가이드: 고대 무기고를 여는 방법과 연료 전지를 찾을 수 있는 곳 - Horizon: Zero Dawn. "대체" 에너지의 대안으로서의 연료 전지

최근 연료 전지에 대한 주제가 모든 사람의 입에 오르내리고 있습니다. 그리고 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 전자 세계에서 이 기술의 출현과 함께 새로운 탄생을 발견했습니다. 마이크로일렉트로닉스 분야의 세계적인 리더들은 자신들의 미니 발전소를 통합할 미래 제품의 프로토타입을 선보이기 위해 경쟁하고 있습니다. 이것은 한편으로 "소켓"에 대한 모바일 장치의 바인딩을 약화시키고 다른 한편으로 배터리 수명을 연장해야 합니다.

또한 그들 중 일부는 에탄올을 기반으로 작동하므로 이러한 기술의 개발은 알코올 음료 생산자에게 직접적인 이익이 됩니다. 노트북이 와인 양조장에 줄을 섭니다.

우리는 하이테크 산업을 사로잡고 있는 연료 전지의 "열병"에서 벗어날 수 없으며, 이 기술이 어떤 동물인지, 무엇과 함께 먹으며 언제 올 것으로 예상해야 하는지 알아 내려고 노력할 것입니다. "취사". 이 자료에서 우리는 이 기술이 발견된 순간부터 현재까지 연료 전지가 이동한 경로를 고려할 것입니다. 또한 향후 구현 및 개발 전망을 평가하기 위해 노력할 것입니다.

어땠 니

연료 전지의 원리는 1838년 Christian Friedrich Schonbein에 의해 처음 기술되었으며 1년 후 Philosophical Journal은 이 주제에 대한 그의 기사를 발표했습니다. 그러나 이는 이론적인 연구일 뿐이었다. 최초의 작동하는 연료 전지는 1843년 웨일스 출신 과학자인 William Robert Grove 경의 실험실에서 빛을 보았습니다. 그것을 만들 때 발명가는 현대 인산 배터리에 사용되는 것과 유사한 재료를 사용했습니다. 그 후, Grove 경의 연료 전지는 W. Thomas Grub에 의해 개선되었습니다. 1955년에 이 화학자는 전설적인 회사 General Electric은 술폰화된 폴리스티렌 이온 교환 막을 연료 전지의 전해질로 사용했습니다. 불과 3년 후, 그의 동료인 Leonard Niedrach는 수소 산화 및 산소 흡수 과정에서 촉매 역할을 하는 멤브레인 위에 백금을 놓는 기술을 제안했습니다.

연료 전지의 "아버지" Christian Schönbein

이러한 원리는 생성자의 이름을 따서 "Grubb-Nidrach" 요소라고 하는 차세대 연료 전지의 기초를 형성했습니다. 제너럴 일렉트릭은 이 방향으로 계속 발전했으며, 이 방향에서 NASA와 거대 항공업체인 McDonnell Aircraft의 도움으로 최초의 상업용 연료 전지가 만들어졌습니다. 신기술은 해외에서도 주목받았다. 그리고 이미 1959년에 Briton Francis Bacon(Francis Thomas Bacon)은 5kW 전력의 고정식 연료 전지를 도입했습니다. 그의 특허 디자인은 이후 미국인들에게 라이선스를 받아 우주선전력 시스템 및 식수 공급 분야의 NASA. 같은 해에 미국인 Harry Ihrig는 최초의 연료 전지 트랙터(총 출력 15kW)를 제작했습니다. 전지의 전해질로는 수산화칼륨을, 시약으로는 압축수소와 산소를 사용했다.

병원, 대학 및 비즈니스 센터에 백업 전원 시스템을 제공하는 UTC Power가 처음으로 상업용 고정식 연료 전지 생산을 시작했습니다. 이 분야의 세계적인 리더인 이 회사는 여전히 최대 200kW의 출력으로 유사한 솔루션을 생산하고 있습니다. 또한 NASA의 연료 전지의 주요 공급업체이기도 합니다. 이 제품은 Apollo 우주 프로그램 기간 동안 널리 사용되었으며 여전히 Space Shuttle 프로그램의 일부로 수요가 있습니다. UTC Power는 또한 광범위한 차량 애플리케이션을 위한 "소비자 소비" 연료 전지를 제공합니다. 그녀는 양성자 교환 막을 사용하여 음의 온도에서 전류를 수신할 수 있는 연료 전지를 처음으로 만들었습니다.

작동 원리

연구자들은 다양한 물질을 시약으로 실험했습니다. 그러나 성능 특성이 크게 다르지만 연료 전지의 기본 작동 원리는 변하지 않습니다. 모든 연료 전지는 전기화학적 에너지 변환 장치입니다. 일정량의 연료(양극 쪽)와 산화제(음극 쪽)에서 전기를 생산합니다. 반응은 전해질(자유 이온을 함유하고 전기 전도성 매질로 작용하는 물질)의 존재하에 진행됩니다. 원칙적으로 이러한 장치에는 전기화학 반응이 수행된 후 제거되는 특정 시약과 반응 생성물이 들어 있습니다. 이 경우 전해질은 반응물의 상호작용을 위한 매개체 역할만 하며 연료전지에서는 변하지 않는다. 이러한 방식에 따르면 반응에 필요한 물질이 공급되는 한 이상적인 연료전지가 작동해야 합니다.

여기서 연료 전지는 기존 배터리와 혼동되어서는 안 됩니다. 첫 번째 경우, 일부 "연료"는 나중에 다시 채워야 하는 전기를 생산하는 데 소비됩니다. 갈바니 전지의 경우 전기는 폐쇄 회로에 저장됩니다. 화학 시스템. 배터리의 경우 전류를 인가하면 역전기화학 반응이 일어나 시약을 원래 상태로 되돌립니다(즉, 충전). 연료와 산화제의 다양한 조합이 가능합니다. 예를 들어, 수소 연료 전지는 수소와 산소(산화제)를 반응물로 사용합니다. 종종 중탄산염과 알코올이 연료로 사용되며 공기, 염소 및 이산화염소가 산화제로 작용합니다.

연료 전지에서 일어나는 촉매 반응은 연료에서 전자와 양성자를 녹아웃시키고 움직이는 전자는 전기. 연료 전지는 일반적으로 백금 또는 백금 합금을 촉매로 사용하여 반응 속도를 높입니다. 또 다른 촉매 과정은 전자를 양성자 및 산화제와 결합하여 전자를 반환하여 반응 생성물(방출물)을 형성합니다. 일반적으로 이러한 배출은 물과 이산화탄소와 같은 단순한 물질입니다.

기존의 PEMFC(양성자 교환막 연료 전지)에서 고분자 양성자 전도성 막은 양극과 음극을 분리합니다. 캐소드 쪽에서 수소는 애노드 촉매로 확산되고, 여기서 전자와 양성자가 이후에 방출됩니다. 그런 다음 양성자는 막을 통과하여 음극으로 이동하고 양성자를 따라갈 수 없는 전자(막은 전기적으로 절연됨)는 외부 부하 회로(전원 공급 시스템)를 통해 전달됩니다. 음극 촉매 쪽에서 산소는 막을 통과한 양성자와 외부 부하 회로를 통해 들어오는 전자와 반응합니다. 이 반응의 결과로 물이 얻어집니다(증기 또는 액체 형태). 예를 들어, 탄화수소 연료(메탄올, 디젤 연료) 물과 이산화탄소입니다.

거의 모든 유형의 연료 전지는 접점 및 연료 전지 요소의 자연 저항과 전기 과전압(초기 반응을 수행하는 데 필요한 추가 에너지)으로 인해 전기 손실이 발생합니다. 어떤 경우에는 이러한 손실을 완전히 피할 수 없으며 때로는 "게임은 양초의 가치가 없다"지만 대부분의 경우 허용 가능한 최소값으로 줄일 수 있습니다. 이 문제에 대한 해결책은 전원 공급 시스템의 요구 사항에 따라 연료 전지를 병렬(고전류) 또는 직렬(고전압)로 연결할 수 있는 이러한 장치 세트를 사용하는 것입니다.

연료 전지의 종류

연료 전지에는 많은 유형이 있지만 가장 일반적인 연료 전지에 대해 간략히 설명하겠습니다.

알칼리 연료 전지(AFC)

영국 "아버지"의 이름을 따서 베이컨 전지라고도 하는 알칼리성 또는 알칼리성 연료 전지는 가장 잘 발달된 연료 전지 기술 중 하나입니다. 인간이 달에 발을 디디는 데 도움이 된 것은 바로 이 장치들입니다. 일반적으로 NASA는 1960년대 중반부터 이러한 유형의 연료 전지를 사용해 왔습니다. AFC는 수소와 순수한 산소를 소비하여 식수, 열 및 전기. 주로 이 기술이 잘 개발되었다는 사실로 인해 유사한 시스템 중 가장 높은 효율 비율(잠재력 약 70%)을 가지고 있습니다.

그러나 이 기술에도 단점이 있습니다. 이산화탄소를 차단하지 않는 전해질로 액체 알칼리성 물질을 사용하는 특성으로 인해 수산화칼륨(사용되는 전해질의 옵션 중 하나)은 일반 공기의 이 성분과 반응할 수 있습니다. 결과는 탄산칼륨의 유독한 화합물이 될 수 있습니다. 이를 피하기 위해서는 순수한 산소를 사용하거나 이산화탄소로부터 공기를 정화해야 합니다. 당연히 이것은 그러한 장치의 비용에 영향을 미칩니다. 그러나 이것에도 불구하고 AFC는 오늘날 제조 가능한 가장 저렴한 연료 전지입니다.

직접 수소화붕소 연료 전지(DBFC)

이 하위 유형의 알칼리 연료 전지는 수소화붕소나트륨을 연료로 사용합니다. 그러나 기존의 수소 AFC와 달리 이 기술은 이산화탄소와 접촉한 후 독성 화합물을 생성할 위험이 없다는 한 가지 중요한 이점이 있습니다. 그러나 그 반응의 산물은 세제와 비누에 널리 사용되는 붕사 물질입니다. 붕사는 비교적 독성이 없습니다.

DBFC는 값비싼 백금 촉매가 필요하지 않기 때문에 기존 연료 전지보다 훨씬 저렴하게 만들 수 있습니다. 또한 에너지 밀도가 더 높습니다. 수소화붕소나트륨 1kg을 생산하는 데 드는 비용은 50달러로 추산되지만 대량 생산이 이뤄지고 붕사를 가공하면 이 막대를 50배까지 줄일 수 있다.

금속 수소화물 연료 전지(MHFC)

알칼리성 연료 전지의 이 하위 분류는 현재 활발히 연구되고 있습니다. 이러한 장치의 특징은 연료 전지 내부에 화학적으로 수소를 저장하는 능력입니다. 직접 수소화붕소 연료전지는 같은 능력을 가지고 있지만, 그것과 달리 MHFC는 순수한 수소로 채워져 있습니다.

이러한 연료 전지의 특징은 다음과 같습니다.

전기 에너지에서 재충전하는 능력;
낮은 온도에서 작업 - 최대 -20°C;
긴 수명;
빠른 "콜드" 시작;
외부 수소 공급원 없이 얼마 동안 작동할 수 있는 능력(연료 교체 기간 동안).

많은 기업들이 MHFC 양산을 위해 노력하고 있음에도 불구하고 시제품의 효율성은 경쟁 기술에 비해 높지 않습니다. 이러한 연료 전지에 대한 최상의 전류 밀도 중 하나는 제곱센티미터당 250밀리암페어이며 기존 PEMFC 연료 전지는 제곱센티미터당 1암페어의 전류 밀도를 제공합니다.

전기 갈바니 연료 전지(EGFC)

EGFC의 화학 반응은 수산화칼륨과 산소의 참여로 발생합니다. 이것은 납 양극과 금도금 음극 사이에 전류를 생성합니다. 전기 갈바니 연료 전지에서 출력되는 전압은 산소의 양에 정비례합니다. 이 기능으로 인해 EGFC는 스쿠버 장비 및 의료 장비의 산소 테스트 장치로 널리 사용될 수 있습니다. 그러나 정확히 이러한 의존성 때문에 수산화칼륨 기반 연료 전지는 매우 제한된 기간을 갖습니다. 효과적인 작업(산소 농도가 높은 한).

최초의 인증된 EGFC 산소 테스터는 2005년에 널리 사용 가능하게 되었지만 당시에는 큰 인기를 얻지 못했습니다. 2년 후 출시된 상당히 수정된 모델은 훨씬 더 성공적이었고 플로리다의 전문 다이버 쇼에서 "혁신" 상을 받기까지 했습니다. 현재 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration) 및 DDRC(다이빙 질병 연구 센터)와 같은 기관에서 사용합니다.

개미산 직접 연료 전지(DFAFC)

이 연료 전지는 PEMFC 직접 개미산 장치의 하위 유형입니다. 이러한 연료 전지는 고유한 특성으로 인해 향후 랩톱, 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자 제품의 주요 전원이 될 가능성이 큽니다.

메탄올과 마찬가지로 개미산은 특별한 정제 단계 없이 연료 전지에 직접 공급됩니다. 또한 예를 들어 수소보다 이 물질을 저장하는 것이 훨씬 안전하며, 게다가 특정 저장 조건을 제공할 필요도 없습니다. 개미산은 상온에서 액체입니다. 또한, 이 기술은 직접 메탄올 연료 전지에 비해 두 가지 부인할 수 없는 이점이 있습니다. 첫째, 메탄올과 달리 포름산은 막을 통해 스며들지 않습니다. 따라서 정의상 DFAFC의 효율성은 더 높아야 합니다. 둘째, 감압의 경우 포름산은 그렇게 위험하지 않습니다(메탄올은 실명을 유발할 수 있으며 강한 복용량으로 사망할 수 있음).

흥미롭게도 최근까지 많은 과학자들은 이 기술이 실질적인 미래가 될 것이라고 생각하지 않았습니다. 연구자들이 수년 동안 포름산 사용을 중단하게 된 이유는 높은 전기화학적 과전압으로 인해 상당한 전기 손실이 발생했기 때문입니다. 그러나 최근 실험 결과에 따르면 이러한 비효율의 원인은 전통적으로 연료 전지에서 이러한 목적으로 널리 사용되어 온 백금을 촉매로 사용했기 때문입니다. 일리노이 대학의 과학자들이 다른 물질로 여러 가지 실험을 수행한 후 팔라듐을 촉매로 사용할 때 DFAFC의 생산성이 동등한 직접 메탄올 연료 전지의 생산성보다 높다는 것이 밝혀졌습니다. 현재 이 기술에 대한 권리는 마이크로 전자 장치용 Formira Power Pack 제품 라인을 제공하는 미국 회사 Tekion이 소유하고 있습니다. 이 시스템은 축전지와 실제 연료 전지로 구성된 "듀플렉스"입니다. 배터리를 충전하는 카트리지의 시약 공급이 소진되면 사용자는 새 것으로 교체하기만 하면 됩니다. 따라서 "소켓"과 완전히 독립적입니다. 제조업체의 약속에 따르면 기술 비용이 기존 배터리보다 10-15% 더 비싸다는 사실에도 불구하고 충전 간격은 두 배가 됩니다. 이 기술을 진행하는 데 있어 유일한 심각한 장애물은 이 기술이 중견 기업의 지원을 받고 있으며 DFAFC보다 몇 면에서 열등할 수도 있는 기술을 제시하는 대규모 경쟁업체에 의해 단순히 "채워질" 수 있다는 것입니다. 방법의.

직접 메탄올 연료 전지(DMFC)

이 연료 전지는 양성자 교환 막 장치의 하위 집합입니다. 그들은 추가 정제 없이 연료 전지에 충전된 메탄올을 사용합니다. 그러나 메틸 알코올은 저장하기 훨씬 쉽고 폭발적이지 않습니다(인화성이고 실명할 수 있음). 동시에 메탄올의 에너지 용량은 압축 수소의 에너지 용량보다 훨씬 높습니다.

그러나 메탄올이 멤브레인을 통해 침투할 수 있다는 사실로 인해 대용량 연료를 사용하는 DMFC의 효율은 낮습니다. 이러한 이유로 운송 및 대규모 설치에는 적합하지 않지만 이러한 장치는 모바일 장치의 배터리 대체품으로 좋습니다.

가공된 메탄올 연료 전지(RMFC)

가공된 메탄올 연료 전지는 전기를 생성하기 전에 메탄올을 수소와 이산화탄소로 변환한다는 점에서만 DMFC와 다릅니다. 이것은 연료 처리기라고 하는 특수 장치에서 발생합니다. 이 예비 단계(반응은 250°C 이상의 온도에서 수행됨) 후에 수소는 산화 반응을 거쳐 물과 전기가 생성됩니다.

RMFC에서 메탄올을 사용하는 것은 천연수소 운반체이기 때문에 다른 물질에 비해 충분히 낮은 온도에서 수소와 이산화탄소로 분해될 수 있습니다. 따라서 이 기술은 DMFC보다 앞선 기술입니다. 처리된 메탄올 연료 전지는 더 효율적이고 더 작고 영하의 온도에서 작동합니다.

직접 에탄올 연료 전지(DEFC)

양성자 교환 격자가있는 연료 전지 클래스의 또 다른 대표자. 이름에서 알 수 있듯이 에탄올은 추가 정제 또는 더 간단한 물질로 분해되는 단계를 우회하여 연료 전지에 들어갑니다. 이러한 장치의 첫 번째 장점은 독성 메탄올 대신 에틸 알코올을 사용한다는 것입니다. 이것은 당신이 이 연료의 개발에 많은 돈을 투자할 필요가 없다는 것을 의미합니다.

알코올의 에너지 밀도는 메탄올보다 약 30% 높습니다. 또한 바이오 매스에서 대량으로 얻을 수 있습니다. 에탄올 연료전지의 원가를 낮추기 위해 대체 촉매 물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 목적으로 연료 전지에 전통적으로 사용되는 백금은 너무 비싸고 이러한 기술의 대량 채택에 상당한 장애물입니다. 이 문제에 대한 해결책은 실험 시스템에서 인상적인 결과를 보여주는 철, 구리 및 니켈 혼합물로 만든 촉매일 수 있습니다.

아연 공기 연료 전지(ZAFC)

ZAFC는 전기를 생산하기 위해 공기 중의 산소와 아연의 산화를 사용합니다. 이러한 연료 전지는 제조 비용이 저렴하고 상당히 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 현재 보청기와 실험용 전기차에 사용되고 있다.

양극 쪽에는 아연 입자와 전해질의 혼합물이 있고 음극 쪽에는 물과 공기의 산소가 서로 반응하여 하이드록실을 형성합니다(분자는 산소 원자와 수소 원자이며, 그 사이 공유 결합이 있습니다). 하이드록실과 아연 혼합물의 반응 결과 전자가 방출되어 음극으로 이동합니다. 최대 전압, 이러한 연료 전지에서 제공되는 것은 1.65V이지만 일반적으로 1.4-1.35V로 인위적으로 감소되어 시스템에 대한 공기 접근이 제한됩니다. 이 전기화학 반응의 최종 생성물은 산화아연과 물입니다.

이 기술은 배터리(재충전 없이)와 연료 전지 모두에서 사용할 수 있습니다. 후자의 경우 양극 쪽의 챔버를 청소하고 아연 페이스트로 다시 채웁니다. 일반적으로 ZAFC 기술은 간단하고 안정적인 배터리로 입증되었습니다. 그들의 확실한 장점은 연료 전지에 대한 공기 공급을 조정함으로써만 반응을 제어할 수 있다는 것입니다. 많은 연구자들이 아연-공기 연료 전지를 전기 자동차의 미래 주요 동력원으로 고려하고 있습니다.

미생물 연료 전지(MFC)

인류의 이익을 위해 박테리아를 사용한다는 아이디어는 최근에야 이러한 아이디어를 실현했지만 새로운 것은 아닙니다. 현재 다양한 제품(예: 바이오매스로부터 수소 생산)의 생산을 위한 생명공학의 상업적 이용 문제, 중화 유해 물질그리고 발전. 생물학적 연료 전지라고도 하는 미생물 연료 전지는 박테리아를 사용하여 전기를 생성하는 생물학적 전기화학 시스템입니다. 이 기술은 포도당, 아세트산염(아세트산염), 부티르산(부티르산염) 또는 폐수와 같은 물질의 이화작용(복잡한 분자를 에너지를 방출하여 더 단순한 분자로 분해)을 기반으로 합니다. 산화로 인해 전자가 방출되어 양극으로 이동한 후 생성된 전류가 도체를 통해 음극으로 흐릅니다.

이러한 연료 전지에서 매개체는 일반적으로 전자의 투과성을 향상시키는 데 사용됩니다. 문제는 매개체 역할을 하는 물질이 비싸고 유독하다는 점이다. 그러나 전기화학적 활성 박테리아를 사용하는 경우 매개체가 필요하지 않습니다. 이러한 "무전달 물질"미생물 연료 전지는 아주 최근에 만들어지기 시작했기 때문에 모든 특성에서 멀리 떨어져 있습니다.

MFC가 아직 극복하지 못한 장애물에도 불구하고 이 기술은 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 첫째, "연료"를 찾기가 어렵지 않습니다. 또한, 오늘날 많은 폐기물의 폐수 처리 및 처리 문제가 매우 심각합니다. 이 기술을 적용하면 이 두 가지 문제를 모두 해결할 수 있습니다. 둘째, 이론적으로 효율성이 매우 높을 수 있습니다. 주요 문제엔지니어에게 미생물 연료 전지는 실제로 이 장치의 가장 중요한 요소인 미생물입니다. 그리고 수많은 연구 보조금을 받는 미생물학자들이 기뻐하는 반면, 공상과학 소설 작가들도 잘못된 미생물의 "출판" 결과에 대한 책의 성공을 기대하며 손을 비비고 있습니다. 당연히 불필요한 낭비뿐만 아니라 가치 있는 것을 "소화"하는 무언가를 꺼낼 위험이 있습니다. 따라서 원칙적으로 새로운 생명 공학과 마찬가지로 사람들은 박테리아가 들끓는 상자를 주머니에 휴대하는 것을 경계합니다.

애플리케이션

고정식 가정용 및 산업용 발전소

연료 전지는 우주선, 원격 기상 관측소, 군사 시설 등과 같은 다양한 자율 시스템의 에너지원으로 널리 사용됩니다. 이러한 전원 공급 시스템의 주요 이점은 다른 기술에 비해 매우 높은 신뢰성입니다. 연료 전지에 움직이는 부품과 메커니즘이 없기 때문에 전원 공급 시스템의 신뢰성은 99.99%에 달할 수 있습니다. 또한 수소를 시약으로 사용하는 경우 매우 작은 무게를 달성할 수 있어 우주장비의 경우 가장 중요한 기준 중 하나이다.

최근에는 주거용 건물 및 사무실에서 널리 사용되는 열병합 발전 설비가 보편화되고 있습니다. 이러한 시스템의 특징은 지속적으로 전기를 생성하며, 즉시 소비되지 않는 경우 물과 공기를 가열하는 데 사용된다는 것입니다. 그러한 설비의 전기 효율이 15-20%에 불과하다는 사실에도 불구하고, 이러한 단점은 미사용 전기가 열 생산에 사용된다는 사실에 의해 보상됩니다. 일반적으로 이러한 결합 시스템의 에너지 효율은 약 80%입니다. 이러한 연료 전지에 가장 적합한 시약 중 하나는 인산입니다. 이 장치는 90%의 에너지 효율을 제공합니다(35-50%의 전기 및 나머지 열 에너지).

수송

연료 전지를 기반으로 하는 에너지 시스템은 운송에도 널리 사용됩니다. 그건 그렇고, 독일인은 차량에 연료 전지를 설치한 최초의 국가 중 하나였습니다. 그래서 이러한 설정을 갖춘 세계 최초의 상업용 보트는 8년 전에 데뷔했습니다. 최대 22명의 승객을 태울 수 있도록 설계된 "Hydra"라는 이름의 이 소형 선박은 2000년 6월 독일의 옛 수도 근처에서 진수되었습니다. 수소(알칼리성 연료 전지)는 에너지 운반 시약 역할을 합니다. 알카라인(알칼리성) 연료 전지의 사용 덕분에 이 설비는 최저 -10°C의 온도에서 전류를 생성할 수 있으며 염수를 "두려워하지" 않습니다. 5kW 전기 모터로 구동되는 "Hydra" 보트는 최대 6노트(약 12km/h)의 속력을 낼 수 있습니다.

보트 "히드라"

연료 전지(특히 수소 동력)는 육상 운송에서 훨씬 더 널리 보급되었습니다. 일반적으로 수소는 오래전부터 자동차 엔진의 연료로 사용되어 왔으며, 원칙적으로는 기존의 내연기관을 쉽게 개조하여 이 대체연료를 사용할 수 있다. 그러나 기존의 수소 연소는 수소와 산소의 화학 반응으로 전기를 생산하는 것보다 효율성이 떨어집니다. 그리고 이상적으로는 수소가 연료 전지에 사용된다면 자연에 절대적으로 안전하거나 "환경에 친화적"인 것입니다. "온실에 닿는 화학 반응 중에 이산화탄소나 다른 물질이 방출되지 않기 때문입니다." 효과".

사실, 여기에는 예상대로 몇 가지 큰 "하지만"이 있습니다. 사실 재생 불가능한 자원(천연 가스, 석탄, 석유 제품)에서 수소를 생산하는 많은 기술은 그 과정에서 많은 양의 이산화탄소가 방출되기 때문에 환경 친화적이지 않습니다. 이론적으로 재생 가능한 자원을 사용하여 이를 얻는다면 유해한 배출이 전혀 발생하지 않습니다. 그러나 이 경우 비용이 크게 증가합니다. 많은 전문가들에 따르면 이러한 이유로 가솔린이나 천연가스를 대체할 수 있는 수소의 잠재력은 매우 제한적입니다. 이미 저렴한 대안이 있으며 주기율표의 첫 번째 요소에 있는 연료 전지는 차량에서 대량 현상이 될 수 없습니다.

자동차 제조업체들은 수소를 에너지원으로 활용하는 실험을 활발히 진행하고 있습니다. 그리고 이것의 주된 이유는 대기로의 유해한 배출과 관련하여 EU의 다소 강경한 입장입니다. 유럽에서 점점 더 엄격해지는 규제에 자극을 받아 Daimler AG, Fiat 및 Ford Motor Company는 기본 모델에 유사한 파워트레인을 장착하여 자동차 산업에서 연료 전지의 미래에 대한 비전을 발표했습니다. 또 다른 유럽 자동차 대기업인 폭스바겐은 현재 연료 전지 차량을 준비하고 있습니다. 일본과 한국 기업은 그들에 뒤지지 않습니다. 그러나 모든 사람이 이 기술에 베팅하는 것은 아닙니다. 많은 사람들이 내연 기관을 개조하거나 배터리 구동 전기 모터와 결합하는 것을 선호합니다. Toyota, Mazda 및 BMW가 이 경로를 따랐습니다. 미국 회사의 경우 Focus 모델이 있는 Ford 외에도 General Motors는 여러 연료 전지 차량도 선보였습니다. 이러한 모든 사업은 많은 주에서 적극적으로 권장하고 있습니다. 예를 들어, 미국에는 시장에 진입하는 새로운 하이브리드 자동차가 세금이 면제된다는 법률이 있습니다. 이는 일반적으로 이러한 자동차가 기존 내연 기관 차량보다 비싸기 때문에 상당한 금액이 될 수 있습니다. 엔진. 따라서 구매로서의 하이브리드가 훨씬 더 매력적입니다. 다만, 현재 이 법은 판매대수 60,000대에 도달할 때까지 시장에 진입하는 차종에만 적용되며, 그 이후에는 혜택이 자동 취소된다.

전자제품

얼마 전까지만 해도 연료 전지는 랩톱에서 점점 더 많이 사용되기 시작했습니다. 휴대 전화및 기타 모바일 전자 장치. 그 이유는 긴 배터리 수명을 위해 설계된 장치의 폭식증이 급격히 증가했기 때문입니다. 전화기에 대형 터치 스크린을 사용하고 강력한 오디오 기능을 사용하고 Wi-Fi, Bluetooth 및 기타 고주파 무선 통신 프로토콜에 대한 지원을 도입함에 따라 배터리 용량 요구 사항도 변경되었습니다. 그리고 배터리는 최초의 휴대전화 시절부터 많은 발전을 했지만 용량과 소형화 면에서(그렇지 않으면 오늘날 팬들은 통신 기능이 있는 이 무기를 들고 경기장에 들어갈 수 없음) 여전히 따라가지 못하고 있습니다. 전자 회로의 소형화 및 제조업체가 제품에 모든 것을 내장하려는 욕구와 함께 더 많은 기능. 현재 배터리의 또 다른 중요한 단점은 긴 충전 시간입니다. 모든 것이 소유자의 자율성을 높이기 위해 설계된 전화 또는 포켓 멀티미디어 플레이어(무선 인터넷, 탐색 시스템 등)의 기능이 많을수록 이 장치의 "소켓"에 더 많이 의존하게 됩니다.

최대 크기가 제한된 노트북보다 훨씬 작은 노트북에 대해서는 말할 것도 없습니다. 한 사무실에서 다른 사무실로의 이동을 제외하고는 자율 운영을 전혀 의도하지 않은 매우 효율적인 랩톱의 틈새 시장이 오랫동안 형성되었습니다. 또한 노트북 업계에서 가장 비용 효율적인 구성원조차도 하루 종일 지속되는 배터리 수명을 제공하기 위해 고군분투하고 있습니다. 따라서 더 비싸지는 않지만 훨씬 더 효율적인 기존 배터리의 대안을 찾는 문제는 매우 심각합니다. 그리고 업계의 주요 대표자들은 최근 이 문제를 해결하고 있습니다. 얼마 전 상업용 메탄올 연료 전지가 도입되었으며 이르면 내년부터 양산이 시작될 예정입니다.

연구자들은 어떤 이유로 수소 대신 메탄올을 선택했습니다. 고압력이나 특별한 압력이 필요하지 않기 때문에 메탄올의 보관이 훨씬 용이합니다. 온도 체계. 메틸 알코올은 -97.0°C ~ 64.7°C에서 액체입니다. 어디에서 특정 에너지 N번째 부피의 메탄올에 포함된 수소는 고압에서 동일한 부피의 수소보다 10배 더 큽니다. 모바일 전자 기기에 널리 사용되는 직접 메탄올 연료 전지 기술은 촉매 전환 절차(따라서 "직접 메탄올"이라는 이름)를 우회하여 연료 전지 용기를 간단히 채우고 메탄올을 사용하는 기술입니다. 이것은 이 기술의 주요 장점이기도 합니다.

그러나 예상대로 이러한 모든 장점에는 단점이 있었기 때문에 적용 범위가 크게 제한되었습니다. 그럼에도 불구하고 이 기술이 아직 완전히 개발되지 않았다는 사실을 고려할 때, 멤브레인 재료를 통한 메탄올 "누설"로 인한 이러한 연료 전지의 낮은 효율 문제는 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 또한 인상적인 동적 특성이 없습니다. 양극에서 생성된 이산화탄소로 무엇을 할 것인지 결정하는 것은 쉽지 않다. 최신 DMFC 장치는 높은 에너지를 생성할 수 없지만 소량의 물질에 대해 높은 에너지 용량을 가지고 있습니다. 이것은 많은 에너지가 아직 이용 가능하지 않지만 직접 메탄올 연료 전지가 이를 생성할 수 있음을 의미합니다. 장기. 이는 저전력으로 인해 차량에서 직접 사용할 수 없지만 배터리 수명이 중요한 모바일 장치에 거의 이상적인 솔루션이 됩니다.

최신 트렌드

차량용 연료전지는 오래전부터 생산되어 왔지만 아직까지 이러한 솔루션이 보편화되지는 않았습니다. 여기에는 여러 가지 이유가 있습니다. 그리고 주요 원인은 경제적인 불편함과 제조업체가 저렴한 연료를 생산하기를 꺼리는 것입니다. 예상대로 재생 가능 에너지원으로의 자연스러운 전환 과정을 강제하려는 시도는 좋은 결과로 이어지지 않았습니다. 물론 농산물 가격이 급등한 이유는 농산물이 바이오연료로 대량 전환되기 시작했다는 사실보다는 오히려 아프리카와 아시아의 많은 국가들이 충분한 생산을 하지 못하고 있다는 사실에 숨겨져 있다. 제품에 대한 국내 수요를 충족시키기 위해서라도.

분명히, 바이오 연료 사용을 거부한다고 해서 세계 식품 시장의 상황이 크게 개선되지는 않겠지만, 반대로 수년 만에 처음으로 좋은 돈을 벌 수 있는 기회. 그러나 수백만 명의 사람들이 굶주리고 있을 때 탱크에 "빵"을 채우는 것은 추악한 문제입니다. 따라서 특히 유럽의 정치인재생에너지원으로의 전환 전략의 수정으로 이미 확인된 생명공학에 대한 보다 냉정한 태도가 있을 것입니다.

이러한 상황에서 마이크로 일렉트로닉스는 연료 전지의 가장 유망한 응용 분야가 될 것입니다. 연료전지가 발판을 마련할 수 있는 가장 큰 기회는 바로 여기입니다. 첫째, 휴대전화를 사는 사람들은 자동차 구매자보다 실험을 더 많이 하려고 합니다. 둘째, 그들은 돈을 쓸 준비가되어 있으며 원칙적으로 "세상을 구하는 것"을 싫어하지 않습니다. iPod Nano의 빨간색 "Bono" 버전의 압도적인 성공은 이에 대한 확인 역할을 할 수 있으며 판매 수익의 일부는 적십자에 전달되었습니다.

Apple iPod Nano의 "Bono" 버전

이전에는 연료전지를 전문적으로 생산하던 기업이 지금은 단순히 새로운 구체그들의 응용 프로그램 및 마이크로 일렉트로닉스의 주요 제조업체. 예를 들어, 최근 모바일 전자 장치용 메탄올 연료 전지 생산으로 사업의 용도를 변경한 MTI Micro는 2009년에 대량 생산을 시작할 것이라고 발표했습니다. 그녀는 또한 세계 최초의 메탄올 연료 전지 GPS 장치를 소개했습니다. 이 회사의 대표에 따르면 가까운 장래에 제품이 기존의 리튬 이온 배터리를 완전히 대체할 것이라고 합니다. 사실, 처음에는 저렴하지 않지만이 문제는 새로운 기술에 수반됩니다.

최근에 미디어 구동 장치의 DMFC 변형을 선보인 Sony와 같은 회사의 경우 이러한 기술은 새롭지만 유망한 새로운 시장에서 길을 잃지 않는 것에 대해 진지합니다. 결과적으로 Sharp는 더 나아가 연료 전지 프로토타입으로 최근 메탄올 입방 센티미터당 0.3와트의 비에너지 용량에 대한 세계 기록을 세웠습니다. 많은 국가의 정부조차도 이러한 연료 전지를 생산하는 회사를 만났습니다. 따라서 미국, 캐나다, 영국, 일본 및 중국의 공항은 메탄올의 독성과 가연성에도 불구하고 기존의 기내 운송 제한을 취소했습니다. 물론 최대 용량이 200ml인 인증된 연료 전지에만 허용됩니다. 그럼에도 불구하고 이것은 열광자뿐만 아니라 주에서도 이러한 개발에 대한 관심을 다시 한 번 확인합니다.

사실, 제조업체는 여전히 안전하게 사용하기 위해 노력하고 있으며 주로 백업 전원 시스템으로 연료 전지를 제공합니다. 그러한 솔루션 중 하나는 연료 전지와 배터리의 조합입니다. 연료가 있는 한 지속적으로 배터리를 충전하고, 방전된 후에는 사용자가 빈 카트리지를 새 메탄올 용기로 교체하기만 하면 됩니다. 또 다른 인기 있는 추세는 연료 전지 충전기의 생성입니다. 이동 중에도 사용할 수 있습니다. 동시에 배터리를 매우 빠르게 충전할 수 있습니다. 즉, 미래에는 아마도 모든 사람이 주머니에 그러한 "소켓"을 휴대하게 될 것입니다. 이 접근 방식은 특히 휴대폰의 경우에 적합할 수 있습니다. 결과적으로, 랩톱은 가까운 장래에 내장형 연료 전지를 획득할 수 있습니다. 이 연료 전지는 "소켓"에서 충전을 완전히 대체하지 못한다면 적어도 이에 대한 진지한 대안이 될 것입니다.

따라서 최근 일본에 연료 전지 개발 센터의 건설을 시작한다고 발표한 독일 최대 화학 회사 BASF의 예측에 따르면 이러한 장치의 시장은 2010년까지 10억 달러가 될 것입니다. 동시에, 애널리스트들은 연료 전지 시장이 2020년까지 200억 달러로 성장할 것으로 예측합니다. 그건 그렇고, BASF는 이 센터에서 휴대용 전자 제품(특히 랩톱) 및 고정 에너지 시스템용 연료 전지를 개발할 계획입니다. 이 기업의 장소는 우연히 선택되지 않았습니다. 독일 회사는 현지 기업을 이러한 기술의 주요 구매자로 보고 있습니다.

결론 대신

물론 연료전지가 기존의 전력 공급 시스템을 대체할 것이라고 기대해서는 안 된다. 적어도 가까운 미래에는. 이것은 양날의 검입니다. 휴대용 발전소는 소비자에게 전기를 공급하는 것과 관련된 손실이 없기 때문에 확실히 더 효율적이지만 중앙 집중식 전원 공급 장치에 대한 심각한 경쟁자가 될 수 있다는 점도 고려할 가치가 있습니다. 이러한 설비를 위한 중앙 집중식 연료 공급 시스템이 구축된 경우에만 시스템. 즉, "소켓"은 결국 모든 집과 구석구석에 필요한 시약을 공급하는 특정 파이프로 대체되어야 합니다. 그리고 이것은 연료 전지 제조업체가 말하는 외부 전류 소스로부터의 자유와 독립이 아닙니다.

이 장치는 충전 속도의 형태로 부인할 수없는 이점이 있습니다. 단순히 메탄올 카트리지를 변경했습니다 ( 최후의 조치, 카메라에서 Jack Daniel "s) 트로피의 코르크를 풀고 다시 루브르 박물관의 계단을 뛰어 올라갑니다. 반면에 일반 전화가 2시간 만에 충전되고 2-3일마다 충전해야 하는 경우, 그렇다면 2주에 한 번이라도 전문 상점에서만 판매되는 카트리지 변경 형태의 대안이 대중 사용자에게 그렇게 많이 요구될 가능성은 거의 없습니다.그리고 물론 이 수백 밀리리터의 연료까지 안전한 밀폐 용기에 숨겨져 최종 소비자에게 도달하면 가격이 크게 오를 시간이 있습니다. 생산 규모로만 싸울 수 있지만이 규모가 시장에서 수요가 있습니까? 그리고 최적의 유형이 될 때까지 연료가 선택되면 이 문제를 해결하는 데 매우 문제가 될 것입니다.

다른 한편으로, 전통적인 플러그인 충전, 연료 전지 및 기타 대체 에너지 공급 시스템(예: 태양 전지판)의 조합은 전원을 다양화하고 환경 유형으로 전환하는 문제에 대한 해결책이 될 수 있습니다. 그러나 특정 전자 제품 그룹의 경우 연료 전지를 널리 사용할 수 있습니다. 이것은 Canon이 최근에 디지털 카메라용 자체 연료 전지에 대한 특허를 취득하고 이러한 기술을 솔루션에 통합하기 위한 전략을 발표했다는 사실에 의해 확인됩니다. 랩톱의 경우 가까운 장래에 연료 전지가 도달하면 백업 전원 시스템일 가능성이 큽니다. 이제 예를 들어 랩톱에 추가로 연결된 외부 충전 모듈에 대해 주로 이야기하고 있습니다.

그러나 이러한 기술은 장기적으로 발전 가능성이 매우 큽니다. 특히 향후 수십 년 동안 발생할 수 있는 석유 부족의 위협에 비추어 볼 때. 이러한 상황에서 연료전지의 생산비용이 얼마나 저렴할지가 아니라 석유화학산업과 관계없이 연료전지를 위한 연료를 얼마나 생산하고 수요를 충당할 수 있을지가 더 중요하다.

전 세계 모든 지역에서 전기를 생산하는 태양 전지판이나 풍차에 놀라는 사람은 없을 것입니다. 그러나 이들 장치의 출력은 일정하지 않고, 재생에너지 설비가 전기를 생산하지 않는 기간 동안 백업 전원을 설치하거나 계통에 연결하여 전기를 공급받아야 합니다. 그러나 "대체" 연료를 사용하여 전기를 생성하는, 즉 가스나 석유 제품을 태우지 않는 19세기에 개발된 플랜트가 있습니다. 이러한 설비는 연료 전지입니다.

창조의 역사

연료 전지(FC) 또는 연료 전지는 1838-1839년에 William Grove(Grow, Grove)가 물의 전기분해를 연구하던 중 발견했습니다.

참고 : 물의 전기 분해는 전류의 작용하에 물이 수소와 산소 분자로 분해되는 과정입니다.

전해조에서 배터리를 분리했을 때 전극이 방출된 가스를 흡수하고 전류를 생성하기 시작했다는 사실에 놀랐습니다. 수소의 전기화학적 "저온" 연소 과정의 발견은 에너지 산업에서 중요한 사건이 되었습니다. 나중에 그는 Grove 축전지를 만들었습니다. 이 장치는 질산에 담근 백금 전극과 황산아연에 담근 아연 전극을 가지고 있습니다. 12A의 전류와 8V의 전압을 생성했습니다. 이 건설이라고 불리는 자신을 성장 "습식 배터리". 그런 다음 그는 두 개의 백금 전극을 사용하여 배터리를 만들었습니다. 각 전극의 한 쪽 끝은 황산에 있고 다른 쪽 끝은 수소와 산소가 담긴 용기에 밀봉되어 있습니다. 전극 사이에 안정된 전류가 흐르고 용기 내부의 물의 양이 증가했습니다. Grow는 이 장치에서 물을 분해하고 개선할 수 있었습니다.

"그로우의 배터리"

(출처: 국립자연사박물관 왕립학회)

"연료 전지"(영어 "Fuel Cell")라는 용어는 1889년에 L. Mond에 의해서만 등장했으며
공기와 석탄 가스에서 전기를 생산하는 장치를 만들려고 시도한 Ch. Langer.

작동 원리

연료 전지는 비교적 간단한 장치입니다.. 양극(음극)과 음극(양극)의 두 전극이 있습니다. 전극에서 화학 반응이 일어납니다. 속도를 높이기 위해 전극 표면을 촉매로 코팅합니다. 연료 전지에는 하나 이상의 요소가 장착되어 있습니다. - 막.연료의 화학 에너지를 직접 전기로 변환하는 것은 멤브레인의 작업으로 인해 발생합니다. 그것은 연료와 산화제가 공급되는 요소의 두 챔버를 분리합니다. 멤브레인은 연료 분할의 결과로 얻은 양성자만 촉매로 코팅된 전극에서 한 챔버에서 다른 챔버로 통과하도록 합니다(전자는 외부 회로를 통과함). 두 번째 챔버에서 양성자는 전자(및 산소 원자)와 재결합하여 물을 형성합니다.

수소 연료 전지의 작동 원리

화학적 수준에서 연료 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정은 일반적인 연소(산화) 과정과 유사합니다.

산소에서 정상적인 연소 중에 유기 연료가 산화되고 연료의 화학 에너지가 열 에너지로 변환됩니다. 전해질 매질과 전극이 있는 상태에서 수소가 산소에 의해 산화될 때 어떤 일이 발생하는지 봅시다.

알칼리성 환경에 위치한 전극에 수소를 공급하면 화학 반응이 진행됩니다.

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

보시다시피, 우리는 외부 회로를 통과하여 산소가 들어가고 반응이 일어나는 반대 전극으로 들어가는 전자를 얻습니다.

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

생성된 반응 2H 2 + O 2 → H 2 O는 기존 연소에서와 동일하지만, 연료 전지는 전기와 약간의 열을 생성합니다..

연료 전지의 종류

FC는 반응에 사용되는 전해질 유형에 따라 분류됩니다.

석탄, 일산화탄소, 알코올, 히드라진 및 기타 유기 물질도 연료 전지의 연료로 사용할 수 있으며 공기, 과산화수소, 염소, 브롬, 질산 등을 산화제로 사용할 수 있습니다.

연료 전지 효율

연료전지의 특징은 효율성에 대한 엄격한 제한 없음열기관처럼.

도움말: 효율성카르노 사이클 최소 및 최대 온도가 동일한 모든 열기관 중에서 가능한 최대 효율입니다.

따라서 이론상 연료전지 효율은 100% 이상일 수 있다. 많은 사람들이 미소를 지으며 "영구 운동 기계가 발명되었습니다."라고 생각했습니다. 아니요, 학교 화학 과정으로 돌아갈 가치가 있습니다. 연료 전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것을 기반으로 합니다. 여기서 기적이 일어납니다. 프로세스의 특정 화학 반응은 환경에서 열을 흡수할 수 있습니다.

참고: 흡열 반응은 열 흡수를 동반하는 화학 반응입니다. 흡열 반응의 경우 엔탈피와 내부 에너지양수 값을 갖습니다(Δ시간 >0, Δ 유 >0), 따라서 반응 생성물은 원래 성분보다 더 많은 에너지를 포함합니다.

이러한 반응의 예는 대부분의 연료 전지에 사용되는 수소의 산화입니다. 따라서 이론적으로 효율성은 100% 이상일 수 있습니다. 그러나 오늘날 연료 전지는 작동 중에 가열되어 환경에서 열을 흡수할 수 없습니다.

참고: 이 제한은 열역학 제2법칙에 의해 부과됩니다. "차가운" 물체에서 "뜨거운" 물체로 열을 전달하는 과정은 불가능합니다.

또한 비평형 프로세스와 관련된 손실이 있습니다. 예: 전해질 및 전극의 특정 전도도로 인한 저항 손실, 활성화 및 농도 분극, 확산 손실. 결과적으로 연료 전지에서 생성된 에너지의 일부가 열로 변환됩니다. 따라서 연료 전지는 영구 운동 기계가 아니며 효율이 100% 미만입니다. 그러나 그들의 효율성은 다른 기계의 효율성보다 큽니다. 오늘 연료 전지 효율이 80%에 도달합니다..

참조: 40년대에 영국인 엔지니어 T. Bacon은 순수 수소와 산소로 작동하는 총 전력 6kW, 효율 80%의 연료 전지 배터리를 설계 및 구축했지만 배터리의 전력 대 중량 비율이 바뀌었습니다. 너무 작아서 - 그러한 셀은 실제 사용에 부적합하고 너무 비쌌습니다(출처: http://www.powerinfo.ru/).

연료 전지 문제

거의 모든 연료 전지는 수소를 연료로 사용하므로 논리적 질문은 "어디서 얻을 수 있습니까?"입니다.

연료전지는 전기분해의 결과로 발견된 것으로 보이며, 전기분해의 결과로 방출된 수소를 사용할 수 있다. 하지만 이 과정을 좀 더 자세히 살펴보자.

패러데이의 법칙에 따르면 양극에서 산화되거나 음극에서 환원되는 물질의 양은 전해질을 통과한 전기량에 비례합니다. 즉, 더 많은 수소를 얻으려면 더 많은 전기를 소비해야 합니다. 기존의 물 전기분해 방법은 효율이 1보다 낮습니다. 그런 다음 생성된 수소를 연료 전지에 사용합니다. 여기서 효율성도 1보다 낮습니다. 그러므로 우리는 생산할 수 있는 것보다 더 많은 에너지를 소비할 것입니다.

물론 천연가스 유래의 수소도 사용할 수 있다. 이 수소 생산 방법은 여전히 가장 저렴하고 대중적입니다. 현재 전 세계적으로 생산되는 수소의 약 50%는 천연 가스에서 얻습니다. 그러나 수소의 저장과 수송에 문제가 있다. 수소는 밀도가 낮습니다( 수소 1리터의 무게는 0.0846g) 따라서 장거리 운송을 위해서는 압축해야 합니다. 그리고 이것은 추가 에너지 및 현금 비용입니다. 또한 안전을 잊지 마십시오.

그러나 여기에도 해결책이 있습니다. 액체 탄화수소 연료를 수소 공급원으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 에틸 또는 메틸 알코올. 사실, 여기에는 특별한 추가 장치가 이미 필요합니다. 연료 변환기는 고온 (메탄올의 경우 약 240 ° C가 됨)에서 알코올을 기체 H 2 및 CO 2의 혼합물로 변환합니다. 그러나이 경우 휴대성에 대해 생각하는 것이 이미 더 어렵습니다. 이러한 장치는 고정식 또는 자동차 발전기로 사용하는 것이 좋지만 소형 모바일 장비의 경우 부피가 덜한 것이 필요합니다.

촉매

연료 전지에서 반응을 향상시키기 위해 양극 표면은 일반적으로 촉매입니다. 최근까지 백금이 촉매로 사용되었습니다. 따라서 연료 전지의 비용이 높았다. 둘째, 백금은 비교적 희귀한 금속입니다. 전문가들에 따르면, 연료 전지의 산업적 생산에서 백금의 탐사 매장량은 15-20년 내에 고갈될 것입니다. 그러나 전 세계의 과학자들은 백금을 다른 물질로 대체하려고 노력하고 있습니다. 그건 그렇고, 그들 중 일부는 좋은 결과를 얻었습니다. 그래서 중국 과학자들은 백금을 산화칼슘으로 대체했습니다(출처: www.cheburek.net).

연료 전지 사용

처음으로 자동차 기술의 연료 전지는 1959년에 테스트되었습니다. Alice-Chambers 트랙터는 1008개의 배터리를 사용하여 작동했습니다. 연료는 가스, 주로 프로판과 산소의 혼합물이었습니다.

출처: http://www.planetseed.com/

60년대 중반부터 "우주 경쟁"이 한창일 때 우주선 제작자들은 연료 전지에 관심을 갖게 되었습니다. 수천 명의 과학자와 엔지니어의 작업으로 1965년에 새로운 수준에 도달할 수 있었습니다. 연료 전지는 미국에서 Gemini 5 우주선에서 테스트되었으며 나중에는 Apollo 우주선에서 달과 셔틀 프로그램에 따라 테스트되었습니다. 소련에서 연료 전지는 NPO Kvant에서 개발되었으며 우주에서도 사용됩니다(출처: http://www.powerinfo.ru/).

연료 전지에서 수소 연소의 최종 생성물은 물이기 때문에 환경 영향 측면에서 가장 깨끗한 것으로 간주됩니다. 따라서 연료 전지는 생태학에 대한 일반적인 관심을 배경으로 인기를 얻기 시작했습니다.

이미 현재 Honda, Ford, Nissan 및 Mercedes-Benz와 같은 자동차 제조업체는 수소 연료 전지로 구동되는 차량을 만들었습니다.

Mercedes-Benz - 수소로 구동되는 Ener-G-Force

수소로 자동차를 사용할 때 수소 저장 문제가 해결됩니다. 수소충전소 건설로 어디서든 연료를 충전할 수 있다. 게다가 수소를 충전하는 것이 주유소에서 전기차를 충전하는 것보다 빠르다. 그러나 이러한 프로젝트를 수행할 때 전기 자동차와 같은 문제에 직면했습니다. 사람들은 인프라가 있는 경우 수소 자동차로 "이동"할 준비가 되어 있습니다. 그리고 소비자가 충분하면 주유소 건설이 시작됩니다. 그래서 우리는 다시 계란과 닭고기의 딜레마에 빠지게 되었습니다.

연료 전지는 휴대폰과 노트북에 널리 사용됩니다. 일주일에 한 번 전화를 충전하던 시대는 지났습니다. 이제 거의 매일 전화가 충전되고 랩톱은 네트워크 없이 3-4시간 동안 작동합니다. 따라서 모바일 기술 제조업체는 충전 및 작업을 위해 휴대폰 및 노트북과 연료 전지를 합성하기로 결정했습니다. 예를 들어, 2003년 도시바 메탄올 연료 전지의 완성된 프로토타입을 시연했습니다. 약 100mW의 전력을 제공합니다. 농축(99.5%) 메탄올 2큐브를 한 번 충전하면 MP3 플레이어를 20시간 동안 사용할 수 있습니다. 다시, 동일한 "Toshiba"는 275x75x40mm 노트북 전원 공급 장치 요소를 시연하여 컴퓨터가 한 번의 충전으로 5시간 동안 작동할 수 있도록 합니다.

그러나 일부 제조업체는 더 나아갔습니다. 파워트렉이 출시되었습니다 충전기같은 이름으로. PowerTrek은 세계 최초의 물 충전기입니다. 그것을 사용하는 것은 매우 쉽습니다. PowerTrek은 USB 케이블을 통해 즉각적인 전원을 공급하기 위해 물을 추가해야 합니다. 이 연료전지는 규소 분말과 규화나트륨(NaSi)을 물과 혼합하면 수소를 발생시킨다. 수소는 연료 전지 자체에서 공기와 혼합되며 팬이나 펌프 없이 멤브레인 양성자 교환을 통해 수소를 전기로 변환합니다. 이러한 휴대용 충전기를 149 €(

지식의 생태학 과학 및 기술: 수소 에너지는 가장 효율적인 산업 중 하나이며 연료 전지를 통해 혁신적인 기술의 최전선에 서게 됩니다.

연료전지는 수소가 풍부한 연료로부터 전기화학적 반응을 통해 효율적으로 직류와 열을 발생시키는 장치이다.

연료 전지는 화학 반응을 통해 직류를 생성한다는 점에서 배터리와 유사합니다. 다시 말하지만, 연료 전지는 배터리와 마찬가지로 양극, 음극 및 전해질을 포함합니다. 그러나 연료 전지는 배터리와 달리 전기 에너지를 저장할 수 없고 방전되지 않으며 재충전을 위해 전기가 필요하지 않습니다. 연료 전지는 연료와 공기가 공급되는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있습니다. 작동하는 연료 전지를 설명하는 올바른 용어는 전지 시스템입니다. 일부 보조 시스템이 제대로 작동해야 하기 때문입니다.

가스, 석탄, 석유 등으로 작동하는 내연 기관이나 터빈과 같은 다른 발전기와 달리 연료 전지는 연료를 연소하지 않습니다. 이것은 시끄러운 로터가 없음을 의미합니다. 고압, 시끄러운 배기 소음, 진동. 연료 전지는 조용한 전기화학 반응을 통해 전기를 생성합니다. 연료 전지의 또 다른 특징은 연료의 화학 에너지를 직접 전기, 열 및 물로 변환한다는 것입니다.

연료 전지는 고효율이며 이산화탄소, 메탄 및 아산화질소와 같은 온실 가스를 많이 생성하지 않습니다. 연료전지 운전 시 배출되는 유일한 배출물은 수증기 형태의 물과 소량의 이산화탄소로 순수 수소를 연료로 사용할 경우 전혀 배출되지 않는다. 연료 전지는 어셈블리로 조립된 다음 별도의 기능 모듈로 조립됩니다.

연료 전지의 작동 원리

연료전지는 전해질, 양극, 음극을 이용하여 진행 중인 전기화학적 반응으로 전기와 열을 발생시킨다.

양극과 음극은 양성자를 전도하는 전해질에 의해 분리됩니다. 수소가 양극에 들어가고 산소가 음극에 들어가면 화학 반응이 시작되어 전류, 열 및 물이 생성됩니다. 양극 촉매에서 분자 수소는 해리되어 전자를 잃습니다. 수소 이온(양성자)은 전해질을 통해 음극으로 전도되고 전자는 전해질을 통해 외부 전기 회로를 통해 전달되어 장비에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 직류를 생성합니다. 음극 촉매에서 산소 분자는 전자(외부 통신에서 공급됨) 및 들어오는 양성자와 결합하여 유일한 반응 생성물(증기 및/또는 액체 형태)인 물을 형성합니다.

다음은 해당 반응입니다.

양극 반응: 2H2 => 4H+ + 4e-
음극에서의 반응: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
일반 원소 반응: 2H2 + O2 => 2H2O

연료 전지 유형

다양한 유형의 내연 기관이 있는 것처럼 연료 전지에도 다양한 유형이 있습니다. 적합한 유형연료 전지는 용도에 따라 다릅니다.연료전지는 고온과 저온으로 구분됩니다. 저온 연료 전지는 연료로 비교적 순수한 수소를 필요로 합니다.

이것은 종종 1차 연료(천연 가스와 같은)를 순수한 수소로 전환하기 위해 연료 처리가 필요하다는 것을 의미합니다. 이 프로세스는 추가 에너지를 소비하고 특수 장비가 필요합니다. 고온 연료 전지는 고온에서 연료를 "내부적으로 변환"할 수 있으므로 이러한 추가 절차가 필요하지 않습니다. 즉, 수소 인프라에 투자할 필요가 없습니다.

용융 탄산염(MCFC)의 연료 요소.

용융 탄산염 전해질 연료 전지는 고온 연료 전지입니다. 높은 작동 온도는 연료 처리 장치 없이 천연 가스를 직접 사용할 수 있고 낮은 온도에서 연료 가스를 사용할 수 있습니다. 발열량연료 생산 공정그리고 다른 출처에서. 이 프로세스는 1960년대 중반에 개발되었습니다. 그 이후로 제조 기술, 성능 및 신뢰성이 향상되었습니다.

RCFC의 작동은 다른 연료 전지와 다릅니다. 이 전지는 용융 탄산염 혼합물의 전해질을 사용합니다. 현재 탄산리튬과 탄산칼륨 또는 탄산리튬과 탄산나트륨의 두 가지 유형의 혼합물이 사용됩니다. 탄산염을 녹이고 전해질에서 이온의 높은 이동도를 달성하기 위해 용융 탄산염 전해질을 사용하는 연료 전지는 고온(650°C)에서 작동합니다. 효율성은 60-80% 사이에서 다양합니다.

650°C의 온도로 가열되면 염은 탄산염 이온(CO32-)의 전도체가 됩니다. 이 이온은 음극에서 양극으로 이동하여 수소와 결합하여 물, 이산화탄소 및 자유 전자를 형성합니다. 이 전자는 외부 전기 회로를 통해 음극으로 다시 보내져 부산물로 전류와 열을 생성합니다.

양극 반응: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
음극에서의 반응: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
일반 원소 반응: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(음극) => H2O(g) + CO2(음극)

용융 탄산염 전해질 연료 전지의 높은 작동 온도에는 몇 가지 장점이 있습니다. 고온에서 천연 가스는 내부적으로 개질되어 연료 처리기가 필요하지 않습니다. 또한 전극에 스테인리스 강판 및 니켈 촉매와 같은 표준 구성 재료를 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 폐열은 다양한 산업 및 상업적 목적을 위해 고압 증기를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

전해질의 높은 반응 온도에도 장점이 있습니다. 고온 적용은 최적의 작동 조건에 도달하는 데 상당한 시간이 걸리며 시스템은 에너지 소비 변화에 더 느리게 반응합니다. 이러한 특성으로 인해 일정한 전력 조건에서 용융 탄산염 전해질이 있는 연료 전지 시스템을 사용할 수 있습니다. 고온은 일산화탄소, "중독" 등에 의한 연료 전지 손상을 방지합니다.

용융 탄산염 연료 전지는 대형 고정 설비에 사용하기에 적합합니다. 출력이 있는 산업적으로 생산된 화력 발전소 전력 2.8MW 최대 100MW의 출력을 가진 발전소가 개발되고 있습니다.

인산(PFC) 기반 연료 전지.

인산(오르토인)산을 기반으로 하는 연료 전지는 상업적으로 사용된 최초의 연료 전지였습니다. 이 프로세스는 1960년대 중반에 개발되었으며 1970년대부터 테스트되었습니다. 그 이후로 안정성, 성능 및 비용이 증가했습니다.

인산(오르토인산) 기반 연료 전지는 최대 100% 농도의 오르토인산(H3PO4) 기반 전해질을 사용합니다. 인산의 이온 전도도는 저온에서 낮기 때문에 이러한 연료 전지는 최대 150–220°C의 온도에서 사용됩니다.

연료 전지의 전하 캐리어 이 유형의수소(H+, 양성자)입니다. 유사한 과정이 양극에 공급된 수소가 양성자와 전자로 분리되는 양성자 교환막 연료 전지(MEFC)에서도 발생합니다. 양성자는 전해질을 통과하고 음극에서 공기의 산소와 결합하여 물을 형성합니다. 전자는 외부 전기 회로를 따라 유도되고 전류가 생성됩니다. 다음은 전기와 열을 발생시키는 반응입니다.

양극 반응: 2H2 => 4H+ + 4e-
음극에서의 반응: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
일반 원소 반응: 2H2 + O2 => 2H2O

인산(오르토인)산을 기반으로 하는 연료전지의 효율은 전기에너지를 생산할 때 40% 이상입니다. 열과 전기의 결합 생산에서 전체 효율은 약 85%입니다. 또한 주어진 작동 온도에서 폐열을 사용하여 물을 가열하고 대기압에서 증기를 생성할 수 있습니다.

열과 전기의 결합 생산에서 인산(오르토인산) 기반 연료 전지에 대한 화력 발전소의 고성능은 이러한 유형의 연료 전지의 장점 중 하나입니다. 공장은 약 1.5% 농도의 일산화탄소를 사용하므로 연료 선택이 크게 확장됩니다. 또한, CO2는 전해질 및 연료 전지의 작동에 영향을 미치지 않으며, 이러한 유형의 전지는 개질된 천연 연료와 함께 작동합니다. 간단한 구조, 낮은 전해질 휘발성 및 향상된 안정성 또한 이러한 유형의 연료 전지의 장점입니다.

최대 400kW의 출력 전력을 가진 화력 발전소가 산업적으로 생산됩니다. 11MW의 설비는 관련 테스트를 통과했습니다. 최대 100MW의 출력을 가진 발전소가 개발되고 있습니다.

양성자 교환막(PME)이 있는 연료 전지

양성자 교환막이 있는 연료 전지가 가장 많이 고려됩니다. 최고의 유형연료 전지는 가솔린 및 디젤 내연 기관을 대체할 수 있는 차량 동력을 생성합니다. 이 연료 전지는 NASA에서 Gemini 프로그램을 위해 처음 사용했습니다. 오늘날 1W ~ 2kW의 전력으로 MOPFC에 설치가 개발 및 시연되고 있습니다.

이 연료전지는 고체 고분자막(얇은 플라스틱 필름)을 전해질로 사용합니다. 물이 함침되면 이 중합체는 양성자를 통과하지만 전자는 전도하지 않습니다.

연료는 수소이고 전하 운반체는 수소 이온(양성자)입니다. 양극에서 수소 분자는 수소 이온(양성자)과 전자로 분리됩니다. 수소 이온은 전해질을 통해 음극으로 이동하고 전자는 외부 원 주위를 이동하여 전기 에너지를 생성합니다. 공기에서 취한 산소는 음극으로 공급되고 전자 및 수소 이온과 결합하여 물을 형성합니다. 전극에서 다음과 같은 반응이 발생합니다.

양극 반응: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
음극에서의 반응: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
일반 원소 반응: 2H2 + O2 => 2H2O

다른 유형의 연료 전지와 비교하여 양성자 교환막 연료 전지는 주어진 연료 전지 부피 또는 무게에 대해 더 많은 전력을 생산합니다. 이 기능을 사용하면 작고 가벼울 수 있습니다. 또한 작동 온도가 100°C 미만이므로 신속하게 작동을 시작할 수 있습니다. 이러한 특성과 에너지 출력을 신속하게 변경할 수 있는 능력은 이러한 연료 전지를 차량용으로 가장 적합한 후보로 만드는 기능 중 일부일 뿐입니다.

또 다른 장점은 전해질이 액체가 아닌 고체라는 점입니다. 캐소드와 애노드에 가스를 유지하는 것은 고체 전해질을 사용하는 것이 더 쉽기 때문에 이러한 연료 전지는 생산 비용이 더 저렴합니다. 고체 전해질을 사용하면 다른 전해질에 비해 배향 등의 문제가 발생하지 않고 부식 발생으로 인한 문제가 적어 전지 및 전지 부품의 내구성이 향상됩니다.

고체산화물 연료전지(SOFC)

고체 산화물 연료 전지는 작동 온도가 가장 높은 연료 전지입니다. 작동 온도는 600°C에서 1000°C까지 다양하므로 특별한 전처리 없이 다양한 유형의 연료를 사용할 수 있습니다. 이러한 고온을 처리하기 위해 사용되는 전해질은 얇은 세라믹 기반의 고체 금속 산화물이며, 종종 이트륨과 지르코늄의 합금으로 산소(O2-) 이온의 전도체입니다. 고체 산화물 연료 전지를 사용하는 기술은 1950년대 후반부터 발전해 왔습니다. 평면 및 관형의 두 가지 구성이 있습니다.

고체 전해질은 한 전극에서 다른 전극으로 밀폐된 기체 전이를 제공하는 반면, 액체 전해질은 다공성 기질에 위치합니다. 이 유형의 연료 전지에서 전하 운반체는 산소 이온(О2-)입니다. 음극에서 산소 분자는 공기로부터 산소 이온과 4개의 전자로 분리됩니다. 산소 이온은 전해질을 통과하고 수소와 결합하여 4개의 자유 전자를 형성합니다. 전자는 외부 전기 회로를 통해 전달되어 전류와 폐열을 생성합니다.

양극 반응: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
음극에서의 반응: O2 + 4e- => 2O2-
일반 원소 반응: 2H2 + O2 => 2H2O

생성된 전기 에너지의 효율은 모든 연료 전지 중 가장 높은 약 60%입니다. 또한 작동 온도가 높기 때문에 열과 발전을 결합하여 고압 증기를 생성할 수 있습니다. 고온의 연료 전지와 터빈을 결합하면 하이브리드 연료 전지가 생성되어 발전 효율을 최대 70%까지 높일 수 있습니다.

고체 산화물 연료 전지는 매우 높은 온도(600°C - 1000°C)에서 작동하므로 최적의 작동 조건에 도달하는 데 오랜 시간이 걸리고 시스템은 전력 소비 변화에 더 느리게 반응합니다. 이러한 높은 작동 온도에서 연료로부터 수소를 회수하기 위한 변환기가 필요하지 않아 화력 발전소가 석탄 가스화 또는 폐가스 등으로부터 비교적 불순한 연료로 작동할 수 있습니다. 또한, 이 연료 전지는 산업 및 대형 중앙 발전소를 포함한 고전력 응용 분야에 탁월합니다. 출력 전력이 100kW인 산업적으로 생산된 모듈입니다.

직접 메탄올 산화 연료 전지(DOMTE)

메탄올을 직접 산화시키는 연료전지 기술은 활발히 개발되고 있다. 휴대 전화, 랩톱에 전원을 공급하고 휴대용 전원을 만드는 분야에서 성공적으로 자리를 잡았습니다. 이러한 요소의 미래 적용이 목표로 하는 것.

메탄올을 직접 산화시키는 연료 전지의 구조는 양성자 교환막(MOFEC)이 있는 연료 전지와 유사합니다. 폴리머는 전해질로 사용되며 수소 이온(양성자)은 전하 캐리어로 사용됩니다. 그러나 액체 메탄올(CH3OH)은 양극에서 물의 존재하에 산화되어 CO2, 수소 이온 및 전자를 방출하고 외부 전기 회로를 통해 유도되어 전류가 발생합니다. 수소 이온은 전해질을 통과하고 공기의 산소 및 외부 회로의 전자와 반응하여 양극에서 물을 형성합니다.

양극 반응: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
음극에서의 반응: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
일반 원소 반응: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

이러한 연료 전지의 개발은 1990년대 초에 시작되었습니다. 개선된 촉매의 개발과 최근의 다른 혁신 덕분에 전력 밀도와 효율이 최대 40%까지 향상되었습니다.

이러한 요소는 50-120°C의 온도 범위에서 테스트되었습니다. 작동 온도가 낮고 변환기가 필요 없는 직접 메탄올 연료 전지는 휴대폰 및 기타 소비자 제품에서 자동차 엔진에 이르는 응용 분야에 가장 적합한 후보입니다. 이러한 유형의 연료 전지의 장점은 액체 연료를 사용하기 때문에 크기가 작고 변환기를 사용할 필요가 없다는 것입니다.

알칼리 연료 전지(AFC)

알칼리 연료 전지(ALFC)는 가장 많이 연구된 기술 중 하나이며 1960년대 중반부터 사용되었습니다. NASA의 Apollo 및 Space Shuttle 프로그램. 이 우주선에 탑재된 연료 전지는 전기와 식수를 생산합니다. 알카라인 연료전지는 발전 효율이 70%에 달하는 전력 생산에 사용되는 가장 효율적인 요소 중 하나입니다.

알칼리성 연료 전지는 다공성의 안정화된 매트릭스에 포함된 전해질, 즉 수산화칼륨 수용액을 사용합니다. 수산화칼륨의 농도는 연료 전지의 작동 온도에 따라 달라질 수 있으며, 그 범위는 65°C ~ 220°C입니다. SFC의 전하 운반체는 음극에서 양극으로 이동하는 수산화 이온(OH-)이며 수소와 반응하여 물과 전자를 생성합니다. 양극에서 생성된 물은 음극으로 다시 이동하여 다시 음극에서 수산화 이온을 생성합니다. 연료 전지에서 일어나는 이러한 일련의 반응의 결과로 전기가 생성되고 부산물로 열이 발생합니다.

양극 반응: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
음극에서의 반응: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
시스템의 일반적인 반응: 2H2 + O2 => 2H2O

SFC의 장점은 전극에 필요한 촉매가 다른 연료 전지의 촉매로 사용되는 것보다 저렴한 물질일 수 있기 때문에 이러한 연료 전지가 제조 비용이 가장 저렴하다는 것입니다. 또한 SCFC는 상대적으로 낮은 온도에서 작동하며 가장 효율적인 연료 전지 중 하나입니다. 이러한 특성은 각각 더 빠른 발전 및 높은 연료 효율에 기여할 수 있습니다.

중 하나 특징적인 특징 SHTE - 연료 또는 공기에 포함될 수 있는 CO2에 대한 높은 감도. CO2는 전해질과 반응하여 빠르게 중독되어 연료 전지의 효율을 크게 떨어뜨립니다. 따라서 SFC의 사용은 우주 및 수중 차량과 같은 폐쇄된 공간으로 제한되며 순수한 수소와 산소로 작동해야 합니다. 또한 다른 연료 전지에는 안전하고 일부 연료에도 안전한 CO, H2O 및 CH4와 같은 분자는 SFC에 유해합니다.

고분자 전해질 연료 전지(PETE)

고분자 전해질 연료 전지의 경우 고분자 멤브레인은 물 이온의 전도가 있는 물 영역이 있는 고분자 섬유로 구성되며 H2O+(양성자, 빨간색)가 물 분자에 부착됩니다. 물 분자는 느린 이온 교환으로 인해 문제를 나타냅니다. 따라서 연료와 배기 전극 모두에 고농도의 물이 필요하며, 이는 작동 온도를 100°C로 제한합니다.

고체산 연료 전지(SCFC)

고체산 연료 전지에서 전해질(CsHSO4)에는 물이 포함되어 있지 않습니다. 따라서 작동 온도는 100-300°C입니다. SO42-oxy 음이온이 회전하면 그림과 같이 양성자(빨간색)가 이동할 수 있습니다.

일반적으로 고체산 연료 전지는 두 개의 단단히 압축된 전극 사이에 매우 얇은 고체 산 화합물 층이 샌드위치되어 있어 양호한 접촉을 보장합니다. 가열되면 유기 성분이 증발하여 전극의 기공을 통해 떠나 연료(또는 전지의 다른 쪽 끝에 있는 산소), 전해질 및 전극 사이의 수많은 접촉 능력을 유지합니다.

연료 전지 유형	작동 온도	발전 효율	연료 종류	적용분야
RKTE	550–700°C	50-70%		중대형 설치
FKTE	100–220°C	35-40%	순수한 수소	대규모 설치
모프테	30-100°C	35-50%	순수한 수소	소규모 설치
SOFC	450–1000°C	45-70%	대부분의 탄화수소 연료	소형, 중형 및 대형 설치
폼테	20-90°C	20-30%	메탄올	휴대용 장치
SHTE	50–200°C	40-65%	순수한 수소	우주 연구
피트	30-100°C	35-50%	순수한 수소	소규모 설치

우리와 함께

여행을 시작한 직후 Aloy는 Nora 부족의 땅 바로 바깥에 위치한 선조 벙커를 우연히 발견하게 됩니다. 벙커 내부, 강력한 문 뒤에는 멀리서 보면 매우 매력적으로 보이는 일종의 갑옷이 있습니다.

전신

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이것은 실제로 게임에서 최고의 장비인 Shield Weaver입니다. 그것을 얻는 방법? 밀폐된 벙커 문을 열고 Shield Weaver를 얻으려면 게임 세계에 흩어져 있는 5개의 연료 전지를 찾아야 합니다.

아래에서는 고대 무기고에서 연료 전지를 찾을 수 있는 위치와 검색하는 동안 퍼즐을 푸는 방법을 보여줍니다.

연료 전지 #1 - 어머니의 마음 (퀘스트 어머니의 자궁)

Aloy는 완전 충전되기 전에 최초의 연료 전지를 찾을 것입니다. 오픈 월드. 입회식 후에 우리의 여주인공은 노라 부족의 성지이자 마트라리아크의 거처인 어머니의 심장에서 자신을 발견하게 될 것입니다.

Aloy는 침대에서 일어나 여러 개의 방을 차례로 통과하고 그 중 하나에서 열 수 없는 봉인된 문을 발견합니다. 주위를 둘러보세요-불타는 양초로 장식된 환기구가 근처에 있을 것입니다. 거기 너.

광산을 지나면 잠긴 문 뒤에 있는 자신을 발견하게 됩니다. 양초와 신비한 벽 블록 옆에있는 바닥을보십시오. 여기에 연료 전지가 있습니다.

중요한: 지금 이 연료전지를 줍지 않으면 "굴의 심장" 퀘스트를 완료한 후 게임 후반부에서 다시 이 위치에 도달할 수 있습니다.

연료 전지 #2 - 유적

Aloy는 전에 이 폐허에 가본 적이 있습니다. 그녀는 어렸을 때 이곳에 떨어졌습니다. 입회식을 통과한 후에는 어린 시절을 기억하고 다시 여기로 돌아와 두 번째 연료 전지를 구입하는 것이 좋습니다.

유적 입구는 이렇게 생겼으니 과감하게 점프하세요.

지도에서 보라색으로 강조 표시된 오른쪽 하단 영역의 첫 번째 레벨이 필요합니다. Aloy가 창으로 열 수 있는 문이 있습니다.

문을 통과한 후 계단을 올라 우회전 - 에이로이는 어렸을 때 이 종유석을 통과할 수 없었지만 지금은 말다툼이 있습니다. 창을 다시 꺼내고 종유석을 부수십시오. 경로가 명확하고 테이블에 누워있는 연료 요소를 가져 가야합니다.

연료 전지 #3 - 마스터의 한계(마스터의 한계 퀘스트)

우리는 북쪽으로 가고 있습니다. 스토리 퀘스트인 Master's Reach 동안 Aloy는 거대한 선조 폐허를 탐험합니다. 폐허 12층에 또 다른 연료 전지가 숨겨져 있습니다.

폐허의 상층부로 올라갈 뿐만 아니라 조금 더 올라가야 합니다. 모든 바람에 열려 있는 작은 플랫폼에 도달할 때까지 건물의 살아남은 부분을 올라갑니다.

여기에 세 번째 연료 전지가 있습니다. 내려갈 일만 남았다.

연료 전지 #4 - 죽음의 보물(Treasure of Death)

이 연료 요소는 지도 북부에도 숨겨져 있지만 노라 부족의 땅에 훨씬 더 가깝습니다. Aloy는 스토리 미션이 진행되는 동안에도 여기에 올 것입니다.

요소에 도달하기 위해 Aloy는 위치의 세 번째 수준에 있는 봉인된 문에 전원 공급 장치를 복원해야 합니다.

이렇게하려면 작은 퍼즐을 풀어야합니다. 문 아래 수준에 4 개의 조절기로 구성된 2 개의 블록이 있습니다.

먼저 레귤레이터의 왼쪽 블록을 다루겠습니다. 첫 번째 손잡이는 위를 "찾아야" 하고, 두 번째 손잡이는 "오른쪽으로", 세 번째 손잡이는 "왼쪽으로", 네 번째 손잡이는 "아래로" 봐야 합니다.

우리는 오른쪽 블록으로 전달합니다. 처음 두 개의 레귤레이터를 만지지 마십시오. 세 번째와 네 번째 레귤레이터는 "아래로" 보여야 합니다.

우리는 한 단계 위로 올라갑니다. 여기가 규제 기관의 마지막 블록입니다. 올바른 순서는 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽입니다.

모든 것을 올바르게 수행하면 모든 컨트롤의 색상이 청록색으로 바뀌고 전원 공급 장치가 복원됩니다. 다시 문으로 올라가서 엽니다. 그것은 또 다른 연료 전지입니다.

연료 전지 #5 - GAIA 프라임(Quest Fallen Mountain)

마지막으로, 마지막 연료 전지 - 그리고 다시 플롯 작업. Aloy는 GAEA Prime의 폐허로 여행합니다.

세 번째 레벨에 도달할 때 특히 주의하십시오. 어느 시점에서 Ala 앞에 매력적인 심연이있을 것입니다. 거기에 밧줄을 타고 내려갈 수 있습니다. 거기에 가십시오. 필요 없음.

좌회전하여 숨겨진 동굴을 탐험하는 것이 좋으며, 조심스럽게 산비탈을 내려가면 들어갈 수 있습니다.

안으로 들어와 끝까지 가십시오. 오른쪽의 마지막 방에는 마지막 연료 전지가 있는 랙이 있습니다. 훌륭해!

고대 무기고로 가는 길

고대 무기고로 돌아가 마땅한 보상을 받는 일만 남았습니다. 무기고의 좌표를 기억하십니까? 그렇지 않다면 여기 지도가 있습니다.

아래로 내려와 빈 셀에 연료 전지를 삽입합니다. 레귤레이터에 불이 붙었습니다. 이제 퍼즐을 풀어 문을 열어야 합니다.

첫 번째 손잡이는 위, 두 번째는 오른쪽, 세 번째는 아래, 네 번째는 왼쪽, 다섯 번째는 위로 올려야 합니다. 완료, 문이 열려 있지만 아직 끝나지 않았습니다.

이제 남은 연료 전지가 유용할 또 다른 조절기 퍼즐인 갑옷 마운트의 잠금을 해제해야 합니다. 여기서 첫 번째 손잡이는 오른쪽, 두 번째 손잡이는 왼쪽, 세 번째 손잡이는 위로, 네 번째 손잡이는 오른쪽, 다섯 번째 손잡이는 왼쪽을 봐야 합니다.

마침내, 이 모든 고통 끝에 당신은 고대 갑옷을 손에 넣었습니다. 이것은 Aloy를 한동안 거의 무적 상태로 만드는 매우 멋진 장비인 Shield Weaver입니다.

가장 중요한 것은 갑옷의 색상을주의 깊게 모니터링하는 것입니다. 흰색으로 깜박이면 모든 것이 정상입니다. 빨간색이면 더 이상 보호되지 않습니다.

그들은 미국 항공 우주국(NASA)의 우주선에 의해 운영됩니다. 그들은 오마하에 있는 First National Bank의 컴퓨터에 전원을 공급합니다. 그들은 시카고의 일부 공공 시내 버스에서 사용됩니다.

이들은 모두 연료 전지입니다. 연료 전지는 연소 과정 없이 배터리처럼 화학적 수단으로 전기를 생성하는 전기 화학 장치입니다. 유일한 차이점은 그들이 다른 것을 사용한다는 것입니다. 화학 물질, 수소와 산소, 그리고 화학 반응의 생성물은 물입니다. 천연 가스도 사용할 수 있지만 물론 탄화수소 연료를 사용할 때 일정 수준의 이산화탄소 배출은 피할 수 없습니다.

연료 전지는 유해한 배출 없이 고효율로 작동할 수 있기 때문에 온실 가스 및 기타 오염 물질의 배출을 줄이는 데 도움이 되는 지속 가능한 에너지원으로서 큰 가능성이 있습니다. 연료 전지의 광범위한 사용에 대한 주요 장벽은 전기를 생성하거나 차량을 추진하는 다른 장치에 비해 높은 비용입니다.

개발의 역사

최초의 연료 전지는 1839년 William Groves 경에 의해 시연되었습니다. Groves는 전류의 작용하에 물을 수소와 산소로 분해하는 전기분해 과정이 가역적임을 보여주었습니다. 즉, 수소와 산소가 화학적으로 결합하여 전기를 생성할 수 있습니다.

이것이 입증된 후 많은 과학자들이 부지런히 연료전지 연구에 매진했지만 19세기 후반 내연기관의 발명과 매장량의 석유 추출을 위한 기반 시설의 개발은 연료 전지의 발전을 훨씬 뒤처지게 했습니다. 연료 전지의 개발을 더욱 제한하는 것은 높은 비용입니다.

연료 전지 개발의 급증은 1950년대에 NASA가 우주 비행을 위한 소형 발전기의 필요성과 관련하여 연료 전지에 관심을 기울였을 때 나타났습니다. 적절한 자금이 투입되었고, 그 결과 연료전지로 아폴로와 제미니호의 비행이 이루어졌다. 우주선은 연료 전지로도 작동합니다.

연료 전지는 아직 대부분 실험적인 기술이지만 여러 회사에서 이미 상용 시장에서 판매하고 있습니다. 지난 10년 동안만 해도 상용 연료 전지 기술에서 상당한 발전이 이루어졌습니다.

연료 전지의 작동 원리

연료 전지는 배터리와 같아서 화학 반응을 통해 전기를 생성합니다. 이에 반해 내연기관은 연료를 태우고 열을 발생시켜 기계적 에너지로 변환합니다. 배기가스의 열이 어떤 식으로든 사용되지 않는 한(예: 난방이나 공조) 내연기관의 효율은 다소 낮다고 할 수 있습니다. 예를 들어, 현재 개발 중인 프로젝트인 차량에 사용되는 연료 전지의 효율성은 오늘날 자동차에 사용되는 일반적인 가솔린 엔진보다 2배 이상 효율적일 것으로 예상됩니다.

배터리와 연료 전지는 모두 화학적으로 전기를 생성하지만 두 가지 매우 다른 기능을 수행합니다. 배터리는 저장된 에너지 장치입니다. 배터리에서 생성하는 전기는 이미 내부에 있는 물질의 화학 반응의 결과입니다. 연료 전지는 에너지를 저장하지 않고 외부에서 공급되는 연료의 일부 에너지를 전기로 변환합니다. 이러한 점에서 연료전지는 기존의 발전소와 비슷합니다.

연료 전지에는 여러 가지 유형이 있습니다. 가장 단순한 연료 전지는 전해질로 알려진 특수 멤브레인으로 구성됩니다. 분말 전극은 멤브레인의 양쪽에 증착됩니다. 이 디자인(2개의 전극으로 둘러싸인 전해질)은 별도의 요소입니다. 수소는 한쪽(양극)으로 흐르고 산소(공기)는 다른 쪽(음극)으로 흐릅니다. 각 전극은 다른 화학 반응을 보입니다.

양극에서 수소는 양성자와 전자의 혼합물로 분해됩니다. 일부 연료 전지에서 전극은 일반적으로 해리 반응을 촉진하는 백금 또는 기타 귀금속으로 만들어진 촉매로 둘러싸여 있습니다.

2H2 ==> 4H+ + 4e-.

H2 = 이원자 수소 분자, 형태, in

수소가 기체로 존재하는 경우;

H+ = 이온화된 수소, 즉 양성자;

e- = 전자.

연료 전지의 작동은 전해질이 자체를 통해(음극 쪽으로) 양성자를 통과하지만 전자는 통과하지 않는다는 사실에 기반합니다. 전자는 외부 전도 회로를 따라 음극 쪽으로 이동합니다. 이러한 전자의 움직임은 전기 모터나 전구와 같이 연료 전지에 연결된 외부 장치에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있는 전류입니다. 이 장치를 일반적으로 "부하"라고 합니다.

연료 전지의 캐소드 쪽에서 양성자(전해액을 통과함)와 전자(외부 부하를 통과함)는 "재결합"되고 캐소드에 공급된 산소와 반응하여 물, H2O를 형성합니다.

4H+ + 4e- + O2 ==> 2H2O.

연료 전지의 전체 반응은 다음과 같이 작성됩니다.

2H2 + O2 ==> 2H2O.

그들의 작업에서 연료 전지는 수소 연료와 공기의 산소를 사용합니다. 수소는 직접 공급하거나 천연 가스, 가솔린 또는 메탄올과 같은 외부 연료 공급원에서 분리하여 공급할 수 있습니다. 외부 소스의 경우 수소를 추출하기 위해 화학적으로 변환되어야 합니다. 이 과정을 "개조"라고 합니다. 수소는 또한 도시 매립지 및 폐수 처리장에서 나오는 가스와 같은 대체 공급원인 암모니아, 전기를 사용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 물 전기분해에서도 얻을 수 있습니다. 현재 운송에 사용되는 연료전지 기술은 대부분 메탄올을 사용합니다.

연료 전지용 수소를 생산하기 위해 연료를 개질하기 위한 다양한 수단이 개발되었습니다. 미국 에너지부는 자체 내장형 연료 전지에 수소를 공급하기 위해 가솔린 개질기 내부에 연료 공장을 개발했습니다. 미국 태평양 북서부 국립연구소의 연구원들이 파워팩의 10분의 1 크기인 소형 연료 개질기를 시연했습니다. 미국 유틸리티, Northwest Power Systems 및 Sandia 국립 연구소는 디젤 연료를 연료 전지용 수소로 변환하는 연료 개질기를 시연했습니다.

개별적으로 연료 전지는 각각 약 0.7-1.0볼트를 생성합니다. 전압을 높이기 위해 요소는 "캐스케이드"로 조립됩니다. 직렬 연결. 더 많은 전류를 생성하기 위해 캐스케이드 요소 세트가 병렬로 연결됩니다. 연료 전지 캐스케이드를 연료 공장, 공기 공급 및 냉각 시스템, 제어 시스템과 결합하면 연료 전지 엔진이 됩니다. 이 엔진은 차량, 고정식 발전소 또는 휴대용 발전기6에 전력을 공급할 수 있습니다. 연료 전지 엔진은 용도, 연료 전지 유형 및 사용되는 연료에 따라 다양한 크기로 제공됩니다. 예를 들어, 오마하의 은행에 설치된 4개의 개별 200kW 고정식 발전소는 각각 트럭 트레일러 크기입니다.

애플리케이션

연료 전지는 고정 장치와 모바일 장치 모두에서 사용할 수 있습니다. 미국 배기가스 규제 강화에 대응하여 다임러 크라이슬러, 도요타, 포드, 제너럴 모터스, 폭스바겐, 혼다, 닛산 등의 자동차 제조사들이 연료 전지 차량을 실험하고 시연했습니다. 최초의 상용 연료 전지 차량은 2004년 또는 2005년에 도로에 출시될 것으로 예상됩니다.

연료 전지 기술의 역사에서 이정표는 1993년 6월 Ballard Power System의 90킬로와트 수소 연료 전지 엔진이 장착된 실험용 32피트 시내 버스의 시연이었습니다. 그 이후로 많은 다른 유형에 의해 구동되는 다양한 세대의 연료 전지 승용차 다른 유형연료. 1996년 말부터 캘리포니아 팜 데저트에서 3대의 수소 연료 전지 구동 골프 카트가 사용되었습니다. 일리노이주 시카고의 도로에서 밴쿠버, 브리티시컬럼비아; 노르웨이 오슬로는 연료전지 시내버스를 시험하고 있다. 알칼리 연료 전지 택시가 런던 거리에서 테스트되고 있습니다.

연료 전지 기술을 사용한 고정 설치도 시연되고 있지만 아직 상업적으로 널리 사용되지는 않습니다. 네브래스카에 있는 First National Bank of Omaha는 연료 전지 시스템을 사용하여 컴퓨터에 전원을 공급합니다. 시스템이 배터리 백업이 있는 이전 주전원 시스템보다 더 안정적이기 때문입니다. 세계 최대의 상업용 1.2MW 연료 전지 시스템이 곧 알래스카의 우편물 센터에 설치될 예정입니다. 연료 전지 노트북, 하수 처리장 및 자동 판매기에 사용되는 제어 시스템도 테스트 및 시연되고 있습니다.

"장점과 단점"

연료 전지에는 여러 가지 장점이 있습니다. 최신 내연 기관의 효율은 12-15%에 불과하지만 연료 전지의 경우 이 계수는 50%입니다. 연료 전지의 효율성은 상당히 유지될 수 있습니다. 높은 레벨, 최대 정격 출력에서 사용되지 않는 경우에도 이는 가솔린 엔진에 비해 큰 이점입니다.

연료 전지 설계의 모듈식 특성은 몇 단계만 더 추가하면 연료 전지 발전소의 용량을 늘릴 수 있음을 의미합니다. 이렇게 하면 용량 부족 요인이 최소화되어 수요와 공급을 더 잘 맞출 수 있습니다. 연료 전지 스택의 효율은 개별 전지의 성능에 의해 결정되기 때문에 소형 연료 전지 발전소는 대형 발전소만큼 효율적으로 작동합니다. 또한 고정식 연료 전지 시스템의 폐열을 물 및 공간 난방에 사용할 수 있어 에너지 효율성을 더욱 높일 수 있습니다.

연료 전지를 사용할 때 실질적으로 유해한 배출이 없습니다. 엔진이 순수한 수소로 작동할 때 부산물로 열과 순수한 수증기만 형성됩니다. 따라서 우주선에서 우주 비행사는 온보드 연료 전지 작동의 결과로 형성된 물을 마십니다. 배출 구성은 수소 공급원의 특성에 따라 다릅니다. 메탄올을 사용하면 질소 산화물과 일산화탄소가 전혀 배출되지 않고 탄화수소만 소량 배출됩니다. 수소에서 메탄올, 가솔린으로 이동함에 따라 배출량이 증가하지만 가솔린을 사용하더라도 배출량은 상당히 낮게 유지됩니다. 어쨌든 오늘날의 전통적인 내연 기관을 연료 전지로 교체하면 CO2 및 NOx 배출량이 전반적으로 감소합니다.

연료 전지의 사용은 에너지 인프라의 유연성을 제공하여 분산형 발전을 위한 추가 기회를 만듭니다. 분산된 에너지원의 다양성으로 인해 전송 손실을 줄이고 에너지 판매 시장을 개발할 수 있습니다(전력선에 접근할 수 없는 원격 및 농촌 지역에 특히 중요). 연료 전지의 도움으로 개별 거주자 또는 이웃은 대부분의 전기를 스스로 제공할 수 있으므로 사용 효율성을 크게 높일 수 있습니다.

연료 전지는 고품질 에너지와 향상된 신뢰성을 제공합니다. 내구성이 있고 움직이는 부품이 없으며 일정한 양의 전력을 생산합니다.

그러나 성능을 개선하고 비용을 절감하여 연료 전지가 다른 에너지 기술과 경쟁력을 갖기 위해서는 연료 전지 기술이 더욱 개선되어야 합니다. 에너지 기술의 비용 특성을 고려할 때 자본 운영 비용, 오염 물질 배출, 에너지 품질, 내구성, 해체 및 유연성을 포함하여 기술 특성의 모든 구성 요소를 기반으로 비교해야 합니다.

수소가스는 최고의 연료이지만 이를 위한 기반 시설이나 수송 기반은 아직 존재하지 않습니다. 단기적으로는 기존 화석 연료 공급 시스템(주유소 등)을 사용하여 발전소에 가솔린, 메탄올 또는 천연 가스 형태의 수소 공급원을 제공할 수 있습니다. 이렇게 하면 전용 수소 충전소가 필요하지 않지만 각 차량에는 화석 연료를 수소로 바꾸는 변환기("개질기")가 장착되어야 합니다. 이 접근 방식의 단점은 화석 연료를 사용하므로 이산화탄소가 배출된다는 것입니다. 현재 주요 후보인 메탄올은 가솔린보다 배출량이 적지만 동일한 에너지 함량에 대해 두 배의 공간을 차지하기 때문에 자동차에 더 큰 탱크가 필요합니다.

화석 연료 공급 시스템과 달리 태양광 및 풍력 시스템(전기를 사용하여 물에서 수소와 산소 생성) 및 직접 광변환 시스템(반도체 재료 또는 효소를 사용하여 수소 생성)은 개질 단계 없이 수소를 공급할 수 있으므로 이러한 방식으로 배출 메탄올 또는 가솔린 연료 전지를 사용할 때 관찰되는 유해 물질의 발생을 피할 수 있습니다. 수소는 필요에 따라 연료 전지에 저장되고 전기로 변환될 수 있습니다. 앞으로 이러한 종류의 재생 가능 에너지원에 연료 전지를 연결하는 것은 생산적이고 환경 친화적이며 다재다능한 에너지원을 제공하기 위한 효과적인 전략이 될 것입니다.

IEER 권장 사항은 로컬 및 연방 당국, 주정부뿐만 아니라 연료 전지 차량 운송을 위해 조달 예산의 일부를 할당했습니다. 고정 시스템중요하거나 새로운 건물 중 일부에 열과 전기를 제공하기 위해 연료 전지를 사용합니다. 이를 통해 핵심 기술 개발에 기여하고 온실 가스 배출을 줄일 수 있습니다.