Strona główna
zaloguj

 | Mapa strony

Ogniwa paliwowe będą tańsze - studium o ogniwach paliwowych

ogniwa paliwowe

Odkrycie dokonane przez amerykańskich naukowców z Amerykańskiego Departamentu Energii Brookhaven National Laboratory, powoduje mniejsze zużycie platyny w ogniwach paliwowych typu wodorowego. Obecnie wymagana warstwa to już tylko grubość jednego atoma - jedna dziesiąta poprzedniej grubości - przy zachowaniu skuteczności produkcji elektrycznej. Będzie to miało wpływ na koszty produkcji i na cenę końcową. Wynalazku dokonali chemicy Jia Wang, Kotaro Sasaki i Mioir Vukmirovic wraz z adiunktem Junliangiem Zhangiem i Yibo Mo. Ich badania zostały sfinansowane przez Departament Energii USA.

Działanie ogniwa paliwowego polega tak w skrócie na bezpłomieniowym, "zimnym" spalaniu wodoru. Energia chemiczna spalania zamieniana jest bezpośrednio na prąd elektryczny oraz ciepło natomiast produktem ubocznym jest woda. Ogniwo paliwowe wodorowe zbudowane jest z dwóch komór, z których jedna to katoda, druga to anoda, przedzielone są super jonową membraną lub elektrolitem - które mają zdolności przepuszczania tylko w jedną stronę kationów wodoru natomiast zapobiegają przepływu elektronów. Platynowe elektrody - o których wspominaliśmy w powyższym tekście - są kluczowe w całym procesie, ponieważ w temperaturze pokojowej mają zdolność rozbijania cząstek wodoru na atomy zabierając atomom wodoru elektrony! W skrócie, na anodzie wodór jest rozbijany na proton i elektron. Następnym etapem procesu to połączenie substratów na katodzie. Powstaje w ten sposób energia elektryczna, ciepło i woda. Obrazowo wygląda to tak, że wodór (czysty lub mieszanina wodoru z innym gazem) jest podawany na platynową anodę, a tlen podawany jest na katodę.

Ogniwa teoretycznie nigdy się nie rozładowują, natomiast w praktyce w wyniku starzenia się materiałów, degradacji życie ogniwa paliwowego jest ograniczone. W wyniku prac nad udoskonaleniem wytwarzania elementów: anod, katod, membran, uszczelnień ich życie ma się wydłużyć przy jednoczesnym spadku kosztów produkcji.

Ogniwa paliwowe stosowane są od dawna, były na przykład wykorzystywane jako generatory prądu w programie Apollo i co ciekawe wykorzystywano produkt uboczny czyli wodę, jednak ich rozkwit przewiduje się na niedaleką przyszłość. Typuje się lata 2014-2015, kiedy produkcja i dystrybucja wodoru będzie już powszechna.

Podział ogniw paliwowych:

PEMFC lub PEFC [Proton Exchange Membrane Fuel Cell lub Polimer Electrolyte Fuel Cell] - zasilane są czystym wodorem - lub reformatem, elektrody oddzielone są polimerową membraną. Cechuje się stosunkowo niską temperaturą pracy od 70 do 150°C. Stosuje się je do napędzania samochodów, autobusów lub do generatorów energii elektrycznej. W 1960 znalazły zastosowanie w programie NASA - Gemini. Sprawnowść ogniw waha się od 40 do 65%.

DMFC [Direct Methanol Fuel Cell] - bezpośrednie ogniwa metanolowe - posiadają taką samą membranę jak ogniwa PEMFC. Różnica pomiędzy DMFC i PEMFC jest w konstrukcji anody, która w DMFC jest bardziej złożona i dodatkowo przeprowadza reforming - odwodornienie - metanolu i w ten sposób uzyskanie potrzebnego wodoru. Temperatura pracy to 90-120°C. Ogniwa te produkują energię elektryczną małej mocy ale mają możliwośc magazynowania stosunkowo dużej jej ilości w małych gabarytach. Ogniwa DMFC znalazły zastosowanie w bateriach do laptopów i telefonów komórkowych. W pełni naładowana bateria DMFC potrafi zasilać laptop przez 12 godzin i zużywa w tym czasie 250ml metanolu. To wszystko przy dość niskiem sprawności ogniwa 20-34%.

PAFC [Phosphoric Acid Fuel Cell] - wykorzystywane przy kogeneracji energii cieplnej i elektrycznej, zamiast membrany mamy tu elektrolit. Temperatura pracy tych ogniw to 150-200°C. Elektrolitem w nich jest kwas fosforowy. Zaletą ogniw jest odporność na obecność zanieczyszczeń jak tlenek węgla, co umożliwia zastosowanie wielu paliw i w konsekwencji ułatwiło ich komercjalizację. Sprawność ogniw ok. 37%.

MCFC [Molten Carbonate Fuel Cell] - ogniwa paliwowe ze stopionym węglanem Li lub K. Przemysłowa wysokotemperaturowe ogniwo, znajdujące zastosowanie w elektrowniach, elektrociepłowniach. Może pracować w skojarzeniu np. z turbiną gazową lub parową, duża ilość ciepła może być wykorzystana w ogrzewnictwie. Temperatura ich pracy to 600°C. MCFC jest odporne na zanieczyszczenie CO2 i jest ogniwem wielopaliwowym, wykorzystujacym oprócz wodoru, propanu, benzyny rownież biogaz. Sprawności do 60%.

SOFC [Solid Oxide Fuel Cell] - z zestalonym elektrolitem tlenkowym (lub z zestalonym tlenkiem). Wysokotemperaturowe - 600 do 1000°C - przemysłowe ogniwa znajdujące zastosowanie w kogeneracji. Elektrolitem jest tlenek cyrkonu (wzór chem. ZrO2) z domieszką tlenku itru (wzór chem. Y2O3). Paliwem w tym ogniwie może być CO, H2 lub CH4.

AFC [Alkaline Fuel Cell] -ogniwa paliwowe AFC jako pierwsze miały zastosowanie w technologii kosmicznej i brały udzial w amerykańskim programie Apollo. Jako elektrolit mamy tu KOH i efektywność tych ogniw jest uzależniona od stężenia elektrolitu. Są podatne na nawet drobne zanieczyszczenia paliwa więc nie znalazły większego zastosowania poza zastosowaniami militarnymi i kosmonautyką.

Jeśli zainteresował Cię temat, zachęcamy do kontaktu z nami pod adresem redakcja@instalacyjna.com.pl


źródło
reuters, wikipedia

Tagi: eko, eko technologie, ekologia, eco, ogniwa paliwowe, fuel cells, PEMFC, PEFC, DMFC, PAFC, MCFC, SOFC, AFC, Alkaline Fuel Cell, Solid Oxide Fuel Cell, ogniwa z zestalonym elektrolitem tlenkowym, Molten Carbonate Fuel Cell, ogniwa paliwowe ze stopionym węglanem, Phosphoric Acid Fuel Cell, ogniwa z kwasem fosforowym, ogniwa do kogeneracji, Direct Methanol Fuel Cell, bezpośrednie ogniwa metanolowe, Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Polimer Electrolyte Fuel Cell, PEM, Departament Energii USA, Jia Wang, Kotaro Sasaki, Mioir Vukmirovic, Junliang Zhang, Yibo Mo

Podziel się na facebook.com

Komentarze:

Dodaj komentarz: