DIY gorivne ćelije kod kuće. Tehnologija gorivih ćelija i njena upotreba u automobilima

U svjetlu nedavnih događaja vezanih za pregrijavanje, požare, pa čak i eksplozije prijenosnih računala zbog greške litijum-jonskih baterija, ne može se ne prisjetiti novih alternativnih tehnologija, koje će, prema mišljenju većine stručnjaka, u budućnosti moći dopuniti ili zamijeniti današnje tradicionalne punjive baterije. Riječ je o novim izvorima energije – gorivnim ćelijama.

Prema empirijskom zakonu koji je prije 40 godina formulisao jedan od osnivača Intela, Gordon Moore, performanse procesora se udvostručuju svakih 18 mjeseci. Baterije ne mogu pratiti čipove. Njihov kapacitet se, prema riječima stručnjaka, povećava samo za 10% godišnje.

Gorivna ćelija radi na bazi ćelijske (porozne) membrane koja razdvaja anodni i katodni prostor gorivne ćelije. Ova membrana je obostrano obložena odgovarajućim katalizatorima. Gorivo se dovodi do anode, u ovom slučaju se koristi rastvor metanola (metil alkohol). Kao rezultat kemijske reakcije razgradnje goriva nastaju slobodni naboji koji prodiru kroz membranu do katode. Električni krug je tako zatvoren i u njemu se stvara električna struja koja napaja uređaj. Ova vrsta gorivih ćelija se zove Direktna gorivna ćelija metanola (DMFC). Razvoj gorivnih ćelija počeo je davno, ali prvi rezultati, koji su dali povoda da se priča o pravoj konkurenciji litijum-jonskih baterija, dobijeni su tek u poslednje dve godine.

U 2004. godini na tržištu je bilo oko 35 proizvođača ovakvih uređaja, ali samo nekoliko kompanija je moglo izjaviti značajan uspjeh u ovoj oblasti. U januaru je Fujitsu predstavio svoj razvoj - baterija je imala debljinu od 15 mm i sadržavala je 300 mg 30-postotnog rastvora metanola. Snaga od 15 W omogućila mu je da napaja laptop 8 sati. Mjesec dana kasnije, mala kompanija, PolyFuel, prva je najavila pokretanje komercijalne proizvodnje upravo onih membrana koje bi trebale biti opremljene izvorima napajanja gorivom. A već u martu, Toshiba je demonstrirala prototip mobilnog računara koji radi na gorivo. Proizvođač je naveo da takav laptop može trajati pet puta duže od laptopa koji koristi tradicionalnu bateriju.

LG Chem je 2005. godine najavio stvaranje vlastite gorivne ćelije. Na njegov razvoj potrošeno je oko 5 godina i 5 milijardi dolara. Kao rezultat toga, bilo je moguće kreirati uređaj snage 25 W i težine od 1 kg, povezan s laptopom preko USB sučelja i osiguravajući njegov rad 10 sati. I ovu 2006. godinu obilježio je niz zanimljivih događaja. Konkretno, američki programeri iz kompanije Ultracell demonstrirali su gorivu ćeliju koja daje snagu od 25 W i opremljena je sa tri zamjenjive patrone sa 67 posto metanola. Može da napaja laptop 24 sata. Težina baterije je bila oko kilogram, svaki uložak je težio oko 260 grama.

Osim što mogu pružiti veći kapacitet od litijum-jonskih baterija, metanolne baterije su neeksplozivne. Nedostaci uključuju njihovu prilično visoku cijenu i potrebu povremenog mijenjanja metanolnih uložaka.

Čak i ako baterije za gorivo ne zamijene tradicionalne, najvjerovatnije će se koristiti zajedno s njima. Prema procenama stručnjaka, tržište gorivnih ćelija u 2006. godini iznosiće oko 600 miliona dolara, što je prilično skromna brojka. Međutim, do 2010. godine stručnjaci predviđaju njegovo trostruko povećanje - do 1,9 milijardi dolara.

Diskusija o članku “Alkoholne baterije zamjenjuju litijumske”

zemoneng

Sranje, našla sam informaciju o ovom uređaju u ženskom časopisu.
Pa, reći ću nekoliko riječi o ovome:
1: neugodnost je što ćete nakon 6-10 sati rada morati tražiti novi uložak, koji je skup. Zašto bih trošio novac na ove gluposti?
2: koliko sam shvatio, nakon primanja energije iz metil alkohola, voda bi se trebala osloboditi. Laptop i voda su nespojive stvari.
3: zašto pišeš u ženskim časopisima? Sudeći po komentarima “Ne znam ništa.” i “Šta je ovo?”, ovaj članak nije na nivou stranice posvećene LJEPOTAMA.

Ubacim priključak crijeva za punjenje u otvor za punjenje goriva i okrenem ga za pola okreta da zatvorim spoj. Klik prekidača - i trepćuća LED dioda na benzinskoj pumpi sa ogromnim natpisom h3 označava da je punjenje goriva počelo. Minut - i rezervoar je pun, možete ići!

Elegantne konture karoserije, ultra-nisko ogibljenje, niskoprofilni slicks odaju pravu trkačku rasu. Kroz prozirni poklopac vidljiva je zamršena mreža cjevovoda i kablova. Već sam negde video slično rešenje... O da, na Audiju R8 motor se vidi i kroz zadnje staklo. Ali kod Audija je to tradicionalni benzin, a ovaj automobil radi na vodonik. Kao i BMW Hydrogen 7, ali za razliku od potonjeg, nema motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Jedini pokretni dijelovi su upravljački mehanizam i rotor elektromotora. A energiju za to osigurava gorivna ćelija. Ovaj automobil je proizvela singapurska kompanija Horizon Fuel Cell Technologies, specijalizovana za razvoj i proizvodnju gorivnih ćelija. Britanska kompanija Riversimple je 2009. godine već predstavila gradski auto na vodik koji pokreće Horizon Fuel Cell Technologies gorive ćelije. Razvijen je u saradnji sa univerzitetima Oxford i Cranfield. Ali Horizon H-racer 2.0 je solo razvoj.

Gorivna ćelija se sastoji od dvije porozne elektrode obložene slojem katalizatora i razdvojene membranom za izmjenu protona. Vodik na anodnom katalizatoru se pretvara u protone i elektrone, koji putuju kroz anodu i vanjski električni krug do katode, gdje se vodonik i kisik rekombinuju u vodu.

"Idi!" - gurne me laktom glavni urednik po Gagarinu. Ali ne tako brzo: prvo morate "zagrijati" gorivu ćeliju pri djelomičnom opterećenju. Prebacim prekidač u režim “zagrijavanje” i čekam dodijeljeno vrijeme. Zatim, za svaki slučaj, dopunjavam rezervoar dok se ne napuni. Sada idemo: auto, dok motor tiho bruji, kreće naprijed. Dinamika je impresivna, mada, usput, šta drugo možete očekivati ​​od električnog automobila - obrtni moment je konstantan pri bilo kojoj brzini. Iako ne zadugo - pun rezervoar vodika traje samo nekoliko minuta (Horizon obećava da će uskoro objaviti novu verziju, u kojoj se vodonik ne skladišti kao gas pod pritiskom, već se zadržava poroznim materijalom u adsorberu ). I, iskreno govoreći, nije baš kontrolisan - postoje samo dva dugmeta na daljinskom upravljaču. Ali u svakom slučaju, šteta što je ovo samo igračka na radio-kontrolu, koja nas je koštala 150 dolara. Ne bismo imali ništa protiv da vozimo pravi automobil sa gorivnim ćelijama za snagu.

Rezervoar, elastična gumena posuda unutar krutog kućišta, rasteže se prilikom dopunjavanja goriva i radi kao pumpa za gorivo, "cijedi" vodonik u gorivu ćeliju. Kako se rezervoar ne bi "prepunio", jedan od priključaka je spojen plastičnom cijevi na ventil za ispuštanje tlaka u nuždi.

Benzinska pumpa

Uradi sam

Stroj Horizon H-racer 2.0 se isporučuje kao komplet za sastavljanje velikih razmjera (uradi sam), možete ga kupiti, na primjer, na Amazonu. Međutim, montaža nije teška - samo postavite gorivnu ćeliju na mjesto i pričvrstite je vijcima, spojite crijeva na rezervoar za vodonik, gorivu ćeliju, grlo za punjenje i ventil za slučaj nužde, a preostaje samo staviti gornji dio karoserija na mestu, ne zaboravljajući prednji i zadnji branik. Komplet uključuje punionicu koja proizvodi vodonik elektrolizom vode. Napajaju ga dvije AA baterije, a ako želite da energija bude potpuno „čista“, solarni paneli (takođe su uključeni u komplet).

www.popmech.ru

Kako napraviti gorivu ćeliju vlastitim rukama?

Naravno, najjednostavnije rješenje problema osiguravanja stalnog rada sistema bez goriva je kupovina gotovog sekundarnog izvora energije na hidrauličnoj ili bilo kojoj drugoj osnovi, ali u ovom slučaju sigurno neće biti moguće izbjeći dodatne košta, a u tom procesu prilično je teško razmotriti bilo kakvu ideju za let kreativne misli. Osim toga, izrada gorive ćelije vlastitim rukama uopće nije tako teška kao što mislite na prvi pogled, a čak i najneiskusniji majstor može se nositi sa zadatkom po želji. Osim toga, više nego ugodan bonus bit će niska cijena izrade ovog elementa, jer se unatoč svim njegovim prednostima i važnosti, apsolutno lako možete zadovoljiti sredstvima koja već imate pri ruci.

U ovom slučaju, jedina nijansa koja se mora uzeti u obzir prije dovršetka zadatka je da vlastitim rukama možete napraviti uređaj izuzetno male snage, a implementaciju naprednijih i složenijih instalacija i dalje treba prepustiti kvalificiranim stručnjacima. Što se tiče redoslijeda rada i redoslijeda radnji, prvi korak je kompletiranje karoserije, za što je najbolje koristiti pleksiglas debelog zida (najmanje 5 centimetara). Za lijepljenje zidova kućišta i ugradnju unutarnjih pregrada, za koje je najbolje koristiti tanji pleksiglas (dovoljno je 3 milimetra), idealno je koristiti dvokompozitni ljepilo, iako ako baš želite, možete i sami napraviti kvalitetno lemljenje, koristeći sljedeće proporcije: na 100 grama hloroforma - 6 grama strugotine od istog pleksiglasa.

U ovom slučaju, proces se mora provoditi isključivo ispod haube. Da bi se kućište opremilo takozvanim odvodnim sistemom, potrebno je pažljivo izbušiti prolaznu rupu u njegovom prednjem zidu, čiji će prečnik tačno odgovarati dimenzijama gumenog čepa, koji služi kao neka vrsta brtve između kućište i staklena odvodna cijev. Što se tiče veličine same cijevi, u idealnom slučaju njena širina bi trebala biti pet do šest milimetara, iako sve ovisi o vrsti konstrukcije koja se projektuje. Vjerovatnije je reći da će stara gas maska ​​navedena na popisu potrebnih elemenata za izradu gorive ćelije izazvati iznenađenje kod potencijalnih čitalaca ovog članka. U međuvremenu, cijela prednost ovog uređaja leži u aktivnom ugljenu smještenom u odjeljcima njegovog respiratora, koji se kasnije može koristiti kao elektrode.

Budući da govorimo o puderastoj konzistenciji, za poboljšanje dizajna trebat će vam najlonske čarape, od kojih možete lako napraviti vrećicu i staviti ugalj u nju, inače će jednostavno izliti iz rupe. Što se tiče funkcije distribucije, koncentracija goriva se javlja u prvoj komori, dok će kisik neophodan za normalno funkcioniranje gorivne ćelije, naprotiv, cirkulirati u posljednjem, petom odjeljku. Sam elektrolit, koji se nalazi između elektroda, treba natopiti posebnom otopinom (benzin sa parafinom u omjeru od 125 do 2 mililitra), a to se mora učiniti prije stavljanja zračnog elektrolita u četvrti odjeljak. Da bi se osigurala pravilna vodljivost, bakrene ploče s prethodno zalemljenim žicama polažu se na ugalj, kroz koje će se prenositi električna energija s elektroda.

Ova faza dizajna može se sa sigurnošću smatrati završnom fazom, nakon koje se puni gotov uređaj, za koji će biti potreban elektrolit. Da biste ga pripremili, potrebno je pomiješati etilni alkohol s destilovanom vodom u jednakim dijelovima i početi postepeno unositi kaustični kalij u količini od 70 grama po čaši tekućine. Prvi test proizvedenog uređaja uključuje istovremeno punjenje prve (tečno gorivo) i treće (elektrolit od etilnog alkohola i kaustičnog kalija) posude kućišta od pleksiglasa.

uznay-kak.ru

Vodikove gorive ćelije | LAVENT

Odavno sam želio da vam kažem o još jednom pravcu kompanije Alfaintek. Ovo je razvoj, prodaja i servis vodoničnih gorivnih ćelija. Želeo bih odmah da objasnim situaciju sa ovim gorivnim ćelijama u Rusiji.

Zbog prilično visoke cijene i potpunog nedostatka vodoničnih stanica za punjenje ovih gorivnih ćelija, ne očekuje se njihova prodaja u Rusiji. Ipak, u Evropi, posebno u Finskoj, ove gorive ćelije svake godine postaju sve popularnije. u čemu je tajna? Hajde da pogledamo. Ovaj uređaj je ekološki prihvatljiv, jednostavan za korištenje i efikasan. Ona dolazi u pomoć osobi tamo gdje mu je potrebna električna energija. Možete ga ponijeti sa sobom na put, na planinarenje ili ga koristiti u svojoj seoskoj kući ili stanu kao autonomni izvor električne energije.

Električna energija u gorivoj ćeliji nastaje kemijskom reakcijom vodika iz spremnika s metalnim hidridom i kisikom iz zraka. Cilindar nije eksplozivan i može se godinama čuvati u vašem ormaru, čekajući na krilima. Ovo je možda jedna od glavnih prednosti ove tehnologije skladištenja vodonika. Upravo je skladištenje vodonika jedan od glavnih problema u razvoju vodoničnog goriva. Jedinstvene nove lagane gorivne ćelije koje pretvaraju vodonik u konvencionalnu električnu energiju sigurno, tiho i bez emisija.

Ova vrsta električne energije može se koristiti na mjestima gdje nema centralne struje, ili kao izvor napajanja u nuždi.

Za razliku od konvencionalnih baterija, koje je potrebno puniti i isključiti iz električnog potrošača tokom procesa punjenja, gorivna ćelija radi kao “pametan” uređaj. Ova tehnologija omogućava neprekidno napajanje tokom čitavog perioda upotrebe zahvaljujući jedinstvenoj funkciji uštede energije pri promeni rezervoara za gorivo, što omogućava korisniku da nikada ne isključi potrošača. U zatvorenom kućištu, gorive ćelije se mogu čuvati nekoliko godina bez gubitka volumena vodika i smanjenja njihove snage.

Gorivna ćelija je dizajnirana za naučnike i istraživače, policiju, hitne službe, vlasnike čamaca i marina i svakoga kome je potreban pouzdan izvor napajanja u slučaju nužde. Možete dobiti 12 volti ili 220 volti i tada ćete imati dovoljno energije da pokrenete svoj TV, stereo uređaj, frižider, aparat za kafu, čajnik, usisivač, bušilicu, mikrošporet i druge električne uređaje.

Hidroćelije se mogu prodavati kao pojedinačna jedinica ili u baterijama od 2-4 ćelije. Dva ili četiri elementa se mogu kombinovati kako bi se povećala snaga ili povećala amperaža.

VRIJEME RADA KUĆANSKIH APARATA SA GORIVNIM ĆELIJAMA

* - kontinuirani rad

Gorivne ćelije se potpuno pune na posebnim vodoničnim stanicama. Ali šta ako putujete daleko od njih i nema načina da se napunite? Posebno za takve slučajeve, stručnjaci Alfainteka razvili su cilindre za skladištenje vodonika, s kojima će gorive ćelije raditi mnogo duže.

Dostupne su dvije vrste cilindara: NS-MN200 i NS-MN1200. Sklopljeni NS-MN200 je nešto veći od limenke Coca-Cole, sadrži 230 litara vodonika, što odgovara 40 Ah (12 V), a težak je samo 2,5 kg. .Metalni hidridni cilindar NS-MH1200 drži 1200 litara vodonika, što odgovara 220Ah (12V). Težina cilindra je 11 kg.

Tehnika metal-hidrida je siguran i jednostavan način skladištenja, transporta i upotrebe vodonika. Kada se skladišti kao metalni hidrid, vodonik je u obliku hemijskog jedinjenja, a ne u gasovitom obliku. Ova metoda omogućava dobivanje dovoljno velike gustoće energije. Prednost upotrebe metalnog hidrida je u tome što je pritisak unutar cilindra samo 2-4 bara. Cilindar nije eksplozivan i može se skladištiti godinama bez smanjenja zapremine supstance. Pošto se vodonik skladišti kao metalni hidrid, čistoća vodonika dobijenog iz cilindra je vrlo visoka i iznosi 99,999%. Metal-hidridni cilindri za skladištenje vodonika mogu se koristiti ne samo sa HC 100,200,400 gorivnim ćelijama, već iu drugim slučajevima kada je potreban čisti vodonik. Cilindri se mogu lako spojiti na gorivnu ćeliju ili drugi uređaj pomoću konektora za brzo spajanje i fleksibilnog crijeva.

Šteta što se ove gorive ćelije ne prodaju u Rusiji. Ali među našim stanovništvom ima toliko ljudi kojima su potrebni. Pa, sačekaćemo pa ćemo videti, a videćete, imaćemo malo. U međuvremenu ćemo kupiti štedljive sijalice koje nameće država.

P.S. Izgleda da je tema konačno izbledela u zaboravu. Toliko godina nakon što je ovaj članak napisan, ništa nije bilo od toga. Možda ne gledam svuda, naravno, ali ono što mi upada u oči nije nimalo prijatno. Tehnologija i ideja su dobri, ali još nisu našli nikakav razvoj.

lavent.ru

Gorivne ćelije su budućnost koja počinje danas!

Početak 21. stoljeća ekologiju smatra jednim od najvažnijih globalnih izazova. I prva stvar na koju treba obratiti pažnju u sadašnjim uslovima je traženje i korišćenje alternativnih izvora energije. Oni su ti koji su u stanju da spreče zagađenje naše životne sredine, kao i da potpuno napuste stalno rastuće cene goriva na bazi ugljovodonika.

Već danas su izvori energije poput solarnih ćelija i vjetroturbina našli primjenu. Ali, nažalost, njihov nedostatak je povezan s ovisnošću o vremenu, kao i o godišnjem dobu i dobu dana. Iz tog razloga postupno se napušta njihova upotreba u astronautici, zrakoplovnoj i automobilskoj industriji, a za stacionarnu upotrebu opremaju se sekundarnim izvorima energije - baterijama.

Međutim, najbolje rješenje je gorivna ćelija, jer ne zahtijeva stalno punjenje energijom. Ovo je uređaj koji je sposoban da prerađuje i pretvara različite vrste goriva (benzin, alkohol, vodonik, itd.) direktno u električnu energiju.

Gorivna ćelija radi na sljedećem principu: gorivo se dovodi izvana, koje se oksidira kisikom, a oslobođena energija se pretvara u električnu energiju. Ovaj princip rada osigurava gotovo vječan rad.

Od kraja 19. vijeka, naučnici su proučavali samu gorivnu ćeliju i stalno razvijali njene nove modifikacije. Tako danas, u zavisnosti od uslova rada, postoje alkalni ili alkalni (AFC), direktni borohidratni (DBFC), elektrogalvanski (EGFC), direktni metanolni (DMFC), cink-vazdušni (ZAFC), mikrobni (MFC), modeli Poznati su i na bazi mravlje kiseline (DFAFC) i metalnih hidrida (MHFC).

Jedna od najperspektivnijih je vodonična gorivna ćelija. Korištenje vodika u elektranama je praćeno značajnim oslobađanjem energije, a izduv iz takvog uređaja je čista vodena para ili voda za piće, koja ne predstavlja nikakvu prijetnju okolišu.

Uspješno testiranje gorivnih ćelija ovog tipa na svemirskim letjelicama nedavno je izazvalo veliko interesovanje proizvođača elektronike i različite opreme. Tako je kompanija PolyFuel predstavila minijaturnu vodoničnu gorivu ćeliju za prijenosna računala. Ali previsoka cijena takvog uređaja i poteškoće u nesmetanom sipanju goriva ograničavaju njegovu industrijsku proizvodnju i široku distribuciju. Honda takođe proizvodi gorivne ćelije za automobile više od 10 godina. Međutim, ova vrsta prevoza ne ide u prodaju, već samo za službenu upotrebu zaposlenih u kompaniji. Automobili su pod nadzorom inženjera.

Mnogi se pitaju da li je moguće sastaviti gorivnu ćeliju vlastitim rukama. Uostalom, značajna prednost domaćeg uređaja bit će manja investicija, za razliku od industrijskog modela. Za minijaturni model trebat će vam 30 cm niklovane žice obložene platinom, mali komad plastike ili drveta, držač za bateriju od 9 volti i sama baterija, prozirna ljepljiva traka, čaša vode i voltmetar. Takav uređaj će vam omogućiti da vidite i shvatite suštinu posla, ali, naravno, neće biti moguće proizvesti električnu energiju za automobil.

fb.ru

Vodikove gorive ćelije: malo istorije | Vodonik

Danas je posebno akutan problem nestašice tradicionalnih energetskih resursa i pogoršanja ekologije planete u cjelini zbog njihovog korištenja. Zato su u posljednje vrijeme značajna finansijska i intelektualna sredstva utrošena na razvoj potencijalno perspektivnih supstituta za ugljikovodična goriva. Vodik bi mogao postati takva zamjena u vrlo bliskoj budućnosti, budući da je njegova upotreba u elektranama praćena oslobađanjem velike količine energije, a ispušni plin je vodena para, odnosno ne predstavlja opasnost za okoliš.

Unatoč nekim tehničkim poteškoćama koje još uvijek postoje u implementaciji gorivnih ćelija na bazi vodika, mnogi proizvođači automobila su cijenili obećanje ove tehnologije i već aktivno razvijaju prototipove serijskih automobila koji mogu koristiti vodonik kao glavno gorivo. Daimler AG je davne dve hiljade jedanaeste predstavio konceptualne Mercedes-Benz modele sa hidrogenskim elektranama. Osim toga, korejska kompanija Hyndayi službeno je objavila da više ne namjerava razvijati električne automobile, već će sve svoje napore koncentrirati na razvoj pristupačnog automobila na vodik.

Unatoč činjenici da sama ideja korištenja vodika kao goriva mnogima nije divlja, većina nema pojma kako funkcioniraju gorivne ćelije koje koriste vodonik i što je tako izvanredno u njima.

Da bismo shvatili važnost tehnologije, predlažemo da pogledamo istoriju vodoničnih gorivnih ćelija.

Prva osoba koja je opisala potencijal korištenja vodonika u gorivim ćelijama bio je Nijemac Kristijan Fridrih. Davne 1838. godine objavio je svoj rad u poznatom naučnom časopisu tog vremena.

Već sljedeće godine, prototip operativne vodonične baterije napravio je sudija iz Uhlsa, Sir William Robert Grove. Međutim, snaga uređaja bila je premala čak i za tadašnje standarde, pa njegova praktična upotreba nije dolazila u obzir.

Što se tiče termina "goriva ćelija", on svoje postojanje duguje naučnicima Ludwigu Mondu i Charlesu Langeru, koji su 1889. pokušali da stvore gorivu ćeliju koja radi na vazduhu i gasu iz koksne peći. Prema drugim izvorima, termin je prvi upotrijebio William White Jaques, koji je prvi odlučio da koristi fosfornu kiselinu u elektrolitu.

Dvadesetih godina 20. stoljeća u Njemačkoj su provedena brojna istraživanja koja su rezultirala otkrićem gorivih ćelija čvrstog oksida i načina korištenja karbonatnog ciklusa. Važno je napomenuti da se ove tehnologije efikasno koriste u našem vremenu.

Godine 1932., inženjer Francis T Bacon započeo je rad na direktnom istraživanju gorivnih ćelija na bazi vodika. Prije njega, naučnici su koristili utvrđenu shemu - porozne platinske elektrode stavljane su u sumpornu kiselinu. Očigledan nedostatak takve sheme leži, prije svega, u njenoj neopravdanoj visokoj cijeni zbog upotrebe platine. Osim toga, upotreba kaustične sumporne kiseline predstavljala je prijetnju zdravlju, a ponekad čak i životu istraživača. Bacon je odlučio optimizirati strujno kolo i zamijenio platinu niklom, a kao elektrolit je koristio alkalni sastav.

Zahvaljujući produktivnom radu na poboljšanju svoje tehnologije, Bacon je već 1959. godine predstavio široj javnosti svoju originalnu vodoničnu gorivu ćeliju, koja je proizvodila 5 kW i mogla je pokretati aparat za zavarivanje. Predstavljeni uređaj nazvao je “Bacon Cell”.

U oktobru iste godine stvoren je jedinstveni traktor koji je radio na vodik i proizvodio dvadeset konjskih snaga.

Šezdesetih godina dvadesetog stoljeća, američka kompanija General Electric razvila je shemu koju je razvio Bacon i primijenila je na svemirske programe Apollo i NASA Gemini. Stručnjaci iz NASA-e došli su do zaključka da je korištenje nuklearnog reaktora preskupo, tehnički teško i nesigurno. Osim toga, morali smo odustati od korištenja baterija zajedno sa solarnim panelima zbog njihovih velikih dimenzija. Rješenje problema bile su vodonične gorivne ćelije, koje su sposobne da opskrbe svemirsku letjelicu energijom, a posadu čistom vodom.

Prvi autobus koji koristi vodonik kao gorivo napravljen je davne 1993. godine. A prototipovi putničkih automobila pokretanih vodoničnim gorivnim ćelijama predstavljeni su već 1997. od strane svjetskih automobilskih marki kao što su Toyota i Daimler Benz.

Malo je čudno da obećavajuće ekološki prihvatljivo gorivo, prodato prije petnaest godina u automobilu, još nije postalo široko rasprostranjeno. Razloga za to ima mnogo, a glavni su, možda, politički i zahtjevi za stvaranjem odgovarajuće infrastrukture. Nadajmo se da će vodonik ipak reći svoje i postati značajna konkurencija električnim automobilima.(odnaknopka)

energycraft.org

Naše materijalno društvo bez energije ne može ne samo da se razvija, već uopšte postoji. Odakle dolazi energija? Ljudi su se donedavno koristili samo na jedan način da se do njega dođe borili smo se sa prirodom, spalivši dobijene trofeje u pećima prvo kućnih ognjišta, zatim parnih lokomotiva i moćnih termoelektrana.

Ne postoje oznake o kilovat-satima koje troši moderni prosječan čovjek koji bi ukazivali na to koliko je godina priroda radila da bi civilizirani čovjek mogao uživati ​​u blagodatima tehnologije i koliko godina još mora raditi da izgladi štetu nanesenu nju takva civilizacija. Međutim, u društvu raste razumijevanje da će prije ili kasnije iluzorna idila prestati. Ljudi sve više izmišljaju načine da osiguraju energiju za svoje potrebe uz minimalnu štetu za prirodu.

Vodikove gorive ćelije su sveti gral čiste energije. Oni prerađuju vodonik, jedan od uobičajenih elemenata periodnog sistema, i oslobađaju samo vodu, najčešću supstancu na planeti. Ružičastu sliku kvari nedostatak pristupa vodoniku kao tvari. Ima ga dosta, ali samo u vezanom stanju, a vaditi ga je mnogo teže od crpljenja nafte iz dubina ili iskopavanja uglja.

Jedna od opcija za čistu i ekološki prihvatljivu proizvodnju vodonika su mikrobne gorivne ćelije (MTB), koje koriste mikroorganizme za razlaganje vode na kisik i vodonik. Ni ovdje nije sve glatko. Mikrobi rade odličan posao u proizvodnji čistog goriva, ali da bi se postigla efikasnost potrebna u praksi, MTB-u je potreban katalizator koji ubrzava jednu od hemijskih reakcija procesa.

Ovaj katalizator je plemeniti metal platina, čija cijena čini upotrebu MTB-a ekonomski neopravdanom i praktično nemogućom.

Naučnici sa Univerziteta Wisconsin-Milwaukee pronašli su zamjenu za skupi katalizator. Umjesto platine, predložili su korištenje jeftinih nanošipki napravljenih od kombinacije ugljika, dušika i željeza. Novi katalizator se sastoji od grafitnih šipki s dušikom ugrađenim u površinski sloj i jezgri od željeznog karbida. Tokom tri mjeseca testiranja novog proizvoda, katalizator je pokazao veće sposobnosti od platine. Pokazalo se da je rad nanošipova stabilniji i podložniji kontroli.

I što je najvažnije, zamisao univerzitetskih naučnika je mnogo jeftinija. Dakle, cijena platinastih katalizatora je otprilike 60% cijene MTB-a, dok je cijena nanošipki unutar 5% njihove trenutne cijene.

Prema tvorcu katalitičkih nanošipki, profesoru Junhong Chenu: „Gorivne ćelije su sposobne direktno pretvoriti gorivo u električnu energiju. Zajedno, električna energija iz obnovljivih izvora može se isporučiti tamo gdje je potrebna na čist, efikasan i održiv način.”

Profesor Chen i njegov tim istraživača sada proučavaju tačne karakteristike katalizatora. Njihov cilj je da svom izumu daju praktičan fokus, da ga učine pogodnim za masovnu proizvodnju i upotrebu.

Zasnovan na materijalima iz Gizmaga

www.facepla.net

Vodikove gorive ćelije i energetski sistemi

Automobil na vodeni pogon uskoro bi mogao postati stvarnost, a vodonične gorivne ćelije bit će instalirane u mnogim domovima...

Tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija nije nova. Počelo je 1776. godine, kada je Henry Cavendish prvi otkrio vodonik dok je rastvarao metale u razrijeđenim kiselinama. Prvu vodoničnu gorivu ćeliju izumio je već 1839. William Grove. Od tada su vodonične gorivne ćelije postupno unapređivane i sada se ugrađuju u svemirske šatlove, opskrbljuju ih energijom i služe kao izvor vode. Danas je tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija na rubu dostizanja masovnog tržišta, u automobilima, kućama i prijenosnim uređajima.

U vodoničnim gorivnim ćelijama, hemijska energija (u obliku vodonika i kiseonika) se direktno (bez sagorevanja) pretvara u električnu energiju. Gorivna ćelija se sastoji od katode, elektroda i anode. Vodik se dovodi do anode, gdje se razdvaja na protone i elektrone. Protoni i elektroni imaju različite puteve do katode. Protoni se kreću kroz elektrodu do katode, a elektroni prolaze oko gorivih ćelija da bi došli do katode. Ovo kretanje stvara naknadno upotrebljivu električnu energiju. S druge strane, vodikovi protoni i elektroni se spajaju s kisikom i formiraju vodu.

Elektrolizatori su jedan od načina za izdvajanje vodonika iz vode. Proces je u osnovi suprotan onome što se dešava sa vodoničnim gorivnim ćelijama. Elektrolizator se sastoji od anode, elektrohemijske ćelije i katode. Voda i napon se primjenjuju na anodu, koja dijeli vodu na vodonik i kisik. Vodik prolazi kroz elektrohemijsku ćeliju do katode, a kiseonik se dovodi direktno do katode. Odatle se vodonik i kiseonik mogu ekstrahovati i skladištiti. U vremenima kada nije potrebna proizvodnja električne energije, akumulirani gas se može ukloniti iz skladišta i proći nazad kroz gorivu ćeliju.

Ovaj sistem koristi vodonik kao gorivo, zbog čega vjerovatno postoje mnogi mitovi o njegovoj sigurnosti. Nakon eksplozije Hindenburga, mnogi ljudi daleko od nauke, pa čak i neki naučnici počeli su vjerovati da je upotreba vodonika vrlo opasna. Međutim, nedavna istraživanja su pokazala da je uzrok ove tragedije bio vezan za vrstu materijala koji je korišten u izgradnji, a ne za vodonik koji je upumpavan unutra. Nakon testiranja sigurnosti skladištenja vodonika, ustanovljeno je da je skladištenje vodonika u gorivim ćelijama sigurnije od skladištenja benzina u rezervoaru za gorivo automobila.

Koliko koštaju moderne vodonične gorivne ćelije? Kompanije trenutno nude vodonične sisteme za gorivo koji proizvode energiju za oko 3.000 dolara po kilovatu. Marketing istraživanje je pokazalo da kada cijena padne na 1.500 dolara po kilovatu, potrošači na masovnom tržištu energije će biti spremni da pređu na ovu vrstu goriva.

Vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama su i dalje skuplja od vozila sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, ali proizvođači istražuju načine da dovedu cenu na uporedive nivoe. U nekim udaljenim područjima gdje nema dalekovoda, korištenje vodonika kao goriva ili samostalno napajanje kuće može biti ekonomičnije u ovom trenutku nego, na primjer, izgradnja infrastrukture za tradicionalne izvore energije.

Zašto vodonične gorivne ćelije još uvijek nisu u širokoj upotrebi? Njihova visoka cijena trenutno je glavni problem za širenje vodoničnih gorivnih ćelija. Sistemi za gorivo na vodik trenutno jednostavno nemaju masovnu potražnju. Međutim, nauka ne miruje i u bliskoj budućnosti automobil koji vozi po vodi može postati prava stvarnost.

www.tesla-tehnika.biz

Automobil na vodeni pogon uskoro bi mogao postati stvarnost, a vodonične gorivne ćelije bit će instalirane u mnogim domovima...

Vodikova tehnologija gorivne ćelije nije novo. Počelo je 1776. godine, kada je Henry Cavendish prvi otkrio vodonik dok je rastvarao metale u razrijeđenim kiselinama. Prvu vodoničnu gorivu ćeliju izumio je već 1839. William Grove. Od tada su vodonične gorivne ćelije postupno unapređivane i sada se ugrađuju u svemirske šatlove, opskrbljuju ih energijom i služe kao izvor vode. Danas je tehnologija vodoničnih gorivnih ćelija na rubu dostizanja masovnog tržišta, u automobilima, kućama i prijenosnim uređajima.

U vodoničnim gorivnim ćelijama, hemijska energija (u obliku vodonika i kiseonika) se direktno (bez sagorevanja) pretvara u električnu energiju. Gorivna ćelija se sastoji od katode, elektroda i anode. Vodik se dovodi do anode, gdje se razdvaja na protone i elektrone. Protoni i elektroni imaju različite puteve do katode. Protoni se kreću kroz elektrodu do katode, a elektroni prolaze oko gorivih ćelija da bi došli do katode. Ovo kretanje stvara naknadno upotrebljivu električnu energiju. S druge strane, vodikovi protoni i elektroni se spajaju s kisikom i formiraju vodu.

Elektrolizatori su jedan od načina za izdvajanje vodonika iz vode. Proces je u osnovi suprotan onome što se dešava sa vodoničnim gorivnim ćelijama. Elektrolizator se sastoji od anode, elektrohemijske ćelije i katode. Voda i napon se primjenjuju na anodu, koja dijeli vodu na vodonik i kisik. Vodik prolazi kroz elektrohemijsku ćeliju do katode, a kiseonik se dovodi direktno do katode. Odatle se vodonik i kiseonik mogu ekstrahovati i skladištiti. U vremenima kada nije potrebna proizvodnja električne energije, akumulirani gas se može ukloniti iz skladišta i proći nazad kroz gorivu ćeliju.

Ovaj sistem koristi vodonik kao gorivo, zbog čega vjerovatno postoje mnogi mitovi o njegovoj sigurnosti. Nakon eksplozije Hindenburga, mnogi ljudi daleko od nauke, pa čak i neki naučnici počeli su vjerovati da je upotreba vodonika vrlo opasna. Međutim, nedavna istraživanja su pokazala da je uzrok ove tragedije bio vezan za vrstu materijala koji je korišten u izgradnji, a ne za vodonik koji je upumpavan unutra. Nakon testiranja sigurnosti skladištenja vodonika, otkriveno je da skladištenje vodonika u gorivnim ćelijama je sigurnije nego skladištenje benzina u rezervoaru za gorivo automobila.

Koliko koštaju moderne vodonične gorivne ćelije?? Kompanije trenutno nude vodonik sistemi za gorivo proizvodeći energiju po cijeni od oko 3.000 dolara po kilovatu. Marketing istraživanje je pokazalo da kada cijena padne na 1.500 dolara po kilovatu, potrošači na masovnom tržištu energije će biti spremni da pređu na ovu vrstu goriva.

Vozila sa vodoničnim gorivnim ćelijama su i dalje skuplja od vozila sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, ali proizvođači istražuju načine da dovedu cenu na uporedive nivoe. U nekim udaljenim područjima gdje nema dalekovoda, korištenje vodonika kao goriva ili samostalno napajanje kuće može biti ekonomičnije u ovom trenutku nego, na primjer, izgradnja infrastrukture za tradicionalne izvore energije.

Zašto vodonične gorivne ćelije još uvijek nisu u širokoj upotrebi? Njihova visoka cijena trenutno je glavni problem za širenje vodoničnih gorivnih ćelija. Sistemi za gorivo na vodik trenutno jednostavno nemaju masovnu potražnju. Međutim, nauka ne miruje i u bliskoj budućnosti automobil koji vozi po vodi može postati prava stvarnost.

Izrada, montaža, ispitivanje i ispitivanje ćelija/ćelija za gorivo (vodonik).
Proizvedeno u fabrikama u SAD i Kanadi

Gorivne (vodikove) ćelije/ćelije

Firma Intech GmbH / LLC Intech GmbH je na tržištu inženjerskih usluga od 1997. godine, zvanični dugogodišnji dobavljač različite industrijske opreme, te Vam nudi različite gorive (vodikove) elemente/ćelije.

Goriva ćelija/ćelija je

Prednosti gorivnih ćelija/ćelija

Gorivna ćelija/ćelija je uređaj koji efikasno proizvodi jednosmernu struju i toplotu iz goriva bogatog vodonikom putem elektrohemijske reakcije.

Gorivna ćelija je slična bateriji po tome što proizvodi jednosmjernu struju putem kemijske reakcije. Gorivna ćelija uključuje anodu, katodu i elektrolit. Međutim, za razliku od baterija, gorivne ćelije ne mogu skladištiti električnu energiju i ne prazne se niti im je potrebna električna energija za ponovno punjenje. Gorivne ćelije/ćelije mogu kontinuirano proizvoditi električnu energiju sve dok imaju zalihe goriva i zraka.

Za razliku od drugih generatora energije, kao što su motori sa unutrašnjim sagorevanjem ili turbine na gas, ugalj, lož ulje, itd., gorivne ćelije/ćelije ne sagorevaju gorivo. To znači da nema bučnih rotora visokog pritiska, nema glasne buke izduvnih gasova, nema vibracija. Gorivne ćelije/ćelije proizvode električnu energiju kroz tihu elektrohemijsku reakciju. Još jedna karakteristika gorivih ćelija/ćelija je da pretvaraju hemijsku energiju goriva direktno u električnu energiju, toplotu i vodu.

Gorivne ćelije su visoko efikasne i ne proizvode velike količine stakleničkih plinova kao što su ugljični dioksid, metan i dušikov oksid. Jedini proizvodi emisije tokom rada su voda u obliku pare i mala količina ugljičnog dioksida, koji se uopće ne oslobađa ako se kao gorivo koristi čisti vodonik. Gorivni elementi/ćelije se sklapaju u sklopove, a zatim u pojedinačne funkcionalne module.

Istorija razvoja gorivnih ćelija/ćelija

Tokom 1950-ih i 1960-ih, jedan od najhitnijih izazova za gorive ćelije proizašao je iz potrebe Nacionalne uprave za aeronautiku i svemir (NASA) za izvorima energije za dugotrajne svemirske misije. NASA-ina alkalna gorivna ćelija koristi vodonik i kiseonik kao gorivo kombinujući dva hemijska elementa u elektrohemijskoj reakciji. Rezultat su tri korisna nusproizvoda reakcije u svemirskom letu - električna energija za napajanje svemirskog broda, voda za piće i sisteme za hlađenje i toplota za zagrijavanje astronauta.

Otkriće gorivnih ćelija datira s početka 19. stoljeća. Prvi dokazi o dejstvu gorivnih ćelija dobijeni su 1838.

Krajem 1930-ih, započeli su radovi na gorivnim ćelijama sa alkalnim elektrolitom i do 1939. godine izgrađena je ćelija koja koristi niklovane elektrode visokog pritiska. Tokom Drugog svjetskog rata razvijene su gorivne ćelije/ćelije za podmornice Britanske mornarice, a 1958. godine predstavljen je gorivni sklop koji se sastoji od alkalnih gorivih ćelija/ćelija prečnika nešto više od 25 cm.

Interesovanje je poraslo 1950-ih i 1960-ih, kao i 1980-ih, kada je industrijski svijet iskusio nestašicu naftnih goriva. U istom periodu, svetske zemlje su takođe postale zabrinute za problem zagađenja vazduha i razmatrale načine za proizvodnju električne energije na ekološki prihvatljiv način. Tehnologija gorivih ćelija trenutno je u brzom razvoju.

Princip rada gorivnih ćelija/ćelija

Gorivne ćelije/ćelije proizvode električnu energiju i toplinu zbog elektrohemijske reakcije koja se odvija pomoću elektrolita, katode i anode.

Anoda i katoda su razdvojene elektrolitom koji provodi protone. Nakon što vodik stigne na anodu, a kisik na katodu, počinje kemijska reakcija, uslijed čega struja, toplinu i vodu.

Na anodnom katalizatoru, molekularni vodonik disocira i gubi elektrone. Vodikovi joni (protoni) se vode kroz elektrolit do katode, dok elektroni prolaze kroz elektrolit i prolaze kroz vanjski električni krug, stvarajući jednosmjernu struju koja se može koristiti za napajanje opreme. Na katodnom katalizatoru, molekul kiseonika se kombinuje sa elektronom (koji se napaja iz spoljnih komunikacija) i dolaznim protonom, i formira vodu, koja je jedini proizvod reakcije (u obliku pare i/ili tečnosti).

Ispod je odgovarajuća reakcija:

Reakcija na anodi: 2H 2 => 4H+ + 4e -
Reakcija na katodi: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
Opšta reakcija elementa: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Vrste i raznolikost gorivnih elemenata/ćelija

Kao što postoje različite vrste motora sa unutrašnjim sagorevanjem, postoje i različite vrste gorivih ćelija - odabir pravog tipa gorivih ćelija zavisi od njegove primene.

Gorivne ćelije se dijele na visokotemperaturne i niskotemperaturne. Gorivne ćelije niske temperature zahtijevaju relativno čist vodonik kao gorivo. To često znači da je prerada goriva potrebna za pretvaranje primarnog goriva (kao što je prirodni plin) u čisti vodonik. Ovaj proces troši dodatnu energiju i zahtijeva posebnu opremu. Visokotemperaturnim gorivnim ćelijama nije potrebna ova dodatna procedura jer mogu "interno pretvoriti" gorivo na povišenim temperaturama, što znači da nema potrebe za ulaganjem u vodoničnu infrastrukturu.

Gorivne ćelije/ćelije rastopljenog karbonata (MCFC)

Gorivne ćelije sa rastopljenim karbonatnim elektrolitom su gorive ćelije visoke temperature. Visoka radna temperatura omogućava direktnu upotrebu prirodnog plina bez procesora goriva i niske razine goriva kaloričnu vrijednost gorivo proizvodni procesi i iz drugih izvora.

Rad RCFC-a se razlikuje od ostalih gorivnih ćelija. Ove ćelije koriste elektrolit napravljen od mješavine rastopljenih karbonatnih soli. Trenutno se koriste dvije vrste mješavina: litijum karbonat i kalijum karbonat ili litijum karbonat i natrijum karbonat. Za topljenje karbonatnih soli i postizanje visokog stepena pokretljivosti jona u elektrolitu, gorive ćelije sa rastopljenim karbonatnim elektrolitom rade na visokim temperaturama (650°C). Efikasnost varira između 60-80%.

Kada se zagreju na temperaturu od 650°C, soli postaju provodnik za karbonatne jone (CO 3 2-). Ovi ioni prelaze s katode na anodu, gdje se spajaju s vodikom i formiraju vodu, ugljični dioksid i slobodne elektrone. Ovi elektroni se šalju kroz vanjski električni krug natrag do katode, generirajući električnu struju i toplinu kao nusproizvod.

Reakcija na anodi: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reakcija na katodi: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Opća reakcija elementa: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (katoda) => H 2 O (g) + CO 2 (anoda)

Visoke radne temperature gorivnih ćelija rastopljenog karbonatnog elektrolita imaju određene prednosti. Na visokim temperaturama dolazi do unutrašnjeg reformiranja prirodni gas, eliminirajući potrebu za procesorom goriva. Osim toga, prednosti uključuju mogućnost korištenja standardnih građevinskih materijala kao što su limovi od nehrđajućeg čelika i nikl katalizator na elektrodama. Otpadna toplota se može koristiti za proizvodnju pare pod visokim pritiskom za razne industrijske i komercijalne svrhe.

Visoke temperature reakcije u elektrolitu također imaju svoje prednosti. Korišćenje visokih temperatura zahteva značajno vreme za postizanje optimalnih uslova rada, a sistem sporije reaguje na promene u potrošnji energije. Ove karakteristike omogućavaju upotrebu instalacija gorivih ćelija sa rastopljenim karbonatnim elektrolitom u uslovima konstantne snage. Visoke temperature sprečavaju da ugljični monoksid ošteti gorivnu ćeliju.

Gorivne ćelije sa rastopljenim karbonatnim elektrolitom pogodne su za upotrebu u velikim stacionarnim instalacijama. Termoelektrane sa izlaznom električnom snagom od 3,0 MW se komercijalno proizvode. Razvijaju se instalacije izlazne snage do 110 MW.

Gorivne ćelije/ćelije fosforne kiseline (PAFC)

Gorivne ćelije fosforne (ortofosforne) kiseline bile su prve gorivne ćelije za komercijalnu upotrebu.

Gorivne ćelije sa fosfornom (ortofosfornom) kiselinom koriste elektrolit na bazi ortofosforne kiseline (H 3 PO 4) u koncentraciji do 100%. Jonska provodljivost fosforne kiseline je niska na niskim temperaturama, zbog čega se ove gorive ćelije koriste na temperaturama do 150-220°C.

Nosač naboja u gorivnim ćelijama ovog tipa je vodonik (H+, proton). Sličan proces se događa u gorivim ćelijama s membranom za izmjenu protona, u kojoj se vodonik doveden na anodu dijeli na protone i elektrone. Protoni putuju kroz elektrolit i kombinuju se sa kiseonikom iz vazduha na katodi i formiraju vodu. Elektroni se šalju kroz eksterno električno kolo, čime se stvara električna struja. Ispod su reakcije koje stvaraju električnu struju i toplinu.

Reakcija na anodi: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reakcija na katodi: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
Opšta reakcija elementa: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Efikasnost gorivih ćelija na bazi fosforne (ortofosforne) kiseline je više od 40% pri generisanju električne energije. Sa kombinovanom proizvodnjom toplotne i električne energije, ukupna efikasnost je oko 85%. Osim toga, s obzirom na radne temperature, otpadna toplina se može koristiti za zagrijavanje vode i stvaranje pare pod atmosferskim pritiskom.

Visoke performanse termoelektrana koje koriste gorivne ćelije na bazi fosforne (ortofosforne) kiseline u kombinovanoj proizvodnji toplotne i električne energije jedna je od prednosti ove vrste gorivih ćelija. Agregati koriste ugljen monoksid sa koncentracijom od oko 1,5%, što značajno proširuje izbor goriva. Osim toga, CO 2 ne utječe na elektrolit i rad gorivne ćelije; Jednostavan dizajn, nizak stepen isparljivosti elektrolita i povećana stabilnost su takođe prednosti ovog tipa gorivih ćelija.

Komercijalno se proizvode termoelektrane sa izlaznom električnom snagom do 500 kW. Instalacije od 11 MW su prošle odgovarajuće testove. Razvijaju se instalacije izlazne snage do 100 MW.

Čvrste oksidne gorivne ćelije (SOFC)

Čvrste oksidne gorivne ćelije su gorive ćelije s najvišom radnom temperaturom. Radna temperatura može varirati od 600°C do 1000°C, što omogućava upotrebu različitih vrsta goriva bez posebne prethodne obrade. Za rukovanje tako visokim temperaturama, elektrolit koji se koristi je tanak čvrsti metalni oksid na keramičkoj bazi, često legura itrijuma i cirkonija, koji je provodnik iona kisika (O2-).

Čvrsti elektrolit osigurava zapečaćeni prijelaz plina s jedne elektrode na drugu, dok se tekući elektroliti nalaze u poroznoj podlozi. Nosač naboja u gorivnim ćelijama ovog tipa je jon kiseonika (O 2-). Na katodi se molekuli kisika iz zraka razdvajaju na ion kisika i četiri elektrona. Ioni kiseonika prolaze kroz elektrolit i spajaju se sa vodonikom, stvarajući četiri slobodna elektrona. Elektroni se šalju kroz vanjski električni krug, stvarajući električnu struju i otpadnu toplinu.

Reakcija na anodi: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Reakcija na katodi: O 2 + 4e - => 2O 2-
Opšta reakcija elementa: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Efikasnost proizvedene električne energije je najveća od svih gorivnih ćelija - oko 60-70%. Visoke radne temperature omogućavaju kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije za stvaranje pare pod visokim pritiskom. Kombinovanje visokotemperaturne gorivne ćelije sa turbinom omogućava stvaranje hibridne gorivne ćelije za povećanje efikasnosti proizvodnje električne energije do 75%.

Čvrste oksidne gorive ćelije rade na vrlo visokim temperaturama (600°C–1000°C), što rezultira značajnim vremenom za postizanje optimalnih radnih uslova i sporijim odgovorom sistema na promjene u potrošnji energije. Na tako visokim radnim temperaturama nije potreban pretvarač za rekuperaciju vodonika iz goriva, što omogućava termoelektranu da radi sa relativno nečistim gorivima nastalim gasifikacijom uglja ili otpadnih gasova itd. Goriva ćelija je takođe odlična za aplikacije velike snage, uključujući industrijske i velike centralne elektrane. Komercijalno se proizvode moduli sa izlaznom električnom snagom od 100 kW.

Gorivne ćelije/ćelije direktnom oksidacijom metanola (DOMFC)

Tehnologija korištenja gorivnih ćelija s direktnom oksidacijom metanola prolazi kroz period aktivnog razvoja. Uspješno se dokazao u oblasti napajanja mobilnih telefona, laptopa, kao i za kreiranje prijenosnih izvora napajanja. To je ono čemu je usmjerena buduća upotreba ovih elemenata.

Dizajn gorivih ćelija sa direktnom oksidacijom metanola sličan je gorivnim ćelijama sa membranom za izmjenu protona (MEPFC), tj. Polimer se koristi kao elektrolit, a ion vodonika (proton) se koristi kao nosilac naboja. Međutim, tečni metanol (CH 3 OH) oksidira u prisustvu vode na anodi, oslobađajući CO 2, vodikove ione i elektrone, koji se šalju kroz vanjski električni krug, stvarajući tako električnu struju. Vodikovi joni prolaze kroz elektrolit i reagiraju s kisikom iz zraka i elektronima iz vanjskog kruga i formiraju vodu na anodi.

Reakcija na anodi: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reakcija na katodi: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Opća reakcija elementa: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Prednost ove vrste gorivnih ćelija je njihova mala veličina, zbog upotrebe tečnog goriva, te odsustvo potrebe za korištenjem pretvarača.

Alkalne gorivne ćelije/ćelije (ALFC)

Alkalne gorivne ćelije su jedna od najefikasnijih ćelija koje se koriste za proizvodnju električne energije, sa efikasnošću proizvodnje električne energije do 70%.

Alkalne gorive ćelije koriste elektrolit, vodeni rastvor kalijum hidroksida, koji se nalazi u poroznoj, stabilizovanoj matrici. Koncentracija kalijum hidroksida može varirati u zavisnosti od radne temperature gorivne ćelije, koja se kreće od 65°C do 220°C. Nosač naboja u SHTE je hidroksilni ion (OH -), koji se kreće od katode do anode, gdje reagira s vodonikom, proizvodeći vodu i elektrone. Voda proizvedena na anodi vraća se na katodu, ponovo stvarajući hidroksilne jone tamo. Kao rezultat ove serije reakcija koje se odvijaju u gorivim ćelijama, proizvodi se električna energija i, kao nusproizvod, toplina:

Reakcija na anodi: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reakcija na katodi: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Opšta reakcija sistema: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Prednost SHTE je u tome što su ove gorivne ćelije najjeftinije za proizvodnju, budući da katalizator potreban na elektrodama može biti bilo koja od supstanci koje su jeftinije od onih koje se koriste kao katalizatori za druge gorivne ćelije. SFC-ovi rade na relativno niskim temperaturama i spadaju među najefikasnije gorive ćelije - takve karakteristike mogu posljedično doprinijeti bržoj proizvodnji energije i visokoj efikasnosti goriva.

Jedna od karakterističnih karakteristika SHTE-a je njegova visoka osjetljivost na CO 2, koji može biti sadržan u gorivu ili zraku. CO 2 reaguje sa elektrolitom, brzo ga truje i uveliko smanjuje efikasnost gorivne ćelije. Stoga je upotreba SHTE ograničena na zatvorene prostore, kao što su svemirska i podvodna vozila, oni moraju raditi na čistom vodoniku i kisiku. Štaviše, molekuli kao što su CO, H2O i CH4, koji su sigurni za druge gorivne ćelije, pa čak i djeluju kao gorivo za neke od njih, štetni su za SHFC.

Gorivne ćelije polimernog elektrolita (PEFC)

U slučaju gorivnih ćelija s polimernim elektrolitom, polimerna membrana se sastoji od polimernih vlakana sa vodenim područjima u kojima postoji provodljivost vodenih jona H2O+ (proton, crvena) koja se vezuje za molekul vode). Molekuli vode predstavljaju problem zbog spore izmjene jona. Zbog toga je potrebna visoka koncentracija vode i u gorivu i na izlaznim elektrodama, ograničavajući radnu temperaturu na 100°C.

Čvrste kiselinske gorivne ćelije/ćelije (SFC)

U ćelijama sa čvrstim kiselim gorivom, elektrolit (CsHSO 4) ne sadrži vodu. Radna temperatura je dakle 100-300°C. Rotacija oksi aniona SO 4 2- omogućava protonima (crvenim) da se kreću kao što je prikazano na slici. Tipično, gorivna ćelija s čvrstom kiselinom je sendvič u kojem je vrlo tanak sloj čvrstog kiselinskog spoja u sendviču između dvije elektrode koje su čvrsto stisnute jedna uz drugu kako bi se osigurao dobar kontakt. Kada se zagrije, organska komponenta isparava, izlazeći kroz pore u elektrodama, održavajući mogućnost višestrukih kontakata između goriva (ili kisika na drugom kraju elementa), elektrolita i elektroda.

Inovativne energetski efikasne gradske toplinske i elektrane se obično grade na gorivim ćelijama čvrstog oksida (SOFC), gorivnim ćelijama s polimernim elektrolitom (PEFC), gorivim ćelijama sa fosfornom kiselinom (PAFC), gorivnim ćelijama s protonskom izmjenom (PEMFC) i alkalnim gorivnim ćelijama ( ALFC). Obično imaju sljedeće karakteristike:

Najprikladnijim treba smatrati čvrste oksidne gorivne ćelije (SOFC), koje:

• rade na višim temperaturama, smanjujući potrebu za skupim plemenitim metalima (kao što je platina)
• mogu raditi za razne vrste ugljovodonična goriva, uglavnom prirodni gas
• imaju duže vrijeme pokretanja i stoga su pogodniji za dugotrajno djelovanje
• pokazuju visoku efikasnost proizvodnje energije (do 70%)
• Zbog visokih radnih temperatura, jedinice se mogu kombinovati sa sistemima za prenos toplote, čime se ukupna efikasnost sistema dovodi do 85%
• imaju gotovo nultu emisiju, rade tiho i imaju niske radne zahtjeve u poređenju sa postojećim tehnologijama za proizvodnju energije

Budući da se male termoelektrane mogu priključiti na konvencionalnu mrežu za opskrbu plinom, gorive ćelije nisu potrebne odvojeni sistem snabdevanje vodonikom. Kada se koriste male termoelektrane na bazi čvrstih oksidnih gorivnih ćelija, proizvedena toplota se može integrisati u izmenjivače toplote za zagrevanje vode i vazduha za ventilaciju, povećavajući ukupnu efikasnost sistema. Ova inovativna tehnologija je najpogodnija za efikasnu proizvodnju električne energije bez potrebe za skupom infrastrukturom i integracijom složenih instrumenata.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija

Primena gorivnih ćelija/ćelija u telekomunikacionim sistemima

Zbog brzog širenja bežičnih komunikacionih sistema širom svijeta, kao i sve veće socio-ekonomske prednosti tehnologije mobilnih telefona, potreba za pouzdanim i isplativim rezervnim napajanjem postala je kritična. Gubici električne mreže tokom cijele godine zbog loših vremenskih uslova, prirodnih katastrofa ili ograničenog kapaciteta mreže predstavljaju stalni izazov za operatere mreže.

Tradicionalna rješenja za rezervno napajanje u telekomunikacijama uključuju baterije (olovno-kiselinska baterija regulirana ventilom) za kratkoročno rezervno napajanje i dizel i propan generatore za dugotrajno rezervno napajanje. Baterije su relativno jeftin izvor rezervnog napajanja za 1-2 sata. Međutim, baterije nisu prikladne za dugotrajno rezervno napajanje jer su skupe za održavanje, postaju nepouzdane nakon dugih perioda upotrebe, osjetljive su na temperature i opasne su po okoliš nakon odlaganja. Dizel i propan generatori mogu pružiti dugoročnu rezervnu snagu. Međutim, generatori mogu biti nepouzdani, zahtijevaju radno intenzivno održavanje i emituju visoke razine zagađivača i stakleničkih plinova.

Kako bi se prevazišla ograničenja tradicionalnih rješenja za rezervno napajanje, razvijena je inovativna tehnologija zelenih gorivnih ćelija. Gorivne ćelije su pouzdane, tihe, sadrže manje pokretnih dijelova od generatora, imaju širi raspon radnih temperatura od baterije: od -40°C do +50°C i, kao rezultat, pružaju izuzetno visok nivo uštede energije. Osim toga, životni troškovi takve instalacije su niži od troškova generatora. Niži troškovi gorivih ćelija su rezultat samo jedne posjete održavanja godišnje i značajno veće produktivnosti postrojenja. Na kraju krajeva, gorivne ćelije su rješenje zelene tehnologije s minimalnim utjecajem na okoliš.

Instalacije gorivih ćelija pružaju rezervnu snagu za kritične komunikacione mrežne infrastrukture za bežične, stalne i širokopojasne komunikacije u telekomunikacijskom sistemu, u rasponu od 250 W do 15 kW, nude mnoge inovativne karakteristike bez premca:

• POUZDANOST– malo pokretnih dijelova i nema pražnjenja u stanju pripravnosti
• UŠTEDU ENERGIJE
• SILENCE– nizak nivo buke
• ODRŽIVOST– radni opseg od -40°C do +50°C
• PRILAGOĐIVOST– ugradnja na otvorenom iu zatvorenom prostoru (kontejner/zaštitna posuda)
• HIGH POWER– do 15 kW
• NISKI ZAHTJEVI ZA ODRŽAVANJE– minimalno godišnje održavanje
• EKONOMSKI- atraktivni ukupni trošak vlasništva
• ZELENA ENERGIJA– niske emisije sa minimalnim uticajem na životnu sredinu

Sistem detektuje napon DC sabirnice u svakom trenutku i glatko prihvata kritična opterećenja ako napon DC sabirnice padne ispod zadate tačke koju je definisao korisnik. Sistem radi na vodoniku, koji se dovodi u dimnjak gorivih ćelija na jedan od dva načina - bilo iz industrijskog izvora vodonika ili iz tečnog goriva metanola i vode, koristeći integrisani reforming sistem.

Električnu energiju proizvodi gorivne ćelije u obliku jednosmjerne struje. DC snaga se prenosi na pretvarač, koji pretvara neregulisanu istosmjernu snagu koja dolazi iz gorivih ćelija u visokokvalitetno reguliranu istosmjernu snagu za potrebna opterećenja. Instalacije na gorivne ćelije mogu osigurati rezervnu snagu za mnogo dana jer je trajanje ograničeno samo količinom goriva vodonika ili metanola/vode.

Gorivne ćelije nude vrhunsku uštedu energije, poboljšanu pouzdanost sistema, predvidljivije performanse u širokom rasponu klimatskih uslova i pouzdanu operativnu izdržljivost u poređenju sa industrijskim standardnim olovnim baterijama sa regulacijom ventila. Životni troškovi su također niži zbog znatno nižih zahtjeva za održavanjem i zamjenom. Gorive ćelije nude ekološke prednosti krajnjem korisniku jer su troškovi odlaganja i rizici vezani za olovno-kiselinske ćelije sve veća zabrinutost.

Na performanse električnih baterija može negativno uticati širok spektar faktora kao što su nivo napunjenosti, temperatura, ciklus, životni vek i druge varijable. Osigurana energija će varirati ovisno o ovim faktorima i nije je lako predvidjeti. Ovi faktori relativno ne utiču na performanse gorivnih ćelija sa membranom za protonsku izmjenu (PEMFC) i mogu pružiti kritičnu snagu sve dok je gorivo dostupno. Povećana predvidljivost je važna prednost pri prelasku na gorivne ćelije za kritične aplikacije rezervnog napajanja.

Gorivne ćelije generišu energiju samo kada je gorivo isporučeno, slično kao kod generatora gasnih turbina, ali nemaju pokretne delove u oblasti proizvodnje. Stoga, za razliku od generatora, nisu podložni brzom trošenju i ne zahtijevaju stalno održavanje i podmazivanje.

Gorivo koje se koristi za pogon pretvarača goriva produženog trajanja je mješavina goriva od metanola i vode. Metanol je široko dostupno, komercijalno proizvedeno gorivo koje trenutno ima mnogo namjena, uključujući perače vjetrobrana, plastične boce, aditive za motore i emulzione boje, između ostalog. Metanol se lako transportuje, može se mešati sa vodom, ima dobru biorazgradljivost i ne sadrži sumpor. Ima nisku tačku smrzavanja (-71°C) i ne raspada se tokom dugotrajnog skladištenja.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija u komunikacijskim mrežama

Sigurne komunikacijske mreže zahtijevaju pouzdana rješenja za rezervno napajanje koja mogu raditi satima ili danima u hitnim situacijama ako električna mreža više nije dostupna.

Sa malo pokretnih dijelova i bez gubitka energije u stanju pripravnosti, inovativna tehnologija gorivnih ćelija nudi atraktivno rješenje za trenutne rezervne sisteme napajanja.

Najuvjerljiviji argument za korištenje tehnologije gorivnih ćelija u komunikacijskim mrežama je povećana ukupna pouzdanost i sigurnost. Tokom događaja kao što su nestanci struje, zemljotresi, oluje i uragani, važno je da sistemi nastave da rade i da im se obezbedi pouzdano rezervno napajanje tokom dužeg vremenskog perioda, bez obzira na temperaturu ili starost rezervnog sistema za napajanje.

Linija energetskih uređaja baziranih na gorivnim ćelijama idealna je za podršku klasificiranih komunikacijskih mreža. Zahvaljujući principima dizajna za uštedu energije, oni pružaju ekološki prihvatljivu, pouzdanu rezervnu snagu s produženim trajanjem (do nekoliko dana) za upotrebu u rasponu snage od 250 W do 15 kW.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija u podatkovnim mrežama

Pouzdano napajanje za mreže podataka, kao što su mreže za prenos podataka velike brzine i okosnice od optičkih vlakana, od ključne je važnosti u cijelom svijetu. Informacije koje se prenose preko takvih mreža sadrže kritične podatke za institucije kao što su banke, avio kompanije ili medicinski centri. Nestanak struje u takvim mrežama ne samo da predstavlja opasnost za prenošene informacije, već u pravilu dovodi i do značajnih finansijskih gubitaka. Pouzdane, inovativne instalacije gorivih ćelija koje pružaju rezervno napajanje pružaju pouzdanost potrebnu za osiguranje neprekidnog napajanja.

Jedinice gorivih ćelija, koje se napajaju mješavinom tečnog goriva metanola i vode, pružaju pouzdanu rezervnu snagu s produženim trajanjem, do nekoliko dana. Osim toga, ove jedinice imaju značajno smanjene zahtjeve za održavanjem u odnosu na generatore i baterije, zahtijevajući samo jednu posjetu održavanja godišnje.

Tipične karakteristike mjesta primjene za korištenje instalacija gorivnih ćelija u podatkovnim mrežama:

• Aplikacije sa količinama potrošnje energije od 100 W do 15 kW
• Aplikacije sa zahtjevima za trajanjem baterije > 4 sata
• Repetitori u optičkim sistemima (hijerarhija sinhronih digitalnih sistema, brzi internet, glas preko IP-a...)
• Mrežni čvorovi za brzi prijenos podataka
• WiMAX prijenosni čvorovi

Instalacije za rezervnu kopiju napajanja gorivim ćelijama nude brojne prednosti za kritičnu mrežnu infrastrukturu podataka u usporedbi s tradicionalnim akumulatorskim ili dizel generatorima, omogućavajući veće mogućnosti implementacije na licu mjesta:

1. Tehnologija tečnog goriva rješava problem postavljanja vodonika i pruža gotovo neograničenu rezervnu snagu.
2. Zahvaljujući tihom radu, maloj težini, otpornosti na temperaturne promjene i radu gotovo bez vibracija, gorive ćelije se mogu instalirati izvan zgrada, u industrijskim zgradama/kontejnerima ili na krovovima.
3. Pripreme za upotrebu sistema na licu mesta su brze i ekonomične, a operativni troškovi su niski.
4. Gorivo je biorazgradivo i predstavlja ekološki prihvatljivo rješenje za urbano okruženje.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija u sigurnosnim sistemima

Najpažljivije dizajnirani sigurnosni i komunikacijski sistemi zgrada pouzdani su samo onoliko koliko je pouzdano napajanje koje ih podržava. Iako većina sistema uključuje neku vrstu neprekinutog rezervnog sistema napajanja za kratkoročne gubitke struje, oni ne prihvataju dugotrajne nestanke struje koji mogu nastati nakon prirodnih katastrofa ili terorističkih napada. Ovo bi moglo biti kritično pitanje za mnoge korporativne i vladine agencije.

Vitalni sistemi kao što su CCTV sistemi za nadzor i kontrolu pristupa (čitači ID kartica, uređaji za zaključavanje vrata, tehnologija biometrijske identifikacije, itd.), automatski sistemi za dojavu požara i gašenje požara, sistemi upravljanja liftovima i telekomunikacijske mreže, su u opasnosti u nedostatku pouzdano, dugotrajno alternativno napajanje.

Dizel agregati prave veliku buku, teško ih je postaviti i imaju dobro poznate probleme sa svojom pouzdanošću i tehničko održavanje. Nasuprot tome, instalacija gorivih ćelija koja obezbjeđuje rezervno napajanje je tiha, pouzdana, proizvodi nultu ili vrlo nisku emisiju i može se lako instalirati na krov ili izvan zgrade. Ne prazni se niti gubi struju u stanju pripravnosti. Osigurava nastavak rada kritičnih sistema, čak i nakon što objekat prestane sa radom i zgrada se napusti.

Inovativne instalacije gorivnih ćelija štite skupa ulaganja u kritične aplikacije. Oni pružaju ekološki prihvatljivu, pouzdanu rezervnu snagu sa produženim trajanjem (do mnogo dana) za upotrebu u rasponu snage od 250 W do 15 kW, u kombinaciji sa brojnim karakteristikama bez premca i, posebno, visokim nivoom uštede energije.

Instalacije za rezervno napajanje gorivim ćelijama nude brojne prednosti za kritične aplikacije kao što su sigurnost i sistemi kontrole zgrada u odnosu na tradicionalne aplikacije na baterije ili dizel generatore. Tehnologija tečnog goriva rješava problem postavljanja vodonika i pruža gotovo neograničenu rezervnu snagu.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija u gradskom grijanju i proizvodnji električne energije

Čvrste oksidne gorive ćelije (SOFC) pružaju pouzdane, energetski efikasne termoelektrane bez emisija za proizvodnju električne energije i topline iz široko dostupnog prirodnog plina i obnovljivih izvora goriva. Ove inovativne instalacije se koriste na različitim tržištima, od proizvodnje električne energije u kući do daljinskog napajanja, kao i pomoćnih izvora napajanja.

Ove jedinice za uštedu energije proizvode toplinu za grijanje prostora i grijanje vode, kao i električnu energiju koja se može koristiti u kući i vraćati u mrežu. Distribuirani izvori za proizvodnju energije mogu uključivati ​​fotonaponske (solarne) ćelije i mikrovjetroturbine. Ove tehnologije su vidljive i nadaleko poznate, ali njihov rad ovisi o vremenskim uvjetima i ne mogu dosljedno proizvoditi električnu energiju tijekom cijele godine. Termoelektrane mogu varirati u snazi ​​od manje od 1 kW do 6 MW ili više.

Primjena gorivnih ćelija/ćelija u distributivnim mrežama

Male termoelektrane su dizajnirane da rade u distribuiranoj mreži za proizvodnju električne energije koja se sastoji od velikog broja malih agregata umjesto jedne centralizirane elektrane.

Na slici ispod prikazan je gubitak u efikasnosti proizvodnje električne energije kada se proizvodi u termoelektrani i prenosi u domove kroz tradicionalne mreže za prenos električne energije koje se trenutno koriste. Gubici efikasnosti u centraliziranoj proizvodnji uključuju gubitke iz elektrane, niskonaponske i visokonaponske prijenose i gubitke u distribuciji.

Na slici su prikazani rezultati integracije malih termoelektrana: električna energija se proizvodi sa efikasnošću proizvodnje do 60% na mjestu korištenja. Uz to, domaćinstvo može koristiti toplinu koju generiraju gorivne ćelije za zagrijavanje vode i prostora, čime se povećava ukupna efikasnost obrade energije goriva i povećava ušteda energije.

Upotreba gorivnih ćelija za zaštitu okoliša - korištenje povezanog naftnog plina

Jedan od najvažnijih zadataka u naftnoj industriji je korištenje pratećeg naftnog plina. Postojeći načini korišćenja pratećeg naftnog gasa imaju dosta nedostataka, od kojih je glavni taj što nisu ekonomski isplativi. Sagorijeva se prateći naftni plin, što uzrokuje ogromnu štetu okolišu i zdravlju ljudi.

Inovativne termoelektrane koje koriste gorivne ćelije koje koriste povezani naftni plin kao gorivo otvaraju put radikalnom i isplativom rješenju problema korištenja povezanog naftnog plina.

1. Jedna od glavnih prednosti instalacija na gorive ćelije je da mogu pouzdano i stabilno raditi na pratećem naftnom plinu promjenjivog sastava. Zbog hemijske reakcije bez plamena koja je u osnovi rada gorivne ćelije, smanjenje procenta, na primjer, metana samo uzrokuje odgovarajuće smanjenje izlazne snage.
2. Fleksibilnost u odnosu na električno opterećenje potrošača, pad, prenapon opterećenja.
3. Za ugradnju i priključenje termoelektrana na gorivne ćelije, njihova realizacija ne zahtijeva kapitalne troškove, jer Jedinice se lako mogu instalirati na nepripremljenim lokacijama u blizini polja, jednostavne su za upotrebu, pouzdane i efikasne.
4. Visoka automatizacija i moderno daljinsko upravljanje ne zahtijevaju stalno prisustvo osoblja na instalaciji.
5. Jednostavnost i tehničko savršenstvo dizajna: odsustvo pokretnih dijelova, trenja i sistema za podmazivanje daje značajne ekonomske koristi od rada instalacija gorivih ćelija.
6. Potrošnja vode: nema na temperaturi okoline do +30 °C i zanemarljiva na višim temperaturama.
7. Izlaz vode: nema.
8. Osim toga, termoelektrane koje koriste gorivne ćelije ne proizvode buku, ne vibriraju,

Gorivne ćelije su metoda elektrohemijskog pretvaranja energije vodikovog goriva u električnu energiju, a jedini nusprodukt ovog procesa je voda.

Vodonično gorivo koje se trenutno koristi u gorivim ćelijama obično se proizvodi parnim reformiranjem metana (tj. pretvaranjem ugljovodonika pomoću pare i topline u metan), iako se može koristiti ekološki pristup, kao što je elektroliza vode korištenjem sunčeve energije.

Glavne komponente gorive ćelije su:

• anoda u kojoj dolazi do oksidacije vodika;
• katoda, na kojoj dolazi do redukcije kisika;
• polimerna elektrolitska membrana kroz koju se transportuju protoni ili hidroksidni ioni (ovisno o mediju) - ne propušta vodonik i kisik;
• strujna polja kiseonika i vodonika, koji su odgovorni za isporuku ovih gasova do elektrode.

Za napajanje automobila, na primjer, nekoliko gorivih ćelija se sklapa u bateriju, a količina energije koju ta baterija isporučuje ovisi o ukupnoj površini elektroda i broju ćelija u njoj. Energija u gorivnoj ćeliji se stvara na sljedeći način: vodik se oksidira na anodi, a elektroni iz njega šalju se na katodu, gdje se redukuje kisik. Elektroni dobijeni oksidacijom vodika na anodi imaju veći hemijski potencijal od elektrona koji redukuju kiseonik na katodi. Ova razlika između hemijskih potencijala elektrona omogućava da se energija izvuče iz gorivih ćelija.

Istorija stvaranja

Istorija gorivih ćelija datira iz 1930-ih, kada je prvu vodoničnu gorivu ćeliju dizajnirao William R. Grove. Ova ćelija koristila je sumpornu kiselinu kao elektrolit. Grove je pokušao da nanese bakar iz vodenog rastvora bakar sulfata na površinu gvožđa. Primijetio je da se pod utjecajem struje elektrona voda raspada na vodonik i kisik. Nakon ovog otkrića, Grove i njegov kolega Christian Schönbein, hemičar sa Univerziteta u Bazelu (Švajcarska), istovremeno su 1839. demonstrirali mogućnost proizvodnje energije u vodikovo-kiseoničnoj gorivnoj ćeliji koristeći kiseli elektrolit. Ovi prvi pokušaji, iako prilično primitivni po prirodi, privukli su pažnju nekolicine njihovih savremenika, uključujući Michaela Faradaya.

Istraživanja gorivnih ćelija su se nastavila, a 1930-ih F.T. Bacon je u alkalnu gorivu ćeliju (vrstu gorivne ćelije) uveo novu komponentu - membranu za izmjenu jona koja olakšava transport hidroksidnih jona.

Jedna od najpoznatijih istorijskih primena alkalnih gorivnih ćelija je njihova upotreba kao glavnog izvora energije tokom svemirskih letova u programu Apolo.

NASA ih je odabrala zbog njihove izdržljivosti i tehničke stabilnosti. Koristili su membranu koja provode hidroksid, koja je bila superiornija u efikasnosti od svoje sestre za izmjenu protona.

U skoro dva veka od stvaranja prvog prototipa gorivih ćelija, mnogo je urađeno na njihovom poboljšanju. Općenito, konačna energija dobivena iz gorivne ćelije ovisi o kinetici redoks reakcije, unutrašnjem otporu ćelije i prijenosu mase reagujućih plinova i jona na katalitički aktivne komponente. Tokom godina, mnoga poboljšanja su napravljena na originalnoj ideji, kao što su:

1) zamena platinastih žica elektrodama na bazi ugljenika sa nanočesticama platine; 2) pronalazak visoko provodljivih i selektivnih membrana, kao što je Nafion, za olakšavanje transporta jona; 3) kombinovanje katalitičkog sloja, na primer, nanočestica platine raspoređenih preko ugljenične baze, sa membranama za izmjenu jona, što rezultira membransko-elektrodnom jedinicom sa minimalnim unutrašnjim otporom; 4) korišćenje i optimizacija polja protoka za isporuku vodonika i kiseonika na katalitičku površinu, umesto direktnog razblaživanja u rastvoru.

Ova i druga poboljšanja na kraju su proizvela tehnologiju dovoljno efikasnu da se koristi u automobilima kao što je Toyota Mirai.

Gorivne ćelije sa membranama za izmjenu hidroksila

Univerzitet Delaware provodi istraživanje o razvoju gorivnih ćelija sa membranom za izmjenu hidroksida (HEMFC). Gorivne ćelije sa membranama za izmjenu hidroksila umjesto membrana za izmjenu protona - PEMFC (gorivne ćelije s protonskom izmjenom membrane) - manje se suočavaju s jednim od velikih problema PEMFC-a - problemom stabilnosti katalizatora, budući da je mnogo više katalizatora baznih metala stabilno u alkalnim uvjetima nego u kiselim uslovima. Stabilnost katalizatora u alkalnim otopinama je veća zbog činjenice da se otapanjem metala oslobađa više energije pri niskom pH nego pri visokom pH. Veliki dio rada u ovoj laboratoriji također je posvećen razvoju novih anodnih i katodnih katalizatora za reakcije oksidacije vodonika i redukcije kisika kako bi se one još učinkovitije ubrzale. Osim toga, laboratorij razvija nove membrane za izmjenu hidroksila, budući da provodljivost i trajnost takvih membrana još treba poboljšati kako bi mogle biti konkurentne membranama za izmjenu protona.

Potražite nove katalizatore

Uzrok gubitaka prenapona u reakciji redukcije kisika objašnjava se linearnim odnosima skale između međuproizvoda ove reakcije. U tradicionalnom mehanizmu ove reakcije sa četiri elektrona, kiseonik se sekvencijalno redukuje, stvarajući međuprodukte OOH*, O* i OH*, da bi se konačno formirala voda (H2O) na katalitičkoj površini. Budući da su energije adsorpcije međuproizvoda za pojedinačni katalizator u visokoj korelaciji jedna s drugom, još nije pronađen nijedan katalizator koji, barem u teoriji, ne bi imao gubitke zbog prenapona. Iako je brzina ove reakcije niska, zamjena kisele sredine alkalnom, kao što je HEMFC, ne utiče posebno na nju. Međutim, brzina reakcije oksidacije vodika se smanjuje za skoro polovinu, a ta činjenica motivira istraživanja usmjerena na pronalaženje razloga za ovo smanjenje i otkrivanje novih katalizatora.

Prednosti gorivnih ćelija

Za razliku od ugljikovodičnih goriva, gorive ćelije su više, ako ne i potpuno, ekološki prihvatljivije i ne proizvode stakleničke plinove kao rezultat svog rada. Štaviše, njihovo gorivo (vodonik) je u principu obnovljivo jer se može proizvesti hidrolizom vode. Dakle, vodonične gorivne ćelije u budućnosti obećavaju da će postati potpuni dio procesa proizvodnje energije, u kojem se solarna energija i energija vjetra koriste za proizvodnju vodikovog goriva, koje se zatim koristi u gorivim ćelijama za proizvodnju vode. Ovo zatvara ciklus i ne ostavlja ugljični otisak.

Za razliku od punjivih baterija, gorivne ćelije imaju prednost u tome što ih nije potrebno puniti - mogu odmah početi s opskrbom energijom čim zatreba. Odnosno, ako se koriste, na primjer, u oblasti vozila, onda gotovo da neće biti promjena na strani potrošača. Za razliku od solarne energije i energije vjetra, gorivne ćelije mogu stalno proizvoditi energiju i mnogo manje zavise od vanjskih uvjeta. Zauzvrat, geotermalna energija je dostupna samo u određenim geografskim područjima, dok gorive ćelije opet nemaju ovaj problem.

Vodikove gorive ćelije su među najperspektivnijim izvorima energije zbog svoje prenosivosti i fleksibilnosti u mjerilu.

Teškoća skladištenja vodonika

Pored problema sa nedostacima postojećih membrana i katalizatora, drugi tehnički izazovi za gorive ćelije odnose se na skladištenje i transport vodikovog goriva. Vodik ima vrlo nisku specifičnu energiju po jedinici zapremine (količina energije sadržana u jedinici zapremine pri datoj temperaturi i pritisku) i stoga se mora skladištiti pod veoma visokim pritiskom da bi se koristio u vozilima. Inače će veličina posude za skladištenje potrebne količine goriva biti nemoguće velika. Zbog ovih ograničenja skladištenja vodika, pokušaji su da se pronađu načini za proizvodnju vodika iz nečeg drugog osim njegovog plinovitog oblika, kao što je u gorivnim ćelijama metal-hidrida. Međutim, trenutne aplikacije na gorivim ćelijama za potrošače, kao što je Toyota Mirai, koriste superkritični vodonik (vodonik koji se drži na temperaturama iznad 33 K i pritisku iznad 13,3 atmosfere, odnosno iznad kritičnih vrijednosti), i ovo je sada najpogodnija opcija.

Izgledi za region

Zbog trenutnih tehničkih poteškoća i izazova u proizvodnji vodonika iz vode korištenjem solarne energije, istraživanja u bliskoj budućnosti će se vjerovatno fokusirati prvenstveno na pronalaženje alternativnih izvora vodonika. Jedna popularna ideja je da se koristi amonijak (vodikov nitrid) direktno u gorivnoj ćeliji umjesto vodonika, ili da se vodik pravi od amonijaka. Razlog tome je što je amonijak manje zahtjevan u pogledu pritiska, što ga čini pogodnijim za skladištenje i kretanje. Osim toga, amonijak je atraktivan kao izvor vodika jer ne sadrži ugljik. Time se rješava problem trovanja katalizatora zbog nekog CO u vodiku proizvedenom iz metana.

U budućnosti, gorivne ćelije mogu imati široku primjenu u tehnologiji mobilnosti i distribuiranoj proizvodnji energije, kao što su stambena područja. Iako korištenje gorivnih ćelija kao glavnog izvora energije trenutno zahtijeva mnogo novca, ako se otkriju jeftiniji i efikasniji katalizatori, stabilne membrane visoke provodljivosti i alternativni izvori vodika, vodonične gorivne ćelije mogu postati vrlo ekonomski atraktivne.

Hemijski procesi u gorivnoj ćeliji

Gorivne ćelije koriste elektrohemijski proces za kombinovanje vodonika sa kiseonikom dobijenim iz vazduha. Kao i baterije, gorivne ćelije koriste elektrode (čvrste električne provodnike) u elektrolitu (električno provodljivom mediju). Kada molekule vodika dođu u kontakt sa negativnom elektrodom (anodom), potonja se razdvaja na protone i elektrone. Protoni prolaze kroz membranu za izmjenu protona (POEM) do pozitivne elektrode (katode) gorivne ćelije, proizvodeći električnu energiju. Hemijska kombinacija molekula vodika i kiseonika se javlja kako bi se formirala voda kao nusprodukt ove reakcije. Jedina vrsta emisije iz gorivne ćelije je vodena para.
Električna energija koju proizvode gorivne ćelije može se koristiti u električnom pogonu vozila (koji se sastoji od pretvarača električne energije i indukcionog motora na izmjeničnu struju) kako bi se osigurala mehanička energija za pogon vozila. Posao pretvarača električne energije je da pretvori jednosmjernu struju koju proizvode gorivne ćelije u naizmjeničnu struju koja pokreće vučni motor vozila.

Dijagram gorivne ćelije sa membranom za izmjenu protona:
1 - anoda;
2 - membrana za izmjenu protona (PEM);
3 - katalizator (crveni);
4 - katoda

Goriva ćelija sa membranom za protonsku izmjenu (PEMFC) koristi jednu od najjednostavnijih reakcija bilo koje gorivne ćelije.

Jednoćelijska gorivna ćelija

Pogledajmo kako goriva ćelija radi. Anoda, negativni terminal gorivne ćelije, provodi elektrone koji su oslobođeni molekula vodika tako da se mogu koristiti u vanjskom električnom kolu. Da bi se to postiglo, kanali su urezani u njega, ravnomjerno raspoređujući vodonik po cijeloj površini katalizatora. Katoda (pozitivni pol gorivne ćelije) ima urezane kanale koji distribuiraju kisik po površini katalizatora. Također provodi elektrone nazad iz vanjske petlje (kola) do katalizatora, gdje se mogu kombinirati s vodikovim ionima i kisikom kako bi formirali vodu. Elektrolit je membrana za izmjenu protona. Ovo je poseban materijal koji je sličan običnoj plastici, ali ima sposobnost da propušta pozitivno nabijene jone i blokira prolaz elektrona.
Katalizator je poseban materijal koji olakšava reakciju između kisika i vodika. Katalizator se obično pravi od platine u prahu nanesenog u vrlo tankom sloju na karbonski papir ili tkaninu. Katalizator mora biti hrapav i porozan kako bi njegova površina mogla doći u maksimalan kontakt s vodonikom i kisikom. Platinum obložena strana katalizatora nalazi se ispred membrane za izmjenu protona (PEM).
Gas vodonik (H2) se dovodi do gorivne ćelije pod pritiskom sa anode. Kada molekul H2 dođe u kontakt s platinom na katalizatoru, on se dijeli na dva dijela, dva jona (H+) i dva elektrona (e–). Elektroni se provode kroz anodu, gdje prolaze kroz vanjsku petlju (kolo) obavljajući koristan rad (kao što je pokretanje elektromotora) i vraćaju se na katodnu stranu gorivne ćelije.
U međuvremenu, na katodnoj strani gorivne ćelije, gas kisika (O 2 ) se probija kroz katalizator, gdje formira dva atoma kisika. Svaki od ovih atoma ima snažan negativni naboj, koji privlači dva H+ jona preko membrane, gdje se oni spajaju s atomom kisika i dva elektrona iz vanjskog kruga kako bi formirali molekul vode (H 2 O).
Ova reakcija u jednoj gorivnoj ćeliji proizvodi približno 0,7 W snage. Da bi se snaga podigla na potrebnu razinu, mnoge pojedinačne gorivne ćelije moraju se kombinirati kako bi se formirao snop gorivih ćelija.
POM gorivne ćelije rade na relativno niskim temperaturama (oko 80°C), što znači da se mogu brzo podići na radnu temperaturu i ne zahtijevaju skupe sisteme hlađenja. Kontinuirana poboljšanja tehnologije i materijala koji se koriste u ovim ćelijama približila su njihovu snagu nivou na kojem baterija takvih gorivnih ćelija, koja zauzima mali dio prtljažnika automobila, može osigurati energiju potrebnu za vožnju automobila.
Tokom proteklih godina, većina vodećih svjetskih proizvođača automobila uložila je velika sredstva u razvoj dizajna vozila koji koriste gorivne ćelije. Mnogi su već demonstrirali vozila na gorive ćelije sa zadovoljavajućom snagom i karakteristikama performansi, iako su bila prilično skupa.
Poboljšanje dizajna takvih automobila je veoma intenzivno.

Vozilo na gorivne ćelije koristi elektranu koja se nalazi ispod poda vozila

NECAR V je baziran na automobilu Mercedes-Benz A-klase, pri čemu se cijela elektrana, zajedno sa gorivnim ćelijama, nalazi ispod poda automobila. Ovo dizajnersko rješenje omogućava smještaj četiri putnika i prtljage u automobilu. Ovdje se kao gorivo za automobil ne koristi vodonik, već metanol. Metanol se pomoću reformera (uređaja koji metanol pretvara u vodonik) pretvara u vodonik neophodan za napajanje gorivne ćelije. Korištenje reformatora u automobilu omogućava korištenje gotovo svih ugljikovodika kao goriva, što vam omogućava da gorivo napunite automobil na gorive ćelije koristeći postojeću mrežu benzinskih postaja. U teoriji, gorivne ćelije ne proizvode ništa osim struje i vode. Pretvaranje goriva (benzin ili metanol) u vodonik potreban za gorivu ćeliju donekle smanjuje ekološku privlačnost takvog automobila.
Honda, koja se bavi gorivnim ćelijama od 1989. godine, proizvela je malu seriju automobila Honda FCX-V4 sa gorivnim ćelijama za izmjenu protona 2003. membranski tip od Ballarda. Ove gorivne ćelije proizvode 78 kW električna energija, a za pogon pogonskih kotača koriste se vučni elektromotori snage 60 kW i obrtnog momenta od 272 Nm odlična dinamika, a rezerva komprimovanog vodonika omogućava domet do 355 km.

Honda FCX za vožnju koristi električnu energiju koju proizvode gorivne ćelije.
Honda FCX je prvo vozilo na gorivne ćelije na svijetu koje je dobilo vladinu certifikaciju u Sjedinjenim Državama. Automobil je certificiran prema ZEV - Zero Emission Vehicle standardima. Honda još neće prodavati ove automobile, ali iznajmljuje oko 30 automobila po jedinici. Kaliforniji i Tokiju, gdje već postoji infrastruktura za punjenje vodonikom.

Konceptno vozilo General Motorsa Hy Wire ima pogon na gorive ćelije

General Motors provodi opsežna istraživanja razvoja i stvaranja vozila na gorive ćelije.

Hy Wire šasija automobila

Konceptualni automobil GM Hy Wire je izdao 26 patenata. Osnova automobila je funkcionalna platforma debljine 150 mm. Unutar platforme nalaze se boce vodonika, elektrana na gorive ćelije i sistemi upravljanja vozilom koji se koriste Najnovije tehnologije elektronska kontrola putem žice. Šasija Hy Wire vozila je tanka platforma koja obuhvata sve glavne strukturne elemente vozila: rezervoare za vodonik, gorivne ćelije, baterije, električne motore i upravljačke sisteme. Ovakav pristup dizajnu omogućava promenu karoserije automobila tokom rada. Kompanija takođe testira prototip Opel automobila sa gorivnim ćelijama i projektuje postrojenje za proizvodnju gorivnih ćelija.

Dizajn "sigurnog" rezervoara za tečni vodonik:
1 - uređaj za punjenje;
2 - vanjski rezervoar;
3 - oslonci;
4 - senzor nivoa;
5 - unutrašnji rezervoar;
6 - linija za punjenje;
7 - izolacija i vakuum;
8 - grijač;
9 - montažna kutija

BMW posvećuje veliku pažnju problemu korištenja vodonika kao goriva za automobile. Zajedno sa Magna Steyer, poznatom po svom radu na korištenju tečnog vodonika u istraživanju svemira, BMW je razvio rezervoar za gorivo za tečni vodonik koji se može koristiti u automobilima.

Testovi su potvrdili sigurnost korištenja rezervoara za gorivo s tekućim vodikom

Kompanija je provela niz ispitivanja sigurnosti konstrukcije koristeći standardne metode i potvrdila njenu pouzdanost.
2002. godine, na sajmu automobila u Frankfurtu na Majni (Njemačka), prikazan je Mini Cooper Hydrogen, koji koristi tečni vodonik kao gorivo. Rezervoar za gorivo Ovaj automobil zauzima isti prostor kao i običan rezervoar za gas. Vodonik se u ovom automobilu ne koristi za gorive ćelije, već kao gorivo za motor sa unutrašnjim sagorevanjem.

Prvi serijski automobil na svijetu s gorivnom ćelijom umjesto baterije

BMW je 2003. godine najavio proizvodnju prvog serijskog automobila sa gorivnom ćelijom, BMW 750 hL. Baterija gorivih ćelija koristi se umjesto tradicionalne baterije. Ovaj automobil ima 12-cilindarski motor sa unutrašnjim sagorevanjem koji radi na vodonik, a gorivna ćelija služi kao alternativa konvencionalnoj bateriji, omogućavajući klima-uređaju i drugim električnim potrošačima da rade kada je automobil parkiran duže vreme bez motora.

Punjenje vodonikom vrši robot, vozač nije uključen u ovaj proces

Ista kompanija BMW razvila je i robotske dozatore goriva koji omogućavaju brzo i sigurno punjenje automobila tečnim vodonikom.
Pojava u posljednjih nekoliko godina velikog broja razvoja usmjerenih na stvaranje automobila koji koriste alternativna goriva i alternativne pogone sugerira da će motori s unutarnjim sagorijevanjem, koji su dominirali automobilima u prošlom stoljeću, na kraju ustupiti mjesto čistijim, efikasnijim i tihim dizajnom. Njihovo široko usvajanje trenutno nije ograničeno tehničkim, već ekonomskim i društvenim problemima. Za njihovu široku upotrebu potrebno je stvoriti određenu infrastrukturu za razvoj proizvodnje alternativnih goriva, stvaranje i distribuciju novih benzinskih stanica i prevazići niz psiholoških barijera. Upotreba vodonika kao goriva za vozila zahtijevat će rješavanje problema skladištenja, isporuke i distribucije, uz primjenu ozbiljnih mjera sigurnosti.
Vodik je teoretski dostupan u neograničenim količinama, ali njegova proizvodnja je energetski vrlo intenzivna. Osim toga, da bi se automobili pretvorili u pogon na vodikovo gorivo, potrebno je izvršiti dvije velike promjene u elektroenergetskom sistemu: prvo, prebaciti njegov rad sa benzina na metanol, a zatim, kroz neko vrijeme, na vodonik. Proći će neko vrijeme prije nego što se ovaj problem riješi.

Opis:

Ovaj članak detaljnije ispituje njihov dizajn, klasifikaciju, prednosti i nedostatke, opseg primjene, učinkovitost, povijest stvaranja i moderne izglede za upotrebu.

Upotreba gorivnih ćelija za napajanje zgrada

Dio 1

Ovaj članak detaljnije ispituje princip rada gorivnih ćelija, njihov dizajn, klasifikaciju, prednosti i nedostatke, opseg primjene, efikasnost, povijest stvaranja i moderne izglede za korištenje. U drugom dijelu članka, koji će biti objavljen u narednom broju časopisa ABOK, daje primjere objekata u kojima su različite vrste gorivih ćelija korištene kao izvori topline i napajanja (ili samo napajanja).

Uvod

Gorivne ćelije su vrlo efikasan, pouzdan, izdržljiv i ekološki prihvatljiv način za proizvodnju energije.

Prvobitno korištene samo u svemirskoj industriji, gorivne ćelije se danas sve više koriste u raznim oblastima - kao stacionarne elektrane, toplinske i strujne jedinice za zgrade, motori vozila, napajanja za laptopove i mobilne telefone. Neki od ovih uređaja su laboratorijski prototipovi, neki su podvrgnuti testiranju prije proizvodnje ili se koriste u demonstracijske svrhe, ali mnogi modeli se masovno proizvode i koriste u komercijalnim projektima.

Goriva ćelija (elektrohemijski generator) je uređaj koji direktno pretvara hemijsku energiju goriva (vodonik) u električnu energiju putem elektrohemijske reakcije, za razliku od tradicionalnih tehnologija koje koriste sagorevanje čvrstih, tečnih i gasovitih goriva. Direktna elektrohemijska konverzija goriva je veoma efikasna i atraktivna sa ekološke tačke gledišta, jer proces rada proizvodi minimalnu količinu zagađivača i nema jake buke i vibracija.

Sa praktične tačke gledišta, gorivna ćelija liči na konvencionalnu naponsku bateriju. Razlika je u tome što je baterija inicijalno napunjena, odnosno napunjena "gorivom". Tokom rada, „gorivo“ se troši i baterija se prazni. Za razliku od baterije, gorivna ćelija koristi gorivo dopremljeno iz vanjskog izvora za proizvodnju električne energije (slika 1).

Za proizvodnju električne energije može se koristiti ne samo čisti vodik, već i druge sirovine koje sadrže vodonik, na primjer, prirodni plin, amonijak, metanol ili benzin. Kao izvor kiseonika, takođe neophodan za reakciju, koristi se običan vazduh.

Prilikom korištenja čistog vodika kao goriva, produkti reakcije, osim električne energije, su toplina i voda (ili vodena para), odnosno plinovi koji uzrokuju zagađenje zraka ili izazivaju efekat staklene bašte se ne emituju u atmosferu. Ako se sirovina koja sadrži vodik, kao što je prirodni plin, koristi kao gorivo, drugi plinovi kao što su ugljični i dušikovi oksidi bit će nusproizvod reakcije, ali količina je mnogo manja nego kada se sagorijeva ista količina prirodnog gas.

Proces hemijskog pretvaranja goriva u proizvodnju vodonika naziva se reforming, a odgovarajući uređaj se naziva reformer.

Prednosti i nedostaci gorivnih ćelija

Gorivne ćelije su energetski efikasnije od motora sa unutrašnjim sagorevanjem jer ne postoji termodinamičko ograničenje energetske efikasnosti za gorivne ćelije. Efikasnost gorivih ćelija je 50%, dok je efikasnost motora sa unutrašnjim sagorevanjem 12-15%, a efikasnost parnih turbinskih elektrana ne prelazi 40%. Korišćenjem toplote i vode, efikasnost gorivnih ćelija se dodatno povećava.

Za razliku od, na primer, motora sa unutrašnjim sagorevanjem, efikasnost gorivih ćelija ostaje veoma visoka čak i kada ne rade punom snagom. Osim toga, snaga gorivnih ćelija može se povećati jednostavnim dodavanjem pojedinačnih jedinica, a efikasnost se ne mijenja, odnosno velike instalacije su jednako efikasne kao i male. Ove okolnosti omogućavaju vrlo fleksibilan odabir sastava opreme u skladu sa željama kupca i u konačnici dovode do smanjenja troškova opreme.

Važna prednost gorivnih ćelija je njihova ekološka prihvatljivost. Emisije gorivih ćelija su toliko niske da u nekim dijelovima Sjedinjenih Država njihov rad ne zahtijeva posebno odobrenje vladinih regulatora kvaliteta zraka.

Gorivne ćelije se mogu postaviti direktno u zgradu, smanjujući gubitke tokom transporta energije, a toplota nastala kao rezultat reakcije može se koristiti za snabdevanje zgrade toplotom ili toplom vodom. Autonomni izvori toplote i električne energije mogu biti veoma korisni u udaljenim područjima i regionima koje karakteriše nedostatak električne energije i njena visoka cena, ali istovremeno postoje rezerve sirovina koje sadrže vodonik (nafta, prirodni gas).

Prednosti gorivnih ćelija su i dostupnost goriva, pouzdanost (nema pokretnih dijelova u gorivnoj ćeliji), izdržljivost i lakoća rada.

Jedan od glavnih nedostataka gorivnih ćelija današnjice je njihova relativno visoka cijena, ali ovaj nedostatak se uskoro može prevazići - sve više kompanija proizvodi komercijalne uzorke gorivnih ćelija, one se stalno poboljšavaju, a njihova cijena sve je manja.

Najefikasniji način je korištenje čistog vodonika kao goriva, ali to će zahtijevati stvaranje posebne infrastrukture za njegovu proizvodnju i transport. Trenutno svi komercijalni modeli koriste prirodni plin i slična goriva. Motorna vozila mogu koristiti običan benzin, što će omogućiti održavanje postojeće razvijene mreže benzinskih pumpi. Međutim, upotreba takvog goriva dovodi do štetnih emisija u atmosferu (iako vrlo niskih) i komplikuje (i stoga povećava cijenu) gorivne ćelije. U budućnosti se razmatra mogućnost korištenja ekološki prihvatljivih obnovljivih izvora energije (na primjer, sunčeve ili vjetroelektrane) za razlaganje vode na vodik i kisik pomoću elektrolize, a zatim pretvaranje dobivenog goriva u gorivu ćeliju. Ovakva kombinovana postrojenja, koja rade u zatvorenom ciklusu, mogu predstavljati potpuno ekološki prihvatljiv, pouzdan, izdržljiv i efikasan izvor energije.

Još jedna karakteristika gorivih ćelija je da su najefikasnije kada koriste i električnu i toplotnu energiju istovremeno. Međutim, nema svaki objekat mogućnost korištenja toplinske energije. Ako se gorive ćelije koriste samo za proizvodnju električne energije, njihova efikasnost se smanjuje, iako premašuje efikasnost “tradicionalnih” instalacija.

Istorija i savremena upotreba gorivnih ćelija

Princip rada gorivih ćelija otkriven je 1839. godine. Engleski naučnik William Robert Grove (1811-1896) otkrio je da je proces elektrolize - razlaganje vode na vodonik i kiseonik putem električne struje - reverzibilan, odnosno da se vodonik i kiseonik mogu kombinovati u molekule vode bez sagorevanja, ali sa oslobađanjem. toplote i električne struje. Grove je uređaj u kojem je takva reakcija bila moguća nazvao "plinska baterija", koja je bila prva gorivna ćelija.

Aktivan razvoj tehnologija za korištenje gorivnih ćelija započeo je nakon Drugog svjetskog rata, a povezan je sa zrakoplovnom industrijom. U to vrijeme je u toku potraga za efikasnim i pouzdanim, ali u isto vrijeme prilično kompaktnim izvorom energije. U 1960-im, stručnjaci NASA-e (Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir, NASA) odabrali su gorivne ćelije kao izvor energije za letjelice Apollo (letovi na Mjesec), Apollo-Soyuz, Gemini i Skylab. Svemirska letjelica Apollo koristila je tri elektrane od 1,5 kW (2,2 kW) koje koriste kriogeni vodik i kisik za proizvodnju električne energije, topline i vode. Masa svake instalacije bila je 113 kg. Ove tri ćelije su radile paralelno, ali energija koju je proizvela jedna jedinica bila je dovoljna za siguran povratak. Tokom 18 letova, gorivne ćelije su radile ukupno 10.000 sati bez ikakvih kvarova. Trenutno se gorivne ćelije koriste u Space Shuttleu, koji koristi tri jedinice od 12 W za generiranje električne energije na brodu (slika 2). Voda dobijena kao rezultat elektrohemijske reakcije koristi se za vodu za piće, ali i za opremu za hlađenje.

U našoj zemlji se radilo i na stvaranju gorivih ćelija za upotrebu u astronautici. Na primjer, gorive ćelije su korištene za pogon sovjetske letjelice Buran za višekratnu upotrebu.

Razvoj metoda za komercijalnu upotrebu gorivnih ćelija započeo je sredinom 1960-ih. Ovaj razvoj je djelimično finansiran od strane vladinih organizacija.

Trenutno se razvoj tehnologija za upotrebu gorivnih ćelija odvija u nekoliko pravaca. Riječ je o stvaranju stacionarnih elektrana na gorivne ćelije (i za centralizirano i decentralizirano snabdijevanje energijom), elektrana za vozila (stvoreni su uzorci automobila i autobusa na gorive ćelije, uključujući i kod nas) (Sl. 3), i takođe i napajanja za razne mobilne uređaje (laptop računare, mobilne telefone, itd.) (Sl. 4).

Primeri upotrebe gorivnih ćelija u različitim oblastima dati su u tabeli. 1.

Jedan od prvih komercijalnih modela gorivih ćelija dizajniranih za autonomno snabdijevanje zgradama toplinom i strujom bio je PC25 model A koji proizvodi ONSI Corporation (sada United Technologies, Inc.). Ova gorivna ćelija nazivne snage 200 kW je tip ćelije sa elektrolitom na bazi fosforne kiseline (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC). Broj “25” u nazivu modela znači serijski broj dizajna. Većina prethodnih modela bili su eksperimentalne ili testne jedinice, kao što je model od 12,5 kW "PC11" predstavljen 1970-ih. Novi modeli povećali su snagu izvučenu iz pojedinačne gorivne ćelije, a također su smanjili cijenu po kilovatu proizvedene energije. Trenutno, jedan od najefikasnijih komercijalnih modela je PC25 Model C gorivna ćelija. Kao i model A, ovo je potpuno automatska PAFC gorivna ćelija od 200 kW dizajnirana za instalaciju na licu mjesta kao samostalni izvor topline i energije. Takva gorivna ćelija može se instalirati izvan zgrade. Spolja je to paralelepiped dugačak 5,5 m, širok 3 m i visok, težak 18.140 kg. Razlika u odnosu na prethodne modele je poboljšani reformator i veća gustoća struje.

U nekim tipovima gorivih ćelija, hemijski proces se može obrnuti: primjenom razlike potencijala na elektrode, voda se može razgraditi na vodonik i kisik, koji se skupljaju na poroznim elektrodama. Kada je opterećenje povezano, takva regenerativna gorivna ćelija će početi proizvoditi električnu energiju.

Obećavajući smjer za korištenje gorivnih ćelija je njihova upotreba u kombinaciji s obnovljivim izvorima energije, na primjer, fotonaponskim panelima ili vjetroelektranama. Ova tehnologija nam omogućava da u potpunosti izbjegnemo zagađenje zraka. Sličan sistem se planira kreirati, na primjer, u Centru za obuku Adam Joseph Lewis u Oberlinu (vidi ABOK, 2002, br. 5, str. 10). Trenutno se solarni paneli koriste kao jedan od izvora energije u ovoj zgradi. Zajedno sa stručnjacima NASA-e razvijen je projekt korištenja fotonaponskih panela za proizvodnju vodika i kisika iz vode elektrolizom. Vodik se zatim koristi u gorivnim ćelijama za proizvodnju električne energije i vruća voda. Ovo će omogućiti zgradi da održi funkcionalnost svih sistema tokom oblačnih dana i noću.

Princip rada gorivnih ćelija

Razmotrimo princip rada gorivne ćelije na primjeru jednostavnog elementa sa membranom za izmjenu protona (Proton Exchange Membrane, PEM). Takva ćelija se sastoji od polimerne membrane postavljene između anode (pozitivne elektrode) i katode (negativna elektroda) zajedno sa anodom i katodnim katalizatorom. Polimerna membrana se koristi kao elektrolit. Dijagram PEM elementa je prikazan na sl. 5.

Membrana za protonsku izmjenu (PEM) je tanko (oko 2-7 listova debljine papira) čvrsto organsko jedinjenje. Ova membrana funkcionira kao elektrolit: odvaja supstancu na pozitivno i negativno nabijene ione u prisustvu vode.

Proces oksidacije se odvija na anodi, a proces redukcije na katodi. Anoda i katoda u PEM ćeliji su napravljene od poroznog materijala, koji je mješavina čestica ugljika i platine. Platina djeluje kao katalizator koji potiče reakciju disocijacije. Anoda i katoda su napravljene porozne za slobodan prolaz vodonika i kiseonika kroz njih, respektivno.

Anoda i katoda su smještene između dvije metalne ploče koje dovode vodonik i kisik do anode i katode, te odvode toplinu i vodu, kao i električnu energiju.

Molekuli vodonika prolaze kroz kanale u ploči do anode, gdje se molekuli razlažu na pojedinačne atome (slika 6).

Zatim, kao rezultat hemisorpcije u prisustvu katalizatora, atomi vodonika, od kojih svaki daje po jedan elektron e –, se pretvaraju u pozitivno nabijene vodonikove ione H+, odnosno protone (slika 7).

Pozitivno nabijeni vodikovi joni (protoni) difundiraju kroz membranu do katode, a tok elektrona se usmjerava na katodu preko vanjskog električnog kola na koje je priključen teret (potrošač električne energije) (slika 8).

Kiseonik koji se dovodi na katodu, u prisustvu katalizatora, ulazi u hemijsku reakciju sa jonima vodonika (protonima) iz membrane za izmjenu protona i elektronima iz vanjskog električnog kola (slika 9). Kao rezultat kemijske reakcije nastaje voda.

Hemijska reakcija u drugim tipovima gorivih ćelija (na primjer, s kiselim elektrolitom, koji koristi otopinu ortofosforne kiseline H 3 PO 4) je apsolutno identična kemijskoj reakciji u gorivim ćelijama s membranom za izmjenu protona.

U bilo kojoj gorivnoj ćeliji, dio energije iz kemijske reakcije oslobađa se kao toplina.

Protok elektrona u vanjskom kolu je jednosmjerna struja koja se koristi za obavljanje posla. Otvaranje vanjskog kruga ili zaustavljanje kretanja vodikovih jona zaustavlja kemijsku reakciju.

Količina električne energije koju proizvodi gorivna ćelija ovisi o vrsti gorivne ćelije, geometrijskim dimenzijama, temperaturi, tlaku plina. Zasebna gorivna ćelija daje EMF manji od 1,16 V. Veličina gorivih ćelija se može povećati, ali se u praksi koristi nekoliko elemenata povezanih u baterije (slika 10).

Dizajn gorivne ćelije

Pogledajmo dizajn gorivne ćelije koristeći PC25 model C kao primjer. Dijagram gorivne ćelije je prikazan na sl. jedanaest.

Gorivna ćelija PC25 Model C sastoji se od tri glavna dijela: procesor goriva, dio za stvarnu proizvodnju energije i pretvarač napona.

Glavni dio gorivne ćelije - odjeljak za proizvodnju energije - je baterija koja se sastoji od 256 pojedinačnih gorivnih ćelija. Elektrode gorivih ćelija sadrže platinasti katalizator. Ove ćelije proizvode konstantnu električnu struju od 1400 ampera na 155 volti. Dimenzije baterije su otprilike 2,9 m dužine i 0,9 m širine i visine.

Budući da se elektrohemijski proces odvija na temperaturi od 177 °C, potrebno je zagrijati bateriju u trenutku pokretanja i odvojiti toplinu iz nje tokom rada. Da bi se to postiglo, gorivna ćelija uključuje poseban vodeni krug, a baterija je opremljena posebnim pločama za hlađenje.

Procesor goriva pretvara prirodni gas u vodonik potreban za elektrohemijsku reakciju. Ovaj proces se naziva reformiranje. Glavni element procesora goriva je reformator. U reformeru, prirodni gas (ili drugo gorivo koje sadrži vodonik) reaguje sa vodenom parom na visokoj temperaturi (900 °C) i visokom pritisku u prisustvu nikalnog katalizatora. U tom slučaju dolazi do sljedećih hemijskih reakcija:

CH 4 (metan) + H 2 O 3 H 2 + CO

(reakcija je endotermna, sa apsorpcijom toplote);

CO + H 2 O H 2 + CO 2

(reakcija je egzotermna, oslobađajući toplotu).

Ukupna reakcija je izražena jednadžbom:

CH 4 (metan) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2

(reakcija je endotermna, sa apsorpcijom toplote).

Kako bi se osigurala visoka temperatura potrebna za pretvaranje prirodnog plina, dio istrošenog goriva iz dimnjaka gorivih ćelija usmjerava se u gorionik, koji održava potrebnu temperaturu reformatora.

Para potrebna za reformiranje nastaje iz kondenzata koji nastaje tokom rada gorivne ćelije. Ovo koristi toplinu koja se uklanja iz baterije gorivih ćelija (slika 12).

Sloj gorivnih ćelija proizvodi isprekidanu jednosmjernu struju niskog napona i velike struje. Pretvarač napona se koristi za pretvaranje u industrijski standard naizmjenične struje. Osim toga, jedinica pretvarača napona uključuje različite kontrolne uređaje i sigurnosne sklopove koji omogućavaju isključivanje gorivne ćelije u slučaju različitih kvarova.

U takvim gorivnim ćelijama, otprilike 40% energije goriva može se pretvoriti u električnu energiju. Otprilike ista količina, oko 40% energije goriva, može se pretvoriti u energiju, koja se zatim koristi kao izvor topline za grijanje, opskrbu toplom vodom i slične svrhe. Dakle, ukupna efikasnost takve instalacije može doseći 80%.

Važna prednost takvog izvora opskrbe toplinom i električnom energijom je njegova mogućnost automatski rad. Za održavanje, vlasnici objekta u kojem je ugrađena gorivna ćelija ne moraju održavati posebno obučeno osoblje - periodično održavanje mogu obavljati zaposleni u operativnoj organizaciji.

Vrste gorivnih ćelija

Trenutno je poznato nekoliko vrsta gorivnih ćelija koje se razlikuju po sastavu upotrijebljenog elektrolita. Sljedeća četiri tipa su najraširenija (tabela 2):

1. Gorivne ćelije sa membranom za izmjenu protona (Proton Exchange Membrane Fuel Cells, PEMFC).

2. Gorivne ćelije na bazi ortofosforne kiseline (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC).

3. Gorivne ćelije na bazi rastopljenog karbonata (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC).

4. Gorivne ćelije sa čvrstim oksidom (SOFC). Trenutno je najveća flota gorivnih ćelija bazirana na PAFC tehnologiji.

Jedna od ključnih karakteristika različitih tipova gorivnih ćelija je radna temperatura. Na mnogo načina, temperatura je ta koja određuje područje primjene gorivnih ćelija. Na primjer, visoke temperature su kritične za prijenosna računala, pa se za ovaj tržišni segment razvijaju gorivne ćelije s protonskom izmjenom s niskim radnim temperaturama.

Za autonomno napajanje zgrada potrebne su gorivne ćelije velike instalisane snage, a istovremeno postoji i mogućnost korištenja toplinske energije, pa se u ove svrhe mogu koristiti i druge vrste gorivih ćelija.

Gorivne ćelije sa protonskom izmjenom (PEMFC)

Ove gorivne ćelije rade na relativno niskim radnim temperaturama (60-160 °C). Imaju veliku gustoću snage, omogućavaju vam brzo podešavanje izlazne snage i mogu se brzo uključiti. Nedostatak ovog tipa elementa su visoki zahtjevi za kvalitetom goriva, jer kontaminirano gorivo može oštetiti membranu. Nazivna snaga ove vrste gorivnih ćelija je 1-100 kW.

Gorivne ćelije sa membranom za protonsku izmjenu prvobitno je razvio General Electric 1960-ih za NASA-u. Ovaj tip gorivih ćelija koristi čvrsti polimerni elektrolit koji se zove Proton Exchange Membrane (PEM). Protoni se mogu kretati kroz membranu za izmjenu protona, ali elektroni ne mogu proći kroz nju, što rezultira potencijalnom razlikom između katode i anode. Zbog svoje jednostavnosti i pouzdanosti, takve gorive ćelije su korištene kao izvor energije na svemirskom brodu Gemini s ljudskom posadom.

Ova vrsta gorivih ćelija koristi se kao izvor napajanja za širok spektar različitih uređaja, uključujući prototipove i prototipove, od mobilnih telefona do autobusa i stacionarnih sistema napajanja. Niska radna temperatura omogućava da se takve ćelije koriste za napajanje različitih vrsta složenih elektronskih uređaja. Njihova upotreba je manje efikasna kao izvor toplinske i električne energije za javne i industrijske zgrade, gdje su potrebne velike količine toplotne energije. Istovremeno, takvi elementi obećavaju kao autonomni izvor napajanja za male stambene zgrade kao što su vikendice izgrađene u regijama s toplom klimom.

Gorivne ćelije fosforne kiseline (PAFC)

Testiranja gorivnih ćelija ovog tipa vršena su već početkom 1970-ih. Raspon radne temperature - 150-200 °C. Glavna oblast primene su autonomni izvori snabdevanja toplotom i električnom energijom srednje snage (oko 200 kW).

Ove gorive ćelije koriste otopinu fosforne kiseline kao elektrolit. Elektrode su napravljene od papira obloženog ugljenikom u kojem je raspršen platinasti katalizator.

Električna efikasnost PAFC gorivnih ćelija je 37-42%. Međutim, budući da ove gorivne ćelije rade na prilično visokoj temperaturi, moguće je koristiti paru koja nastaje kao rezultat rada. U ovom slučaju, ukupna efikasnost može doseći 80%.

Da bi se proizvela energija, sirovina koja sadrži vodonik mora se pretvoriti u čisti vodonik kroz proces reformiranja. Na primjer, ako se kao gorivo koristi benzin, potrebno je ukloniti spojeve koji sadrže sumpor, jer sumpor može oštetiti platinski katalizator.

PAFC gorivne ćelije su bile prve komercijalne gorivne ćelije koje su se koristile ekonomično. Najčešći model je bila 200 kW PC25 gorivna ćelija koju proizvodi ONSI Corporation (sada United Technologies, Inc.) (slika 13). Na primjer, ovi elementi se koriste kao izvor toplinske i električne energije u policijskoj stanici u Central Parku u New Yorku ili kao dodatni izvor energije u Conde Nast Buildingu i Four Times Squareu. Najviše velika instalacija Ovaj tip se testira kao elektrana od 11 MW koja se nalazi u Japanu.

Gorivne ćelije fosforne kiseline se takođe koriste kao izvor energije u vozilima. Na primjer, 1994. godine H-Power Corp., Univerzitet Georgetown i Ministarstvo energetike SAD opremili su autobus sa elektranom od 50 kW.

Gorive ćelije s rastopljenim karbonatom (MCFC)

Gorivne ćelije ovog tipa rade na vrlo visokim temperaturama - 600-700 °C. Ove radne temperature omogućavaju da se gorivo koristi direktno u samoj ćeliji, bez upotrebe posebnog reformera. Ovaj proces je nazvan „unutrašnja reforma“. Omogućuje značajno pojednostavljenje dizajna gorivne ćelije.

Gorivne ćelije na bazi rastopljenog karbonata zahtijevaju značajno vrijeme pokretanja i ne dozvoljavaju brzo podešavanje izlazne snage, pa su njihova glavna oblast primjene veliki stacionarni izvori toplinske i električne energije. Međutim, karakteriše ih visoka efikasnost konverzije goriva - 60% električne efikasnosti i do 85% ukupne efikasnosti.

U ovoj vrsti gorivih ćelija, elektrolit se sastoji od soli kalijum karbonata i litij karbonata zagrijanih na približno 650 °C. Pod ovim uslovima, soli su u rastopljenom stanju, formirajući elektrolit. Na anodi, vodik reaguje sa CO 3 ionima, stvarajući vodu, ugljični dioksid i oslobađajući elektrone, koji se šalju u vanjsko kolo, a na katodi kisik reagira s ugljičnim dioksidom i elektronima iz vanjskog kola, ponovo stvarajući CO 3 ione .

Laboratorijske uzorke gorivnih ćelija ovog tipa kreirali su kasnih 1950-ih godina holandski naučnici G. H. J. Broers i J. A. A. Ketelaar. Šezdesetih godina prošlog vijeka, inženjer Francis T. Bacon, potomak poznatog engleskog pisca i naučnika iz 17. stoljeća, radio je sa ovim ćelijama, zbog čega se MCFC gorivne ćelije ponekad nazivaju i Bacon ćelije. U programima NASA Apollo, Apollo-Soyuz i Scylab, ove gorive ćelije su korištene kao izvor napajanja (slika 14). Tokom ovih istih godina, američko vojno odjeljenje testiralo je nekoliko uzoraka MCFC gorivnih ćelija proizvedenih od strane Texas Instruments, koji su koristili vojni benzin kao gorivo. Sredinom 1970-ih, Ministarstvo energetike SAD je započelo istraživanje za stvaranje stacionarne gorivne ćelije na bazi rastopljenog karbonata, pogodnog za praktična primjena. Devedesetih godina prošlog stoljeća uveden je niz komercijalnih instalacija nazivne snage do 250 kW, na primjer u američkoj mornaričkoj zračnoj stanici Miramar u Kaliforniji. Godine 1996, FuelCell Energy, Inc. pokrenuo pretproizvodnu elektranu od 2 MW u Santa Clari, Kalifornija.

Čvrste oksidne gorivne ćelije (SOFC)

Čvrste oksidne gorivne ćelije su jednostavne konstrukcije i rade na vrlo visokim temperaturama - 700-1.000 °C. Tako visoke temperature omogućavaju upotrebu relativno „prljavog“, nerafinisanog goriva. Iste karakteristike kao i gorivnih ćelija na bazi rastopljenog karbonata određuju slično polje primjene – veliki stacionarni izvori toplinske i električne energije.

Čvrste oksidne gorivne ćelije se strukturno razlikuju od gorivnih ćelija zasnovanih na PAFC i MCFC tehnologijama. Anoda, katoda i elektrolit izrađeni su od keramike posebnih vrsta. Najčešće korišteni elektrolit je mješavina cirkonijum oksida i kalcijum oksida, ali se mogu koristiti i drugi oksidi. Elektrolit formira kristalnu rešetku obloženu s obje strane poroznim elektrodnim materijalom. Strukturno, takvi elementi su izrađeni u obliku cijevi ili ravnih ploča, što omogućava korištenje tehnologija koje se široko koriste u elektronskoj industriji u njihovoj proizvodnji. Kao rezultat toga, čvrste oksidne gorivne ćelije mogu raditi na vrlo visokim temperaturama, što ih čini povoljnim za proizvodnju električne i toplinske energije.

Pri visokim radnim temperaturama na katodi se formiraju ioni kisika koji migriraju kroz kristalnu rešetku do anode, gdje stupaju u interakciju s vodikovim ionima, formirajući vodu i oslobađajući slobodne elektrone. U ovom slučaju, vodonik se odvaja od prirodnog gasa direktno u ćeliji, odnosno nema potrebe za posebnim reformatorom.

Teorijske osnove za stvaranje čvrstih oksidnih gorivnih ćelija postavljene su kasnih 1930-ih, kada su švajcarski naučnici Emil Bauer i H. Preis eksperimentisali sa cirkonijumom, itrijumom, cerijumom, lantanom i volframom, koristeći ih kao elektrolite.

Prve prototipove takvih gorivnih ćelija stvorile su kasnih 1950-ih brojne američke i holandske kompanije. Većina ovih kompanija ubrzo je odustala od daljih istraživanja zbog tehnoloških poteškoća, ali jedna od njih, Westinghouse Electric Corp. (sada Siemens Westinghouse Power Corporation), nastavio rad. Kompanija trenutno prima prednarudžbe za komercijalni model cijevnih čvrstih oksidnih gorivnih ćelija, za koji se očekuje da će biti dostupan ove godine (Slika 15). Tržišni segment takvih elemenata je stacionarne instalacije za proizvodnju toplotne i električne energije kapaciteta od 250 kW do 5 MW.

SOFC gorivne ćelije su pokazale vrlo visoku pouzdanost. Na primjer, prototip gorivne ćelije koju je proizveo Siemens Westinghouse ostvario je 16.600 sati rada i nastavlja da radi, što ga čini najdužim neprekidnim vijekom trajanja gorive ćelije na svijetu.

Visokotemperaturni i visokotlačni način rada SOFC gorivnih ćelija omogućava stvaranje hibridnih postrojenja u kojima emisije gorivih ćelija pokreću plinske turbine koje se koriste za proizvodnju električne energije. Prva takva hibridna instalacija radi u Irvineu u Kaliforniji. Nazivna snaga ove instalacije je 220 kW, od čega 200 kW iz gorivne ćelije i 20 kW iz mikroturbinskog generatora.