Wyjaśnienie ogniw paliwowych wodorowych: wydajność i działanie

Ogniwa paliwowe są bardziej wydajne niż konwencjonalne elektrownie, ponieważ wytwarzają energię poprzez reakcję elektrochemiczną, a nie spalanie. Często służą jako generatory zapasowe podczas szczytowego zapotrzebowania i są również używane w różnych środkach transportu publicznego. W tym blogu dowiemy się, do czego służą ogniwa paliwowe wodorowe i jak działają.

Do czego służą ogniwa paliwowe wodorowe?

W ogniwach paliwowych elektryczność może być generowana przez łączenie atomów wodoru i tlenu. Te wszechstronne ogniwa paliwowe znajdują zastosowanie w różnych sektorach, od zasilania statków kosmicznych i urządzeń elektronicznych po budynki domowe i komercyjne oraz pojazdy. Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo niektórym z ich głównych zastosowań.

1. Zarządzanie magazynowaniem: Wiele dużych przedsiębiorstw magazynowych i dystrybucyjnych decyduje się na wykorzystanie ogniw paliwowych do zasilania ekologicznych ciężarówek, wózków widłowych, wózków paletowych i innego sprzętu.

2. Dystrybucja międzynarodowa: Ogniwa paliwowe zapewniają zasięg i moc potrzebną do transportu dalekobieżnego i dystrybucji lokalnej. Przemysł motoryzacyjny produkuje już ciężarówki i furgonetki napędzane wodorem.

3. Autobusy: Badania nad wykorzystaniem wodoru w różnych rodzajach transportu publicznego, w tym w autobusach napędzanych ogniwami paliwowymi, trwają. Kilka dużych miast, w tym Chicago, Vancouver, Londyn i Pekin, eksperymentowało z autobusami napędzanymi wodorem.

Odnośnik: AUTOBUSY ELEKTRYCZNE Z OGNIWAMI PALIWOWYMI do transportu publicznego o zerowej emisji

4. Pociągi: Pociągi napędzane ogniwami paliwowymi wodorowymi dotarły już do większości krajów rozwiniętych.

5. Pojazdy indywidualne: Duzi producenci samochodów pracują nad pojazdami elektrycznymi zasilanymi ogniwami paliwowymi wodorowymi (HFCEV) do użytku osobistego. Do godnych uwagi modeli należą Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo i BMW I Hydrogen Next.

6. Lotnictwo: W kilku projektach eksperymentalnych badano zastosowanie tych ogniw paliwowych w lotnictwie i kosmonautyce. Bezzałogowe statki powietrzne o dużym zasięgu wykorzystywały system hybrydowy z ogniwami paliwowymi zasilanymi z paneli słonecznych, co teoretycznie umożliwiało nieograniczony, ciągły lot w dzień i w nocy.

Odnośnik: Czy loty napędzane wodorem mogą stać się rzeczywistością do 2035 roku?

7. Generowanie energii awaryjnej: Stacjonarne ogniwa paliwowe są wykorzystywane w systemach zasilania bezprzerwowego (UPS) , gdzie ważna jest ciągła dostępność. Szpitale i centra danych coraz częściej sięgają po wodór w celu zapewnienia nieprzerwanego zasilania. Może on również służyć jako generator awaryjny, umożliwiając serwerowi w centrum danych pracę wyłącznie na wodorze przez dwa dni.

8. Generowanie energii mobilnej: Wodór oferuje wiele możliwości mobilnego generowania energii. NASA wyprodukowała jedne z pierwszych ogniw paliwowych wodorowych do zasilania rakiet i wahadłowców kosmicznych w kosmosie.

9. Bezzałogowe statki powietrzne (BSP): Wiele innowacyjnych zastosowań BSP (tj. dronów), od dostarczania przesyłek po misje poszukiwawczo-ratownicze, jest poważnie utrudnionych przez moc i zasięg standardowych akumulatorów. Dlatego zarówno wojsko, jak i firmy prywatne zamierzają rozwiązać te problemy, stosując ogniwa paliwowe.

10. Łodzie i okręty podwodne: Ogniwa paliwowe są wykorzystywane w wielu zastosowaniach morskich, stanowiąc alternatywę dla systemów energii jądrowej. Energy Observer , pierwszy statek wodorowy, stworzył nawet wodór do systemu ogniw paliwowych wykorzystującego pokładowe panele słoneczne i turbiny wiatrowe.

Sprawdź także nasz blog: Energia wodorowa: zalety i wady

Z czego zbudowane są ogniwa paliwowe wodorowe?

Ogniwo paliwowe składa się z dwóch elektrod: anody i katody, rozdzielonych membraną elektrolityczną. W ogniwie paliwowym do wytwarzania energii elektrycznej można wykorzystać wodór, metan, etan, etanol i inne paliwa organiczne. Paliwa te ulegają niepełnemu spalaniu i wydzielają ciepło jako produkt uboczny. Większość tych reakcji ma charakter redoks, co prowadzi do przekształcenia energii chemicznej w energię elektryczną, a produktami ubocznymi są woda i dwutlenek węgla.

Jak działają ogniwa paliwowe wodorowe?

Poniższe kroki stanowią krótki przegląd działania ogniwa paliwowego:

1. Wodór wprowadzany jest do anody, a tlen dostarczany jest do katody.

2. W anodzie atomy wodoru rozpadają się na protony i elektrony.

3. Prąd elektryczny powstaje , gdy elektrony przemieszczają się przez obwód, podczas gdy dodatnio naładowane protony wędrują przez elektrolit i membranę do katody.

4. Po przejściu przez obwód i membranę elektrony i protony reagują z tlenem na katodzie, uwalniając ciepło i wodę jako produkt uboczny.

5. Ponieważ pojedyncze ogniwa paliwowe nie wystarczają do zasilania ani skromnego urządzenia elektronicznego, ani dużej elektrowni, ogniwa te układa się razem w stosy, aby wytworzyć odpowiednią ilość energii do zamierzonego celu.

Zobacz także: Era wodoru: Spojrzenie na nadchodzącą transformację energetyczną w USA

Porównanie wydajności ogniw paliwowych wodorowych w różnych typach ogniw

Wydajność różnych typów ogniw paliwowych wynosi :

Typ ogniwa paliwowego	Wydajność:
Alkaliczne AFC	60-70% elektryczne
Kwas fosforowy (PAFC)	80-85% ogółem z CHP (skojarzone wytwarzanie ciepła); (elektryczne 36-42%)
Stopiony węglan (MCFC)	około 85% w sumie przy skojarzonej mocy cieplnej
Tlenek stały (SOFC)	około 85% w sumie przy skojarzonej mocy cieplnej
Membrana polimerowo-elektrolitowa (PEM)	elektryczny 50-60%

Ogniwa paliwowe są podobne do baterii, ponieważ mogą magazynować i uwalniać energię, o ile mają zapas wodoru. Mają szereg zastosowań, w tym transport i produkcję energii elektrycznej. Jednak naukowcy i inżynierowie powinni wziąć pod uwagę wyzwania związane z bezpieczeństwem związane z wodorem. Aby uzyskać więcej takich informacyjnych treści, przewijaj dalej naszą stronę internetową.

Polecane: Energia wodorowa: praca i zastosowania