Uwaga! Poniższy opis został przetłumaczony automatycznie.
Ciekawe fakty na temat ogniw paliwowych
Systemy ogniw paliwowych wytwarzają energię elektryczną z wodoru i tlenu. Są one używane zarówno stacjonarnie, jak i mobilnie do niezależnego od sieci zasilania różnych odbiorców elektrycznych. W sektorze prywatnym ogniwa paliwowe są interesujące dla użytku w zastosowaniach domowych, na przykład w samochodach kempingowych, na łodziach, w domkach ogrodowych lub na kempingu.
Ogniwo paliwowe uznaje się za technologię przyszłości. Inne zastosowania obejmują instalacje grzewcze i napędy pojazdów, statków, samolotów i rakiet kosmicznych.
-
Jak funkcjonują ogniwa paliwowe?
-
Do czego wykorzystywane są ogniwa paliwowe?
-
Jakie ogniwa paliwowe są dostępne w sklepie?
-
Postęp technologiczny: Przyszłość należy do ogniw paliwowych
Jak funkcjonują ogniwa paliwowe?
Ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną z wodoru. Działają bezobsługowo i mogą być używane przez cały rok.
W przeciwieństwie do baterii i akumulatorów, ogniwa paliwowe nie są magazynem energii, lecz przetwornikami energii. Oznacza to, że wytwarzają energię elektryczną na miejscu dopiero wtedy, gdy są potrzebne. Dzięki temu osiągają wysoką sprawność.
Ogniwa paliwowe są przyszłościową i skuteczną formą wytwarzania energii, ponieważ mogą wytwarzać energię elektryczną niezależnie od miejsca. Generowanie na miejscu eliminuje straty wydajności, które są nieuniknione dla akumulatorów i akumulatorów ze względu na podwójną konwersję energii elektrycznej na energię chemiczną i odwrotnie. Ponadto przy stosowaniu ogniw paliwowych nie dochodzi do strat energii z powodu dłuższego przechowywania i związanego z tym samorozładowania ogniw akumulatorowych.
Ponadto ogniwa paliwowe są przyjazne dla środowiska. Konwersja wodoru i tlenu w energię elektryczną jest bezemisyjna. Jako produkty resztkowe ogniwo paliwowe wodorowe generuje jedynie wodę i ciepło. Proces przemiany chemicznej jest procesem spalania zimnego. Ze względów bezpieczeństwa ta niewielka produkcja ciepła jest interesująca dla wielu zastosowań.
Budowa ogniwa paliwowego jest stosunkowo prosta:
- Dwie elektrody, anoda i katoda są oddzielone membraną (elektrolit).
- Z jednej strony wodór przepływa, a z drugiej tlenem.
- Wodór stanowi element chemiczny dwóch elektronów i dwóch protonów. Są one oddzielone i przechodzą w ogniwie paliwowym na różne sposoby:
- Protony przechodzą przez membranę bezpośrednio na bok z dopływającym tlenem.
- Elektrony można zmienić drogę poprzez podłączony obwód elektryczny. W ten sposób prąd i ogniwo paliwowe dostarcza energię elektryczną do odbiorników elektrycznych (na przykład żarówka na rysunku 1).
- Kiedy elektrony w końcu docierają do protonów po stronie tlenu, nieszkodliwa woda powstaje z protonów wodoru wraz z elektronami i tlenem.
Informacja: Ogólne równanie chemiczne reakcji w pierwotnym ogniwie paliwowym na wodór * wynosi:
2 H2 + O2 -> 2 H2O
* w przypadku różnych typów ogniw paliwowych podstawowe równanie jest częściowo nieco zmienione przez dodatki. Na przykład w przypadku ogniwa paliwowego bezpośrednio-metanolu równanie 2 CH3OH + 3 O2 -> 4 H2O + 2 CO2 powoduje powstanie dwutlenku węgla.
Napięcie w obwodzie wynosi około 1,2 V dla czystego wodoru ogniwo paliwowe. Dzięki połączeniu szeregowemu ogniw można wytwarzać większe napięcia. Aby to zrobić, ogniwa paliwowe są „ułożone”. Silna formacja kilku ogniw paliwowych połączonych szeregowo nazywa się stosem. Stos pochodzi z angielskiego i oznacza stos lub zasobnik stosu.
Wiedza praktyczna:
Stos ogniw paliwowych składa się z kilku pojedynczych ogniw paliwowych, które po połączeniu mogą wytworzyć więcej energii elektrycznej i umożliwić wyższe napięcie elektryczne. Językowo mówi się o ogniwie paliwowym, ale w rzeczywistości oznacza jednostkę funkcjonalną złożoną z kilku małych przetworników energii.
Do czego wykorzystywane są ogniwa paliwowe?
Dla użytkowników prywatnych istnieją obecnie ogniwa paliwowe o napięciu znamionowym 12 lub 24 V. Jest to wystarczające do ładowania akumulatora samochodowego lub do bezpośredniego zasilania konsumentów elektronicznych na pokładzie przyczepy mobilnej, statku i innych lokalizacji mobilnych.
Wskazówka: Ogniwa paliwowe dobrze sprawdzają się również w koloniach ogrodowych, ponieważ można je stosować przez cały rok, a tym samym eliminują wszelkie przerwy w dostawie prądu w miesiącach zimowych.
Jakie ogniwa paliwowe są dostępne w sklepie?
W naszym sklepie znajdują się ogniwa paliwowe z membranami oraz bezpośrednie ogniwa paliwowe z metanolem.
Obecnie dostępne dowolnie ogniwa paliwowe do użytku mobilnego wytwarzają energię elektryczną do odbiorników o małym napięciu od 12 do 24 V. na przykład, można ładować ogniwa paliwowe do telefonów komórkowych i laptopów, zasilać telewizor i radia lub zasilać reflektor światła zalewowego. Zarówno wartości napięcia, jak i mocy elektrycznej podłączonych urządzeń muszą być zgodne z parametrami elektrycznymi ogniwa paliwowego. Ta moc wynosi obecnie około 40 do 380 watów dla ogniw paliwowych dla niskiego napięcia, które mogą być wykorzystywane do różnych zastosowań elektrycznych w związku z trendem w kierunku małych, energooszczędnych urządzeń.
Nawiasem mówiąc, ilość ładunku ogniwa paliwowego jest podana w amperogodzinach (Ah). Pojemność ładowania dziennie można przeliczyć na dostępne natężenie prądu, stosując iloraz 24.
Membranowe ogniwa paliwowe (PEMFC = Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
Ogniwa paliwowe z membraną wytwarzają energię elektryczną neutralną dla CO2. W porównaniu z agregatami na olej napędowy i podobnymi alternatywami dla produkcji energii elektrycznej niezależnie od miejsca eksploatacji, ogniwa paliwowe są bardzo ciche.
Zasilanie ogniwa paliwowe z membraną wymaga tylko jednej butli z wodorem.
Ogniwo paliwowe wodorowe można zintegrować z istniejącymi systemami energetycznymi. Dzięki opcjonalnemu połączeniu akumulatorów ołowiowych, takich jak akumulator pojazdu, masz możliwość tymczasowego magazynowania energii elektrycznej wytwarzanej przez ogniwo paliwowe do późniejszego wykorzystania.
Rysunek: Schemat funkcjonowania ogniwa paliwowego w membranowym ogniwie paliwowym (PEMFC)
Ogniwo paliwowe z bezpośrednim metanolem (DMFC)
Ogniwa paliwowe z bezpośrednim metanolem przekształcają metanol i tlen w surowce, wodę i dwutlenek węgla podczas wytwarzania energii elektrycznej. Równanie chemiczne do reakcji w ogniwie paliwowym bezpośredniego metanolu ma następujące brzmienie:
2 CH3OH + 3 O2 -> 4 H2O + 2 CO2
Udział wytwarzanego CO2 nie jest szczególnie wysoki, ale pomieszczenia powinny być częściej wentylowane, gdy działa ogniwo paliwowe metanolowe. Również te ogniwa paliwowe mają ciche działanie i nie zajmują dużo miejsca.
Do obsługi ogniwa paliwowego w bezpośrednim metanolu potrzebny jest metanol, a czasami nieco płynu serwisowego.
Uwaga: Wymagany metanol nie może być niestety wysłany online. Sie erhalten es aber in unseren Conrad-Filialen vor Ort. Metanol można sprzedawać wyłącznie klientom w wieku pełnoletnim.
Rysunek: Schemat funkcjonowania ogniwa paliwowego, w którym znajduje się bezpośredni metanol
Postęp technologiczny: Przyszłość należy do ogniw paliwowych
Zalety ogniw paliwowych są następujące:
- Prosta budowa
- Praca bez emisji i praca cicha
- Zdolność przekształcenia wytworzonej energii elektrycznej do ładowania akumulatorów
- Lokalne zastosowania.
Korzyści te wskazują, że technologia ta będzie się w przyszłości rozpowszechniała w porównaniu z konwencjonalnymi formami wytwarzania energii elektrycznej, a w szczególności w przypadku zastosowań związanych z mobilnością.
Oprócz ogniwa paliwowego (PEMFC) i bezpośredniego ogniwa paliwowego na bazie metanolu (DMFC = Direct Fuel Cell) istnieją również inne ogniwa paliwowe:
- Ogniwo paliwowe z tlenku węgla (SOFC)
- Ogniwo paliwowe (AFC)
- Ogniwo paliwowe z kwasem fosforowym (PAFC = fosforowy Acid Fuel Cell)
- Ogniwo paliwowe z węglanu topionego (MCFC = molowe węglany Fuel Cell)
W przypadku niektórych z tych ogniw paliwowych reakcje chemiczne wiążą się z wysokimi temperaturami.
Wypróbowane obszary zastosowania to:
- Pojazdy hybrydowe z napędem paliwowym
- Odnawialne źródła energii w postaci modułów słonecznych i ogrzewaczy na paliwo gazowe z odzyskiem ciepła
- Wszelkiego rodzaju napędy do pojazdów naziemnych, statków, samolotów i, między innymi, do rakiet kosmicznych
Obecnie są to produkty niszowe, ale tendencja w ogniwie paliwowym jest coraz bardziej widoczna.
Wady, z którymi upowszechnianie się technologii ogniw paliwowych (obecnie) wciąż ma problemy:
- W celu zastosowania na szeroką skalę należy przede wszystkim znaleźć sposoby produkcji wodoru w dużych ilościach. Istnieją już interesujące podejścia, które częściowo wykorzystują odnawialne źródła energii z innych technologii napędu.
- Obecnie ogniwa paliwowe są jeszcze zbyt drogie na rynku masowym, w porównaniu na przykład z akumulatorami litowo-jonowymi.
Ogólnie rzecz biorąc, konieczne są dalsze badania w tej dziedzinie. Niemniej jednak technologia ta wyraźnie przewyższa ślad ekologiczny i przyjazność dla środowiska. Warto zatem uważnie obserwować ciekawy temat ogniw paliwowych i ich ciągły rozwój.