Топливные элементы (топливные ячейки)
Модераторы: новичок, Володька Николаев, argon84, Вопрос, mmcl200
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
Топливные элементы (топливные ячейки)
Хочу привлечь внимание форумчан к топливным элементам.
Вопрос не нов, но и особого прогресса не наблюдается.
Основная идея в том, что бы преобразовать процесс горения в электрический ток минуя стадию тепловой машины.
Горение топлива это, по сути, процесс обмена электронами между топливом и окислителем (атмосферным кислородом), в результате которого разрушаются одни химические связи и создаются другие. Это приводит к выделению энергии и повышению температуры прореагировавших веществ (хотя есть виды реакций при которых температура напротив падает).
Вот умные люди и задумались: а как бы во время химической реакции перехватить электрон (электроны) между топливом и окислителем и заставить его (их) пробежать через проводники и полезную нагрузку.
В общих чертах принцип работы топливных элементов (ТЭ) описан здесь: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%BD%D1%82
Для нас же важно что работа ТЭ не связанна с тепловыми циклами, а значит их КПД может быть и больше 35% - 45% как у ДВС. Некоторые источники заявляют теоретический порог КПД ТЭ - 80%, но вот насколько это правдиво пока не ясно. Ведь пока ТЭ остаются лабораторной игрушкой, причём довольно дорогой. И вот почему.
Основа ТЭ это химический катализатор, позволяющий аноду срывать электроны у молекул топлива и катоду отдавать эти самые электроны в область где идёт реакция окисления. И катализатор этот платина - не самый дешёвый металл.
Конструктивно ТЭ бывают с протоннообменной мембраной и электролитические. Подробно останавливаться на их описании не буду - слишком долго. Перейду сразу к проблемам.
Во первых ток генерируемый ТЭ напрямую зависит от площади электродов. Крупные производители смогли довести удельную токоотдачу до 180 - 200 мА/см2, энтузиастам пока не удаётся перешагнуть планку в 30 мА/см2. (цифры из интернет публикаций) Для больших токов потребуются и электроды с большой площадью, а площадь эта должна быть покрыта платиной ($$$ )!
К тому ж, отдельный ТЭ не может сгенерировать высокую ЭДС (ну или напряжение на электродах). Если верить интернету, то ЭДС эта дотягивает до 0,6 - 0,9 Вольт. И всё! При повышении напряжения молекулы топлива, с сорванными электронами, начинают "тянуться за своими электрончиками к аноду" и "вредительски отнимать их назад" Кто не верит - возьмите лямбда-зонд от авто и проверьте (это, кстати, простейший ТЭ). Да плюс к этому, электролит сам по себе проводник и в электролитических ТЭ при повышении напряжения на электродах есть риск закоротить их мимо полезной нагрузки через электролит.
Про проблемы чистоты потребного топлива позвольте умолчать , но к этому мы вернёмся.
Тем не менее крупные производители частенько демонстрируют на выставках авто с ТЭ. Значит путь решения этих проблем есть. Самый простой это набрать батарею из мелких ТЭ и изготавливать топливо в химических лабораториях. Вот только это совсем не бюджетно !!! А значит и нам не подходит.
Вот я и предлагаю обсудить вопрос изготовления работоспособного и "народного" по цене ТЭ. Из компонентов которые может предложить нам промышленность.
Вопрос не нов, но и особого прогресса не наблюдается.
Основная идея в том, что бы преобразовать процесс горения в электрический ток минуя стадию тепловой машины.
Горение топлива это, по сути, процесс обмена электронами между топливом и окислителем (атмосферным кислородом), в результате которого разрушаются одни химические связи и создаются другие. Это приводит к выделению энергии и повышению температуры прореагировавших веществ (хотя есть виды реакций при которых температура напротив падает).
Вот умные люди и задумались: а как бы во время химической реакции перехватить электрон (электроны) между топливом и окислителем и заставить его (их) пробежать через проводники и полезную нагрузку.
В общих чертах принцип работы топливных элементов (ТЭ) описан здесь: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0% ... 0%BD%D1%82
Для нас же важно что работа ТЭ не связанна с тепловыми циклами, а значит их КПД может быть и больше 35% - 45% как у ДВС. Некоторые источники заявляют теоретический порог КПД ТЭ - 80%, но вот насколько это правдиво пока не ясно. Ведь пока ТЭ остаются лабораторной игрушкой, причём довольно дорогой. И вот почему.
Основа ТЭ это химический катализатор, позволяющий аноду срывать электроны у молекул топлива и катоду отдавать эти самые электроны в область где идёт реакция окисления. И катализатор этот платина - не самый дешёвый металл.
Конструктивно ТЭ бывают с протоннообменной мембраной и электролитические. Подробно останавливаться на их описании не буду - слишком долго. Перейду сразу к проблемам.
Во первых ток генерируемый ТЭ напрямую зависит от площади электродов. Крупные производители смогли довести удельную токоотдачу до 180 - 200 мА/см2, энтузиастам пока не удаётся перешагнуть планку в 30 мА/см2. (цифры из интернет публикаций) Для больших токов потребуются и электроды с большой площадью, а площадь эта должна быть покрыта платиной ($$$ )!
К тому ж, отдельный ТЭ не может сгенерировать высокую ЭДС (ну или напряжение на электродах). Если верить интернету, то ЭДС эта дотягивает до 0,6 - 0,9 Вольт. И всё! При повышении напряжения молекулы топлива, с сорванными электронами, начинают "тянуться за своими электрончиками к аноду" и "вредительски отнимать их назад" Кто не верит - возьмите лямбда-зонд от авто и проверьте (это, кстати, простейший ТЭ). Да плюс к этому, электролит сам по себе проводник и в электролитических ТЭ при повышении напряжения на электродах есть риск закоротить их мимо полезной нагрузки через электролит.
Про проблемы чистоты потребного топлива позвольте умолчать , но к этому мы вернёмся.
Тем не менее крупные производители частенько демонстрируют на выставках авто с ТЭ. Значит путь решения этих проблем есть. Самый простой это набрать батарею из мелких ТЭ и изготавливать топливо в химических лабораториях. Вот только это совсем не бюджетно !!! А значит и нам не подходит.
Вот я и предлагаю обсудить вопрос изготовления работоспособного и "народного" по цене ТЭ. Из компонентов которые может предложить нам промышленность.
-
- Сообщения: 1261
- Зарегистрирован: 22 ноя 2008, 19:24
- Откуда: Москва ул. Адмирала. Лазарева
Такие вопросы , на ура, здесь обсуждают http://www.skif.biz
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
Мысль первая. Небюджетная.
Электроды топливного элемента.
Есть в автостроении такая деталь как "катализатор". Суть - бочонок с огромным количеством сот внутри. Соты изнутри покрыты катализатором (платиной, палладием и др.). Основная цель помочь окислительным процессам и дожечь (в целях экологии) недогоревшие остатки вылетевшие из цилиндров. Как видно, с ТЭ его роднит катализатор - платина.
Обычно, основа сот катализатора керамическая, но в последнее время стали появляться и с металлической основой.
В то же время качество автокатализатора напрямую зависит от площади соприкосновения отработанных газов и платины. Думается мне, у ссовременных катализаторов эта площадь должна измеряться м2 (кв. м.).
Кто нибудь знает так ли это?
Но это же требуется и от электродов ТЭ. Вот распиленный поперёк на две половины автокатализатор с металлической основой разве не является двумя готовыми электродами для ТЭ. С большой площадью соприкосновения с топливом, да ещё расчитанными на высокие температуры, да еще с заводским напылением платины?
Электроды топливного элемента.
Есть в автостроении такая деталь как "катализатор". Суть - бочонок с огромным количеством сот внутри. Соты изнутри покрыты катализатором (платиной, палладием и др.). Основная цель помочь окислительным процессам и дожечь (в целях экологии) недогоревшие остатки вылетевшие из цилиндров. Как видно, с ТЭ его роднит катализатор - платина.
Обычно, основа сот катализатора керамическая, но в последнее время стали появляться и с металлической основой.
В то же время качество автокатализатора напрямую зависит от площади соприкосновения отработанных газов и платины. Думается мне, у ссовременных катализаторов эта площадь должна измеряться м2 (кв. м.).
Кто нибудь знает так ли это?
Но это же требуется и от электродов ТЭ. Вот распиленный поперёк на две половины автокатализатор с металлической основой разве не является двумя готовыми электродами для ТЭ. С большой площадью соприкосновения с топливом, да ещё расчитанными на высокие температуры, да еще с заводским напылением платины?
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
tixoxod-4x4
там одна только тема "Магнитный двигатель-альтернативный источник энергии" убила на повал.
В худшем смысле слова. Я ж не предлагаю "энергию вакуума" сачком ловить...
Для меня лично луноходный форум - авторитет.
Надеюсь здесь либо помогут, либо грамотно объяснят где я не прав.
Да и на выходе хочется получить не лабораторную игрушку, а вполне пригодный для использования в технике образец.
Вот мечтаю я о электротяге, а батарейки пока не позволяют...
там одна только тема "Магнитный двигатель-альтернативный источник энергии" убила на повал.
В худшем смысле слова. Я ж не предлагаю "энергию вакуума" сачком ловить...
Для меня лично луноходный форум - авторитет.
Надеюсь здесь либо помогут, либо грамотно объяснят где я не прав.
Да и на выходе хочется получить не лабораторную игрушку, а вполне пригодный для использования в технике образец.
Вот мечтаю я о электротяге, а батарейки пока не позволяют...
-
- Сообщения: 31785
- Зарегистрирован: 02 июл 2008, 13:46
- Имя: +7 (812) 000-00-00
- Откуда: Ленинград
Илья13
летом этого года я смог проехать на водородном ТопливноЭлементном Мерседесе B-класса.
Очучения - незабываемо восхитительные!
Готов перейти на электротягу ещё вчера
летом этого года я смог проехать на водородном ТопливноЭлементном Мерседесе B-класса.
Очучения - незабываемо восхитительные!
Готов перейти на электротягу ещё вчера
Как построить вездеход типа "ЧЕБУРАТОР" - тут
-
- Сообщения: 938
- Зарегистрирован: 13 июл 2009, 06:35
- Откуда: Екатеринбург
-
- Сообщения: 31785
- Зарегистрирован: 02 июл 2008, 13:46
- Имя: +7 (812) 000-00-00
- Откуда: Ленинград
лучше!Школьный писал(а):как на троллейбусе))lunatik писал(а):Очучения - незабываемо восхитительные!
как на безшумном невебрирующем многолитвовом Дизеле V-8, с безступенчатой трансмиссией!
Сохатый... не то
Как построить вездеход типа "ЧЕБУРАТОР" - тут
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
Продолжу свои мысли о ТЭ.
Разделение зарядов.
В существующих ТЭ после того как на катализаторе молекула метанола (в метанольных) разлагается на водород и углекислый газ, а молекула водорода (в обоих) начинает терять электроны. Оставшиеся протоны водорода движутся сквозь протонообменную мембрану. За ней они соединяются с молекулами кислорода и электронами, успевшими оббежать вокруг этой мембраны по проводникам и полезной нагрузке. Получаем СО2 и Н2О в выхлопе.
А что если обойтись без протоннообменной мембраны? А она стоит дорого. Как вариант: обычный горючий газ (СН4 или СО или Н2) без примеси О2, попадает в автокатализатор. Соприкасаясь с платиной он разваливается на протоны (СО+,Н+), а электроны усваиваются платиновым электродом. Т.к. кислород отсутствует, то и горения не происходит и на выходе мы имеем: отрицательно заряженный электрод (анод) и поток протонов.
После первого автокатализатора в поток подмешиваем обычный воздух, но горение, в его обычном понимании будет затрудненно, т.к. электроны которыми должны обменяться топливо и окислитель уже сорванны с топлива первым катализатором.
Эта смесь должна попадать во второй автокатализатор. И вот там-то начнётся нормальное горение за счёт электронов которые будет захватывать кислород с поверхности платины. А платиновый электрод теряя электроны получит положительный заряд (катод).
Если соединить проводником анод (с избытком электронов) и катод (с дефицитом), то между ними потечёт ток. О возможной величине этого тока я писал в первом посте. И напряжение между электродами будет крайне невысоким, о чём так же писалось в первом посте.
Разделение зарядов.
В существующих ТЭ после того как на катализаторе молекула метанола (в метанольных) разлагается на водород и углекислый газ, а молекула водорода (в обоих) начинает терять электроны. Оставшиеся протоны водорода движутся сквозь протонообменную мембрану. За ней они соединяются с молекулами кислорода и электронами, успевшими оббежать вокруг этой мембраны по проводникам и полезной нагрузке. Получаем СО2 и Н2О в выхлопе.
А что если обойтись без протоннообменной мембраны? А она стоит дорого. Как вариант: обычный горючий газ (СН4 или СО или Н2) без примеси О2, попадает в автокатализатор. Соприкасаясь с платиной он разваливается на протоны (СО+,Н+), а электроны усваиваются платиновым электродом. Т.к. кислород отсутствует, то и горения не происходит и на выходе мы имеем: отрицательно заряженный электрод (анод) и поток протонов.
После первого автокатализатора в поток подмешиваем обычный воздух, но горение, в его обычном понимании будет затрудненно, т.к. электроны которыми должны обменяться топливо и окислитель уже сорванны с топлива первым катализатором.
Эта смесь должна попадать во второй автокатализатор. И вот там-то начнётся нормальное горение за счёт электронов которые будет захватывать кислород с поверхности платины. А платиновый электрод теряя электроны получит положительный заряд (катод).
Если соединить проводником анод (с избытком электронов) и катод (с дефицитом), то между ними потечёт ток. О возможной величине этого тока я писал в первом посте. И напряжение между электродами будет крайне невысоким, о чём так же писалось в первом посте.
-
- Модератор
- Сообщения: 18194
- Зарегистрирован: 09 апр 2009, 08:11
- Имя: Дмитрий
- Откуда: Карелия
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
новичок
Этого вопроса я ждал с особым нетерпением...
И по вопросу получения горючего газа смею сослаться на эту тему:
http://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?t=3150
Сухая взгонка органического топлива - на выходе СО, Н2. Их и Дожигаем в катализаторах.
Дрова, солома, опавшие листья и хвоя, торф в деревнях русских ещё не перевелись?
Этого вопроса я ждал с особым нетерпением...
И по вопросу получения горючего газа смею сослаться на эту тему:
http://lunohoda.net/forum/viewtopic.php?t=3150
Сухая взгонка органического топлива - на выходе СО, Н2. Их и Дожигаем в катализаторах.
Дрова, солома, опавшие листья и хвоя, торф в деревнях русских ещё не перевелись?
-
- Модератор
- Сообщения: 18194
- Зарегистрирован: 09 апр 2009, 08:11
- Имя: Дмитрий
- Откуда: Карелия
-
- Сообщения: 160
- Зарегистрирован: 07 июл 2010, 21:42
- Откуда: г.Иваново
-
- Модератор
- Сообщения: 18194
- Зарегистрирован: 09 апр 2009, 08:11
- Имя: Дмитрий
- Откуда: Карелия
-
- Сообщения: 31785
- Зарегистрирован: 02 июл 2008, 13:46
- Имя: +7 (812) 000-00-00
- Откуда: Ленинград
Илья13
иИлья13 писал(а):топливным элементам.
имхо не совместимы из-за необходимой чистоты газа перед мембранами и сетками.Илья13 писал(а):Сухая взгонка органического топлива - на выходе СО, Н2. Их и Дожигаем в катализаторах.
Дрова, солома, опавшие листья и хвоя, торф в деревнях русских ещё не перевелись?
Как построить вездеход типа "ЧЕБУРАТОР" - тут