Menu podstron:

Wieści z Elektrotechnika:

prace dyplomowe - pisanienazlecenie.pl
tłumacz przysięgły języka angielskiego warszawa
Langfast.pl - tłumaczenia angielski

Ogniwo paliwowe

Ogniwo paliwowe owo bateria generujące energię elektryczną spośród reakcji utleniania furt dostarczanego aż do niego spośród zewnątrz paliwa. W odróżnieniu odkąd ogniw galwanicznych (akumulatory, baterie), wewnątrz których swada wytwarzanego prądu musi zostać wcześniej zgromadzona wewnątrz tych urządzeń (co daleko ogranicza godzina ich pracy), ogniwa paliwowe negacja logiczna muszą być wcześniej ładowane. Wystarczy wprost przeciwnie doprowadzić aż do nich paliwo. W przypadku ogniw galwanicznych ładowanie może być procesem trwającym bez liku godzin, natomiast ogniwa paliwowe są gotowe aż do pracy po niewielkim czasie wymaganym aż do nagrzania.Większość ogniw paliwowych aż do produkcji energii elektrycznej wykorzystuje wodór na anodzie także tlen na katodzie Są owo ogniwa wodorowe. Proces produkcji energii negacja logiczna zmienia chemicznej natury elektrod także wykorzystywanych elektrolitów W ogniwach galwanicznych produkowanie prądu opiera się na szeregu reakcji chemicznych, które doprowadzają aż do zmiany składu elektrolitów azaliż elektrod Aby odwrócić ów postępowanie konieczne jest długotrwałe ładowanie.Ogromną zaletą ogniw wodorowych jest nader niewielkie skażenie powietrza, które one powodują. Powstające wewnątrz nich spaliny składają się wyłącznie spośród obojętnej na rzecz środowiska pary wodnej. Silniki spalinowe oprócz pary wodnej wytwarzają też dwutlenek węgla, czad, ozon, tlenki azotu także kolej innych toksycznych substancji. Zastosowanie ogniw paliwowych wewnątrz samochodach może uchronić miasta przedtem smogiem także zmniejszyć proporcja efektu cieplarnianego.Najważniejsze zastosowania ogniw paliwowych Ogniwa paliwowe są coraz owo częściej stosowane wewnątrz samochodach osobowych. Przykłady takich modeli to: Honda FCX Clarity , Nissan X-Trail FCV (Fuel Cell Vehicle), Toyota FCHV (Fuel Cell Hybrid Vehicle). Ford proponuje Focusa FCEV Hybrid, ponad autami spośród ogniwami paliwowymi pracuje też General Motors, Mercedes, Mitsubishi także bez liku innych koncernów. Nie należy spośród autami wyposażonymi wewnątrz ogniwa paliwowe (a więc elektrycznymi mylić tych, wewnątrz których paliwem jest wodór, pomimo tego spalany wewnątrz klasycznym silniku cieplnym. Są owo BMW hydrogen 7 także Mazda RX 8 hydrogen RE spośród silnikiem Wankla. Mazda RX-8 hydrogen - najważniejszy motor Wankla zasilany wodorem , Istnieje kolej rodzajów ogniw paliwowych:Podstawowym rodzajem ogniw są te wodorowo-tlenowe spośród membraną aż do wymiany protonów elektrolit polimerowy). Cienka powłoka polimeru przewodzącego protony rozdziela anodę także katodę Zwykle elektrody mają postać nawęglonego papieru pokrytego platyną wewnątrz charakterze katalizatora reakcji.Gazowy wodór wprowadzany jest wewnątrz teren porowatej anody dokąd wewnątrz wyniku oddziaływania wodoru spośród materiałem katody zachodzi dysocjacja, wewnątrz wyniku czego powstają jony protonowe H+ także elektrony e. Elektrony przyciągane wewnątrz pomocą anodę pozostają wewnątrz niej jony wodorowe dyfundują:Półprzepuszczalna diafragma jest przewodnikiem wprost przeciwnie na rzecz protonów, negacja logiczna przepuszcza innych jonów, szczególnie jonów tlenu odkąd katody aż do anody Elektrony muszą dotrzeć aż do katody w poprzek obwód elektryczny wytwarzając prąd pozwalający na zasilanie urządzeń.Na katodzie tlen reaguje spośród elektronami tworząc jony O2-:jony wodorowe H+ są zobojętniane zjonizowanym tlenem:Końcowy produktu owo H2O inaczej wódzia wewnątrz postaci pary azaliż ciekłej.Istnieją odmiany ogniw paliwowych wewnątrz których źródłem energii negacja logiczna jest wodór wewnątrz postaci gazowej. Gaz ów jest produkowany wewnątrz ogniwie na rezultat spalania związków chemicznych bogatych wewnątrz wodór, gdy metan azaliż metanol. Wodór nagromadzony wewnątrz postaci związanej jest łatwiejszy aż do transportu – zajmuje mniejszą objętość także negacja logiczna musi być skraplany wewnątrz w rzeczy samej niskiej temperaturze. Jednak sprawność takich ogniw jest mniejsza także często oprócz pary wodnej produkują one dwutlenek węgla. Niemniej są także wewnątrz rzeczy samej czystsze także wewnątrz wyższym stopniu wydajne odkąd tradycyjnych silników spalinowych.W odróżnieniu odkąd baterii także akumulatorów, ogniwa paliwowe negacja logiczna gromadzą wewnątrz energii. Bez dostarczania paliwa postępowanie produkcji prądu się zatrzymuje. Są mimo owo urządzenia, wewnątrz których łączy się baterie słoneczne produkujące wodór wewnątrz pomocą elektrolizę spośród ogniwem paliwowym W takim układzie wodór jest produkowany wewnątrz ciągu dnia spośród energii słonecznej, natomiast wewnątrz nocy ulega spaleniu wewnątrz ogniwie. Sprawność takiego procesu (prąd → wodór → prąd) jest rzędu odkąd 30 aż do 40%.Podobne rozwiązanie może zostać zastosowane wewnątrz elektrowni wiatrowej Kiedy wieje głęboki wiatr, przekroczenie energii magazynowany jest wewnątrz postaci wodoru. Kiedy wiatr cichnie, niedobór prądu nawierzchnia wyrób energii wewnątrz ogniwie paliwowym Spekuluje się na zadanie możliwości budowy systemu rurociągów transportujących zmagazynowaną wewnątrz wodorze energię aż do jej odbiorców.Silniki cieplne pracujące wewnątrz oparciu o opał chemiczne spalają opał zamieniając jego energię na energię termiczną, swada termiczna jest zamieniana na pracę. Ogniwa paliwowe przetwarzają energię chemiczną na elektryczną wewnątrz zupełnie wyróżniający się sposób, bez zamiany na energię termiczną, wewnątrz pomocą co mogą osiągnąć większą sprawność teoretyczną niż motor pracujący według idealnego cyklu Carnota. Sprawność przetwarzania energii zawartej wewnątrz paliwie wewnątrz pomocą ogniwa, także podlega ograniczeniom wynikającym spośród zasad termodynamiki, pomimo tego są owo całkiem inne ograniczenia niż na rzecz silników cieplnych. .Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że poprawka energii wewnętrznej w ciągu reakcji następuje wewnątrz wyniku przepływu ciepła aż do układu także wykonania pracy wewnątrz pomocą układ, co określa wzór:Praca wykonana wewnątrz pomocą układ składa się spośród pracy wykonanej na manipulowanie ładunków elektrycznych (Le gdy także pracy objętościowej LV = pΔV. Po dodaniu aż do obu stron równości wyrażenia pΔV, otrzymujemy wzór na zmianę entalpii wewnątrz reakcji:Entalpia jest równa energii jaką można uzyskać spośród danego procesu przebiegającego poniżej stałym ciśnieniu.Przyjmując, że postępowanie jest odwracalny, spośród II zasady termodynamiki otrzymujemy:lubPrawa podmiot tego wzoru owo entalpia swobodna zwana funkcją Gibbsa. Wykonana zlecenie zwiększa energię elektryczną przenoszonych elektronów co jest równoważne wytwarzaniu siły elektromotorycznej Energia ta rozkłada się na wszystkie elektrony przenoszone w ciągu reakcji. Co na rzecz 1 mola reakcji daje zależności:gdzieEntalpia gdy także działanie Gibbsa procesu termodynamicznego jest możliwa aż do obliczenia teoretycznego, znane są też ich zależności odkąd temperatury, ciśnienia itp. Zależność funkcji Gibbsa, natomiast tym samym także siły elektromotorycznej ogniwa, odkąd aktywności molowej reagentów opisuje Równanie Nernsta Sprawność ogniwa określa się jak uprawianie miłości energii elektrycznej aż do całkowitej energii możliwej aż do uzyskania wewnątrz wyniku tej reakcji. Reakcja przebiega poniżej stałym ciśnieniu, wskutek tego uzyskiwaną energię, inaczej energię swobodną odnosi się aż do entalpii.gdzie:Dla przemian egzotermicznych (ΔH < 0), wewnątrz których poprawka entropii (ΔS) jest większa odkąd zera, sprawność taka jest co więcej większa odkąd jedności. (T jest temperaturą absolutną ogniwa paliwowego inaczej liczbą każdorazowo dodatnią.) Oznacza owo że, teoretycznie, mogą istnieć reakcje chemiczne wewnątrz wyniku których bateria wytwarza więcej energii elektrycznej niż zawarta wewnątrz paliwie, pobiera wówczas energię cieplną spośród otoczenia także zamienia ją na energię elektryczną taką reakcją jest rezonans utleniania węgla aż do tlenku węgla, której sprawność teoretyczna wynosi 124,2% Sprawność ogniwa paliwowego zależy odkąd pobieranej mocy - im pobierana nasilenie jest większa, tym niższa jest sprawność ogniwa. Większość strat przejawia się jak spadek napięcia ogniwa, wewnątrz rzeczy samej więc sprawność można przedstawić jak funkcję napięcia zależną odkąd obciążenia ogniwa. Typowe bateria pracujące poniżej napięciu 0,7 V ma sprawność około 50%, co oznacza, ze 50% energii paliwa wodorowego jest zamieniane na energię elektryczną pozostałe 50% zamieniane jest wewnątrz ciepło.Dla ogniwa wodorowego pracującego wewnątrz standardowych warunkach, sprawność jest równa napięciu celi ogniwa podzielonej wewnątrz pomocą 1,48 V wynikającego spośród termodynamiki reakcji. Dla tego samego ogniwa sprawność egzergetyczna jest równa ilorazowi napięcia celi także 1,23 V (napięcie 1,23 V jest zależne odkąd jakości użytego paliwa także temperatury pracy ogniwa). Różnica między sprawnością (termodynamiczną) natomiast sprawnością egzergetyczną wynika spośród różnicy pomiędzy wykorzystaną entalpią paliwa, natomiast możliwą aż do wykorzystania entalpią swobodną Gibbsa. Ta różnica każdorazowo przejawia się jak ciepło, niezależnie odkąd innych strat konwersji energii elektrycznej Ogniwa paliwowe negacja logiczna są ograniczone wewnątrz pomocą maksymalną sprawność cyklu Carnota, wewnątrz rzeczy samej gdy motor cieplne, ponieważ negacja logiczna pracują wewnątrz obiegu termodynamicznym. Prawa termodynamiki obowiązujące na rzecz reakcji chemicznych ograniczają także maksymalna sprawność ogniwa paliwowego mimo owo teoretyczna sprawność ogniw paliwowych jest daleko wyższa (83% sprawność na rzecz 298K ) niż cyklu Carnota (21% na rzecz T1 = 293K and T2 = 373K). Prawidłowym jest stwierdzenie, że "ograniczenia narzucone wewnątrz pomocą drugą zasadę termodynamiki na ogniwa paliwowe są daleko łagodniejsze niż ograniczenia narzucone na konwencjonalne systemy konwersji energii". .Rzeczywista sprawność produkowanych ogniw sięga 40% także jest porównywalna spośród silnikami cieplnymi. W przypadku wykorzystywania ogniwa aż do napędu należy ponadto uwzględnić sprawność przetwarzania energii elektrycznej na pracę.Zasadę działania ogniw wodorowych odkrył wewnątrz 1838 roku niemiecko-szwajcarski chemik Christian Friedrich Schönbein. Opublikował ją wewnątrz styczniowym wydaniu 1839 "Philosophical Magazine" (Magazynu Filozoficznego) także na podstawie tej pracy walijski erudyta sir William Grove stworzył zupa działające ogniwo paliwowe Ogniwa te negacja logiczna znalazły mimo owo praktycznego zastosowania aż aż do lat sześćdziesiątych XX wieku, jak owo Stany Zjednoczone Ameryki Północnej Zjednoczone wykorzystały ogniwa spośród membranami polimerowymi, azaliż AFC jak źródło elektryczności także wody wewnątrz swoim programie kosmicznym. W ogniwa paliwowe zostały wyposażone takie statki gdy np. Gemini 5, szereg Apollo, azaliż przystanek kosmiczna Skylab. Dodatkowym atutem ogniw była wyrób wody pitnej.Do produkcji ogniw paliwowych stosowano wówczas ogromnie drogie materiały, natomiast aż do ich działania były potrzebne nader wysokie temperatury także tlen także wodór o niskim poziomie zanieczyszczenia. Koszt ich wytworzenia sięgał wówczas 100 000 dolarów wewnątrz kilowat, mimo owo zdecydowano się na ich użycie, gdyż wodór także tlen wykorzystywano jak opał także dzięki temu na statkach kosmicznych były dostępne wewnątrz dużych ilościach.Dalszy rozwój technologiczny wewnątrz latach osiemdziesiątych także dziewięćdziesiątych (między innymi rola membrany polimerowej np. Nafionu jak elektrolitu także redukcja ilości platyny koniecznej aż do produkcji ogniw) umożliwił wykorzystanie ogniw paliwowych aż do celów komercyjnych, m.in. wewnątrz prototypowych pojazdach. Przez dotychczasowe lata naukowcy starali się przebić barierę techniczną miniaturyzacji ogniw. W roku 2005 biznes Intelligent Energy wyprodukowała najważniejszy na świecie skuter ENV całkowicie zbudowany u dołu kątem zasilania ogniwami paliwowymi. Udało się pokonać bariery miniaturyzacyjne, tworząc ogniwa polimerowe zasilane metanolem - DMFC, co pozwala na wykorzystanie ich wewnątrz przenośnym sprzęcie elektronicznym używanym spośród dala odkąd źródeł ładowania akumulatorów, np. wewnątrz komputerach przenośnych - laptop, azaliż telefonach komórkowych.Wpływ ogniw paliwowych na środowisko zależy wewnątrz dużej mierze odkąd metody uzyskiwania stosowanego wewnątrz nich paliwa. Ogniwa wodorowe negacja logiczna mogą być używane jak pierwotne źródło energii, aliści konieczne jest produkowanie stosowanego wewnątrz nich wodoru. Chociaż produkowanie wodoru wewnątrz procesie elektrolizy ma dość dużą sprawność, owo wewnątrz połączeniu spośród tym, że poniżej stosowaniu wewnątrz motoryzacji konieczne jest magazynowanie wodoru u dołu dużymi ciśnieniami, owo całkowita sprawność ogniw wewnątrz dzisiejszych czasach jest daleko niższa także wewnątrz przyszłości może negacja logiczna przekroczyć poziomu najwydajniejszych spośród silników spalinowych.Inną metodą uzyskiwania wodoru jest produkowanie go spośród metanu wewnątrz procesie reformingu parowego, który ma sprawność około 80%. Produktem ubocznym tego procesu jest dwutlenek węgla, mimo owo szkodliwość na rzecz środowiska jest ograniczona, gdyż wewnątrz przeciwieństwie aż do silników spalinowych dwutlenek węgla negacja logiczna jest emitowany aż do atmosfery wewnątrz pomocą każdy pojazd, aliści powstaje wewnątrz miejscu wytwarzania wodoru, dzięki czemu można go wykorzystać.Sceptycy zwracają uwagę na ciągle małą sprawność ogniw, wysokie koszty produkcji ogniw, gdy także paliwa aż do nich.