как работают водородные автомобили и когда они появятся на дорогах / Хабр

В Испании, где я сейчас живу, довольно много электромобилей — встречаю их практически каждый день, как на дорогах, так и на станциях для зарядки. И каждый год электрокаров становится все больше (не только в Испании, конечно). Но есть и альтернатива — автомобили на водородном топливе, которые тоже не загрязняют природу, поскольку их выхлоп — вода. Тема сегодняшней справочной — водородные машины, принцип их работы и перспективы.

Когда появились первые автомобили на водороде?

Изобрел двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, Франсуа Исаак де Ривас (François Isaac de Rivaz) в 1806 году. Водород он получал с помощью электролиза воды. Поршневой двигатель, который создал изобретатель, называют машиной де Риваса (De Rivaz engine).

Зажигание было искровым, двигатель имел шатунно-поршневую систему работы. Ну а цилиндр приводился в движение детонацией смеси водорода и кислорода электрической искрой — ее приходилось генерировать вручную в момент опускания поршня. Через два года этот же изобретатель построил уже самодвижущееся устройство с водородным двигателем.

Но более-менее широко применять водород для работы автомобильных двигателей стали много лет спустя. В 1941 году в блокадном Ленинграде автомобильные двигатели ГАЗ-АА были модифицированы инженер-лейтенантом Б. И. Шелищем. Движки управляли лебедками аэростатов заграждения (их заправляли водородом, и запасов газа в Ленинграде было много), но это были автомобильные двигатели. Кроме того, были модифицированы и несколько сотен движков в автомобилях.

Начиная с 1980-х сразу в нескольких странах, включая США, Японию, Германию, СССР и Канаду стартовало экспериментальное производство по созданию автомобилей, работающих на водороде, бензин-водородных смесях и смесях водорода с природным газом.

В 1982 году нефтеперерабатывающий завод «Квант» и завод РАФ разработали первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с комбинированной энергоустановкой на основе водородо-воздушного топливного элемента мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи емкостью 5 кВт*ч.

На протяжении многих лет такие автомобили разрабатывали в разных странах по большей части в качестве эксперимента. После того, как концепция «зеленого» автомобиля стала популярной, автомобилями на водороде заинтересовались крупные корпорации вроде Toyota. Начиная с 2000-х, автомобильные компании стали разрабатывать концепты коммерческих авто.

А где брать водород?

Водород можно получать разными методами:

• паровая конверсия метана и природного газа;
• газификация угля;
• электролиз воды;
• пиролиз;
• биотехнологии.

Наиболее экономичным способом производства водорода сейчас считается паровая конверсия. Так называют получение водорода из легких углеводородов (метан, пропан-бутановая фракция) с использованием парового риформинга. Риформингом называют процесс каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара. Водяной пар смешивается с метаном при высокой температуре (700–1000 Сº) и большом давлении с использованием катализатора.

При паровой конверсии водород получать дешевле, чем используя любые другие методы, включая электролиз.

Наиболее безвредный способ производства водорода — электролиз — получение водорода из воды с использованием электрического тока. Чистота выхода водорода близка к 100%. Если не считать загрязнение для получения электричества, такие установки почти безвредны для окружающей среды, поскольку в процессе работы выделяются только водород и кислород.

Еще один безопасный для окружающей среды способ получения водорода — реактор с биомассой.

Источник

Производить водород можно и на крупной фабрике, и на относительно небольшом предприятии. Чем масштабнее производство — тем ниже себестоимость газа. Но зато в первом случае увеличиваются расходы на доставку водорода к местам заправки машин.

Как работает топливная система и какие есть варианты?

Лучше всего рассмотреть принцип работы такой системы на примере серийных водородных авто Toyota Mirai. Основа — топливный элемент, электрохимическая система, преобразующая частицы водорода и кислорода в воду. Внутри такого элемента — протонпроводящая полимерная мембрана, которая разделяет анод и катод. Обычно это угольные пластины с нанесенным катализатором.

На катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны, катионы проводятся через мембрану к катоду, а электроны отдаются во внешнюю цепь. На катализаторе катода молекулы кислорода соединяются с электроном и протоном, образуя воду. Пар или жидкость — это единственный продукт реакции.

Преимущество топливных ячеек на основе протонообменных мембран — высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура. Они быстро греются и почти сразу после старта начинают производить энергию.

В Mirai используются топливные элементы с высокой удельной мощностью на единицу объема (3,2 кВт/л), максимальная их мощность 124 кВт. Произведенный топливным элементом постоянный ток преобразуется в переменный с одновременным повышением напряжения до 650 В. Электричество поступает в литий-ионный аккумулятор. Для движения машина расходует запасенную в нем энергию.

Водород в топливный элемент Mirai поступает из баллонов высокого давления (около 700 атм). Блок управления в автомобиле контролирует режим работы топливного элемента и зарядку/разрядку аккумулятора.

По данным Toyota на 100 км пути Mirai требуется до 750 граммов водорода. Владельцы Mirai говорят о примерно килограмме водорода на 100 км пути.

Такие автомобили опасны? Почему?

Поскольку водород — горючий газ, то транспортировать и хранить его нужно осторожно. Нужны высокочувствительные газоанализаторы, которые смогут дать сигнал в случае утечки. Правда, водород очень летучий газ (ведь это самый легкий химический элемент) и при попадании в атмосферу водород быстро поднимается вверх.

Сгорает он очень быстро. Дирижабль «Гинденбург» горел всего 32 секунды. Благодаря скоротечности пожара погибли далеко не все пассажиры, выжили 62 человека из 97, находившихся в гондоле дирижабля.

Тем не менее, если автомобилей на водороде станет много, то потребуются новые меры безопасности движения на дорогах. Машины с ДВС тоже опасны — в случае аварии и пробоя бака бензин или дизельное топливо вытекают на дорогу и могут воспламениться. Если будет пробит бак с водородом, газ очень быстро улетучится. Но если близко будет источник открытого огня или искр, водород может загореться.

В Mirai и других моделях водородных авто используются очень прочные баки для водорода. Toyota сделала свои баки пуленепробиваемыми, их стенки из сверхпрочного волокна выдерживают выстрелы из крупнокалиберного оружия. Для тестов компания наняла снайперов и пробить бак смогла только пуля калибром .50 после двойного попадания в одно и тоже место.

Если соблюдать меры безопасности, водородные автомобили не опаснее машин с ДВС.

Какой срок службы у топливных ячеек?

Пока что такая информация есть лишь для Mirai. Toyota заявляет, что одна ячейка гарантированно будет работать на протяжении 250 000 км. Затем, если работа ячейки ухудшается, ее можно заменить в сервисном центре.

Какие компании уже выпускают или собираются выпускать автомобили на водороде?

Водородные машины разрабатывают Honda, Toyota, Mercedes-Benz и Hyundai — у этих компаний уже есть готовые транспортные средства. Другие показывают пока лишь концепты (впрочем, рабочие) или просто красиво отрендеренные картинки. К числу первых можно отнести Audi и Ford, к числу вторых — BMW (справедливости ради нужно сказать, что в 2007 году BMW выпустила партию из 100 экспериментальных «водородных» моделей, которые так и остались экспериментом) и Lexus.

В серию запущены пока лишь Toyota Mirai и Honda Clarity. Их можно приобрести в США и Европе.

Сколько это стоит?

В настоящий момент водородные автомобили немного дороже обычных в плане эксплуатации. Так, при поездке в Европе протяженностью 480 км затраты на горючее для владельца обычной машины составят примерно $45, а вот владелец Mirai заплатит около $57. И это при том, что правительство некоторых стран субсидирует производство водорода для машин. Стоимость 1 кг водорода составляет в среднем $11.45.

Чем водородные авто лучше электромобилей?

Собственно, вопрос не совсем корректный. Дело в том, что и автомобиль на водороде, с топливной ячейкой, и «чистый» электрокар — это электромобили. Просто в одном случае машину заправляют водородом, во втором — электричеством.

Если сравнивать стоимость большинства электромобилей и Toyota Mirai, то они сравнимы, это несколько десятков тысяч долларов США. Стоимость Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс. Стоимость электрокаров Tesla начинается с $45 тыс. (базовая комплектация с прайсом в $35 тыс. пока доступна лишь для предзаказа). Электромобили от BMW стоят около $50 тыс.

Водородные автомобили быстро заправляются — на это уходит всего 3–5 минут, в отличие от электромобилей, где нужно от получаса до нескольких часов для подзарядки.

Основное достоинство водородного транспорта в том, что топливные ячейки служат много лет и практически не нуждаются в обслуживании. Если взять «чистый» электромобиль с его огромной батареей, то ее срок службы всего 1–1,5 тыс. циклов, то есть 3-5 лет. Причем водородный автомобиль без проблем будет работать на морозе (заводиться в том числе), а вот аккумулятор электромобиля потеряет заряд.

Какие перспективы у водородных машин и когда их можно будет увидеть на дорогах?

Водородные автомобили уже колесят по дорогам Европы и США (возможно, единичные экземпляры есть и в других регионах). Но их немного — несколько тысяч, что нельзя назвать массовым внедрением.

Проблема, которая сейчас мешает распространению водородных транспортных средств — отсутствие инфраструктуры (всего несколько лет назад аналогичная проблема была актуальной и для электромобилей). Нужны специализированные фабрики по производству водорода, транспортные системы для водорода и заправки.

Водородные АЗС в 2019 году(источник)

Кроме того, водород получается довольно дорогим, так что если электромобили покупают, в частности, для экономии на топливе, то в случае водородной машины — это не вариант. При массовом появлении фабрик по производству водорода для машин, а также сервисной инфраструктуры можно ожидать выхода гораздо большего числа транспортных средств на водороде на дороги общего пользования.

Но нет гарантии, что это вообще случится ли это или нет — пока неясно. Автопроизводители вроде Toyota активно продвигают свои машины и преимущества водорода в транспортной сфере. Но конкуренция слишком велика, как среди обычных машин с ДВС, так и среди электромобилей.

Водородный двигатель принцип работы

Первый тип водородного двигателя работает на топливных элементах. К сожалению, водородные двигатели данного типа до сих пор имеют высокую стоимость. Дело в том, что в конструкции содержаться дорогие материалы вроде платины.

• Устройство водородного двигателя
• Принцип работы
• Водородные топливные элементы
• Принцип работы
• Особенности гибридных конструкций
• Водород как горючее

Ко второму типу относятся водородные двигатели внутреннего сгорания. Принцип работы таких устройств сильно напоминает пропановые модели. Именно поэтому их часто перенастраивают для работы под водород. К сожалению, КПД подобных устройств на порядок ниже тех, что функционируют на топливных элементах.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Главное отличие двигателей на водороде от привычных нам сейчас бензиновых либо дизельных аналогов заключается в способе подачи и воспламенении рабочей смеси. Принцип преобразования возвратно-поступательных движений КШМ в полезную работу остается неизменным. Ввиду того что горение топлива на основе нефтепродуктов происходит медленно, камера сгорания наполняется топливно-воздушной смесью немного раньше момента поднятия поршня в свое крайнее верхнее положение (ВМТ). Молниеносная скорость реакции водорода позволяет сдвинуть время впрыска к моменту, когда поршень начинает свое возвратное движение к НМТ. При этом давление в топливной системе не обязано быть высоким (4 атм. достаточно).

В идеальных условиях водородный двигатель может иметь систему питания закрытого типа. Процесс смесеобразования происходит без участия атмосферного воздуха. После такта сжатия в камере сгорания остается вода в виде пара, который проходя через радиатор, конденсируется и превращается обратно в Н2О. Такой тип аппаратуры возможен в том случаи, если на автомобиле установлен электролизер, который отделит с полученной воды водород для повторной реакции с кислородом.

На практике такой тип системы осуществить пока что сложно. Для исправной работы и уменьшения силы трения в моторах используется масло, испарения которого являются частью отработанных газов. На современном этапе развития технологий устойчивая работа и беспроблемный запуск двигателя, работающего на гремучем газе, без использования атмосферного воздуха неосуществимы.

 

Двигатель на водородных топливных элементах

Обратите внимание, под водородными двигателями понимаются как агрегаты, работающие на водороде (водородный ДВС), так и моторы, которые используют водородные топливные элементы. Первый тип мы уже рассмотрели выше, теперь давайте остановимся на втором варианте.

Топливный элемент на водороде фактически представляет собой «батарейку». Другими словами, это водородный аккумулятор с высоким КПД около 50%. Устройство основано на физико-химических процессах, в корпусе такого топливного элемента имеется особая мембрана, проводящая протоны. Эта мембрана разделяет две камеры, в одной из которых стоит анод, а в другой катод.

В камеру, где расположен анод, поступает водород, а в камеру с катодом попадает кислород. Электроды дополнительно покрыты дорогими редкоземельными металлами (зачастую, платиной).  Это позволяет играть роль катализатора, который оказывает воздействие на молекулы водорода.  В результате водород теряет электроны. Одновременно протоны идут через мембрану на катод, при этом катализатор также воздействует и на них. В итоге происходит соединение протонов с электронами, которые поступают снаружи.

Такая реакция образует воду,  при этом электроны из камеры с анодом поступают в электрическую цепь. Указанная цепь подключена к двигателю. Простыми словами, образуется электричество, которое заставляет двигатель работать от такого водородного топливного элемента.

Подобные водородные двигатели позволяет пройти не менее 200 км. на одном заряде. 

Устройство водородного двигателя

Автомобили с двигателем работающем на водороде делятся на несколько групп:

• Машины с 2-мя энергоносителями. Они обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси. КПД двигателя такого типа достигает 90-95 процентов. Для сравнения дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. Такие транспортные средства соответствуют стандарту Евро-4.
• Автомобиль со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. Сегодня удалось создать моторы, имеющие КПД от 75% и более.
• Обычные транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси. Особенность таких двигателей заключается в чистом выхлопе и увеличении КПД еще на 20%.

Главной особенностью является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения.

Что касается преобразования полученной энергии в движение КШМ, процесс аналогичен.

Принцип работы

Принцип работы водородных двигателей стоит рассмотреть применительно к двум видам таких установок:

1. Моторы внутреннего сгорания;
2. Двигатели на водородных элементах.

Водородные моторы внутреннего сгорания

В ДВС из-за того, что горение бензиновой смеси осуществляется медленнее, топливо попадает в камеру сгорания раньше достижения поршнем своей верхней точки.

В водородном двигателе, благодаря мгновенному воспламенению газа, удается сместить время впрыска до момента, пока поршень начнет возвратное движение. При этом для нормальной работы мотора достаточно небольшого давления в топливной системе (до 4-х атмосфер).

В оптимальных условиях водородный мотор способен работать с питающей системой закрытого вида. Это значит, что в процессе образования смеси атмосферный воздух не применяется.

После завершения такта сжатия в цилиндре остается пар, который направляется в радиатор, конденсируется и становится водой.

Реализация варианта возможна в случае, если на машине смонтирован электролизер — устройство, обеспечивающее отделение водорода от h3O для последующей реакции с O2.

Воплотить в реальность описанную систему пока не удается, ведь для нормальной работы двигателя и снижения силы трения применяется масло.

Последнее испаряется и является частью отработавших газов. Так что применение атмосферного воздуха при работе водородного двигателя пока необходимо.

Двигатели на водородных элементах

Принцип действия таких устройств построен на протекании химических реакций. Кожух элемента имеет мембрану (проводит только протоны) и электродную камеру (в ней находится катод и анод).

В анодную секцию подается h3, а в катодную камеру — O2. На электроды наносится специальное напыление, выполняющее функцию катализатора (как правило, платина).

Под действием каталитического вещества происходит потеря водородом электронов. Далее протоны подводятся через мембрану к катоду, и под влиянием катализатора формируется вода.

Из анодной камеры электроны выходят в электрическую цепь, подключенную к мотору. Так формируется ток для питания двигателя.

 

Водородные топливные элементы

Водородный топливный элемент, с конструктивной точки зрения, является своеобразной аккумуляторной «батарейкой» с высокими показателями коэффициента полезного действия (порядка 50%). Внутри корпуса протекают физико-химических процессы с участием специальной мембраны, отвечающей за проведение протонов. Посредством такого мембранного элемента происходит деление корпуса на пару частей – резервуар с анодом и камеру с катодом.

Камера с анодом заполняется водородом, а в катодную часть поступает атмосферный кислород. В качестве покрытия электродов используются дорогостоящие редкоземельные металлы, включая платину. Особенности поверхности обеспечивают взаимодействие с водородными молекулами, в результате чего происходит потеря электронов. Одномоментно с этим процессом выполняется прохождение протонов сквозь мембрану к катоду. Благодаря такому воздействию катализатора протоны соединяются с поступившими извне электронами.

Результат произошедшей реакции – образование воды и поступление электронов из анодной камеры в электрическую цепь, подключённую к силовому агрегату. Таким образом, двигатель приводится в движение водородным топливным элементом и может проработать порядка 200-250 км. Тормозит применение такой технологии и серийный выпуск автомобилей с водородными двигателями необходимость использовать в конструкции элементов платину, палладий и другие дорогостоящие металлы.

Принцип работы

Устройство водородных двигателей не отличается особой сложностью. Главным отличием является способ подачи и воспламенения смесей при полном сохранении основного принципа преобразования. При этом на фоне традиционного бензина и дизеля, водородное топливо обеспечивает мгновенную скорость реакции даже в условиях незначительного уровня давления внутри топливной системы. Для образования смеси участие воздуха не является необходимым, а остающийся в камере сгорания пар, после прохождения сквозь радиатор и конденсации, снова становится Н2О.

Безусловно, топливный элемент в данном варианте предполагает использование специального электролизера, обеспечивающего выделение достаточного количества водорода для участия в возобновлённом гидролизе с кислородом. Основная проблема состоит в том, что в современных реалиях данный вариант практически невыполним. Современные технологии не гарантируют стабильность функционирования и беспроблемный запуск мотора при отсутствии атмосферного воздуха.

Особенности гибридных конструкций

Характеристики, которыми обладает водородное топливо, активно использовались многими конструкторами с целью создания уникального гидродвигателя внутреннего сгорания. Например, разработанный В.С. Кащеевым метод – это принципиально иная установка, имеющая не только традиционный подающий воздух впускной клапан и выпускное устройство отвода выхлопных газов, но и отдельный клапанный механизм подачи водорода, а также свечу зажигания в головке блоков цилиндров.

Несмотря на некоторые принципиальные отличия, механизм работы остаётся неизменным, поэтому любые гибридные силовые агрегаты принято считать переходной стадией от применения дизеля и бензина к использованию водородного топлива. Благодаря высоким показателям КПД, лёгкое химическое вещество вводится в состав топливно-воздушных смесей, что значительно повышает степень сжатия, а также снижает токсичность выхлопов. Кроме этого, взаимодействие кислорода с водородом сопровождается выделением достаточного количества энергии, которая нужна автомобильным электродвигателям.

Водород как горючее

Первым делом хочется понять, что собой представляет двигатель на водороде. А для этого нам необходимо изучить сам водород как эффективный источник энергии, то есть альтернатива привычному нам топливу.

Каждый прекрасно знает, что в обычном двигателе с системой внутреннего сгорания, который работает на бензине, происходит смешивание топлива с воздухом. Затем эта смесь поступает внутрь цилиндров, где и сгорает. Это создаёт энергию для перемещения поршней, что и способствует в итоге движению ТС.

У водорода есть свои нюансы, которые проявляются в следующем:

• когда сжигается смесь с использованием водорода, на выходе получается только обычный водяной пар;
• на воспламенение водорода уходит меньше времени, чем в случае с дизельным или традиционным бензиновым топливом;
• детонационная устойчивость вещества способствует увеличению степени сжатия;
• показатели теплоотдачи состава превосходят топливовоздушную смесь на 250%;
• водород является летучим газом, из-за чего он может проникать в малейшие полости и зазоры;
• лишь некоторые металлы способны справиться с воздействием воспламеняющегося водорода;
• такое топливо можно хранить в жидком или сжатом агрегатном состоянии;
• если ёмкость получает пробой или небольшую трещину, всё топливо испаряется довольно быстро;
• чтобы вступить в реакцию с кислородом, нижний уровень газа составляет 4%;
• последняя особенность позволяет настраивать необходимые оптимальные режимы для двигателя за счёт дозировки консистенции.

Если принимать во внимание все рассмотренные особенности, можно с уверенностью сказать, что вариант с использованием чистого водорода в обычном ДВС невозможен. Чтобы добиться желаемого, необходимо обязательно внести некоторые изменения в конструкцию, а также установить дополнительное оборудование.

В чём опасность такого топлива

Водород позиционируется как взрывоопасное вещество. Именно это можно справедливо считать главной опасностью и проблемой всей технологии водородных моторов.

Сочетаясь с окислителем, в качестве которого выступает кислород, увеличивается риск воспламенения, и также возникает угроза взрывов. Исследования показатели, что на воспламенение водорода уходит около десятой доли энергии, требуемой при воспламенении топливовоздушной смеси. Фактически можно обойтись небольшой статической искрой, дабы водород вспыхнул.

Есть ещё одна опасность. Газ невидимый, и даже в процессе горения его практически незаметно. Невидимость огня усложняет возможность бороться с ним.

Нельзя забывать об опасности вещества для самого человека. Находясь в зоне с повышенной концентрацией газа в воздухе, может наступить удушье. А распознать наличие вещества крайне проблематично. Объясняется это отсутствием запаха и цвета. То есть человеческий газ не способен его разглядеть, а нос не может разнюхать.

В качестве последнего аргумента в пользу того, что водород действительно опасен, выступает факт его очень низкой температуры в случае нахождения в сжиженном состоянии. Контакт с таким веществом способен спровоцировать обморожение.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 3 чел.
Средний рейтинг: 3.7 из 5.

Как работают топливные элементы в водородных автомобилях?

Как работают топливные элементы в водородных автомобилях? — Объясните этот материал

Вы здесь:
Домашняя страница >
Наука >
Топливные элементы

• Дом
• индекс А-Я
• Случайная статья
• Хронология
• Учебное пособие
• О нас
• Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 1 января 2023 г.

Около века назад количество автомобилей
на Земле исчислялись тысячами. Сегодня насчитывается около миллиарда автомобилей — примерно по одному на каждые семь человек на планете, и ожидаемое число
к 2040 году достигнет 2 миллиардов. Думайте о Земле как о гигантской заправочной станции
только с ограниченным запасом топлива, и вы довольно быстро поймете
что у нас проблема. Многие геологи думают, что мы достигли точки
называют «нефтяным пиком», а в ближайшие десятилетия поставки бензина
(и все остальное, сделанное из нефти) начнет истощаться. Если
что произойдет, откуда все наши автомобили будут получать топливо?
Краткосрочное решение — повысить эффективность использования топлива.
из существующих автомобилей. В долгосрочной перспективе решение
может заключаться в переводе транспортных средств с бензиновых и дизельных двигателей на электроэнергию от аккумуляторов и
электрические топливные элементы, которые немного похожи на батареи, работающие на водороде
газ, который никогда не иссякает. Бесшумные и не загрязняющие окружающую среду, они являются одними из
самых чистых и экологичных источников энергии, которые когда-либо были разработаны.
Они все, что они обещали быть? Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: демонстрационный автомобиль Ford Motor Company на водородных топливных элементах (модифицированный Ford Focus).
Фотография предоставлена ​​Космическим центром Кеннеди НАСА (NASA-KSC).

Содержание

1. Что такое топливные элементы?
2. Как топливный элемент производит электричество из водорода?
3. Блоки топливных элементов
4. Типы топливных элементов
5. Откуда возьмется весь водород?
6. Электролизеры и электролиз
7. Почему топливные элементы так долго не приживаются?
8. Узнать больше

Что такое топливные элементы?

На самом деле есть только два способа привести в действие современный автомобиль. Большинство автомобилей на
дороги сегодня используют двигатель внутреннего сгорания
сжигать топливо на нефтяной основе, вырабатывать тепло и толкать поршни вверх и
вниз, чтобы управлять коробкой передач и колесами. Электрический
автомобили работают совершенно по-другому. Вместо двигателя они
полагаться на батареи, которые питают электричеством
электродвигатели, непосредственно приводящие в движение колеса. Гибридные автомобили имеют оба
двигатели внутреннего сгорания и электрические
двигателей и переключаться между ними в соответствии с условиями вождения.

Топливные элементы немного похожи на нечто среднее между двигателем внутреннего сгорания
мощность двигателя и аккумулятора. Подобно двигателю внутреннего сгорания, они производят
мощность за счет использования топлива из бака (хотя топливо находится под давлением
газообразный водород, а не бензин или дизельное топливо). Но, в отличие от двигателя,
топливный элемент не сжигает водород. Вместо этого он слит
химически с кислородом из воздуха, чтобы сделать воду. В процессе,
что похоже на то, что происходит в батарее, электричество высвобождается и
это используется для питания электродвигателя (или двигателей), который может управлять
транспортное средство. Единственным отработанным продуктом является вода, и она настолько чиста, что вы можете
выпей это!

Думайте о топливных элементах как о батареях, которые никогда не разряжаются. Вместо того
медленно истощая химические вещества внутри них (как это делают обычные батареи),
топливные элементы работают на постоянной подаче водорода и продолжают производить
электричество, пока есть топливо в баке.

Фото: Топливо в баке — в багажнике автомобиля Ford на водородных топливных элементах.
Фото предоставлено Космическим центром Кеннеди НАСА.

Как топливный элемент производит электричество из водорода?

То, что происходит в топливном элементе, называется электрохимическим
реакция.
Это химическая реакция, потому что в ней соединяются два химических вещества.
вместе, но это также и электрическая реакция, потому что электричество
образуется по мере протекания реакции.

Топливный элемент состоит из трех основных частей, подобных элементам батареи. Это
имеет положительно заряженную клемму (показана красным цветом), отрицательно
заряженный терминал (синий) и
разделяющее химическое вещество, называемое электролитом, между двумя (желтый)
держать их врозь. (Думайте обо всем этом как о бутерброде с ветчиной.
клеммы — это кусочки хлеба, а электролит — это ветчина между ними.)

Вот как топливный элемент производит электричество:

1. Газообразный водород из бака (показан здесь в виде больших коричневых капель) подается по трубе к положительной клемме . Водород легко воспламеняется
   и взрывоопасен, поэтому танк должен быть чрезвычайно прочным.
2. Кислород из воздуха (большие бирюзовые капли) поступает по второй трубе к отрицательной клемме.
3. Положительная клемма (красная) изготовлена ​​из платины, катализатора из драгоценного металла.
   предназначен для ускорения химии, которая происходит в топливном элементе. Когда атомы газообразного водорода достигают
   катализатора, они распадаются на ионы водорода (протоны) и электроны (маленькие черные шарики). На случай, если вы запутались: ионы водорода — это просто атомы водорода с удаленными электронами. Поскольку у них есть только один протон и один электрон, ион водорода — это то же самое, что и протон.
4. Протоны, будучи положительно заряженными, притягиваются к отрицательной клемме (синий) и проходят через электролит.
   (желтый) к нему. Электролит представляет собой тонкую мембрану из специальной полимерной (пластиковой) пленки.
   и только протоны могут пройти через него.
5. Тем временем электроны текут по внешней цепи.
6. При этом они приводят в действие электродвигатель (оранжевый и черный), приводящий в движение колеса автомобиля. В конце концов, они также достигают отрицательной клеммы (синяя).
7. На отрицательной клемме протоны и электроны рекомбинируют с кислородом воздуха в результате химической реакции, в результате которой образуется вода.
8. Вода выбрасывается из выхлопной трубы в виде водяного пара или пара.

Этот тип топливного элемента называется PEM (другие люди говорят, что это означает полимерообменную мембрану или протонообменную мембрану, поскольку она включает обмен протонами через полимерную мембрану). Это будет держать
работает до тех пор, пока есть запасы водорода и кислорода. Поскольку в воздухе всегда много кислорода, единственное ограничение
фактором является количество водорода в баке.

Рекламные ссылки

Блоки топливных элементов

Один топливный элемент производит столько же электроэнергии, сколько
одна сухая батарея — далеко не достаточно для питания портативного компьютера,
не говоря уже о машине. Вот почему топливные элементы, разработанные для транспортных средств, используют стеки.
топливных элементов, соединенных в серию. Суммарная электроэнергия, которую они
продукция равна количеству ячеек, умноженному на мощность каждой
клетка производит.

Типы топливных элементов

Топливные элементы PEM (иногда называемые PEMFC)
в настоящее время
предпочитают инженеры для приведения в действие транспортных средств, но они ни в коем случае не
возможен только дизайн. Поскольку существует много видов батарей, каждый
с использованием различных химических реакций, поэтому существует много видов топлива
ячейка тоже. Космические аппараты используют более примитивную конструкцию, называемую щелочной.
топливный элемент (AFC), в то время как гораздо большее количество энергии может быть
созданный альтернативной конструкцией, известной как твердый оксид
Топливный элемент
(ТОФК). Микробные топливные элементы обладают дополнительным
особенность: они используют
резервуар с бактериями для переваривания сахара, органических веществ или другого топлива
и производить либо электрический ток (который можно использовать для питания
двигатель) или водород (который может питать топливный элемент обычным способом).
Другая возможность — иметь автомобиль с солнечной панелью на крыше, который использует электричество Солнца для расщепления воды на водород и кислород.
электролизер (см. вставку ниже). Затем эти газы рекомбинируются в топливном элементе для производства электроэнергии. (Преимущество подобных действий по сравнению с прямым использованием солнечной энергии состоит в том, что вы можете накапливать
водород в дневное время, когда светит солнце, а затем использовать его для вождения
топливный элемент ночью. )

Фото: Вот как на самом деле выглядит топливный элемент. Это типичный водородный топливный элемент с протонообменной мембраной (PEM), который может производить 5 киловатт (5000 Вт) энергии. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/National
Лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Откуда возьмется весь водород?

За последние 150 лет практически каждый автомобиль
работать на жидкости, которую мы довольно ошибочно называем газом. Но в следующие 150
лет многие думают, что автомобили будут работать на настоящем газе:
водород. Теоретически заправлять автомобили водородом — отличная идея: это самый простой способ
и самый распространенный химический элемент, и он составляет подавляющее большинство
(примерно три четверти) всего вещества во Вселенной.
Тогда всего на всех! Но есть загвоздка: ковыряться в воздухе
вокруг вас, и вы не найдете много водорода — всего около одного
литр водорода на каждый миллион литров воздуха. (в натуральном выражении,
это то же самое, что охотиться за двумя литрами воды наугад
перепутал в каждом олимпийском бассейне полный). Так откуда же возьмутся все огромные облака водорода, чтобы управлять нашим глобальным автопарком?
Нам нужно будет сделать его самим из воды, волшебного вещества, покрывающего 70 процентов поверхности Земли, частично состоящего из водорода.
Разделив старый добрый h3O на части, вы получите h3 (водород) и O2 (кислород). Как ты делаешь это? С электролизером!

Электролизеры и электролиз

Электролизер — часть электрохимического аппарата (нечто
который использует электричество и химию одновременно), предназначенный для
провести электролиз: расщепление раствора на атомы, из которых он сделан, пропуская через него электричество. Электролиз был
Впервые в 18 веке британский химик сэр Хамфри Дэви
(1778–1829), который использовал примитивную батарею, называемую
Вольтов столб
открыть ряд химических элементов, включая натрий и калий.

Электролизер немного похож на батарею, работающую в обратном направлении:

• В батарее химические вещества упакованы в герметичный контейнер с двумя
  электрические клеммы, погруженные в них. Когда вы подключаете
  клеммы в цепь, химические вещества вступают в реакции внутри
  контейнер и производят электричество, которое течет по цепи.
  (Подробнее об этом читайте в нашей основной статье об аккумуляторах.)
• В электролизер вы помещаете раствор в контейнер и опускаете два
  терминалы в него. Вы подключаете клеммы к аккумулятору или другому
  источник питания и пропускают электричество через раствор. Химическая
  происходят реакции, и раствор распадается на атомы. Если
  раствор, который вы используете, это чистая вода (h3O), вы обнаружите, что он быстро распадается
  на газообразный водород (на отрицательном электроде) и газообразный кислород (на
  положительный электрод). Их относительно легко собирать и хранить.
  газа для использования в будущем.

Фото: Демонстрация водородной энергетики. Свет (от Солнца) попадает на солнечный элемент (синий прямоугольник слева),
изготовление электричества. Электролизер использует эту электрическую энергию для расщепления воды на кислород и водород.
(собраны в пробирки в середине рисунка). Затем водород подается в топливный элемент (металлический
ящик справа), который производит электричество
и зажигает лампу (внизу). Фотографии Уоррена Гретца предоставлены Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE/NREL).

Как работает электролизер?

Вот как очень простой электролизер производит газообразный водород из воды:

1. Батарея соединяет положительную клемму (иногда называемую анодом) с отрицательной клеммой (или катодом) через
   электролит. В простом лабораторном эксперименте электролитом может быть чистая вода. В реальном электролизере производительность
   значительно улучшается при использовании в качестве электролита твердой полимерной мембраны, позволяющей ионам проходить через нее.
2. При включении питания вода (h3O — показана здесь как две красные капли, соединенные с одной зеленой) расщепляется на положительно заряженные ионы водорода (атомы водорода без электронов, показаны красным) и отрицательно заряженные ионы кислорода (атомы кислорода с дополнительными электроны, показанные зеленым цветом).
3. Положительные ионы водорода притягиваются к отрицательной клемме и рекомбинируют попарно с образованием газообразного водорода.
   (ч3).
4. Аналогичным образом отрицательные ионы кислорода притягиваются к положительной клемме и рекомбинируют там попарно с образованием газообразного кислорода.
   (О2).

Почему топливные элементы так долго не приживаются?

» В течение десятилетий водород был Дракулой автомобильного топлива: как только вы подумаете, что кол вбит в его сердце с нулевым уровнем выбросов, технология восстает из могилы.»

Лоуренс Ульрих
The New York Times, апрель 2015 г.

Люди провозглашают топливные элементы следующей большой силой
поставки с 1960-х годов, когда космический корабль «Аполлон»
ракеты первыми
показали, что технология практична. Четыре десятилетия спустя,
на наших улицах почти нет машин на топливных элементах — по разным причинам.
причины. Во-первых, мир готовится к производству бензиновых двигателей путем
миллион, так что они, естественно, намного дешевле, лучше протестированы и многое другое
надежный. Обычный автомобиль можно купить за несколько тысяч
долларов/фунтов, но до недавнего времени автомобиль на топливных элементах стоил бы вам сотни
тысячи. («Относительно доступный» Mirai от Toyota стал широко доступен в 2016 году.
по цене чуть менее 60 000 долларов США, что вдвое превышает цену его гибридного Prius.
Отчасти поэтому некоторые автомобили на топливных элементах доступны только в лизинг.
распоряжения. В то время, когда я обновляю эту статью, в начале 2023 года, автомобиль Honda Clarity Fuel Cell можно арендовать за относительно скромные 379 долларов.в месяц.)
Стоимость не единственная проблема. Там также массивный
нефтяная экономика для поддержки бензиновых двигателей: есть гаражи
везде, где можно обслуживать бензиновые автомобили и заправочные станции
повсюду, чтобы снабжать их топливом. Напротив, вряд ли кто
ничего не знает о машинах на топливных элементах и ​​заправок практически нет
станции подачи сжатого водорода. «Водородная экономика» — это далекая мечта.

Фото: Может пройти некоторое время, прежде чем такие насосы для заправки водородом станут обычным явлением.
Фото предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА.

Легко понять, как может работать мир, полный водородных автомобилей.
У нас было бы много заводов по производству электролизеров повсюду, производящих
газообразный водород из воды. Теперь газы занимают гораздо больше
пространство, чем жидкости или твердые тела, поэтому нам нужно превратить водород
газа в жидкий водород, что упрощает его транспортировку и хранение,
путем сжатия его до высокого давления. Затем мы транспортировали водород на заправочные станции («водородные станции»?)
где люди могли бы закачивать его в свои автомобили, которые будут работать на топливных элементах вместо обычных бензиновых двигателей.

Фото: Топливные элементы предназначены не только для автомобилей. Этот трактор работает
одним. Фотография Кейта Випке предоставлена ​​Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE/NREL) (номер фотографии NREL № 33995).

Проблема с водородом

Но видите ли вы проблему? Производство водорода путем электролиза требует энергии, и довольно много: мы должны использовать электричество, чтобы расщепить воду.
Если мы будем использовать обычные солнечные элементы для получения этого электричества, их эффективность может составлять около 10 процентов, в то время как эффективность электролизера может составлять 75 процентов, что дает мизерный общий КПД всего лишь
7,5 процента. Это довольно плохое начало — и это только начало!
[1]

Мы также используем энергию для транспортировки водорода и его сжатия (превращая газообразный водород в жидкость), чтобы автомобили могли перевозить достаточное количество его в своих баках, чтобы поехать куда угодно. Это реальная проблема, потому что плотность энергии
водород (количество энергии, которое он несет на единицу своего объема или массы) равен
примерно в пять раз меньше бензина. Другими словами, вам нужно в пять раз больше, чтобы пройти так далеко.
(при условии, что ваш водородный автомобиль тяжелее бензинового, что может быть не так, потому что бензиновым автомобилям нужны тяжелые двигатели и трансмиссии). Другая проблема заключается в том, что водород
трудно хранить в течение длительного времени, потому что он чрезвычайно
крошечные молекулы легко вытекают из большинства контейнеров, а поскольку
водород легко воспламеняется, утечки могут вызвать ужасные взрывы.

И потом, конечно, все неэффективности на противоположном конце процесса, когда топливный элемент
автомобиль превращает водород обратно в электричество для питания электродвигателей, приводящих в движение его колеса.

Водород не является топливом

» …водород — это разрекламированная подножка… Водород — это не чудесный источник энергии, это просто
энергоноситель, как аккумуляторная батарея. И это довольно неэффективная энергия
носитель, с целой кучей практических дефектов».0026

Профессор Дэвид Маккей
Устойчивая энергетика без горячего воздуха

Водород сам по себе не является топливом, а просто способом транспортировки топлива, полученного в результате какого-либо другого процесса.
Так что лучше сравнивать с аккумуляторами (еще один способ упаковки и транспортировки энергии)
чем к бензину (настоящему топливу). В общем, сегодняшние водородные автомобили значительно менее эффективны, чем лучшие электромобили, работающие от аккумуляторов, и часто менее эффективны, чем автомобили с бензиновым или дизельным двигателем!

На данный момент в мире относительно мало водорода для заправки автомобилей,
и практически весь он (около 95 процентов) производится из ископаемого топлива экологически небезопасным способом, поэтому его вряд ли можно назвать «зеленым».
[2]
По данным Международного энергетического агентства: «Спрос на водород, который вырос более чем в три раза с 1975 года, продолжает расти — почти полностью обеспечивается за счет ископаемого топлива, при этом 6% мирового природного газа и 2% мирового угля идет на производство водорода. »
Есть много текущих исследований, чтобы изменить это, и есть
множество способов получения водорода из воды.
Мы могли бы, например, использовать солнечные элементы для «бесплатного» электролиза воды, но мы могли бы так же легко хранить ту же энергию в батареях и вместо этого использовать их для питания наших автомобилей. Автомобили на топливных элементах звучат многообещающе, но если автомобили с аккумуляторными батареями действительно лучше, водород может оказаться дорогостоящим отвлекающим фактором от важного дела по переходу мира с ископаемого топлива на возобновляемые источники энергии.

Суммируя все эти проблемы, можно объяснить, почему сторонники аккумуляторных автомобилей, такие как Илон Маск из Tesla, любят высмеивать водородные автомобили как «автомобили с дурацкими элементами», которые «невероятно глупы».

Но у водорода есть и свои плюсы!

Так почему же люди все еще ищут топливные элементы? Потому что, как утверждают их сторонники, они имеют многочисленные преимущества перед другими электроэнергетическими технологиями. Там, где зарядка автомобиля с батарейным питанием может занять от получаса до целой ночи, вы можете заправить водородный автомобиль всего за пять минут — так же быстро, как вы можете заполнить бензобак обычного автомобиля. Запас хода автомобилей с батарейным питанием также был предметом разногласий. Текущие модели теперь утверждают, что они могут проехать сотни километров или миль без подзарядки, но не все из них справляются с этим; это зависит от того, сколько энергии вы используете для других целей во время вождения; и диапазон страдает, когда ваша батарея стареет. Автомобили на топливных элементах, напротив, имеют почти такой же запас хода, как и обычные автомобили, работающие на бензине, хотя их производительность ухудшается с возрастом. В то время как аккумуляторные технологии, возможно, лучше всего работают в небольших автомобилях, топливные элементы одинаково хороши для более крупных транспортных средств и грузовиков.
Действительно, Ballard, один из ведущих производителей топливных элементов, утверждает, что вскоре топливные элементы станут наиболее жизнеспособным решением для тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, автобусы,
поезда и даже самолеты, которые в противном случае работали бы на грязном ископаемом топливе.
В Калифорнии в настоящее время предпринимаются огромные усилия, чтобы сделать водород более популярным.

Что угодно, кроме масла?

Таким образом, пока автопроизводители не прекратят выпуск бензиновых и дизельных двигателей,
у автомобилистов будет мало или совсем не будет стимулов для перехода на автомобили на топливных элементах.
Даже тогда, потому что конкурирующие аккумуляторно-электрические и гибридные технологии
имеют огромную фору, автомобили на топливных элементах могут никогда не завоевать популярность.
Большинство из нас пока будут придерживаться двигателей внутреннего сгорания,
хотя заявление крупных автопроизводителей о том, что электромобили — это будущее, заставит нас изменить свой образ жизни где-то в следующем десятилетии.
или так. Увидим ли мы прямой переход на электромобили с бортовыми аккумуляторами
ты дома заряжаешь? Или, возможно, более плавный переход через гибридные автомобили с бензиновыми двигателями.
и электродвигатели, которые продлят мировые запасы нефти на достаточно долгое время для нас
придумать совершенно новую технологию — может быть, даже
автомобили с ядерными двигателями!
Никто не знает, что ждет нас в будущем, но одно можно сказать наверняка: нефть
будет играть в нем гораздо меньшую роль. Чем раньше мы обнимемся
альтернативы — аккумуляторные электромобили, биотопливо, топливные элементы или что-то еще — тем лучше.

Узнайте больше

На этом сайте

• Биотопливо
• Автомобильные двигатели
• Электромобили
• Солнечные элементы

На других веб-сайтах

• Министерство энергетики США: Транспортные средства на топливных элементах: Руководство правительства США по плюсам и минусам автомобилей на топливных элементах, в том числе по тому, как они работают, что в них хорошего и плохого, и какая экономия топлива вы можете ожидать. Есть также видео тест-драйва некоторых современных автомобилей на водородных топливных элементах.
• Калифорнийское партнерство по топливным элементам: отраслевое лобби, продвигающее использование технологии топливных элементов. Много хорошей справочной информации на сайте.
• Водородная экономика: всеобъемлющее введение Википедии в плюсы, минусы и практические вопросы, связанные с использованием водорода в качестве альтернативы ископаемому топливу.
• Национальный исследовательский центр топливных элементов, Калифорнийский университет в Ирвайне: хорошая отправная точка для получения более подробной технической информации.
• Водород: факты и цифры о «водородной экономике» от Международного энергетического агентства.

Статьи

• Производители грузовиков столкнулись с технической дилеммой: аккумуляторы или водород? Джек Юинг, The New York Times, 11 апреля 2022 г. Является ли водород единственной надежной формой энергии для магистральных грузовиков?
• Исследователи предупреждают, что использование водородного топлива может привести к зависимости от ископаемого топлива. Дамиан Кэррингтон, The Guardian, 6 мая 2021 года. Исследователи утверждают, что водород следует зарезервировать для приложений, которые не могут быть достигнуты электрификацией.
• Не верьте водородной и ядерной рекламе — они не могут привести нас к нулевому выбросу углерода к 2050 г. Джонатон Порритт, The Guardian, 13 апреля 2021 г. Британский эколог утверждает, что быстрые экологические решения не складываются.
• Технология преобразования солнечной энергии в водород видит «выдающийся» скачок эффективности Мария Галлуччи, IEEE Spectrum, 9 апреля 2021 г. Может ли новый способ получения водорода с помощью солнечного света сделать топливные элементы более жизнеспособными?
• Калифорния пытается запустить водородную экономику, Иван Пенн и Клиффорд Краусс, The New York Times, 11 ноября 2020 г.
• Toyota раскрывает план по превращению грузовиков в «электростанции» без выбросов Джиллиан Амброуз, The Guardian, 17 сентября 2020 г. Грузовики Toyota со встроенными топливными элементами могут работать как мобильные генераторы электроэнергии.
• Первые автомобили на водороде. Теперь «Заправочные станции» Нила Э. Будетта. The New York Times, 18 мая 2017 г. Если великая водородная экономика когда-нибудь начнет развиваться, нам понадобится намного больше водородных станций.
• Битва за автомобили с нулевым уровнем выбросов: водород или электричество? Руперт Вингфилд-Хейс. BBC News, 8 июня 2015 г. Toyota, пионер гибридных автомобилей, теперь делает ставку на водородные топливные элементы как на способ увеличения запаса хода электромобилей.
• Автомобили на водородных топливных элементах возвращаются в очередной заезд, Лоуренс Ульрих. The New York Times, 16 апреля 2015 г. Почему автопроизводители снова обращаются к топливным элементам.
• Энергетическое наследие Аполлона на топливных элементах Ричарда Холлингема. BBC News, 16 июля 2009 г. Краткий обзор автомобилей на топливных элементах и ​​того, как они были вдохновлены ракетно-космическими технологиями.
• Керамические топливные элементы Дункана Кларка. The Guardian, 13 июля 2009 г. Как можно использовать топливные элементы для получения домашнего электричества.
• Toshiba разрабатывает крошечный топливный элемент: BBC News, 24 июня 2004 г. Топливные элементы могут питать небольшие бытовые приборы, а также автомобили.

Книги

Топливные элементы и водородная экономика

• Топливные элементы и производство водорода Тимоти Э. Липман и Адам Вебер (редакторы). Springer, 2019. Краткий обзор современных исследований топливных элементов.
• Водород и топливные элементы: новые технологии и приложения, Бент Соренсен и Джузеппе Спаззафумо. Academic Press, 2018. Обширный 522-страничный справочник по топливным элементам и их многочисленным применениям.
• Лучший транспорт и автомобили на водороде — увеличьте скорость: профессор физики из Кембриджа Дэвид Маккей не верил, что будущее за автомобилями на водороде. Его точка зрения заключалась в том, что водород является «неэффективным энергоносителем» (поскольку для производства водородного топлива требуется так много энергии) с «целой кучей практических недостатков» (поскольку водород очень трудно легко хранить и безопасно транспортировать).
• Водородная экономика: возможности и проблемы Майкла Болла и Мартина Витшеля. Издательство Кембриджского университета, 2009 г. Будут ли водородные автомобили перспективой? Какие препятствия нам нужно преодолеть в первую очередь?
• Водородная экономика Джереми Рифкин. JP Tarcher/Penguin, 2003. Более общий путеводитель по миру, наполненному водородными автомобилями на топливных элементах.

Электролизеры и ионный обмен

• Ионообменные мембраны: основы и применение Йошинобу Танака.
  Elsevier, 2007. Подробный выпускной курс, охватывающий все аспекты технологии ионообменных мембран, включая ее применение в электролизёрах.
• Моделирование и управление топливными элементами: приложения распределенной генерации
  Мохаммад Хашем Нехрир и Кайшэн Ван. Wiley-IEEE, 2009.

Патенты

• Патент США 7,241,950: Электролиз воды в солнечных элементах для получения водорода и кислорода, Qinbai Fan et al, Институт газовых технологий, 10 июля 2007 г. Передовой, высокоэффективный электролизер, работающий от солнечной энергии.
• Патент США 1,495,681: Электролизер для производства водорода и кислорода Джакомо Фаузера, 27, 19 мая.24. Относительно простой водородно-кислородный электролизер начала 20 века.

Задания

• [PDF] Упражнение NASA Fuel Cell: Отличное небольшое задание для 5–12 классов. Вы можете построить автомобиль на топливных элементах и ​​питать его водородом, полученным путем расщепления воды.

Примечания и ссылки

1. ↑   Я подробно обсуждаю эффективность в своей статье о
   солнечные батареи; 10 процентов кажутся разумной, консервативной цифрой для типичной ячейки первого поколения.
   Марк З. Джейкобсон указывает эффективность электролизера в 73,8 балла.
   100% чистая, возобновляемая энергия и хранение всего, стр. 256.
2. ↑   Цифры разнятся, но 95%
   общепризнанная цифра, согласно
   Объяснитель: Hydrogen, Климатический портал Массачусетского технологического института, июнь 2021 г.

.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2023) Топливные элементы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/fuelcells.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_2FA,
автор = «Вудфорд, Крис»,
title = «Топливные элементы»,
publisher = «Объясните это»,
год = «2008»,
url = «https://www.explainthatstuff.com/fuelcells.html»,
URL-адрес = «2023-01-01»
}

Больше информации на нашем веб-сайте…

• Связь
• Компьютеры
• Электричество и электроника
• Энергия
• Машиностроение
• Окружающая среда
• Гаджеты
• Домашняя жизнь
• Материалы
• Наука
• Инструменты и приборы
• Транспорт

↑ Вернуться к началу

Разработка усовершенствованных малых водородных двигателей (Технический отчет)

Разработка усовершенствованных малых водородных двигателей (Технический отчет) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другие родственные исследования

Основная цель проекта заключается в разработке усовершенствованных и недорогих модификаций небольших (< 25 л. с.) бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для работы на водородном топливе с сохранением той же производительности и долговечности. В этом заключительном техническом отчете обобщаются результаты i) деталей переоборудования нескольких небольших бензиновых двигателей внутреннего сгорания для работы на водороде, ii) испытания на долговечность переоборудованного водородного двигателя и iii) демонстрации прототипа системы хранения твердого водорода с канистрами в комплекте. Пиковая мощность водородного двигателя достигает 60% мощности бензинового аналога. Попытки увеличить мощность двигателя с помощью различных опций, включая установку увеличенного турбокомпрессора, модернизацию заказных поршней с высокой степенью сжатия, усовершенствованную систему зажигания и различные типы систем впрыска топлива, не реализованы. Преобразованный двигатель Honda GC160 с системой ACS для работы на водородном топливе прошел успешно. Общее накопительное время работы составляет 785 часов. Разработан, изготовлен и продемонстрирован прототип системы хранения твердого водорода с канистрой в комплекте номинальной емкостью 1,2 кг. Он способен поддерживать широкий диапазон выходной нагрузки водородного генератора.

Авторов:

Сапру, Кришна;

Тан, Чжаошэн;

Чао, Бен

Дата публикации:

30.09.2010

Исследовательская организация:

Energy Conversion Devices Incorporated

Организация-спонсор:

USDOE

Идентификатор ОСТИ:

1008335

Номер контракта Министерства энергетики:  

ФК26-06НТ43026

Тип ресурса:

Технический отчет

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс


Сапру, Кришна, Тан, Чжаошэн и Чао, Бен. Разработка перспективных малых водородных двигателей . США: Н. П., 2010.
Веб. дои: 10.2172/1008335.

Копировать в буфер обмена


Сапру, Кришна, Тан, Чжаошэн и Чао, Бен. Разработка усовершенствованных малых водородных двигателей . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1008335

Копировать в буфер обмена


Сапру, Кришна, Тан, Чжаошэн и Чао, Бен. 2010.
«Разработка перспективных малых водородных двигателей». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1008335. https://www.osti.gov/servlets/purl/1008335.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_1008335,
title = {Разработка передовых малых водородных двигателей},
автор = {Сапру, Кришна и Тан, Чжаошэн и Чао, Бен},
abstractNote = {Основной целью проекта является разработка передовых и недорогих модификаций небольших (< 25 л. с.) бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для работы на водородном топливе при сохранении той же производительности и долговечности. В этом заключительном техническом отчете обобщаются результаты i) деталей переоборудования нескольких небольших бензиновых двигателей внутреннего сгорания для работы на водороде, ii) испытания на долговечность переоборудованного водородного двигателя и iii) демонстрации прототипа системы хранения твердого водорода с канистрами в комплекте. Пиковая мощность водородного двигателя достигает 60% мощности бензинового аналога. Попытки увеличить мощность двигателя с помощью различных опций, включая установку увеличенного турбокомпрессора, модернизацию заказных поршней с высокой степенью сжатия, усовершенствованную систему зажигания и различные типы систем впрыска топлива, не реализованы. Преобразованный двигатель Honda GC160 с системой ACS для работы на водородном топливе прошел успешно. Общее накопительное время работы составляет 785 часов. Разработан, изготовлен и продемонстрирован прототип системы хранения твердого водорода с канистрой в комплекте номинальной емкостью 1,2 кг.