Wie funktioniert Wasserstoff-Zelle Arbeit

Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die Umwandlung Chemikalien wie Wasserstoff und Sauerstoff verwendet. Es erzeugt elektrische Energie und gibt nur Wasser und Wärme als seine Nebenprodukte. Im Unterschied zu Batterien, Wasserstoff-Brennstoffzelle eine thermodynamisch offenen System benötigt keine Anreicherung, und erzeugt Elektrizität, solange sie mit Brennstoff und Sauerstoff zugeführt wird.

Geschichte

Im Jahr 1839 wurde die erste Brennstoffzelle von Sir William Robert Grove, einem walisischen Richter, Erfinder und Physiker wahrgenommen. Er produzierte Strom und Wasser, durch die Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff in Gegenwart eines Elektrolyten, aber diese Erfindung nicht genug Strom. Also, im Jahre 1889, gebaut Ludwig Mond und Charles Langer eine funktionierende Brennstoffzelle mit Luft und industrielle Kohlegas. Es wird angenommen, dass sie die erste Münze der Begriff "Brennstoffzelle" waren. Früher wurden porösen Platinelektroden und Schwefelsäure Elektrolytbades in der Brennstoffzelle verwendet, aber sie sind teuer und korrosiv. Im Jahr 1932 kam Francis T. Bacon mit einer Idee von Wasserstoff-Brennstoffzelle, mit weniger korrosiv alkalischen Elektrolyten und kostengünstige Nickel-Elektroden. Im Jahr 1959 entwickelte er eine Fünf-Kilowatt-Brennstoffzelle Das könnte Macht einer Schweißmaschine. Diese Zelle wurde später als der Bacons Zelle bekannt.

Bearbeitung von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Die Arbeitsweise der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist ähnlich einer Batterie. Es besteht aus zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode, getrennt durch eine Polymer-Elektrolyt-Membran. Sauerstoff mit der Kathode und der Anode Wasserstoff zugeführt. An der Anode, so reagiert der Wasserstoff mit dem Platinkatalysator und spaltet sich in negativ geladenen Elektronen (e-) und positiv geladenen Ionen (H +). Die Wasserstoffionen bewegen sich durch die Membran zur Kathode. Die Elektronen Route entlang der äußeren Stromkreis zur Kathode, und einen elektrischen Strom erzeugen. Sie reisen extern an die andere Seite der Membran PME, mit dem Sauerstoff zu verbinden, und verschmelzen mit den positiv geladenen Wasserstoff-Ionen. Als Ergebnis sind reines Wasser und eine geringe Menge an Wärme gebildet. Eine Wasserstoff-Zelle, auf voller Last Spannung im Bereich von 0,6 V bis 0,7 V. Diese Zelle in Reihe oder parallel zur Effizienzsteigerung Schaltungen kombiniert werden können erzeugen, wie Serienschaltungen höhere Spannung zu ergeben, während die letzteren mehr Strom.

Typen von Brennstoffzellen

Die Brennstoffzellen werden hauptsächlich von der Art des Elektrolyten sie verwenden, und ihre Betriebstemperatur klassifiziert. Die wichtigsten Arten von Brennstoffzellen sind:

* Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC): Es wird auch als Protonen-Austausch-Membran-Brennstoffzelle bekannt, und hat eine hohe Leistungsdichte. Diese Zelle verwendet ein festes Polymer als Elektrolyt und poröse Kohlenstoffelektroden, enthaltend ein Platin-Katalysator. PEM-Brennstoffzelle ist leicht und hat eine Betriebstemperatur im Bereich von 60C bis 80C, oder 140F bis 176F. Es wird hauptsächlich in Transport-Anwendungen verwendet, wie Fahrzeuge, Autos, Busse, etc.

* Solid Oxide Fuel Cell (SOFC): Diese Brennstoffzelle verwendet einen harten, nicht porösen keramischen Verbindung als Elektrolyt. Festoxid-Brennstoffzelle eignet sich für großflächige stationären Stromgeneratoren, und arbeitet bei sehr hohen Temperaturen zwischen 700C und 1.000 C. Aufgrund seiner hohen Betriebstemperaturen, erzeugt es mehr Dampf, der wiederum mehr Strom erzeugt und somit zur Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems.

* Alkaline Fuel Cell (AFC): Es wird wie Bacon Brennstoffzelle bekannt, und ist eine der ältesten und zuverlässige Brennstoffzellen-Technologie. Es verwendet eine Lösung von Kaliumhydroxid in Wasser als Elektrolyt, und arbeitet bei niedrigen Temperaturen zwischen 100C bis 250C, oder 212F zu 482F. Als alkalische Brennstoffzelle von Kohlendioxid (CO2) kontaminiert wird, bedarf es reinem Wasserstoff und Sauerstoff. Es ist ein Hochleistungs-Zelle und hat einen Wirkungsgrad bis zu 60% in Raumfahrtanwendungen.

* Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC): Diese Brennstoffzelle ist am besten für Erdgas und Kohle-basierte Kraftwerke geeignet, und arbeitet bei 600C. Diese Zelle einen Elektrolyten verwendet, einer Carbonatschmelze Salzmischung in einem porösen, chemisch inerten keramischen Lithium Aluminiumoxid (LiAlO2) zusammengesetzt Matrix suspendiert.

* Phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC): Phosphorsäure-Brennstoffzelle ein Elektrolyt verwendet, der flüssige Phosphorsäure und porösen Kohlenstoff-Elektroden besteht, die eine Platin-Katalysator. Diese Zelle wird in kleinen stationären Stromerzeugung eingesetzt. Es arbeitet bei hoher Temperatur und so ist es ungeeignet für Autos.

* Direct Methanol Fuel Cell (DMFC): Es wird mit reinem Methanol zugeführt, mit Dampf und fed direkt an der Anode gemischt. Es hat eine gleiche Betriebssystem Temperatur PEMFC. Diese Brennstoffzelle ist teuer und verbraucht große Menge an Platin als Katalysator. Es hat keine Brennstofflager Problem und ist tragbar.

Vorteil

Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff als Treibstoff, damit es produziert Wasser als Abgas. Da gibt es keine anderen Emissionen, Brennstoffzellen sind extrem saubere und erneuerbare Energiequelle für die Stromerzeugung. Wie der elektrochemischen Umsetzung ist hoch, extrahiert er mehr Energie von dem Brennstoff und erzeugt erhebliche Menge an Leistung. Da gibt es keine beweglichen Teile und mechanische Ineffizienzen in einem Brennstoffzellen-Stack, daher ist es still und vibrationsfrei. Brennstoffzelle liefert hochwertige DC-Leistung für moderne elektrische Anwendungen und ist kompatibel mit anderen Brennstoffen wie fossile Brennstoffe, Biokraftstoffe und Kohlenwasserstoff-Kraftstoffe. Stromschwankungen in National Stromnetze können vermieden werden, indem ein Brennstoffzellen-betriebene dezentrale Erzeugung Energienetz. Es hat eine hohe Leistungsdichte und in variablen Temperaturen arbeiten. Brennstoffzelle ist nicht sehr teuer und eignet sich hervorragend für die Hybridisierung mit anderen Technologien. Daher ist es zuverlässiger als jedes andere herkömmliche Verbrennungsmotoren.

Anwendung und Wirksamkeit

Wasserstoff-Brennstoffzelle ist kompakt, leicht, und als Energiequelle in abgelegenen Orten, wie Raumfahrzeuge, Wetterstationen, große Parks, ländliche Standorte und militärische Anwendungen. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle ist direkt proportional zu seiner Spannung und umgekehrt proportional zum Strom gezeichnet. Der Wirkungsgrad einer Wasserstoff-Zelle, die bei Normalbedingungen ohne Reaktant Lecks, abhängig von der Enthalpie oder Heizwert der Reaktion. Eine typische Zelle Funktionieren bei 0,7 V, hat 50% Wirkungsgrad, ist als 50% des Energiegehalts von Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt und die verbleibenden 50% in Wärme umgewandelt wird. Zur besseren Effizienz sollte Wasserstoff-Zelle bei niedrigen Leistungsdichte betrieben werden kann, und reinem Wasserstoff und Sauerstoff Reaktanten verwendet werden.

Wasserstoff-Brennstoffzelle bietet eine breite Palette von kritischen Vorteile gegenüber anderen stromerzeugenden Technologie. Es hat das Potenzial, um Probleme wie die Abhängigkeit von Erdöl, schlechte Luftqualität, Treibhausgas-Emissionen und der globalen Erwärmung zu lösen. Seine Effizienz und Flexibilität beim Design macht ihn zu einem der zuverlässigsten Technologie.