Приветствую, камрады.
Читая Афтершок, не встречал статей по топливным элементам. Возможно, просто пропустил. Хотелось бы обратить Ваше внимание на это направление развития энергетики. Начать углубляться в эту тему меня побудил разговор с человеком, который занимается разработкой и изготовлением твердооксидных топливных элементов.
Ниже будет приведено краткое изложение этой презентации. www.extech.ru/files/anr_2015/anr_8.pdf
Топливный элемент (далее ТЭ) - устройство, предназначенное для прямого преобразования энергии химической реакции окисления топлива в электрический ток. Упрощенная схема ТЭ показана в тизере. Есть два электрода, на одном - окислитель, на другом - топливо, между ними - кислородный проводник. Кислород, диффундируя через проводник, приходит к топливу и окисляет его. Продукт реакции уходит, свежее топливо приходит, и всё заново. Для компенсации образующейся разности потенциалов подключена нагрузка, по которой идёт ток.
Есть различные типы ТЭ:
1. Твердо полимерные (ТПТЭ). Рабочая температура - 80-100 С, электроды из драгметаллов, электролит - полимер, мощность - 0,01-100 кВт, ресурс - до 20 000 часов.
2. Щелочные (ЩТЭ). Рабочая температура - 65-250 С, электроды из драгметаллов, электролит - щелочь на носителе, мощность - до 100 кВт, ресурс - до 10 000 часов.
3. Фосфорно-кислотные (ФКТЭ). Рабочая температура - 150-220 С, электроды из драгметаллов, электролит - ортофосфорная кислота на носителе, мощность - до 100 кВт, ресурс - до 50 000 часов.
4. Карбонатно-расплавные (КРТЭ). Рабочая температура - 600-1000 С, электроды из никелевого сплава и LiFeO2, электролит - LiKCO3 или LiNaCO3 на носителе, мощность - более 1000 кВт, ресурс - до 20 000 часов.
5. Твердооксидные (ТОТЭ). Рабочая температура - 600-1000 С, электроды из никеля и LaSrMnO3, электролит - ZrO2, CeO2, Y2O3, мощность - более 1000 кВт, ресурс - до 60 000 часов.
Самыми перспективными и технологичными считаются ТОТЭ. Кроме электричества в них выделяется значительное количество тепловой энергии, что позволяет при помощи специальных катализаторов превращать разные типы топлив в удобный для ТОТЭ синтез-газ (смесь СО и водорода).
Поскольку на АШ бывают очень разные люди, надеюсь на интересное обсуждение. Очень рекомендую прочесть саму презентацию.
Комментарии
За справку спасибо, уважаемый, но что обсуждать-то? Тут каждое направление разработок свое болото хвалит.
И кто прав, никогда не поймешь, пока промышленного внедрения не будет и реальных характеристик.
Вечер добрый!
Есть уже промышленное внедрение. И военные тоже во всю используют. Но продолжается доведение этих источников до ума.
Просто вот так тихо взяли и сделали нечто совсем новое. И так же тихо внедряют.
Для меня было шоком, когда мне сказали про мегаваттные мощности этих штук и показали размеры. Лет пять назад на выставке видел дохленький топливный элемент, который считался достижением. А тут раз, и мегаваттный источник размером с мотор от автомобиля.
Цены, эксплуатационные характеристики, независимая экспертиза - и вперед.
Но этой инфы у вас не хватает, согласны?
Да, есть пробел. Буду восполнять.
ТОТЭ достаточно дорогая технология, как-то изучали этот вопрос, но проекта пока нет (дорого получается), хотя в России темой занимаются
В мире используется как альтернатива электросетям, например в Google ЦОДы запитываются через газопроводы и ТОТЭ
Японцы давно промышленности выпускают электро станции на метановых топливных элементах мощностью от 5кВт до 20МВт. 5кВт станция стоит от 10 тысяч баксов. В свое время интересовали эти станции на дачу ради энергонезависимости. Дороговато )
И не только японцы, но то что дороговато согласен на все сто. Как-то мы проводили расчеты и оказалось что овчинка выделки не стоит, проще поставить тот же газо или дизель генератор чем использовать ТЭ. Раза в три примерно дороже,и к тому же потом ещё и сами топливные элементы ставятся только конкретной марки и производителя. Т.е. это себя подсадить на иглу поставщика. Так что решение интересное, но пока ещё не очень удобное.
500 Вт за 1000$ на спирте меня устроит.
Нам нужны не мегаватные девайся на презентациях, а ТЭ мощностью 0.1-1 кВт электрических по вменяемой цене на полках магазинов. Спиртовые, газовые или бензиновые. Можно также угольные и дровяные.
Что-то мне подсказывает что эти топливные элементы максимально возможно будут загрязнять среду, выбросами окислов металлов, щелочей, фосфора и прочей таблицей Менделеева.
И откуда эта таблица Менделеева из них возьмётся? (Напомню, что катализатор не расходуется)
Так там есть электролит. Как думайте сколько электролита необходимо что бы получить 100кВт электроэнергии в течении 10 000 часов? и что потом с ним делать когда он выработает свой ресурс? Кратно понижая КПД установки. На счет таблицы я конечно загнул, но утилизация кислотно щелочных элементов питания вызывает большие проблемы. А при промышленном получении энергии, посредством хим. реакции, это будет та еще задача.
Ток будет постоянный, нужен преобразователь и соответственно потери.
Напоминаю что катализатор - разрушается.
Это получается аналогично водородному ДВС - вроде в выхлопе должна быть только вода. Это в теории. А на практике - в выхлопе вся таблица Менделеева, на практике - водородный ДВС оказался грязнее паравоза. Причина элементарна - в воздухе кроме кислорода есть еще и азот, а температура вспышки у воздушно-водородной смеси выше чем у воздух-бензин. Как результат - куча окислов азота, если что - зависимость от температуры там резко нелинейная. Эти окислы азота радостно взаимодействуют с материалами двигателя и получатся полная таблица Менделева на выходе...
Так и тут - в теории все хорошо, а на практике при рабочей температуре в тыщу градусов там будет куча побочных реакций и что они дадут в выхлопе - так сразу и не скажешь...
Воду они дадут обычную воду.
Нет там никаких "побочных". Потому как исходная реакция не предполагает. Если вымываение 2-3 грамм катализатора на несколько тонн топлива - это загрязнение, то просто улыбнитесь.
нет, там дофига всего. в первую очередь азотные окислы и кислотные остатки и что этой кислотой будет съедено.
Ну-ну.
Да он постоянно в каске и постоянно улыбаясь несет хрень в массы
Да, я заметил. Ещё раз нарвусь на красавца - отправлю в бан.
прости, а в конце 90х - начале 2000х на лоре не бывали? я не узнаю Вас в гриме?
По другим не знаю, а ТОТЭ вроде не чадят. На выхлопе углекислота и вода. Все применяемые материалы считай огнеупорные, так что и при аварии не сгорит, не нагадит.
Собственно ТЭ лишь "правильно" сжигают водород. Энергетику надо видеть весь цикл оборота водорода. Начиная с: разложения биомассы, газификации сланцев и т. п.
Только после этого станет очевидна мощность генерируемого энергопотока.
Водород - один из наиболее грязных видов топлива. За счет того что в воздухе есть не только кислород, но еще и азот... А химические реакции с участвием водорода обычно протекают при весьма высоких температурах, что позволяет вступать в реакцию не только азоту, но и самому водороду с материалами конструкций. То есть на выходе получаем адов коктейль - весьма агрессивные окислы азота, азотная кислота и все это радостно взаимодействует с материалами конструкции, уже погрызенной водородом и парами воды...
откуда окисы зота в топливном элементе? это ж не ДВС, реакции идёт при комнатных температурах
Комнатных?! 1000 градусов - это для вас комнатная температура?! Вот ты и спалился, рептилоид! :)
Вы застряли в прошлом веке. Самые горячие сейчас 300-350. А полимерные так вообще меньше ста.
Платины не хватит чтоб все автомобили на полимерные ТЭ перевести.
К сожалению есть дилема - либо температура в сотни градусов, либо - электроды из платины и соответственно стоимость в несколько килобаксов за киловатт.
Как химик говорю, ничем они ничего загрязнять не будут, просто из-за больших тепловых нагрузок будет деградировать протонообменная мембрана, её просто будут снимать, размешивать в порошок и из этого порошка новую мембрану изготовлять, а уж через 3Д принтер лазерным спеканием или ещё чем то это не важно.
Кроме того, эффективность преобразования того же бензина , пропущенного через топливный процессор (такое устройство, в котором любой Жидкий углеводород трансформируется в синтез газ) а затем синтез газ пропущенный через топливный элемент преобразуется в электричество более 85% химической энергии топлива, а учитывая небольшие размеры 100 киловатной установки с топливным процессором и с рекуперацией энергии торможения на ионистор, можно сказать что внедрение этой технологии в транспорте эквивалентно нахождению ещё 2 планет с нефтью!!!! Эффективность использования энергии в 3-4 раза + резкое сокращение движущихся частей в машине .
А это уже вопросы касающиеся Власти на Планете, кто обладает такой технологией, у того и власть, и нефтянное лобби всячески препятствует появлению этой технологии в массах. Это ЭКВИВАЛЕНТНО ПОТЕРЕ ВЛАСТИ так что сами думайте, почему и как.!!!
Опять Путин виноват?
Как химик вы должны понимать что загрязнение будут давать побочные реакции, в том числе - с элементами конструкции.
Я за фосфорно-кислотные, они уже хорошо известны и применяются достаточно долго, чтобы можно было их усовершенствовать и их стоимость не высокая, не говоря уже о простоте эксплуатации. А вот с электродами - вранье! Драгметаллы на электродах можно заменить на прессованный пухоуглерод, у него достаточно низкое сопротивление и очень большая эффективная поверхность...
А в случае разлива фосфорной кислоты - нет ни чего страшного - она достаточно быстро нейтрализуется в природе и пускается в жизненный цикл в виде фосфатов, да и агрессивность её не высока, про токсичность умолчу - в состав кока-колы входит.))))
при 800-1000 по цельсию в капилярных трубках, никаких побочных реакций не будет, только лишь вода и угарный газ будут образовывать водород и углекислый газ !!!!
Такой источник энергии на движущемся транспорте использовать крайне опасно. Если две машины врежутся друг в друга, то мало того что они разольют под сотню литров щелочи, так еще есть вероятность разгерметизации водородных баков, и получения гремучего газа. Последствия как химику думаю объяснять не нужно.
Я то видел это все как стационарную установку получения энергии. А тут получается 100 кВт ( одна четырех подъездная пятиэтажка) на 10 000 часов (416 суток, год и полтора месяца) и меняй щелочь, анод, катод да еще водород надо жечь, который надо безопасно хранить и транспортировать. Минус устройства, постоянный ток , и необходим преобразователь в переменный. А это вообще рентабельно?
двигатель на машине будет электрическим, можно прямо в колесе. И никаких Феррари и рокота моторов. Какая трагедия
как химик я бы этого гринписа забанил.
Как инженер машиностроитель, который разрабатывал технологии производства реактивных двигателей, я бы некоторых "химиков" дальше лаборатории не выпускал. По степени отстранённости от реальности, они на втором месте , после математиков. :)
Ни чего личного.
Далеко не во всех элементах электролит жидкий. Кроме того, непонятно почему вы считаете, что топливо - это водород? В идеале, топливные элементы должны работать на обычном топливе.
А что насчёт алюминия? https://m.nkj.ru/archive/articles/10319/
Тут есть подмена понятий. Так как все считают прямое топливо, а то что с помощью хим. реакции "выжигаются" цветные металлы, и тратится щелочь , это как-бы не усчитывается. Как и их цена.
Можно использовать алюминий и раствор каустической соды, которой моют пищевые агрегаты :) по массе 26 гр алюминия эквивалентны 3 гр водорода, да ещё энергия тепловая выделяется, самый выгодный носитель водорода
На электро транспорте используется постоянный ток. Другое дело, что такие мощности и размеры там, пожалуй, не нужны.
Эл. двигатели на постоянном токе должны иметь естественные магниты или систему магнитных обмоток на переменном токе. Допустим на троллейбусе мощность около 100-150кВт, только вот напряжение там 550 Вольт и токи до 200А.
100кВт (135л.с) это мощность атмосферного 2 литрового ДВС. Который проезжает за год в среднем 20 000 км. и потратит на это около 80 000 рублей. Один кг водорода стоит около 200 рублей ( пока без акциза в 100%). Сколько его понадобится, данных нет.
Вообще без характеристик этих установок , трудно давать какую то оценку. Неизвестны не массогабаритные параметры, ни электрические.
Это вам неизвестно.Тем кто в теме,давно всё известно.ТЭ уже находят применение в тяжелых транспортных средствах,типа погрузчиков,автотягачей в условиях,где недопустимы вредные выбросы.
какая щёлочь, протонообменная мембрана. это есть керамика, проницаемая для газов , вы похоже совсем не понимаете о чём речь
А что будет топливом-то?
На Аполонах в качестве топлива шёл водород. Сжиженный. Собсна добыча этого водорода с последующим ожижением - энергобаланс уже в минус. Правда в качестве бонуса, за время полета образовывалась целая ванна дистилированной воды :-)
А не знаете из чего получают синтез-газ?
Газген вроде бы, который можно кормить чем угодно вплоть до кизяков.
он и сейчас у японцев и еще некоторых в разгонных блоках. Мучаются, но едят кактус = не хотят гептила с окислителем кушать. Здесь речь о электричестве.
В первую очередь они хотят высокий УИ.
А у камрада как раз про электричество и речь - водород на Аполлонах использовался для получения электричества через топливные элементы :)
С учетом того, что топливные элементы нужны для "прямого преобразования энергии химической реакции окисления топлива в электрический ток", то значительно выделение тепла выглядит жирным минусом. А "превращение разных типов топлив в удобный для ТОТЭ синтез-газ" - лишь подпоркой под забор.
Ведутся работы по снижению тепловыделения. Есть инфа, что довели до 350 С рабочую температуру на ТОТЭ. Направление молодое, до технического и технологического совершенства ещё далеко. Но перспективы впечатляют. Может быть, я слишком большой оптимист.
Страницы