كيف خلية الهيدروجين يعمل

خلية وقود الهيدروجين هو جهاز تحويل كهربائية والذي يستخدم المواد الكيميائية مثل الهيدروجين والاوكسجين. أنه يولد الطاقة الكهربائية، وتنبعث منه سوى الماء والحرارة والمنتجات الثانوية لها. وعلى النقيض من البطاريات، وخلايا وقود الهيدروجين هو نظام مفتوح الحرارية، لا يحتاج إلى إعادة شحن، وتنتج الكهرباء طالما يتم توفير ذلك مع الوقود والاوكسجين.

تاريخ

في عام 1839، كان ينظر إلى خلية الوقود الاولى روبرت السير ويليام غروف، وهو قاض الويلزية، المخترع والفيزيائي. أنتج الكهرباء والمياه، من خلال الجمع بين الهيدروجين والاوكسجين في وجود من المنحل بالكهرباء، ولكن هذا الاختراع لم تولد ما يكفي من الكهرباء. لذلك، في عام 1889، الذي بني لودفيج موند وانجر تشارلز خلية وقود تعمل باستخدام الهواء والصناعية غاز الفحم. ويعتقد أنهم كانوا أول من عملة "خلية الوقود" على المدى. في وقت سابق، كانت تستخدم أقطاب البلاتين التي يسهل اختراقها والكبريتيك حمام المنحل بالكهرباء حامض في خلية الوقود، لكنها كانت مكلفة وقابلة للتآكل. في عام 1932، وجاء فرانسيس بيكون ت بفكرة من خلية وقود الهيدروجين، وذلك باستخدام المنحل بالكهرباء القلوية أقل تآكل وأقطاب كهربائية من النيكل وغير مكلفة. في عام 1959، قام بتطوير خلية وقود خمسة كيلو واط التي يمكن أن قوة آلة لحام. وقد عرفت فيما بعد هذه الخلية والخلية بيكون.

العمل من خلية وقود الهيدروجين

العمل من خلايا وقود الهيدروجين يشبه البطارية. وهو يتألف من قطبين، أنود والكاثود 1، يفصل بينهما غشاء المنحل بالكهرباء البوليمر. ويتم ضخ الاوكسجين الى القطب السالب، والهيدروجين على القطب الموجب. في المصعد، والهيدروجين يتفاعل مع محفز البلاتين وانشقاقات في إلكترونات سالبة الشحنة (البريد)، وأيونات موجبة (H +). أيونات الهيدروجين التحرك من خلال غشاء نحو القطب السالب. الإلكترونات الطريق على طول دائرة خارجية الى القطب السالب، وخلق تيار كهربائي. يسافرون من الخارج إلى الجانب الآخر من الغشاء PME، يتحد مع الأكسجين، والاندماج مع أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة. ونتيجة لذلك، تتشكل المياه النقية وكمية صغيرة من الحرارة. خلية الهيدروجين، في كامل الحمولة تصنيف يمكن ان تنتج الجهد تتراوح من 0.6 إلى 0.7 V V. ويمكن الجمع بين هذه الخلية في سلسلة أو دوائر موازية لزيادة الكفاءة، والدوائر سلسلة تسفر عن الجهد العالي، في حين أن هذا الأخير يعتمد أكثر الحالي.

أنواع خلايا الوقود

وتصنف أساسا خلايا الوقود حسب نوع المنحل بالكهرباء التي يستخدمونها، ودرجة حرارة التشغيل. أنواع رئيسية من خلايا الوقود هي:

* غشاء تبادل بوليمر خلايا الوقود (PEMFC): من المعروف أيضا باسم غشاء تبادل البروتون تعمل بخلايا الوقود، ولها كثافة عالية الطاقة. هذه الخلية يستخدم البوليمر الصلبة كما المنحل بالكهرباء، وأقطاب الكربون التي يسهل اختراقها، التي تحتوي على البلاتين بمثابة عامل حفاز. بيم خلية وقود خفيف الوزن، ولها درجة حرارة التشغيل تتراوح بين 60C إلى 80C، أو إلى 140F 176F. وهي تستخدم أساسا في تطبيقات النقل، مثل المركبات والسيارات والحافلات، الخ.

* وقود الأكسيد الصلب خلية (SOFC): هذه الخلية وقود يستخدم الثابت، وغير قابلة للاختراق من السيراميك المركب كما المنحل بالكهرباء والخمسين. الصلبة أكسيد خلايا الوقود هو مناسبة لنطاق واسع مولدات الطاقة الثابتة، وتعمل في درجات حرارة عالية جدا بين جيم و700C 1000 بسبب ارتفاع درجات الحرارة في التشغيل المرتفعة، وتنتج المزيد من بخار الذي يولد بدوره المزيد من الكهرباء، وبالتالي، يحسن من الكفاءة الكلية للنظام.

* خلايا الوقود القلوية (AFC): ومن المعروف بخلايا الوقود بيكون، و هو واحد من تكنولوجيا خلايا الوقود أقدم وموثوق بها. ويستخدم محلول هيدروكسيد البوتاسيوم في الماء كما المنحل بالكهرباء، وتعمل في درجات حرارة منخفضة بين 100C إلى 250C، أو إلى 212F 482F. كما يحصل الملوثة القلوية التي تعمل بخلايا الوقود بواسطة غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2)، فإنه يتطلب الهيدروجين والاوكسجين النقي. بل هو خلية عالية الأداء، ولها كفاءة تصل إلى 60٪ في مجال التطبيقات الفضائية.

ويناسب هذا خلايا الوقود للغاز الطبيعي ومحطات توليد الطاقة القائمة على الفحم، وتعمل في 600C: * وقود كربونات المنصهر الخليوي (MCFC). هذه الخلية يستخدم المنحل بالكهرباء، ويتألف من خليط كربونات ملح ذائب معلقة في مسامي، خامل كيميائيا الألومنيوم الليثيوم السيراميك المصفوفة (LiAlO2) أكسيد.

* وقود خلية حمض الفوسفوريك (PAFC): خلية الوقود حامض الفوسفوريك يستخدم المنحل بالكهرباء، ويتألف من حامض الفوسفوريك السائل والأقطاب الكربونية التي يسهل اختراقها، التي تحتوي على البلاتين بمثابة عامل حفاز. وتستخدم هذه الخلية الصغيرة في أنظمة توليد الطاقة ثابتة. التي تعمل في درجة حرارة عالية وغير ذلك، فمن غير صالحة للسيارات.

* وقود الميثانول المباشر الخليوي (DMFC): وفرت له الميثانول النقي، ويخلط مع البخار وتغذيها مباشرة إلى القطب الموجب. لديه درجة حرارة التشغيل نفس PEMFC. هذه خلايا الوقود باهظ الثمن، ويستخدم كمية كبيرة من البلاتين كعامل مساعد. انه ليس لديها مشكلة تخزين الوقود وغير المحمولة.

ميزة

خلية وقود يستخدم الهيدروجين كوقود لها، وبالتالي فهي تنتج المياه باعتبارها العادم. منذ ذلك الحين، وليس هناك انبعاثات أخرى، وخلايا وقود نظيفة للغاية، ومصدر متجدد من الطاقة الكهربائية. كما سعره تحويل كهربائية عالية، وأنه يستخرج من الطاقة من الوقود، وتنتج كمية كبيرة من الطاقة. منذ ذلك الحين، لا توجد أجزاء متحركة وعدم الكفاءة الميكانيكية في كومة خلية الوقود، وبالتالي فمن صامتة وخالية من الاهتزاز. خلية الوقود توفر الطاقة العالية الجودة للتطبيقات العاصمة الكهربائية الحديثة، ومتوافق مع أنواع أخرى من الوقود مثل الوقود الأحفوري، والوقود الحيوي والوقود الهيدروكربوني. ويمكن تجنب تقلبات السلطة في شبكات الكهرباء الوطنية، عن طريق استخدام خلايا الوقود التي تعمل بالطاقة توليد الطاقة وزعت الشبكة. لديها كثافة عالية الطاقة، ويمكن أن تعمل في درجات حرارة مختلفة. خلايا الوقود هي ليست مكلفة جدا ولديه ملاءمة ممتازة للتهجين مع غيرها من التكنولوجيات. وبالتالي، فإنه من أكثر موثوقية من أي محركات الاحتراق التقليدية الأخرى.

التطبيق والكفاءة

خلايا وقود الهيدروجين هو المدمجة، خفيفة الوزن، ويستخدم كمصدر للطاقة في أماكن نائية، مثل محطات الفضائية الجوية، وحدائق كبيرة، والمناطق الريفية، والتطبيقات العسكرية. كفاءة خلية الوقود يتناسب طرديا مع الجهد لها، ويتناسب عكسيا مع التيار رسمها. كفاءة التشغيل خلية الهيدروجين في الظروف القياسية دون تسرب المتفاعلة، ويعتمد على قيمة المحتوى الحراري أو التدفئة من رد الفعل. وعمل نموذجي في الخلية 0.7 V، لديها كفاءة 50٪، ونسبة 50٪ من محتوى الطاقة من الهيدروجين يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية، ويتم تحويل 50٪ المتبقية إلى حرارة. لتحسين الكفاءة، ينبغي أن تعمل خلية الهيدروجين في كثافة طاقة منخفضة، ويجب أن تستخدم الهيدروجين النقي والمواد الداخلة في التفاعل الاوكسجين.

خلايا وقود الهيدروجين توفر مجموعة واسعة من المزايا الهامة على أي تكنولوجيا الطاقة الأخرى المنتجة. فمن لديه القدرة على حل المشاكل مثل، والاعتماد على البترول، وسوء نوعية الهواء، وانبعاثات غازات الدفيئة وظاهرة الاحتباس الحراري. كفاءته ومرونة تصميم يجعلها واحدة من أكثر التقنيات الموثوقة....