Fuel Cells (Celulele de combustibil)

Fuel Cells (Celulele de combustibil)

Probabil ati auzit despre celulele de combustibil. In 2003, presedintele Bush a anuntat un program numit hidrogenul Initiative (HFI) in timpul statul sau de Adresa Uniunii. Aceasta initiativa, sustinuta de legislatia in cadrul politicii energetice Actul de 2005 (EPACT 2005) si Advanced Energiei Initiativa din 2006, isi propune sa dezvolte pe baza de hidrogen, pile de combustie si infrastructura tehnologii pentru a face vehiculele fuel-cell practice si rentabile pana in 2020.

Deci, ce anume este o celula de combustibil? De ce guvernele, intreprinderi private si institutii academice colaboreaza pentru a le dezvolta si de a le produce? Pt ca pilele de combustie genereaza energie electrica intr-un mod silentios si eficient, fara poluare, spre deosebire de sursele de energie care folosesc combustibili fosili. Dar cum se face acest lucru?

In aceasta lucrare, vom arunca o privire rapida la fiecare dintre tehnologiile existente sau emergente de celule de combustibil. Vom detalia modul in care celulele polimerice cu membrana electrolitica de combustibil (PEMFC) functioneaza si o sa examinam modul in care acestea se deosebesc de celelalte  de surse de energie. Vom explora de asemenea, obstacolele cu care se confrunta cercetatorii pentru a face celulele de combustibil practic si mai accesibil pentru utilizare noastre, si vom discuta despre aplicatii potentiale de celule de combustibil.

O celula de combustibil este un dispozitiv electrochimic de conversie. O celula de combustibil pe baza de hidrogen este un dispoitiv de convertire electrochimica care in urma transformarii chimice a hidrogenului si oxigenului in apa, produce energie electrica.

Un alt dispozitiv electronic uc care sunte familiarizati este bateria.

O baterie are toate produsele chimice depozitate in interiorul ei, si ea le converteste la fel in energie electrica prea. Acest lucru inseamna ca o baterie in cele din urma se termina si poate fi aruncata sau reincarcata.

In cazul unei celule de combustie, substantele chimice se gasesc mereu in celula fapt pt care celula nu se termina. Atata timp cat exista un flux de substante chimice in celula putem spune ca aveam fluctuatie de electricitate. Cele mai multe celule de combustie din ziua de astazi folosesc hydrogen si oxigen ca substante chimice.

In sectiunea urmatoare, ne vom uita la diferite tipuri de celule de combustibil.

TIPURI DE CELULE DE COMBUSTIL

Celule de combustibil vor concura cu multe alte dispozitive de conversie a energiei, incepand de la turbina pusa in miscare de gaze, motorul pe benzina de la masina pana la bateria laptop-ul. Motoarele cu ardere cum ar fi turbina si motorul pe benzina ard combustibil si folosesc presiunea creata de extinderea de gaze pentru a face lucru mecanic. Baterii convertesc energia chimica in energie electrica inapoi atunci cand este nevoie. Celulele de combustibil fac aceste sarcini mai eficient.

Proiect: Structura si componentele celulei Proiect: Regnul monera (procariota)

O celula de combustibil furnizeaza un DC (curent direct) de tensiune care pot fi folosite pentru motoare de putere, lumini sau orice alt aparat electric.

Exista mai multe tipuri diferite de celule de combustibil, fiecare folosind un alt continut chimic. Celulele de combustibil sunt, de obicei, clasificate in functie de temperatura de functionare si de tipul de electrolit folositi. Unele tipuri de celule de combustibil functioneaza bine pentru utilizarea in uzinele stationare de energie electrica. Altele pot fi utile pentru aplicatii portabile mici, sau pentru alimentarea automobilelor. Principalele tipuri de celule de combustibil includ:

Celule de combustibil cu membrana polimerica de schimb (PEMFC)

Departamentul Energiei (DOE), se concentreaza pe PEMFC ca cel mai probabil candidat pentru aplicatii de transport. PEMFC are o densitate de putere mare si o temperatura relativ scazuta (variind de 60-80 de grade Celsius, sau 140 - 176 grade Fahrenheit). Temperatura scazuta de functionare inseamna ca nu ia foarte mult timp pentru ca celula de combustibil sa se incalzeasca si sa inceapa generarea de electricitate.

Celule de combustibil solid oxid (SOFC)

Aceste celule de combustibil sunt cele mai potrivite pentru generatoare de mari dimensiuni de putere stationare care ar putea furniza energie electrica pentru fabrici sau orase. Acest tip de celule de combustibil functioneaza la temperaturi foarte ridicate (intre 700 si 1.000 de grade Celsius). Celule de combustibil solid oxid sunt foarte stabile atunci cand sunt in utilizare continua. De fapt, SOFC a dat dovada de o durata de viata mai lunga de functionare decat a oricarei celule de combustibil in anumite conditii de functionare. Temperatura ridicata, de asemenea, are un avantaj: aburul produs de celule de combustibil poate fi canalizate in turbine pentru a genera electricitate mai multe. Acest proces este numit co-generare de energie termica si electrica (CHP) si imbunatateste eficienta globala a sistemului.

Celuele de combostibil alcaline (AFC)

Acesta este unul dintre cele mai vechi modele de celule de combustibil, Statele Unite ale Americii le-a folosit inca din anii 1960. AFC este foarte sensibila la contaminare, deci are nevoie de hidrogen si oxigen pur. De asemenea, este foarte scump, astfel incat acest tip de celule de combustibil este putin probabil sa fie comercializat.

Celule de combustibil de carbon topit (MCFC)

SOFC, aceste celule de combustibil sunt, de asemenea, cele mai potrivite pentru generatoare mari de putere stationare. Acestea functioneaza la 600 de grade Celsius, astfel incat sa poata genera aburi care pot fi folositi pentru a genera mai multa putere. Ei au o temperatura de operare mai mica decat celulele de combustibil solid oxid, ceea ce inseamna ca nu au nevoie de astfel de materiale speciale. Acest lucru face ca design-ulsa fie mai ieftin.

Celule de combustie cu acid fosforic (PAFC)

Celule de combustibil de baza de acid fosforic sunt de dicate folosirii in statiile de generare de curent electric de dimensiuni mai mic. Acestea functioneaza la o temperatura mai mare decat celule de combustibil cu membrana polimerica de schimb, deci au un timp mai lung incalzire. Acest lucru le face nefolositoare pt utilizarea in industria automobilelor.

Celule de combustie direct-metanol (DMFC)

Celule de combustibil pe baza de metanol sunt comparabile cu PEMFC in ceea ce priveste temperatura de operare, dar nu sunt la fel de eficiente. De asemenea, DMFC necesita o cantitate relativ mare de platina pentru a actiona ca un catalizator, ceea ce face ca aceste celule de combustibil sa fie scumpe.

EFICIENTA CELULELOR DE COMBUSTIBIL

Reducerea poluarii este unul din scopurile principale ale celulei de combustibil. Compararea o masina pe celule de combustibil cu o masina pe benzina si o masina pe baterie, puteti vedea modul in care celulele de combustibil ar putea imbunatati eficienta masinilor din ziua noastra.

PROBLEMELE CELULELOR DE COMBUSTIBIL

Celulele de combustibil ar putea fi raspunsul la problemele electricitatii noastre, dar mai intai oamenii de stiinta vor trebui sa rezolve cateva probleme majore:

Costuri

Cea mai important dintre problemele referitoare la celule de combustibil este aceea ca  multe dintre piesele componente ale unei celule de combustibil sunt costisitoare. Pentru sistemele PEMFC, membranele de schimb de protoni, catalizatorii din metale pretioase (de obicei, platina), straturi de difuzie de gaz, si placi bipolare reprezinta 70% costul sistemului. Pentru ca pretul sa fie competitive (comparativ cu vehiculele alimentate cu benzina), sistemele de pile de combustie trebuie sa coste 35$ pe kilowatt. In prezent, pretul proiectului este de 73$ kilowatt. In special, cercetatorii trebuie sa scada fie suma de platina necesare pentru a actiona ca un catalizator fie sa gaseasca o alternativa.

Durabilitate

Cercetatorii trebuie sa dezvolte membrane PEMFC, care sunt durabile si pot functiona la temperaturi mai mare de 100 de grade Celsius si temperaturi mai mici de 0 (zero) grade Celsius. Temperatura tinta este de 100 de grade Celsius, ea este necesara pentru o celula de combustibil pentru ai asigura o toleranta mai mare la impuritati din combustibil. Pornind si oprind masina foarte des, este important pentru membrana sa ramana stabila in conditiile ciclice.