Топливные элементы более эффективны, чем обычные электростанции, поскольку они генерируют энергию посредством электрохимической реакции, а не сжигания. Они часто служат резервными генераторами во время пикового спроса, а также используются в различных видах общественного транспорта. В этом блоге мы узнаем, для чего используются водородные топливные элементы и как они работают.
Для чего используются водородные топливные элементы?
В топливных элементах электричество может вырабатываться путем соединения атомов водорода и кислорода. Эти универсальные топливные элементы находят применение в различных секторах: от питания космических аппаратов и электронных устройств до бытовых и коммерческих зданий и транспортных средств. Теперь давайте рассмотрим некоторые из основных областей применения в деталях.
1. Управление складом: Несколько крупных складских и дистрибьюторских организаций переходят на использование этих топливных элементов для питания экологически чистых грузовиков, погрузчиков, тележек и другого оборудования.
2. Международное распространение: Топливные элементы имеют запас хода и мощность, необходимые для дальних перевозок и местной дистрибуции. Автомобильная промышленность уже производит водородные полуприцепы и фургоны.
3. Автобусы: Водородная энергия изучается для использования в различных видах общественного транспорта, включая автобусы на топливных элементах. Несколько крупных городов экспериментировали с автобусами на водородном топливе, включая Чикаго, Ванкувер, Лондон и Пекин.
Перекрестная ссылка: ЭЛЕКТРОБУСЫ НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ для общественного транспорта с нулевым уровнем выбросов
4. Поезда: Поезда на водородных топливных элементах уже появились в большинстве развитых стран.
5. Отдельные транспортные средства: Крупные автопроизводители работают над электромобилями на водородных топливных элементах (HFCEV) для личного пользования. Среди заметных моделей — Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo и BMW I Hydrogen Next.
6. Авиация: Несколько экспериментальных проектов исследовали использование этих топливных элементов в космонавтике. Беспилотные летательные аппараты большой дальности использовала гибридную систему с топливными элементами которые питались от солнечных батарей, что теоретически обеспечивало неограниченный непрерывный полет днем и ночью.
Перекрестная ссылка: Могут ли полеты на водородном топливе стать реальностью к 2035 году?
7. Генерация резервного питания: Стационарные топливные элементы используются в источник бесперебойного питания (ИБП) Системы, где важна постоянная работоспособность. Больницы и центры обработки данных все чаще переходят на водород для бесперебойного питания. Они также могут использоваться в качестве резервных генераторов, что позволяет одному серверу центра обработки данных работать исключительно на водороде в течение двух дней.
8. Генерация мобильной энергии: Водород обеспечивает многочисленные варианты для мобильной генерации энергии. НАСА создало некоторые из первых водородных топливных элементов для энергетические ракеты и космические челноки в космосе.
9. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): Множество инновационных применений БПЛА (т.е. дронов), начиная от доставка посылок для поисково-спасательных операций, серьезно ограничены мощностью и диапазоном, предоставляемыми стандартными батареями. Поэтому и военные, и частные предприятия намерены решать эти проблемы с помощью топливных элементов.
10. Лодки и подводные лодки: Топливные элементы используются в различных морских приложениях, выступая в качестве альтернативы ядерным энергетическим системам. Наблюдатель за энергией, первое водородное судно, даже создало свой водород для системы топливных элементов с использованием бортовых солнечных панелей и ветряных турбин.
Также загляните в наш блог: Водородная энергетика: преимущества и недостатки
Из чего сделаны водородные топливные элементы?
Топливный элемент состоит из двух электродов, анод и катод, разделенные электролитной мембраной. Водород, метан, этан, этанол и другие органические виды топлива могут использоваться в топливном элементе для выработки электроэнергии. Эти виды топлива сгорают неполностью и выделяют тепло в качестве побочного продукта. Большинство этих реакций являются окислительно-восстановительными по своей природе, что приводит к преобразованию химической энергии в электрическую и образованию воды и углекислого газа в качестве побочных продуктов.
Как работают водородные топливные элементы?
Эти шаги дают краткий обзор принципа работы топливного элемента:
1. Водород – это введенный на аноде, а кислород подается на катод.
2. В аноде атомы водорода расщепляются на протоны и электроны.
3. Электричество вырабатывается когда электроны перемещаются по цепи, а положительно заряженные протоны перемещаются через электролит и мембрану к катоду.
4. Пройдя через цепь и мембрану, электроны и протоны вступают в реакцию с кислородом на катоде, выделяя тепло и воду как побочный продукт.
5. Поскольку отдельных топливных элементов недостаточно для питания как скромного электронного устройства, так и огромной электростанции, эти элементы собираются вместе, чтобы генерировать достаточно энергии по их прямому назначению.
Также см: Эра водорода: взгляд на предстоящую трансформацию энергетики США
Сравнение эффективности водородных топливных элементов разных типов
Территория затрат различных типов топливных элементов:
| Тип топливного элемента | Эффективность |
| Щелочной АФК | 60-70% электричества |
| Фосфорная кислота (PAFC) | 80-85% в целом с ТЭЦ (комбинированная тепловая энергия); (электроэнергия 36-42%) |
| Расплавленный карбонат (MCFC) | около 85% в целом с комбинированной тепловой энергией |
| Твердый оксид (ТОТЭ) | около 85% в целом с комбинированной тепловой энергией |
| Полимерная электролитная мембрана (ПЭМ) | электричество 50-60% |
Топливные элементы похожи на батареи, поскольку они могут хранить и высвобождать энергию, пока у них есть запас водорода. Они имеют ряд применений, включая транспорт и производство электроэнергии. Однако ученые и инженеры должны учитывать проблемы безопасности, связанные с водородом. Для получения более информативного контента продолжайте прокручивать наш веб-сайт.
Рекомендуется: Водородная энергия: работа и использование
