Что такое технология топливных элементов?

Технология топливных элементов - это использование топливных элементов для производства электроэнергии для двигателей. Топливные элементы бывают разных типов, и каждый тип может использоваться для питания различных типов объектов, таких как транспортные средства или крупные генераторы. Технология топливных элементов вышла на передний план энергетических технологий в качестве альтернативного источника.

Топливный элемент вырабатывает электричество путем преобразования кислорода и водорода в воду. Посредством переноса электронов, содержащихся в водороде, в ячейку создается электричество постоянного тока, которое направляется на двигатель. Одним из основных преимуществ использования топливных элементов для выработки электроэнергии является то, что побочными продуктами процесса являются только вода и тепло, тогда как использование ископаемого топлива для производства энергии создает загрязнение и отходы. Кроме того, топливный элемент не нужно перезаряжать, если в нем есть водород и кислород для преобразования в энергию, но он не может накапливать энергию, как батарея.

Существует пять основных типов топливных элементов: фосфорная кислота, расплавленный карбонат, твердый оксид, щелочь и протонообменная мембрана. Каждый тип был использован для питания различных объектов, и у каждого есть свои преимущества и недостатки для использования в производстве энергии. По-прежнему проводятся исследования о том, как наилучшим образом использовать произведенную энергию и как создать экономически эффективные способы использования клеток.

В 1960-х годах в США космические корабли "Аполлон", созданные Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА), использовали щелочные топливные элементы для обеспечения энергией, теплом и водой космического экипажа. Щелочной топливный элемент является наименее дорогим типом технологии топливных элементов, и его эффективность составляет около 70 процентов. Топливные элементы с расплавленным карбонатом представляют собой чрезвычайно высокотемпературные элементы, и разрабатываются новые технологии для их применения на электростанциях или для электростанций городов или крупных заводов. Поскольку эти элементы могут нагреваться до 1200 ° F (около 650 ° C), отработанное тепло можно использовать повторно для использования энергии.

Фосфорная кислота используется в технологии топливных элементов для питания небольших генераторов в коммерческих зданиях. Он также был эффективен для питания больших транспортных средств, таких как автобусы. Топливные элементы с фосфорной кислотой были первым типом, который использовался в большом коммерческом масштабе.

Было показано, что топливные элементы с протонообменной мембраной полезны для производства энергии в автомобилях или домах. Меньшее количество тепла, требуемого для этих топливных элементов, позволяет использовать их быстрее, и они безопаснее для использования вокруг других механических частей. Однако хранение достаточного количества водорода в легковом автомобиле для дальних поездок является препятствием для использования протонообменных мембранных элементов для технологии топливных элементов.

Твердооксидные топливные элементы представляют собой другой тип элементов, которые работают при высокой температуре и используются в больших генераторах. Эти типы клеток способны создавать большое количество энергии и являются высокоэффективными. Недостаток, однако, заключается в том, что большое количество тепла, необходимого для производства электроэнергии, требует от компании установки многих защитных и эксплуатационных щитов, что может привести к дополнительным расходам.

Технология топливных элементов все еще слишком дорога, чтобы выступать в качестве альтернативы или замены батарей в мелкой электронике или устройствах. Однако технология продолжает развиваться, особенно в качестве источника энергии для транспортных средств. Давление со стороны правительств и природоохранных органов усилило стимул к снижению зависимости от ископаемого топлива и газа для обеспечения страны энергией, и многие обращаются к технологиям топливных элементов для поиска решений.