Водородная энергетика

Оглавление 1 Что такое топливный элемент 1 Что такое топливный элемент 2 Типы топливных элементов 2 Типы топливных элементов 3 Принципиальная схема топливного элемента 3 Принципиальная схема топливного элемента 4 Особенности топливных элементов 4 Особенности топливных элементов 5 История 5 История 5.1 История исследований в России 5.1 История исследований в России 6 Применение топливных элементов 6 Применение топливных элементов 6.1 Стационарные приложения 6.1 Стационарные приложения 6.2 Транспорт 6.2 Транспорт 6.3 Бортовое питание 6.3 Бортовое питание 6.4 Мобильные устройства 6.4 Мобильные устройства 7 Преимущества водородных топливных элементов 7 Преимущества водородных топливных элементов 7.1 высокий КПД 7.1 высокий КПД 7.2 экологичность 7.2 экологичность 7.3 компактные размеры 7.3 компактные размеры 8 Проблемы топливных элементов 8 Проблемы топливных элементов 9 В заключение 9 В заключение

Что такое топливный элемент? Топливные элементы это электрохимические устройства, и у них нет такого жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (см. Цикл Карно). Соответственно, они могут иметь очень высокий коэффициент преобразования химической энергии в электрическую. Мембрана Мембрана обеспечивает проводимость ионов, но не электронов. Она может быть полимерной (Нафион, полиацетилен и др.) или керамической (оксидной и др.).

Типы топливных элементов Твердооксидный топливный элемент Твердооксидный топливный элемент (англ. Solid-oxide fuel cells SOFC); Твердооксидный топливный элемент Топливный элемент с протонообменной мембраной Топливный элемент с протонообменной мембраной (англ. Proton- exchange membrane fuel cell PEMFC); Топливный элемент с протонообменной мембраной Обратимый топливный элемент (англ. Reversible Fuel Cell); Прямой метанольный топливный элемент Прямой метанольный топливный элемент (англ. Direct-methanol fuel cell DMFC); Прямой метанольный топливный элемент Расплавной карбонатный топливный элемент (англ. Molten-carbonate fuel cells MCFC); Фосфорнокислый топливный элемент (англ. Phosphoric-acid fuel cells PAFC); Щелочной топливный элемент Щелочной топливный элемент (англ. Alkaline fuel cells AFC). Щелочной топливный элемент

Принципиальная схема топливного элемента Принципиальная схема топливного элемента на примере водородной топливной ячейки

Особенности топливных элементов Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические или аккумуляторные батареи, но для некоторых применений, таких как работающие изолированно от электрической системы электростанции, использующие непостоянные источники энергии (солнце, ветер), они совместно с электролизерами и емкостями для хранения топлива (напр. водорода), образуют устройство для хранения энергии. Общий КПД такой установки (преобразование электрической энергии в водород, и обратно в электрическую энергию) %.

История История исследований в России В СССР первые публикации о топливных элементах появились в 1941 году. Первые исследования начались в 60-х годах. РКК «Энергия» (с 1966 года) разрабатывала PAFC элементы для советской лунной программы. С 1987 года по 2005 «Энергия» произвела около 100 топливных элементов, которые наработали суммарно около часов. Во время работ над программой «Буран», исследовались щелочные AFC элементы. На «Буране» были установлены 10 к Вт. топливные элементы. В годы «Квант» совместно с рижским автобусным заводом «РАФ» разрабатывали щелочные элементы для автобусов. Прототип автобуса на топливных элементах был изготовлен в 1982 году. В 1989 году «Институт высокотемпературной электрохимии» (Екатеринбург) произвёл первую SOFC установку мощностью 1 к Вт. В 1999 году АвтоВАЗ начал работы с топливными элементами. К 2003 году на базе автомобиля ВАЗ-2131 было создано несколько опытных экземпляров. В 2003 году было подписано Генеральное соглашение о сотрудничестве между Российской академией наук и компанией "Норильский никель" в области водородной энергетики и топливных элементов.

Применение топливных элементов Стационарные приложения производство электрической энергии (на электрических станциях), производство электрической энергии (на электрических станциях), аварийные источники энергии, аварийные источники энергии, автономное электроснабжение, автономное электроснабжение,Транспорт электромобили, автотранспорт, электромобили, автотранспорт, электромобили, автотранспорт, электромобили, автотранспорт, морской транспорт, морской транспорт, железнодорожный транспорт, горная и шахтная техника железнодорожный транспорт, горная и шахтная техника вспомогательный транспорт (складские погрузчики, аэродромная техника и т.д.) вспомогательный транспорт (складские погрузчики, аэродромная техника и т.д.) Бортовое питание авиация, космос, авиация, космос, подводные лодки, морской транспорт, подводные лодки, морской транспорт, Мобильные устройства портативная электроника, портативная электроника, питание сотовых телефонов, питание сотовых телефонов, зарядные устройства для армии. зарядные устройства для армии.

Метанольный топливный элемент в Mercedes Benz Necar 2 Автомо бильные топливные элементы Honda Водородный топливный элемент с двигателем

Преимущества водородных топливных элементов Топливные элементы обладают рядом ценных качеств. Это: высокий КПД высокий КПД экологичность экологичность компактные размеры компактные размеры Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Это становится особенно актуальным в военных приложениях. Например, солдат армии США носит 22 различных типа аккумуляторных батарей. Средняя мощность батареи 20 ватт. Применение топливных элементов позволит сократить затраты на логистику, снизить вес, повысить время действия приборов и оборудования. Топливные элементы легче и занимают меньший размер, чем традиционные источники питания. Топливные элементы производят меньше шума, меньше нагреваются, более эффективны с точки зрения потребления топлива. Это становится особенно актуальным в военных приложениях. Например, солдат армии США носит 22 различных типа аккумуляторных батарей. Средняя мощность батареи 20 ватт. Применение топливных элементов позволит сократить затраты на логистику, снизить вес, повысить время действия приборов и оборудования.

Проблемы топливных элементов Значительное тепло-выделение, что требует использования устройств отвода тепла. Но при этом же высокая температура процесса позволяет производить тепловую энергию, что существенно увеличивает КПД энергетической установки. Существует проблема получения водорода и хранения водорода. Во- первых, он должен быть достаточно чистый, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвый, чтобы его стоимость была рентабельна для конечного потребителя. Проблемы получения водорода Побочный СО при получении водорода из природного газа, что отравляет катализатор. Поэтому для уменьшения отравления катализатора необходимо повысить температуру топливного элемента. Уже при температуре 160°С в топливе может присутствовать 1%СО. Цена некоторых водородных топливных элементов пока остаётся высокой. Но в будущем цена будет снижаться при организации массового производства топливных элементов. Внедрению топливных элементов на транспорте мешает отсутствие водородной инфраструктуры и более высокая себестоимость энергии.

В заключение В общем, водород это хорошо, а водородное топливо - это будущее!