje także prototypowe samochody marki Opel na ogniwa paliwowe oraz projektuje instalację do ich produkcji.
Projekt „bezpiecznego” zbiornika paliwa na skroplony wodór:
1 - urządzenie napełniające;
2 - zbiornik zewnętrzny;
3 - podpory;
4 - czujnik poziomu;
5 - zbiornik wewnętrzny;
6 - linia napełniania;
7 - izolacja i próżnia;
8 - grzejnik;
9 - skrzynka montażowa
BMW przywiązuje dużą wagę do problemu wykorzystania wodoru jako paliwa do samochodów osobowych. Wspólnie z firmą Magna Steyer, znaną z prac nad wykorzystaniem skroplonego wodoru w eksploracji kosmosu, BMW opracowało zbiornik paliwa na skroplony wodór, który można zastosować w samochodach.
Badania potwierdziły bezpieczeństwo stosowania zbiornika paliwa ciekłego wodoru
Firma przeprowadziła szereg badań bezpieczeństwa konstrukcji standardowymi metodami i potwierdziła jej niezawodność.
W 2002 roku na targach motoryzacyjnych we Frankfurcie nad Menem (Niemcy) zaprezentowano Mini Cooper Hydrogen, który jako paliwo wykorzystuje skroplony wodór. Zbiornik paliwa Samochód ten zajmuje tyle samo miejsca, co zwykły zbiornik paliwa. Wodór w tym samochodzie nie jest wykorzystywany do ogniw paliwowych, ale jako paliwo do silnika spalinowego.
Pierwszy na świecie samochód produkcyjny z ogniwem paliwowym zamiast akumulatora
W 2003 roku BMW ogłosiło produkcję pierwszego seryjnego samochodu z ogniwem paliwowym – BMW 750 hl. Zamiast tradycyjnego akumulatora zastosowano akumulator z ogniwami paliwowymi. Samochód ten wyposażony jest w 12-cylindrowy silnik spalinowy zasilany wodorem, a ogniwo paliwowe stanowi alternatywę dla konwencjonalnego akumulatora, umożliwiając działanie klimatyzatora i innych odbiorników energii elektrycznej, gdy samochód jest zaparkowany przez dłuższy czas bez włączonego silnika.
Napełnianie wodorem odbywa się za pomocą robota, w proces ten nie jest zaangażowany kierowca
Ta sama firma BMW opracowała także zrobotyzowane dystrybutory paliwa, które zapewniają szybkie i bezpieczne tankowanie samochodów skroplonym wodorem.
Wygląd w ostatnie lata Duża liczba osiągnięć mających na celu tworzenie samochodów wykorzystujących paliwa alternatywne i alternatywne układy napędowe sugeruje, że silniki spalinowe, które dominowały w samochodach przez ostatnie stulecie, ostatecznie ustąpią miejsca czystszym, wydajniejszym i cichszym konstrukcjom. Ich szerokie rozpowszechnienie w w tej chwili ograniczone nie względami technicznymi, ale raczej ekonomicznymi i problemy społeczne. Do ich powszechnego stosowania konieczne jest stworzenie określonej infrastruktury dla rozwoju produkcji typy alternatywne paliwa, tworzenie i dystrybucję nowych stacji benzynowych oraz pokonywanie szeregu barier psychologicznych. Stosowanie wodoru jako paliwa do pojazdów będzie wymagało rozwiązania kwestii związanych z magazynowaniem, dostawą i dystrybucją przy zastosowaniu poważnych środków bezpieczeństwa.
Wodór jest teoretycznie dostępny w nieograniczonych ilościach, jednak jego produkcja jest bardzo energochłonna. Dodatkowo przekażę samochody do pracy paliwo wodorowe Konieczne są dwie duże zmiany w systemie elektroenergetycznym: najpierw przełączenie jego pracy z benzyny na metanol, a następnie z czasem na wodór. Minie trochę czasu, zanim ten problem zostanie rozwiązany.
Ogniwo paliwowe #1 - Serce Matki (zadanie Łono Matki)
Aloy znajdzie pierwsze ogniwo paliwowe, zanim osiągnie pełną pojemność. otwarty świat. Po Inicjacji nasza bohaterka znajdzie się w Sercu Matki, świętym miejscu plemienia Nora i siedzibie Matriarchów.
Wstając z łóżka, Aloy przejdzie kolejno przez kilka pomieszczeń i w jednym z nich natknie się na zapieczętowane drzwi, których nie można otworzyć. Rozejrzyj się - w pobliżu będzie szyb wentylacyjny ozdobiony płonącymi świecami. Powinieneś tam pójść.
Po przejściu przez kopalnię znajdziesz się za zamkniętymi drzwiami. Spójrz na podłogę obok świec i klocek ścienny o tajemniczym przeznaczeniu - jest tu ogniwo paliwowe.
Ważny: Jeśli nie podniesiesz teraz tego ogniwa paliwowego, będziesz mógł ponownie dostać się do tej lokacji dopiero w późniejszych etapach gry, po ukończeniu zadania „Serce Nory”.
Ogniwo paliwowe #2 – Ruiny
Aloy była już w tych ruinach – spadła tu jako dziecko. Po ukończeniu Wtajemniczenia warto przypomnieć sobie swoje dzieciństwo i wrócić tu ponownie – po drugie ogniwo paliwowe.
Wejście do ruin wygląda tak, skacz śmiało.
Potrzebujesz pierwszego poziomu ruin, prawego dolnego obszaru, zaznaczonego na mapie na fioletowo. Są tu drzwi, które Aloy otworzy włócznią.
Po przejściu przez drzwi wejdź po schodach na górę i skręć w prawo – Aloy w młodości nie potrafiła przedostać się przez te stalaktyty, ale teraz ma kłótnię. Wyjmij ponownie włócznię i rozbij stalaktyty - droga wolna, pozostaje tylko zabrać leżący na stole element paliwowy.
Ogniwo paliwowe nr 3 – Limit mistrza (zadanie Limit mistrza)
Jedźmy na północ. Podczas zadania fabularnego Master's Reach Aloy bada gigantyczne ruiny Prekursorów. Kolejne ogniwo paliwowe ukryte jest na dwunastym poziomie ruin.
Musisz nie tylko wspiąć się na najwyższy poziom ruin, ale także wspiąć się nieco wyżej. Wspinaj się po ocalałej części budynku, aż znajdziesz się na niewielkim obszarze otwartym na wszystkie wiatry.
To tutaj znajduje się trzecie ogniwo paliwowe. Pozostaje tylko zejść na dół.
Ogniwo paliwowe nr 4 - Skarb Śmierci (zadanie Skarb Śmierci)
To ogniwo paliwowe jest również ukryte w północnej części mapy, ale jest znacznie bliżej ziem plemienia Nora. Aloy przybędzie tu także podczas misji fabularnej.
Aby dostać się do żywiołu, Aloy musi przywrócić zasilanie zapieczętowanych drzwi znajdujących się na trzecim poziomie lokacji.
Aby to zrobić, musisz rozwiązać małą zagadkę - na poziomie pod drzwiami znajdują się dwa bloki po cztery regulatory.
Najpierw zajmijmy się lewym blokiem regulatorów. Pierwszy automat powinien „patrzeć” w górę, drugi „w prawo”, trzeci „w lewo”, czwarty „w dół”.
Przejdźmy do prawego bloku. Nie dotykaj pierwszych dwóch regulatorów, trzeci i czwarty regulator powinny patrzeć „w dół”.
Idziemy o jeden poziom wyżej – oto ostatni blok regulatorów. Prawidłowa kolejność to: góra, dół, lewo, prawo.
Jeśli zrobisz wszystko poprawnie, wszystkie regulatory zmienią kolor na turkusowy, zasilanie zostanie przywrócone. Wróć do drzwi i otwórz je - tutaj jest kolejne ogniwo paliwowe.
Ogniwo paliwowe nr 5 - GAIA Prime (zadanie Fallen Mountain)
Wreszcie ostatnie ogniwo paliwowe – i znowu zgodnie z zadaniem fabularnym. Aloy udaje się do ruin GAIA Prime.
Zachowaj szczególną ostrożność po dotarciu na trzeci poziom. W pewnym momencie przed Aloy pojawi się atrakcyjna przepaść, do której możesz zejść na linie – nie musisz tam schodzić.
Lepiej skręcić w lewo i zbadać ukrytą jaskinię, możesz się do niej dostać, jeśli ostrożnie zejdziesz po zboczu góry.
Wejdź do środka i idź przed siebie do samego końca. W ostatnim pomieszczeniu po prawej stronie będzie półka, na której leży ostatnie ogniwo paliwowe.
Już wkrótce (a dokładniej na początku swojej fascynującej przygody) główna bohaterka natknie się na bunkier Forerunner, który znajduje się bardzo blisko ziem plemienia Nora. Wewnątrz tego starożytnego bunkra, za potężnymi i zaawansowanymi technologicznie drzwiami, będzie znajdować się zbroja, która z daleka wygląda nie tylko przyzwoicie, ale także bardzo atrakcyjnie. Zbroja nazywa się „Shield Weaver” i jest właściwie najlepszym wyposażeniem w grze. Dlatego od razu pojawia się wiele pytań: „Jak znaleźć i zdobyć zbroję Shield Weaver?”, „Gdzie znaleźć paliwo?”, „Jak otworzyć drzwi bunkra?” i wiele innych pytań związanych z tym samym tematem. Aby więc otworzyć drzwi bunkra i zdobyć upragnioną zbroję, musisz znaleźć pięć ogniw paliwowych, które z kolei zostaną rozsiane po całym świecie gry. Poniżej podpowiem gdzie i jak znaleźć ogniwa paliwowe do rozwiązywania zagadek podczas poszukiwań oraz w Starożytnym Arsenale.
: Prezentowany poradnik zawiera nie tylko szczegółowy opis tekstowy, ale także do każdego ogniwa paliwowego dołączone są zrzuty ekranu, a na końcu znajduje się film. Wszystko to zostało stworzone, aby ułatwić Ci wyszukiwanie, więc jeśli w którymś momencie opis tekstowy jest niejasny, zalecamy obejrzenie zrzutów ekranu i filmu.
. Pierwsze paliwo - „Serce Matki”
Gdzie i jak znaleźć pierwsze ogniwo paliwowe - lokalizacja paliwa.
Tak więc Aloy będzie w stanie znaleźć pierwsze ogniwo paliwowe (lub, mówiąc prościej, paliwo) na długo przed wejściem do otwartego świata w ramach zadania „Łono matki”. Rzecz w tym, że po wykonaniu zadania „Wtajemniczenie” (które notabene ma także związek z fabułą) główna bohaterka znajdzie się w miejscu zwanym „Serce Matki”, które jest miejscem świętym dla plemienia Nora i siedziba Matriarchów.
Gdy tylko dziewczyna wstanie z łóżka, przejdź kolejno przez kilka pokoi (pokojów), gdzie w jednym z nich natkniesz się na zapieczętowane drzwi, których po prostu nie można otworzyć. Na ten moment zdecydowanie radzę się rozejrzeć, gdyż obok bohaterki (lub w pobliżu drzwi - jak wygodniej) znajduje się szyb wentylacyjny ozdobiony płonącymi świecami (ogólnie to tam trzeba się udać) .
Po przejściu pewnego odcinka szybu wentylacyjnego bohaterka znajdzie się za zamkniętymi drzwiami. Przyjrzyj się podłodze obok bloku ściennego i świecom o tajemniczym przeznaczeniu - w tym miejscu leży pierwsze ogniwo paliwowe.
: Pamiętaj, że jeśli nie podniesiesz pierwszego ogniwa paliwowego przed wejściem do otwartego świata, to później będziesz mógł dostać się do tej lokacji dopiero w późniejszych etapach przejścia. A dokładniej, po ukończeniu misji „Serce Nory”, więc radzę już teraz zabrać się za paliwo.
. Drugie paliwo - „Ruiny”
Gdzie i jak znaleźć drugie ogniwo paliwowe - lokalizacja paliwa.
Pierwsza rzecz, którą musisz wiedzieć poszukując drugiego paliwa: główna bohaterka już dawno znajdowała się w tej lokacji, gdy jako dziecko (na samym początku rozgrywki) popadła w ruinę. Zatem po wykonaniu zadania „Inicjacja” będziesz musiał przypomnieć sobie swoje głębokie dzieciństwo i jeszcze raz zejść w to miejsce, aby zdobyć drugie ogniwo paliwowe.
Poniżej kilka zdjęć (zrzuty ekranu). Na pierwszym zdjęciu widać wejście do ruin (na czerwono). Wewnątrz ruin musisz dostać się na pierwszy poziom - jest to prawy dolny obszar, który zostanie zaznaczony na mapie na fioletowo. Oprócz tego będą tam również drzwi, które dziewczyna będzie mogła otworzyć włócznią.
Gdy tylko Aloy przejdzie przez drzwi, wejdź po schodach i przy pierwszej okazji skręć w prawo: w swojej głębokiej młodości Aloy nie potrafiła czołgać się przez stalaktyty, ale teraz ma przydatne „zabawki”, które poradzą sobie z każdym zadaniem . Wyjmij więc włócznię i użyj jej, aby rozbić stalaktyty. Wkrótce droga będzie wolna, więc pozostaje tylko zabrać leżące na stole ogniwo paliwowe i zabrać się za następne. Jeśli którykolwiek moment przejścia jest niejasny, poniżej załączamy w kolejności zrzuty ekranu.
. Trzecie paliwo – „Master’s Limit”
Gdzie i jak znaleźć trzecie ogniwo paliwowe - lokalizacja paliwa.
Czas udać się na północ. Podczas zadania „Granica mistrza” Aloy będzie musiała dokładnie zbadać i przestudiować gigantyczne ruiny Prekursorów. Zatem w tych ruinach na dwunastym poziomie ukryte będzie kolejne, trzecie ogniwo paliwowe.
Będziesz więc musiał wspiąć się nie tylko na górny poziom tych ruin, ale także wspiąć się tam nieco wyżej. Nie trać cennego czasu i wspinaj się wyżej wzdłuż ocalałej części budynku. Wspinaj się, aż znajdziesz się na małej platformie otwartej na wszystkie wiatry. Wtedy wszystko jest proste, bo na górze będzie trzeci element paliwa: żadnych zagadek, żadnych zagadek i tajemnic. Więc weź paliwo, zejdź na dół i idź dalej.
. Czwarte paliwo - „Skarb Śmierci”
Gdzie i jak znaleźć czwarte ogniwo paliwowe - lokalizacja paliwa.
Dobra wiadomość jest taka, że to ogniwo paliwowe znajduje się również w północnej części mapy Horizon: Zerowy świt, ale jednocześnie nieco bliżej ziem plemienia Nora. Główny bohater ponownie znajdzie się w tej części mapy podczas kolejnej misji fabularnej. Zanim jednak dotrze do przedostatniego ogniwa paliwowego, Aloy będzie musiała przywrócić zasilanie zapieczętowanych drzwi, które znajdują się na trzecim poziomie lokacji. Ponadto, aby to zrobić, będziesz musiał rozwiązać małą i niezbyt skomplikowaną zagadkę. Zagadka składa się z bloków i regulatorów (na poziomie pod drzwiami znajdują się dwa bloki po cztery regulatory). Na początek radzę zająć się lewym blokiem regulatorów: pierwszy regulator należy podnieść (patrz) w górę, drugi - w prawo, trzeci - w lewo, czwarty - w dół.
Następnie udaj się do bloku po prawej stronie. Nie dotykaj pierwszych dwóch regulatorów, ale trzeci i czwarty regulator będą musiały zostać wyłączone. Dlatego idź o jeden poziom wyżej - oto ostatni blok regulatorów. Prawidłowa kolejność będzie wyglądać następująco: 1 - w górę, 2 - w dół, 3 - w lewo, 4 - w prawo.
Gdy wszystko wykonasz poprawnie, elementy sterujące zmienią kolor z białego na turkusowy. Tym samym zasilanie zostanie przywrócone. Wróć zatem do drzwi i otwórz je. Za drzwiami bohaterkę „powita” przedostatnie ogniwo paliwowe, dzięki czemu będzie mogła sięgnąć po kolejne, ostatnie paliwo.
. Piąte paliwo - „GAIA Prime”
Gdzie i jak znaleźć piąte ogniwo paliwowe - lokalizacja paliwa.
Wreszcie ostatnie ogniwo paliwowe. I znowu można go zdobyć tylko podczas przechodzenia fabuły. Tym razem główny bohater będzie musiał udać się do ruin o nazwie „GAIA Prime”. W tym momencie należy zwrócić uwagę szczególną uwagę, gdy znajdziesz się w pobliżu trzeciego poziomu. Rzecz w tym, że w pewnym momencie dziewczyna stanie przed atrakcyjną przepaścią, w którą będzie mogła zejść za pomocą liny, choć nie powinna tam wchodzić.
Przed przepaścią skręć w lewo i najpierw zbadaj ukrytą przed wzrokiem jaskinię: możesz się do niej dostać, jeśli ostrożnie zejdziesz po zboczu góry. Wejdź do środka, a następnie idź przed siebie aż do samego końca. W ostatnim pomieszczeniu po prawej stronie będzie półka, na której ostatecznie leży ostatnie ogniwo paliwowe. Razem z nim możesz teraz bezpiecznie wrócić do bunkra i otworzyć wszystkie zamki, aby zdobyć luksusowy sprzęt.
. Jak dostać się do Starożytnego Arsenału?
Cóż, teraz pozostaje tylko wrócić do Starożytnego Arsenału, aby otrzymać długo oczekiwaną nagrodę. Jeśli nie pamiętasz korytarzy arsenału, spójrz na poniższe zrzuty ekranu, które pomogą Ci zapamiętać całą ścieżkę.
Gdy dotrzesz we właściwe miejsce i zejdziesz na dół, włóż ogniwa paliwowe do pustych ogniw. Spowoduje to zaświecenie się regulatorów, więc czeka Cię nowa zagadka, aby otworzyć drzwi. Zatem pierwszy regulator powinien być skierowany w górę, drugi w prawo, trzeci w dół, czwarty w lewo, piąty w górę. Gdy zrobisz wszystko dobrze, drzwi się otworzą, ale to jeszcze nie koniec.
Następnie musisz odblokować zamek (lub mocowania) pancerza - to kolejna prosta zagadka związana z regulatorami, w której musisz wykorzystać pozostałe ogniwa paliwowe. Pierwsze pokrętło należy przekręcić w prawo, drugie w lewo, trzecie do góry, czwarte w prawo, piąte ponownie w lewo.
Wreszcie, po tych wszystkich długich mękach, będzie można wziąć zbroję. „Shield Weaver” to bardzo dobry sprzęt, dzięki któremu główny bohater przez pewien czas jest praktycznie niezniszczalny. Najważniejszą rzeczą jest ciągłe monitorowanie koloru zbroi: jeśli zbroja miga na biało, wszystko jest w porządku. Jeśli jest czerwony, tarcza zniknęła.
Nikogo już nie zaskoczą ani panele słoneczne, ani turbiny wiatrowe, które wytwarzają prąd we wszystkich regionach świata. Jednak moc tych urządzeń nie jest stała i konieczne jest zainstalowanie rezerwowych źródeł zasilania lub podłączenie do sieci w celu uzyskania energii elektrycznej w okresie, gdy odnawialne źródła energii nie wytwarzają energii elektrycznej. Istnieją jednak elektrownie powstałe w XIX wieku, które do produkcji energii elektrycznej wykorzystują paliwa „alternatywne”, czyli nie spalają gazu ani produktów naftowych. Takimi instalacjami są ogniwa paliwowe.
HISTORIA STWORZENIA
Ogniwa paliwowe (FC) lub ogniwa paliwowe zostały odkryte już w latach 1838-1839 przez Williama Grove'a (Grove, Grove), kiedy badał elektrolizę wody.
Pomoc: Elektroliza wody to proces rozkładu wody pod wpływem prądu elektrycznego na cząsteczki wodoru i tlenu
Po odłączeniu akumulatora od ogniwa elektrolitycznego ze zdziwieniem stwierdził, że elektrody zaczęły absorbować uwolniony gaz i wytwarzać prąd. Znaczącym wydarzeniem w energetyce było odkrycie procesu elektrochemicznego „zimnego” spalania wodoru. Później stworzył baterię Grove. Urządzenie to posiadało elektrodę platynową zanurzoną w kwasie azotowym i elektrodę cynkową w siarczanie cynku. Wytwarzał prąd o natężeniu 12 amperów i napięciu 8 woltów. Rozwijaj się, nazywając ten projekt „mokry akumulator”. Następnie stworzył baterię, używając dwóch platynowych elektrod. Jeden koniec każdej elektrody znajdował się w kwasie siarkowym, a drugi koniec zamknięto w pojemnikach z wodorem i tlenem. Pomiędzy elektrodami panował stabilny prąd, a ilość wody wewnątrz pojemników wzrosła. Grow był w stanie rozłożyć i ulepszyć wodę w tym urządzeniu.
„Rozrost baterii”
(źródło: Królewskie Towarzystwo Narodowego Muzeum Historii Naturalnej)
Termin „ogniwo paliwowe” (angielski „Ogniwo paliwowe”) pojawił się dopiero w 1889 roku przez L. Monda i
C. Langera, który podjął próbę stworzenia urządzenia do wytwarzania energii elektrycznej z powietrza i gazu węglowego.
JAK TO DZIAŁA?
Ogniwo paliwowe jest stosunkowo prostym urządzeniem.. Ma dwie elektrody: anodę (elektroda ujemna) i katodę (elektroda dodatnia). Na elektrodach zachodzi reakcja chemiczna. Aby to przyspieszyć, powierzchnię elektrod powleka się katalizatorem. FC wyposażone są w jeszcze jeden element - membrana. Zamiana energii chemicznej paliwa bezpośrednio na energię elektryczną następuje dzięki pracy membrany. Oddziela dwie komory elementu, do których dostarczane jest paliwo i utleniacz. Membrana pozwala jedynie protonom, które powstają w wyniku rozszczepienia paliwa, przedostać się z jednej komory do drugiej przy elektrodzie pokrytej katalizatorem (elektrony przemieszczają się wówczas przez obwód zewnętrzny). W drugiej komorze protony łączą się z elektronami (i atomami tlenu), tworząc wodę.
Zasada działania wodorowego ogniwa paliwowego
Na poziomie chemicznym proces zamiany energii paliwa na energię elektryczną jest podobny do konwencjonalnego procesu spalania (utleniania).
Podczas normalnego spalania w tlenie następuje utlenianie paliwa organicznego, a energia chemiczna paliwa zamieniana jest na energię cieplną. Zobaczmy, co dzieje się podczas utleniania wodoru tlenem w środowisku elektrolitu i w obecności elektrod.
Dostarczając wodór do elektrody znajdującej się w środowisku zasadowym, zachodzi reakcja chemiczna:
2H 2 + 4OH - → 4H 2O + 4e -
Jak widać otrzymujemy elektrony, które przechodząc przez obwód zewnętrzny docierają do przeciwnej elektrody, do której przepływa tlen i gdzie zachodzi reakcja:
4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -
Można zauważyć, że powstała reakcja 2H 2 + O 2 → H 2 O jest taka sama jak podczas normalnego spalania, ale okazuje się, że w ogniwie paliwowym prąd elektryczny i częściowo ciepło.
RODZAJE OGNIW PALIWOWYCH
Ogniwa paliwowe dzieli się zwykle ze względu na rodzaj elektrolitu użytego w reakcji:
Należy pamiętać, że ogniwa paliwowe mogą również wykorzystywać jako paliwo węgiel, tlenek węgla, alkohole, hydrazynę i inne substancje organiczne, a także powietrze, nadtlenek wodoru, chlor, brom, kwas azotowy itp.
WYDAJNOŚĆ OGNIW PALIWOWYCH
Cechą ogniw paliwowych jest brak ścisłych ograniczeń wydajności jak silniki cieplne.
Pomoc: WydajnośćCykl Carnota to najwyższa możliwa wydajność spośród wszystkich silników cieplnych przy tych samych temperaturach minimalnych i maksymalnych.
Dlatego sprawność ogniw paliwowych w teorii może przekraczać 100%. Wielu uśmiechało się i myślało: „Wynaleziono maszynę perpetuum mobile”. Nie, tutaj warto wrócić kurs szkolny chemia. Ogniwo paliwowe opiera się na konwersji energii chemicznej na energię elektryczną. To tu dzieją się cuda. Niektóre reakcje chemiczne, które zachodzą, mogą pochłaniać ciepło z otoczenia.
Pomoc: Reakcje endotermiczne to reakcje chemiczne, którym towarzyszy absorpcja ciepła. W przypadku reakcji endotermicznych zmiana entalpii i energia wewnętrzna mają wartości dodatnie (Δ H >0, Δ U >0), zatem produkty reakcji zawierają więcej energii niż składniki wyjściowe.
Przykładem takiej reakcji jest utlenianie wodoru, który stosowany jest w większości ogniw paliwowych. Dlatego teoretycznie wydajność może przekraczać 100%. Jednak obecnie ogniwa paliwowe nagrzewają się podczas pracy i nie są w stanie absorbować ciepła z otoczenia.
Pomoc: To ograniczenie narzuca druga zasada termodynamiki. Proces przenoszenia ciepła z ciała „zimnego” do ciała „gorącego” nie jest możliwy.
Ponadto istnieją straty związane z procesami nierównowagowymi. Takie jak: straty omowe wynikające z przewodnictwa właściwego elektrolitu i elektrod, polaryzacja aktywacyjna i stężeniowa, straty dyfuzyjne. Dzięki temu część energii wytwarzanej w ogniwach paliwowych zamieniana jest na ciepło. Ogniwa paliwowe nie są zatem maszynami perpetuum mobile i ich sprawność jest mniejsza niż 100%. Ale ich wydajność jest większa niż innych maszyn. Dzisiaj Wydajność ogniw paliwowych sięga 80%.
Odniesienie: W latach czterdziestych angielski inżynier T. Bacon zaprojektował i zbudował akumulator ogniw paliwowych o łącznej mocy 6 kW i sprawności 80%, zasilany czystym wodorem i tlenem, przy czym stosunek mocy do masy akumulatora zmienił się okazały się za małe – elementy takie nie nadawały się do praktycznego zastosowania i były zbyt drogie (źródło: http://www.powerinfo.ru/).
PROBLEMY Z OGNIWAMI PALIWOWYMI
Prawie wszystkie ogniwa paliwowe wykorzystują wodór jako paliwo, dlatego pojawia się logiczne pytanie: „Gdzie mogę go zdobyć?”
Wydaje się, że ogniwo paliwowe odkryto w wyniku elektrolizy, zatem możliwe jest wykorzystanie wodoru powstałego w wyniku elektrolizy. Ale przyjrzyjmy się temu procesowi bardziej szczegółowo.
Zgodnie z prawem Faradaya: ilość substancji, która ulega utlenieniu na anodzie lub redukcji na katodzie, jest proporcjonalna do ilości prądu przepływającego przez elektrolit. Oznacza to, że aby uzyskać więcej wodoru, trzeba wydać więcej prądu. Istniejące metody Elektroliza wody zachodzi z wydajnością mniejszą niż jeden. Następnie powstały wodór wykorzystujemy w ogniwach paliwowych, gdzie wydajność również jest mniejsza od jedności. Dlatego wydamy więcej energii, niż jesteśmy w stanie wyprodukować.
Można oczywiście wykorzystać wodór produkowany z gazu ziemnego. Ta metoda produkcji wodoru pozostaje najtańsza i najpopularniejsza. Obecnie około 50% wodoru produkowanego na świecie pochodzi z gazu ziemnego. Jest jednak problem z magazynowaniem i transportem wodoru. Wodór ma niską gęstość ( jeden litr wodoru waży 0,0846 g), dlatego aby móc go transportować na duże odległości należy go skompresować. A to dodatkowe koszty energii i pieniędzy. Nie zapomnij także o bezpieczeństwie.
Jednak i tutaj istnieje rozwiązanie – jako źródło wodoru można wykorzystać ciekłe paliwo węglowodorowe. Na przykład alkohol etylowy lub metylowy. To prawda, że to już wymaga specjalnego dodatkowe urządzenie- konwerter paliwa, w wysokiej temperaturze (dla metanolu będzie to około 240°C) przekształcający alkohole w mieszaninę gazowego H 2 i CO 2. Ale w tym przypadku już trudniej myśleć o przenośności - takie urządzenia dobrze sprawdzają się jako stacjonarne lub generatory samochodowe, ale w przypadku kompaktowego sprzętu mobilnego potrzebujesz czegoś mniej nieporęcznego.
Katalizator
Aby usprawnić reakcję w ogniwie paliwowym, powierzchnię anody zwykle poddaje się działaniu katalizatora. Do niedawna jako katalizator stosowano platynę. Dlatego koszt ogniwa paliwowego był wysoki. Po drugie, platyna jest stosunkowo rzadkim metalem. Zdaniem ekspertów, kiedy produkcja przemysłowa ogniw paliwowych, potwierdzone zasoby platyny wyczerpią się za 15-20 lat. Ale naukowcy na całym świecie próbują zastąpić platynę innymi materiałami. Nawiasem mówiąc, niektórzy z nich osiągnęli dobre wyniki. Chińscy naukowcy zastąpili więc platynę tlenkiem wapnia (źródło: www.cheburek.net).
WYKORZYSTANIE OGNIW PALIWOWYCH
Pierwsze ogniwo paliwowe w technologii motoryzacyjnej zostało przetestowane w 1959 roku. Do działania ciągnika Alice-Chambers wykorzystano 1008 akumulatorów. Paliwem była mieszanina gazów, głównie propanu i tlenu.
Źródło: http://www.planetseed.com/
Od połowy lat 60., u szczytu „wyścigu kosmicznego”, twórcy statków kosmicznych zainteresowali się ogniwami paliwowymi. Dzięki pracy tysięcy naukowców i inżynierów stało się to możliwe nowy poziom i w 1965 r ogniwa paliwowe zostały przetestowane w USA o godz statek kosmiczny Gemini 5, a później statek kosmiczny Apollo do lotów na Księżyc i programu Shuttle. W ZSRR ogniwa paliwowe opracowano w NPO Kvant, także do użytku w przestrzeni kosmicznej (źródło: http://www.powerinfo.ru/).
Ponieważ końcowym produktem spalania wodoru w ogniwie paliwowym jest woda, uważane są one za najczystsze pod względem oddziaływania na środowisko środowisko. Dlatego ogniwa paliwowe zaczęły zyskiwać na popularności na tle ogólnego zainteresowania środowiskiem.
Już producenci samochodów, tacy jak Honda, Ford, Nissan i Mercedes-Benz, stworzyli samochody napędzane wodorowymi ogniwami paliwowymi.
Mercedes-Benz – Ener-G-Force napędzany wodorem
W przypadku korzystania z samochodów wodorowych rozwiązuje się problem magazynowania wodoru. Budowa stacji benzynowych wodorowych umożliwi tankowanie w dowolnym miejscu. Co więcej, tankowanie samochodu wodorem jest szybsze niż ładowanie samochodu elektrycznego na stacji benzynowej. Ale realizując takie projekty, napotkaliśmy problem podobny do tego, który dotyczy pojazdów elektrycznych. Ludzie są gotowi przesiąść się na samochód wodorowy, jeśli istnieje dla nich infrastruktura. A budowa stacji benzynowych rozpocznie się, jeśli będzie wystarczająca liczba konsumentów. Dlatego ponownie doszliśmy do dylematu jajko i kura.
Ogniwa paliwowe są szeroko stosowane w telefonach komórkowych i laptopach. Minęły już czasy, gdy telefon był ładowany raz w tygodniu. Teraz telefon ładuje się prawie codziennie, a laptop działa 3-4 godziny bez sieci. Dlatego producenci technologii mobilnych postanowili zsyntetyzować ogniwo paliwowe z telefonami i laptopami w celu ładowania i obsługi. Przykładowo firma Toshiba w 2003 roku. zademonstrował gotowy prototyp ogniwa paliwowego na metanol. Wytwarza moc około 100 mW. Jedno uzupełnienie 2 kostek stężonego (99,5%) metanolu wystarcza na 20 godzin pracy odtwarzacza MP3. Ponownie ta sama Toshiba zademonstrowała ogniwo do zasilania laptopów o wymiarach 275x75x40mm, pozwalające na pracę komputera przez 5 godzin na jednym ładowaniu.
Niektórzy producenci poszli jednak dalej. Firma PowerTrekk wypuściła ładowarkę o tej samej nazwie. PowerTrekk – pierwsza ładowarka urządzenie wodne na świecie. Jest bardzo łatwy w użyciu. PowerTrekk wymaga dodania wody, aby zapewnić natychmiastowe zasilanie za pośrednictwem kabla USB. To ogniwo paliwowe zawiera proszek krzemowy i krzemek sodu (NaSi), które po zmieszaniu z wodą tworzą wodór. Wodór miesza się z powietrzem w samym ogniwie paliwowym i przekształca wodór w energię elektryczną poprzez wymianę membrana-proton, bez wentylatorów i pomp. Taką przenośną ładowarkę można kupić już za 149 € (
Elektronika mobilna staje się coraz bardziej dostępna i powszechna z każdym rokiem, jeśli nie miesiącem. Tutaj znajdziesz laptopy, urządzenia PDA i aparaty cyfrowe i telefony komórkowe oraz wiele innych przydatnych i mniej przydatnych urządzeń. Wszystkie te urządzenia stale zyskują nowe funkcje, mocniejsze procesory, większe kolorowe ekrany, komunikację bezprzewodową, a jednocześnie zmniejszają się. Jednak w przeciwieństwie do technologii półprzewodnikowych, technologie zasilania całej mobilnej menażerii nie rozwijają się skokowo.
Konwencjonalne baterie i akumulatory stają się wyraźnie niewystarczające do zasilania najnowszych osiągnięć przemysłu elektronicznego przez dłuższy czas. A bez niezawodnych i pojemnych akumulatorów traci się cały sens mobilności i bezprzewodowości. Dlatego branża komputerowa coraz aktywniej pracuje nad tym problemem źródła alternatywne odżywianie. A najbardziej obiecującym kierunkiem dzisiaj jest ogniwa paliwowe.
Podstawową zasadę działania ogniw paliwowych odkrył brytyjski naukowiec Sir William Grove w 1839 roku. Nazywany jest ojcem „ogniwa paliwowego”. William Grove wytwarzał energię elektryczną, przekształcając ją w celu ekstrakcji wodoru i tlenu. Po odłączeniu akumulatora od ogniwa elektrolitycznego Grove ze zdziwieniem stwierdził, że elektrody zaczęły absorbować uwolniony gaz i wytwarzać prąd. Otwarcie procesu elektrochemiczne „zimne” spalanie wodoru stało się znaczącym wydarzeniem w branży energetycznej, a później w rozwoju znaczącą rolę odegrali tak znani elektrochemicy jak Ostwald i Nernst podstawy teoretyczne i praktycznego wdrożenia ogniw paliwowych i przewidywał dla nich wspaniałą przyszłość.
Ja termin „ogniwo paliwowe” pojawił się później – został zaproponowany w 1889 roku przez Ludwiga Monda i Charlesa Langera, którzy próbowali stworzyć urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z powietrza i gazu węglowego.
Podczas normalnego spalania w tlenie następuje utlenianie paliwa organicznego, a energia chemiczna paliwa jest nieefektywnie przekształcana w energię cieplną. Okazało się jednak, że możliwe jest przeprowadzenie reakcji utleniania, na przykład wodoru, tlenem, w środowisku elektrolitu i w obecności elektrod, uzyskanie prądu elektrycznego. Przykładowo dostarczając wodór do elektrody znajdującej się w ośrodku zasadowym uzyskujemy elektrony:
2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-
które przechodząc przez obwód zewnętrzny docierają do przeciwnej elektrody, do której przepływa tlen i gdzie zachodzi reakcja: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-
Można zauważyć, że powstająca reakcja 2H2 + O2 → H2O przebiega tak samo jak podczas konwencjonalnego spalania, tyle że w ogniwie paliwowym, lub inaczej – w generator elektrochemiczny W rezultacie powstaje prąd elektryczny o dużej wydajności i częściowo wytwarzający ciepło. Należy pamiętać, że ogniwa paliwowe mogą również wykorzystywać węgiel, tlenek węgla, alkohole, hydrazynę i inne substancje organiczne jako paliwo, a powietrze, nadtlenek wodoru, chlor, brom, kwas azotowy itp. jako środki utleniające.
Rozwój ogniw paliwowych był kontynuowany dynamicznie zarówno za granicą, jak i w Rosji, a następnie w ZSRR. Wśród naukowców, którzy wnieśli wielki wkład w badania ogniw paliwowych, zauważamy V. Jaco, P. Yablochkov, F. Bacon, E. Bauer, E. Justi, K. Cordesh. W połowie ubiegłego wieku rozpoczął się nowy atak na problemy ogniw paliwowych. Częściowo wynika to z pojawienia się nowych pomysłów, materiałów i technologii w wyniku badań nad obronnością.
Jednym z naukowców, który zrobił znaczący krok w rozwoju ogniw paliwowych, był P. M. Spiridonov. Pierwiastki wodorowo-tlenowe Spiridonowa dał gęstość prądu na poziomie 30 mA/cm2, co było wówczas uważane za wielkie osiągnięcie. W latach czterdziestych O. Davtyan stworzył instalację do elektrochemicznego spalania gazu generatorowego otrzymywanego w wyniku zgazowania węgla. Na każdy metr sześcienny objętości elementu Davtyan otrzymał 5 kW mocy.
To było pierwsze ogniwo paliwowe ze stałym elektrolitem. Miał wysoką wydajność, ale z biegiem czasu elektrolit stał się bezużyteczny i wymagał wymiany. Następnie Davtyan pod koniec lat pięćdziesiątych stworzył potężną instalację napędzającą traktor. W tych samych latach angielski inżynier T. Bacon zaprojektował i zbudował baterię ogniw paliwowych o łącznej mocy 6 kW i sprawności 80%, zasilaną czystym wodorem i tlenem, przy czym stosunek mocy do masy akumulator okazał się za mały – takie elementy nie nadawały się do praktycznego zastosowania i były zbyt drogie.
W kolejnych latach minął czas samotników. Twórcy statków kosmicznych zainteresowali się ogniwami paliwowymi. Od połowy lat 60. zainwestowano miliony dolarów w badania nad ogniwami paliwowymi. Praca tysięcy naukowców i inżynierów pozwoliła nam osiągnąć nowy poziom, a w 1965 roku. ogniwa paliwowe testowano w Stanach Zjednoczonych na statku kosmicznym Gemini 5, a później na statku kosmicznym Apollo podczas lotów na Księżyc oraz w ramach programu Shuttle.
W ZSRR w NPO Kvant opracowano ogniwa paliwowe, również do użytku w kosmosie. W tych latach pojawiły się już nowe materiały - stałe elektrolity polimerowe na bazie membran jonowymiennych, nowe typy katalizatorów, elektrody. Mimo to gęstość prądu roboczego była niewielka – w granicach 100-200 mA/cm2, a zawartość platyny na elektrodach wynosiła kilka g/cm2. Było wiele problemów związanych z trwałością, stabilnością i bezpieczeństwem.
Kolejny etap szybkiego rozwoju ogniw paliwowych rozpoczął się w latach 90-tych. ubiegłego wieku i trwa do dziś. Jest to spowodowane zapotrzebowaniem na nowe, efektywne źródła energii w związku z jednej strony z globalnym problemem ekologicznym polegającym na zwiększaniu się emisji gazów cieplarnianych ze spalania paliw kopalnych, a z drugiej strony z wyczerpywaniem się zapasów tego paliwa . Ponieważ w ogniwie paliwowym końcowym produktem spalania wodoru jest woda, uznawane są one za najczystsze pod względem oddziaływania na środowisko. Głównym problemem jest po prostu znalezienie skutecznego i niedrogi sposób otrzymywanie wodoru.
Miliardy dolarów inwestycji finansowych w rozwój ogniw paliwowych i generatorów wodoru powinny doprowadzić do przełomu technologicznego i sprawić, że ich zastosowanie w życiu codziennym stanie się rzeczywistością: w ogniwach do telefony komórkowe, w samochodach, w elektrowniach. Już tacy motoryzacyjni giganci jak Ballard, Honda, Daimler Chrysler czy General Motors demonstrują samochody i autobusy zasilane ogniwami paliwowymi o mocy 50 kW. Rozwinęło się wiele firm elektrownie demonstracyjne wykorzystujące ogniwa paliwowe z elektrolitem w postaci stałego tlenku o mocy do 500 kW. Jednak pomimo znaczącego przełomu w poprawie właściwości ogniw paliwowych, wiele problemów związanych z ich kosztem, niezawodnością i bezpieczeństwem nadal wymaga rozwiązania.
W ogniwie paliwowym, w przeciwieństwie do baterii i akumulatorów, zarówno paliwo, jak i utleniacz dostarczane są do niego z zewnątrz. Ogniwo paliwowe jedynie pośredniczy w reakcji i w idealnych warunkach mogłoby działać praktycznie bez końca. Piękno tej technologii polega na tym, że ogniwo faktycznie spala paliwo i bezpośrednio przekształca uwolnioną energię w energię elektryczną. Kiedy paliwo jest spalane bezpośrednio, jest ono utleniane przez tlen, a uwolnione ciepło wykorzystywane jest do wykonywania użytecznej pracy.
W ogniwie paliwowym, podobnie jak w akumulatorach, reakcje utleniania paliwa i redukcji tlenu są oddzielone przestrzennie, a proces „spalania” zachodzi tylko wtedy, gdy ogniwo dostarcza prąd do obciążenia. To tak jak generator diesla, tylko bez diesla i generatora. A także bez dymu, hałasu, przegrzania i wiele więcej wysoka wydajność. To ostatnie tłumaczy się faktem, że po pierwsze nie ma półproduktów urządzenia mechaniczne po drugie, ogniwo paliwowe nie jest silnikiem cieplnym i w związku z tym nie podlega prawu Carnota (tzn. o jego sprawności nie decydują różnice temperatur).
Tlen jest stosowany jako środek utleniający w ogniwach paliwowych. Co więcej, ponieważ w powietrzu jest wystarczająca ilość tlenu, nie ma potrzeby martwić się o dostarczenie środka utleniającego. Jeśli chodzi o paliwo, jest to wodór. Zatem reakcja zachodzi w ogniwie paliwowym:
2H2 + O2 → 2H2O + prąd + ciepło.
Rezultatem jest użyteczna energia i para wodna. Najprostszy w swojej konstrukcji jest Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów(patrz rysunek 1). Działa to w następujący sposób: wodór wchodzący do pierwiastka rozkłada się pod działaniem katalizatora na elektrony i dodatnio naładowane jony wodorowe H+. Wtedy do akcji wkracza specjalna membrana, pełniąca rolę elektrolitu w konwencjonalnym akumulatorze. Ze względu na skład chemiczny umożliwia przejście protonów, ale zatrzymuje elektrony. W ten sposób elektrony zgromadzone na anodzie tworzą nadmierny ładunek ujemny, a jony wodoru tworzą ładunek dodatni na katodzie (napięcie na elemencie wynosi około 1 V).
Aby uzyskać dużą moc, ogniwo paliwowe składa się z wielu ogniw. Jeśli podłączysz element do obciążenia, elektrony przepłyną przez niego do katody, tworząc prąd i kończąc proces utleniania wodoru tlenem. Mikrocząstki platyny osadzone na włóknie węglowym są zwykle stosowane jako katalizator w takich ogniwach paliwowych. Katalizator taki dzięki swojej strukturze dobrze przepuszcza gaz i prąd. Membrana jest zwykle wykonana z polimeru Nafion zawierającego siarkę. Grubość membrany wynosi dziesiętne części milimetra. Podczas reakcji oczywiście wydziela się również ciepło, ale w niewielkiej ilości, dlatego temperatura robocza utrzymuje się w granicach 40-80°C.
Ryc.1. Zasada działania ogniwa paliwowego
Istnieją inne typy ogniw paliwowych, różniące się głównie rodzajem użytego elektrolitu. Prawie wszystkie z nich jako paliwo wymagają wodoru, pojawia się więc logiczne pytanie: skąd go zdobyć. Oczywiście można by zastosować sprężony wodór z butli, ale od razu pojawiają się problemy związane z transportem i magazynowaniem tego wysoce łatwopalnego gazu pod wysokim ciśnieniem. Oczywiście wodór można stosować w postaci związanej, jak w akumulatorach metalowo-wodorkowych. Jednak zadanie jego wydobycia i transportu nadal pozostaje, ponieważ nie ma infrastruktury do tankowania wodoru.
Jednak i tutaj istnieje rozwiązanie – jako źródło wodoru można wykorzystać ciekłe paliwo węglowodorowe. Na przykład alkohol etylowy lub metylowy. To prawda, że \u200b\u200bwymaga to specjalnego dodatkowego urządzenia - konwertera paliwa, który w wysokich temperaturach (dla metanolu będzie to około 240 ° C) przekształca alkohole w mieszaninę gazowego H2 i CO2. Ale w tym przypadku już trudniej myśleć o przenośności - takich urządzeń dobrze jest używać jako stacjonarne lub, ale w przypadku kompaktowego sprzętu mobilnego potrzebujesz czegoś mniej nieporęcznego.
I tu dochodzimy do dokładnie urządzenia, które z straszliwą siłą rozwijają niemal wszyscy najwięksi producenci elektroniki – ogniwo paliwowe metanolowe(Rysunek 2).
Ryc.2. Zasada działania ogniwa paliwowego metanolowego
Podstawową różnicą pomiędzy ogniwami wodorowymi i metanolowymi jest zastosowany katalizator. Katalizator w ogniwie paliwowym metanolowym umożliwia bezpośrednie usuwanie protonów z cząsteczki alkoholu. Tym samym problem paliwa został rozwiązany – alkohol metylowy jest produkowany masowo dla przemysłu chemicznego, jest łatwy w przechowywaniu i transporcie, a do naładowania ogniwa paliwowego metanolowego wystarczy po prostu wymiana wkładu paliwowego. To prawda, że \u200b\u200bjest jedna istotna wada - metanol jest toksyczny. Ponadto wydajność ogniwa paliwowego metanolowego jest znacznie niższa niż ogniwa wodorowego.
Ryż. 3. Ogniwo paliwowe metanolowe
Najbardziej kuszącą opcją jest wykorzystanie alkoholu etylowego jako paliwa, ponieważ produkcja i dystrybucja napojów alkoholowych o dowolnym składzie i mocy jest dobrze ugruntowana na całym świecie na globus. Jednak wydajność ogniw paliwowych etanolowych jest niestety jeszcze niższa niż ogniw metanolowych.
Jak zauważono na przestrzeni wielu lat rozwoju w dziedzinie ogniw paliwowych, zbudowano różne typy ogniw paliwowych. Ogniwa paliwowe są klasyfikowane według rodzaju elektrolitu i paliwa.
1. Stały polimerowy elektrolit wodorowo-tlenowy.
2. Ogniwa paliwowe ze stałego polimeru i metanolu.
3. Ogniwa elektrolitowe alkaliczne.
4. Ogniwa paliwowe na bazie kwasu fosforowego.
5. Elementy paliwowe na bazie stopionych węglanów.
6. Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem.
W idealnym przypadku sprawność ogniw paliwowych jest bardzo wysoka, jednak w warunkach rzeczywistych występują straty związane z procesami nierównowagowymi, takie jak: straty omowe wynikające z przewodnictwa właściwego elektrolitu i elektrod, polaryzacja aktywacyjna i stężeniowa oraz straty dyfuzyjne. Dzięki temu część energii wytwarzanej w ogniwach paliwowych zamieniana jest na ciepło. Wysiłki specjalistów mają na celu ograniczenie tych strat.
Główne źródło strat omowych, a także przyczyna wysoka cena ogniwa paliwowe to perfluorowane sulfonowe membrany kationowymienne. Obecnie trwają poszukiwania alternatywnych, tańszych polimerów przewodzących protony. Ponieważ przewodność tych membran (elektrolitów stałych) osiąga akceptowalną wartość (10 Ohm/cm) dopiero w obecności wody, gazy dostarczane do ogniwa paliwowego muszą być dodatkowo nawilżane w specjalne urządzenie, co również zwiększa koszt systemu. W katalitycznych elektrodach dyfuzyjnych wykorzystuje się głównie platynę i niektóre inne metale szlachetne i jak dotąd nie znaleziono dla nich zamiennika. Chociaż zawartość platyny w ogniwach paliwowych wynosi kilka mg/cm2, np duże baterie jego ilość sięga kilkudziesięciu gramów.
Projektując ogniwa paliwowe, od kiedy to dużo uwagi poświęca się systemowi odprowadzania ciepła wysokie gęstości prądem (do 1A/cm2) system sam się nagrzewa. Do chłodzenia wykorzystuje się wodę krążącą w ogniwie paliwowym specjalnymi kanałami, a przy małych mocach – nadmuch powietrza.
Tak więc nowoczesny układ generatora elektrochemicznego, oprócz samego akumulatora ogniwa paliwowego, „zarasta” wieloma urządzeniami pomocniczymi, takimi jak: pompy, sprężarka do dostarczania powietrza, wtryskiwania wodoru, nawilżacz gazu, agregat chłodniczy, agregat gazowy system monitorowania wycieków, przetwornica DC-AC, procesor sterujący itp. Wszystko to powoduje, że koszt systemu ogniw paliwowych w latach 2004-2005 kształtował się na poziomie 2-3 tys. $/kW. Zdaniem ekspertów ogniwa paliwowe będą dostępne do stosowania w elektrowniach transportowych i stacjonarnych w cenie 50-100 dolarów/kW.
Aby wprowadzić ogniwa paliwowe do codzienne życie, wraz z tańszymi komponentami, musimy spodziewać się nowych, oryginalnych pomysłów i podejść. Szczególnie duże nadzieje pokłada się w zastosowaniu nanomateriałów i nanotechnologii. Na przykład kilka firm ogłosiło niedawno stworzenie ultrawydajnych katalizatorów, w szczególności dla elektrody tlenowej, w oparciu o klastry nanocząstek z różne metale. Ponadto pojawiły się doniesienia o konstrukcjach ogniw paliwowych bez membran, w których paliwo ciekłe (takie jak metanol) jest podawane do ogniwa paliwowego wraz z utleniaczem. Interesująca jest także rozwijająca się koncepcja ogniw biopaliwowych pracujących w zanieczyszczonych wodach i zużywających rozpuszczony tlen z powietrza jako utleniacz oraz zanieczyszczenia organiczne jako paliwo.
Zdaniem ekspertów ogniwa paliwowe wejdą na rynek masowy w nadchodzących latach. Rzeczywiście, programiści jeden po drugim pokonują problemy techniczne, ogłaszają sukcesy i prezentują prototypy ogniw paliwowych. Na przykład firma Toshiba zademonstrowała gotowy prototyp ogniwa paliwowego na metanol. Ma wymiary 22x56x4,5mm i wytwarza moc około 100mW. Jedno uzupełnienie 2 kostek stężonego (99,5%) metanolu wystarcza na 20 godzin pracy odtwarzacza MP3. Toshiba wypuściła na rynek komercyjne ogniwo paliwowe do zasilania telefonów komórkowych. Ponownie ta sama Toshiba zademonstrowała ogniwo do zasilania laptopów o wymiarach 275x75x40mm, pozwalające na pracę komputera przez 5 godzin na jednym ładowaniu.
Niedaleko Toshiby pozostaje kolejna japońska firma, Fujitsu. W 2004 roku wprowadziła także element działający na poziomie 30% roztwór wodny metanol. To ogniwo paliwowe działało na jednym ładowaniu 300 ml przez 10 godzin i wytwarzało moc 15 W.
Casio opracowuje ogniwo paliwowe, w którym metanol jest najpierw przekształcany w mieszaninę gazów H2 i CO2 w miniaturowym konwerterze paliwowym, a następnie wprowadzany do ogniwa paliwowego. Podczas demonstracji prototyp Casio zasilał laptopa przez 20 godzin.
Samsung odcisnął swoje piętno także na ogniwach paliwowych – w 2004 roku zademonstrował swój 12-watowy prototyp przeznaczony do zasilania laptopa. Generalnie Samsung planuje wykorzystanie ogniw paliwowych przede wszystkim w smartfonach czwartej generacji.
Trzeba przyznać, że japońskie firmy na ogół bardzo szczegółowo podeszły do rozwoju ogniw paliwowych. Już w 2003 roku firmy takie jak Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony i Toshiba połączyły siły, aby opracować jednolity standard ogniw paliwowych dla laptopów, telefony komórkowe, PDA i inne urządzenia elektroniczne. Amerykańskie firmy, których też jest wiele na tym rynku, pracują głównie na kontraktach z wojskiem i opracowują ogniwa paliwowe do elektryfikacji amerykańskich żołnierzy.
Niemcy nie pozostają daleko w tyle – firma Smart Fuel Cell zajmuje się sprzedażą ogniw paliwowych do zasilania mobilnego biura. Urządzenie nosi nazwę Smart Fuel Cell C25, ma wymiary 150x112x65mm i może dostarczyć do 140 watogodzin na jedno napełnienie. To wystarczy, aby zasilić laptopa na około 7 godzin. Następnie wkład można wymienić i można kontynuować pracę. Rozmiar wkładu metanolowego wynosi 99x63x27 mm i waży 150g. Sam system waży 1,1 kg, więc nie można go nazwać całkowicie przenośnym, ale wciąż jest urządzeniem w pełni kompletnym i wygodnym. Firma pracuje także nad modułem paliwowym do zasilania profesjonalnych kamer wideo.
Ogólnie rzecz biorąc, ogniwa paliwowe niemal weszły na rynek elektroniki mobilnej. Producenci muszą jeszcze rozwiązać ostatnie problemy techniczne przed rozpoczęciem masowej produkcji.
W pierwszej kolejności należy rozwiązać kwestię miniaturyzacji ogniw paliwowych. Przecież im mniejsze ogniwo paliwowe, tym mniej mocy może wytworzyć – dlatego stale opracowywane są nowe katalizatory i elektrody, które pozwalają maksymalizować powierzchnia robocza. Tutaj z pomocą przychodzą najnowsze osiągnięcia w dziedzinie nanotechnologii i nanomateriałów (np. nanorurek). Ponownie, do miniaturyzacji orurowania elementów (pompy paliwa i wody, układy chłodzenia i konwersji paliwa) coraz częściej wykorzystuje się osiągnięcia mikroelektromechaniki.
Drugi ważna kwestia Rzeczą, którą należy poruszyć, jest cena. W końcu w większości ogniw paliwowych jako katalizator stosuje się bardzo drogą platynę. Ponownie niektórzy producenci starają się maksymalnie wykorzystać już ugruntowane technologie krzemowe.
Jeśli chodzi o inne obszary zastosowań ogniw paliwowych, ogniwa paliwowe zadomowiły się już tam dość mocno, chociaż nie weszły jeszcze do głównego nurtu ani w sektorze energetycznym, ani w transporcie. Wielu producentów samochodów zaprezentowało już swoje samochody koncepcyjne napędzane ogniwami paliwowymi. Autobusy napędzane ogniwami paliwowymi kursują w kilku miastach na całym świecie. Canadian Ballard Power Systems produkuje gamę generatorów stacjonarnych o mocy od 1 do 250 kW. Jednocześnie generatory kilowatowe mają na celu natychmiastowe zaopatrzenie jednego mieszkania w prąd, ciepło i ciepłą wodę.