คำแนะนำ: วิธีเปิดคลังแสงโบราณและตำแหน่งที่จะมองหาเซลล์เชื้อเพลิง - Horizon: Zero Dawn เซลล์เชื้อเพลิงทดแทนพลังงาน "ทางเลือก"

เมื่อเร็ว ๆ นี้หัวข้อของเซลล์เชื้อเพลิงติดปากของทุกคน และไม่น่าแปลกใจเลยที่เทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นในโลกของอิเล็กทรอนิกส์ ได้ค้นพบการเกิดใหม่ ผู้นำระดับโลกในด้านการแข่งขันไมโครอิเล็กทรอนิกส์จะนำเสนอผลิตภัณฑ์ต้นแบบในอนาคต ซึ่งจะรวมโรงไฟฟ้าขนาดเล็กของตนเองเข้าไว้ด้วยกัน ในแง่หนึ่งสิ่งนี้จะทำให้การผูกมัดของอุปกรณ์มือถือกับ "ซ็อกเก็ต" อ่อนลงและในทางกลับกันช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

นอกจากนี้บางส่วนของพวกเขาทำงานบนพื้นฐานของเอทานอลดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีเหล่านี้จึงเป็นประโยชน์โดยตรงต่อผู้ผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ - ในอีกสิบปีข้างหน้าคิวของ "คนไอที" ยืนอยู่ข้างหลัง "ปริมาณ" ถัดไปสำหรับพวกเขา แล็ปท็อปจะเข้าแถวที่โรงกลั่นไวน์

เราไม่สามารถอยู่ห่างจาก "ไข้" ของเซลล์เชื้อเพลิงที่ครอบงำอุตสาหกรรมไฮเทคได้และเราจะพยายามค้นหาว่าเทคโนโลยีนี้เป็นสัตว์ชนิดใด กินกับอะไร และควรคาดหวังว่าจะมาถึงเมื่อใด "จัดเลี้ยง". ในเนื้อหานี้ เราจะพิจารณาเส้นทางที่เซลล์เชื้อเพลิงเดินทางตั้งแต่วินาทีแรกที่เทคโนโลยีนี้ถูกค้นพบจนถึงปัจจุบัน เราจะพยายามประเมินโอกาสในการนำไปใช้และการพัฒนาในอนาคต

เป็นยังไงบ้าง

หลักการของเซลล์เชื้อเพลิงได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 1838 โดย Christian Friedrich Schonbein และอีกหนึ่งปีต่อมา Philosophical Journal ได้ตีพิมพ์บทความของเขาในหัวข้อนี้ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงการศึกษาเชิงทฤษฎีเท่านั้น เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้เครื่องแรกเห็นแสงสว่างในปี 1843 ในห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ชาวเวลส์ เซอร์ วิลเลียม โรเบิร์ต โกรฟ เมื่อสร้างมันขึ้นมา ผู้ประดิษฐ์ใช้วัสดุที่คล้ายกับที่ใช้ในแบตเตอรี่กรดฟอสฟอริกสมัยใหม่ ต่อจากนั้น เซลล์เชื้อเพลิงของ Sir Grove ได้รับการปรับปรุงโดย W. Thomas Grub ในปี 1955 นักเคมีคนนี้ซึ่งทำงานให้กับ บริษัทในตำนาน General Electric ใช้เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนโพลีสไตรีนที่มีซัลโฟเนตเป็นอิเล็กโทรไลต์ในเซลล์เชื้อเพลิง เพียงสามปีต่อมา เพื่อนร่วมงานของเขา Leonard Niedrach ได้เสนอเทคโนโลยีการวางแพลตตินัมบนเมมเบรน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการออกซิเดชันของไฮโดรเจนและการดูดซึมออกซิเจน

"บิดา" ของเซลล์เชื้อเพลิง Christian Schönbein

หลักการเหล่านี้ก่อให้เกิดพื้นฐานของเซลล์เชื้อเพลิงรุ่นใหม่ เรียกว่าธาตุ Grubb-Nidrach ตามผู้สร้าง เจเนอรัลอิเล็กทริกยังคงพัฒนาในทิศทางนี้ ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของ NASA และ McDonnell Aircraft ยักษ์ใหญ่ด้านการบิน เซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์แห่งแรกได้ถูกสร้างขึ้น เทคโนโลยีใหม่นี้ถูกพบเห็นในต่างประเทศ และในปี 2502 ชาวอังกฤษ ฟรานซิส เบคอน (ฟรานซิส โธมัส เบคอน) ได้แนะนำเซลล์เชื้อเพลิงแบบอยู่กับที่ด้วยกำลัง 5 กิโลวัตต์ การออกแบบที่ได้รับการจดสิทธิบัตรของเขาได้รับอนุญาตในภายหลังจากชาวอเมริกันและใช้ใน ยานอวกาศ NASA ในระบบไฟฟ้าและการจ่ายน้ำประปา ในปีเดียวกันนั้น American Harry Ihrig ได้สร้างรถแทรกเตอร์เซลล์เชื้อเพลิงเครื่องแรก (กำลังทั้งหมด 15 กิโลวัตต์) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ และใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนอัดเป็นรีเอเจนต์

เป็นครั้งแรกที่ UTC Power ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงแบบอยู่กับที่เพื่อการค้าซึ่งให้บริการระบบไฟฟ้าสำรองสำหรับโรงพยาบาล มหาวิทยาลัย และศูนย์ธุรกิจ บริษัทนี้ซึ่งเป็นผู้นำระดับโลกในด้านนี้ ยังคงผลิตโซลูชันที่คล้ายกันซึ่งมีกำลังสูงถึง 200 กิโลวัตต์ และยังเป็นผู้จัดหาเซลล์เชื้อเพลิงหลักให้กับ NASA ผลิตภัณฑ์ของบริษัทถูกใช้อย่างแพร่หลายในระหว่างโครงการอวกาศอพอลโลและยังคงเป็นที่ต้องการของโครงการกระสวยอวกาศ UTC Power ยังมีเซลล์เชื้อเพลิง "การบริโภคของผู้บริโภค" สำหรับการใช้งานในยานยนต์ที่หลากหลาย เธอเป็นคนแรกที่สร้างเซลล์เชื้อเพลิงที่สามารถรับกระแสไฟที่อุณหภูมิติดลบได้โดยใช้เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน

มันทำงานอย่างไร

นักวิจัยได้ทดลองกับสารต่างๆ เป็นตัวทำปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม หลักการพื้นฐานของการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง แม้จะมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เซลล์เชื้อเพลิงใด ๆ เป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานไฟฟ้าเคมี มันสร้างกระแสไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงจำนวนหนึ่ง (ที่ด้านแอโนด) และตัวออกซิไดเซอร์ (ด้านแคโทด) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นต่อหน้าอิเล็กโทรไลต์ (สารที่มีไอออนอิสระและทำหน้าที่เป็นสื่อนำไฟฟ้า) โดยหลักการแล้ว ในอุปกรณ์ดังกล่าว จะมีสารรีเอเจนต์บางชนิดเข้ามาและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาของมัน ซึ่งจะถูกลบออกหลังจากทำปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีแล้ว อิเล็กโทรไลต์ในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำหรับปฏิกิริยาของสารตั้งต้นเท่านั้นและไม่เปลี่ยนแปลงในเซลล์เชื้อเพลิง ตามรูปแบบดังกล่าว เซลล์เชื้อเพลิงในอุดมคติควรทำงานตราบเท่าที่มีสารที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยา

เซลล์เชื้อเพลิงไม่ควรสับสนกับแบตเตอรี่ทั่วไปที่นี่ ในกรณีแรก "เชื้อเพลิง" บางส่วนถูกใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งต้องเติมในภายหลัง ในกรณีของเซลล์กัลวานิก กระแสไฟฟ้าจะถูกเก็บไว้ในวงจรปิด ระบบเคมี. ในกรณีของแบตเตอรี่ การใช้กระแสไฟจะทำให้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีย้อนกลับเกิดขึ้นและทำให้รีเอเจนต์กลับสู่สถานะเดิม (เช่น ชาร์จ) สามารถผสมเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ได้หลากหลาย ตัวอย่างเช่น เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจน (ตัวออกซิไดซ์) เป็นสารตั้งต้น บ่อยครั้ง ไบคาร์บอเนตและแอลกอฮอล์ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง และอากาศ คลอรีน และคลอรีนไดออกไซด์ทำหน้าที่เป็นสารออกซิแดนท์

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิงจะทำให้อิเล็กตรอนและโปรตอนหลุดออกจากเชื้อเพลิง และอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จะก่อตัวขึ้น ไฟฟ้า. เซลล์เชื้อเพลิงมักใช้แพลตตินัมหรือโลหะผสมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเร่งปฏิกิริยา กระบวนการเร่งปฏิกิริยาอื่นจะส่งกลับอิเล็กตรอนโดยการรวมเข้ากับโปรตอนและตัวออกซิไดซ์ ส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา (การปล่อยมลพิษ) ตามกฎแล้วการปล่อยเหล่านี้เป็นสารธรรมดา: น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์

ในเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนทั่วไป (PEMFC) เมมเบรนนำไฟฟ้าโปรตอนโพลีเมอร์จะแยกด้านแอโนดและแคโทด จากด้านแคโทด ไฮโดรเจนจะกระจายไปยังตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนด ซึ่งอิเล็กตรอนและโปรตอนจะถูกปลดปล่อยออกมาในเวลาต่อมา จากนั้นโปรตอนจะผ่านเมมเบรนไปยังแคโทด และอิเล็กตรอนซึ่งไม่สามารถติดตามโปรตอนได้ (เมมเบรนเป็นฉนวนไฟฟ้า) จะถูกส่งผ่านวงจรโหลดภายนอก (ระบบจ่ายไฟ) ด้านตัวเร่งปฏิกิริยา cathodic ออกซิเจนทำปฏิกิริยากับโปรตอนที่ผ่านเมมเบรนและอิเล็กตรอนที่เข้าสู่วงจรโหลดภายนอก อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานี้ จะได้น้ำ (ในรูปของไอหรือของเหลว) ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน (เมทานอล น้ำมันดีเซล) คือน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์

เซลล์เชื้อเพลิงเกือบทุกประเภทได้รับผลกระทบจากการสูญเสียทางไฟฟ้า ซึ่งเกิดจากความต้านทานตามธรรมชาติของหน้าสัมผัสและองค์ประกอบของเซลล์เชื้อเพลิง และจากแรงดันไฟฟ้าเกินทางไฟฟ้า (พลังงานเพิ่มเติมที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยาเริ่มต้น) ในบางกรณี คุณไม่สามารถหลีกเลี่ยงการสูญเสียเหล่านี้ได้อย่างสมบูรณ์ และบางครั้ง "เกมไม่คุ้มกับแท่งเทียน" แต่ส่วนใหญ่มักจะลดลงเป็นค่าต่ำสุดที่ยอมรับได้ วิธีแก้ปัญหานี้คือการใช้ชุดอุปกรณ์เหล่านี้ ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงสามารถเชื่อมต่อแบบขนาน (กระแสไฟที่สูงกว่า) หรือแบบอนุกรม (แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดสำหรับระบบจ่ายไฟ

ประเภทของเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงมีหลายประเภท แต่เราจะพยายามพูดถึงเซลล์เชื้อเพลิงที่พบบ่อยที่สุดโดยสังเขป

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (AFC)

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์หรืออัลคาไลน์หรือที่เรียกว่าเซลล์เบคอนหลังจาก "พ่อ" ของอังกฤษเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงที่พัฒนาดีที่สุด เป็นอุปกรณ์เหล่านี้ที่ช่วยให้มนุษย์เหยียบดวงจันทร์ โดยทั่วไปแล้ว NASA ใช้เซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้มาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1960 AFCs ใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ในการผลิต น้ำดื่ม,ความร้อนและไฟฟ้า. เนื่องจากเทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนามาอย่างดี จึงทำให้มีอัตราประสิทธิภาพสูงสุดระบบหนึ่งในบรรดาระบบที่คล้ายคลึงกัน (มีศักยภาพประมาณ 70%)

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของการใช้สารอัลคาไลน์เหลวเป็นอิเล็กโทรไลต์ซึ่งไม่ปิดกั้นคาร์บอนไดออกไซด์ จึงเป็นไปได้ที่โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (หนึ่งในตัวเลือกสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้) จะทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของอากาศธรรมดานี้ ผลที่ได้อาจเป็นสารประกอบที่เป็นพิษของโพแทสเซียมคาร์บอเนต เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์หรือทำความสะอาดอากาศจากคาร์บอนไดออกไซด์ โดยธรรมชาติแล้วสิ่งนี้จะส่งผลต่อต้นทุนของอุปกรณ์ดังกล่าว อย่างไรก็ตาม ถึงแม้ว่า AFCs จะเป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ถูกที่สุดสำหรับการผลิตในปัจจุบัน

เซลล์เชื้อเพลิงโบโรไฮไดรด์โดยตรง (DBFC)

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ชนิดย่อยนี้ใช้โซเดียมโบโรไฮไดรด์เป็นเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ต่างจากไฮโดรเจนเอเอฟซีทั่วไปตรงที่ เทคโนโลยีนี้มีข้อดีอย่างหนึ่งที่สำคัญ - ไม่มีความเสี่ยงในการผลิตสารประกอบที่เป็นพิษหลังจากสัมผัสกับคาร์บอนไดออกไซด์ อย่างไรก็ตาม ผลคูณของปฏิกิริยาคือสารบอแรกซ์ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในผงซักฟอกและสบู่ บอแรกซ์ค่อนข้างปลอดสารพิษ

DBFCs สามารถทำได้ถูกกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบเดิมเพราะไม่ต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินั่มราคาแพง นอกจากนี้ยังมีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น คาดว่าการผลิตโซเดียมโบโรไฮไดรด์ 1 กิโลกรัมมีราคา 50 เหรียญ แต่ถ้ามีการจัดการผลิตจำนวนมากและแปรรูปบอแรกซ์ แถบนี้จะลดลง 50 เท่า

เซลล์เชื้อเพลิงเมทัลไฮไดรด์ (MHFC)

คลาสย่อยของเซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์นี้กำลังอยู่ระหว่างการศึกษาอย่างจริงจัง คุณลักษณะของอุปกรณ์เหล่านี้คือความสามารถในการเก็บไฮโดรเจนไว้ในเซลล์เชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงโบโรไฮไดรด์โดยตรงมีความสามารถเหมือนกัน แต่ไม่เหมือนเซลล์เชื้อเพลิง MHFC ที่เต็มไปด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์

ลักษณะเด่นของเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้มีดังต่อไปนี้:

ความสามารถในการชาร์จจากพลังงานไฟฟ้า
ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ - สูงถึง -20 ° C;
อายุการเก็บรักษานาน
เริ่ม "เย็น" อย่างรวดเร็ว
ความสามารถในการทำงานเป็นระยะเวลาหนึ่งโดยไม่มีแหล่งไฮโดรเจนภายนอก (สำหรับระยะเวลาของการเปลี่ยนเชื้อเพลิง)

แม้ว่าหลายบริษัทกำลังดำเนินการสร้าง MHFC ที่ผลิตในปริมาณมาก แต่ประสิทธิภาพของต้นแบบยังไม่สูงพอเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีที่แข่งขันกัน หนึ่งในความหนาแน่นกระแสไฟที่ดีที่สุดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้คือ 250 มิลลิแอมป์ต่อตารางเซนติเมตร โดยเซลล์เชื้อเพลิง PEMFC แบบเดิมให้ความหนาแน่นกระแส 1 แอมป์ต่อตารางเซนติเมตร

เซลล์เชื้อเพลิงไฟฟ้ากัลวานิก (EGFC)

ปฏิกิริยาเคมีใน EGFC เกิดขึ้นโดยมีส่วนร่วมของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์และออกซิเจน สิ่งนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกตะกั่วและขั้วลบเคลือบทอง แรงดันไฟฟ้าที่ส่งออกจากเซลล์เชื้อเพลิงแบบไฟฟ้า-กัลวานิกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณออกซิเจน คุณลักษณะนี้ทำให้ EGFC สามารถใช้เป็นอุปกรณ์ทดสอบออกซิเจนในอุปกรณ์ดำน้ำและอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้อย่างกว้างขวาง แต่เนื่องจากการพึ่งพาอาศัยกันนี้อย่างแม่นยำ เซลล์เชื้อเพลิงที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์จึงมีระยะเวลาจำกัด งานที่มีประสิทธิภาพ(ตราบเท่าที่ความเข้มข้นของออกซิเจนสูง)

เครื่องทดสอบออกซิเจน EGFC ที่ได้รับการรับรองเครื่องแรกเริ่มวางจำหน่ายอย่างแพร่หลายในปี 2548 แต่ก็ไม่ได้รับความนิยมมากนักในสมัยนั้น การเปิดตัวเมื่อสองปีต่อมา แบบจำลองที่ได้รับการดัดแปลงอย่างมีนัยสำคัญประสบความสำเร็จมากกว่ามาก และยังได้รับรางวัล "นวัตกรรม" ในงานแสดงของนักประดาน้ำเฉพาะทางในฟลอริดา ปัจจุบัน องค์กรต่างๆ เช่น NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) และ DDRC (Diving Diseases Research Center) ใช้องค์กรเหล่านี้

เซลล์เชื้อเพลิงโดยตรงกรดฟอร์มิก (DFAFC)

เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้เป็นชนิดย่อยของอุปกรณ์กรดฟอร์มิกโดยตรงของ PEMFC เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะ เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้จึงมีโอกาสสูงที่จะเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เช่น แล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ ในอนาคต

เช่นเดียวกับเมทานอล กรดฟอร์มิกจะถูกป้อนโดยตรงไปยังเซลล์เชื้อเพลิงโดยไม่ต้องมีขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์เป็นพิเศษ การเก็บสารนี้ปลอดภัยกว่ามาก ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจน และนอกจากนี้ ไม่จำเป็นต้องจัดให้มีสภาวะในการเก็บรักษาเฉพาะใดๆ: กรดฟอร์มิกเป็นของเหลวที่อุณหภูมิปกติ นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้มีข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้สองประการเหนือเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรง ประการแรก กรดฟอร์มิกไม่ซึมผ่านเมมเบรนต่างจากเมทานอล ดังนั้นประสิทธิภาพของ DFAFC ตามคำจำกัดความจึงควรสูงกว่า ประการที่สอง ในกรณีที่เกิดความกดดัน กรดฟอร์มิกจะไม่เป็นอันตรายมากนัก (เมทานอลอาจทำให้ตาบอดได้ และด้วยปริมาณที่มาก อาจถึงแก่ชีวิต)

ที่น่าสนใจ จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่ได้มองว่าเทคโนโลยีนี้มีอนาคตที่ใช้งานได้จริง เหตุผลที่กระตุ้นให้นักวิจัยเลิกใช้กรดฟอร์มิกเป็นเวลาหลายปีคือแรงดันไฟเกินทางเคมีไฟฟ้าที่สูง ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียทางไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ แต่ผลการทดลองล่าสุดแสดงให้เห็นว่าสาเหตุของความไร้ประสิทธิภาพนี้คือการใช้แพลตตินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งตามธรรมเนียมแล้วจะใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจุดประสงค์นี้ในเซลล์เชื้อเพลิง หลังจากที่นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ได้ทำการทดลองกับวัสดุอื่นๆ หลายครั้ง ปรากฎว่าเมื่อใช้แพลเลเดียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลผลิตของ DFAFC จะสูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรงที่เทียบเท่ากัน ปัจจุบัน สิทธิ์ในเทคโนโลยีนี้เป็นของบริษัท Tekion สัญชาติอเมริกัน ซึ่งนำเสนอสายผลิตภัณฑ์ Formira Power Pack สำหรับอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ระบบนี้เป็นระบบ "ดูเพล็กซ์" ที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่สำหรับจัดเก็บและเซลล์เชื้อเพลิงจริง หลังจากที่รีเอเจนต์ในคาร์ทริดจ์ที่ชาร์จแบตเตอรี่หมด ผู้ใช้ก็เพียงแค่เปลี่ยนอันใหม่ ดังนั้นมันจึงกลายเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์จาก "ซ็อกเก็ต" ตามคำมั่นสัญญาของผู้ผลิต เวลาระหว่างการชาร์จจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แม้ว่าเทคโนโลยีจะมีราคาสูงกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปเพียง 10-15% ก็ตาม อุปสรรคสำคัญประการเดียวของเทคโนโลยีนี้อาจเป็นเพราะเทคโนโลยีนี้ได้รับการสนับสนุนจากบริษัทระดับกลาง และสามารถ "เติมเต็ม" โดยคู่แข่งรายใหญ่ที่นำเสนอเทคโนโลยีของตน ซึ่งอาจด้อยกว่า DFAFC ในหลาย ๆ ด้าน

เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรง (DMFC)

เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้เป็นชุดย่อยของอุปกรณ์เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน พวกเขาใช้เมทานอลที่ชาร์จเข้าไปในเซลล์เชื้อเพลิงโดยไม่ต้องทำให้บริสุทธิ์อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม เมทิลแอลกอฮอล์นั้นง่ายต่อการจัดเก็บและไม่ระเบิด (แม้ว่าจะติดไฟได้และอาจทำให้ตาบอดได้) ในเวลาเดียวกัน ความจุพลังงานของเมทานอลนั้นสูงกว่าความจุของไฮโดรเจนที่บีบอัดอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเมทานอลสามารถซึมผ่านเมมเบรนได้ ประสิทธิภาพของ DMFC ที่มีเชื้อเพลิงปริมาณมากจึงต่ำ แม้ว่าจะไม่เหมาะสำหรับการขนส่งและการติดตั้งขนาดใหญ่ด้วยเหตุนี้ อุปกรณ์เหล่านี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเปลี่ยนแบตเตอรี่สำหรับอุปกรณ์พกพา

เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลแปรรูป (RMFC)

เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลที่ผ่านกรรมวิธีแตกต่างจาก DMFC เท่านั้น โดยจะเปลี่ยนเมทานอลเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนการผลิตไฟฟ้า สิ่งนี้เกิดขึ้นในอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่าตัวประมวลผลเชื้อเพลิง หลังจากขั้นตอนเบื้องต้นนี้ (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 250 องศาเซลเซียส) ไฮโดรเจนจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ซึ่งส่งผลให้เกิดน้ำและไฟฟ้า

การใช้เมทานอลใน RMFC เกิดจากการที่มันเป็นพาหะของไฮโดรเจนตามธรรมชาติ และที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอ (เมื่อเทียบกับสารอื่นๆ) ก็สามารถย่อยสลายเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ได้ ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงล้ำหน้ากว่า DMFC เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลที่ผ่านการแปรรูปจะมีประสิทธิภาพมากกว่า กะทัดรัดกว่า และทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์

เซลล์เชื้อเพลิงเอทานอลโดยตรง (DEFC)

ตัวแทนอีกระดับของเซลล์เชื้อเพลิงที่มีโครงตาข่ายแลกเปลี่ยนโปรตอน ตามชื่อของมัน เอธานอลจะเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงโดยผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์หรือการสลายตัวเพิ่มเติมเป็นสารที่ง่ายกว่า ข้อดีประการแรกของอุปกรณ์เหล่านี้คือการใช้เอทิลแอลกอฮอล์แทนเมทานอลที่เป็นพิษ ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องลงทุนเงินเป็นจำนวนมากในการพัฒนาเชื้อเพลิงนี้

ความหนาแน่นพลังงานของแอลกอฮอล์สูงกว่าเมทานอลประมาณ 30% นอกจากนี้ยังสามารถหาได้จากชีวมวลในปริมาณมาก เพื่อลดต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงเอทานอล การค้นหาวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาทางเลือกกำลังดำเนินการอยู่ แพลตตินัมซึ่งปกติแล้วใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ มีราคาแพงเกินไปและเป็นอุปสรรคสำคัญในการนำเทคโนโลยีเหล่านี้ไปใช้อย่างแพร่หลาย การแก้ปัญหานี้อาจเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากส่วนผสมของเหล็ก ทองแดง และนิกเกิล ซึ่งแสดงให้เห็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจในระบบการทดลอง

เซลล์เชื้อเพลิงสังกะสีแอร์ (ZAFC)

ZAFC ใช้การออกซิเดชั่นของสังกะสีกับออกซิเจนจากอากาศเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้มีราคาไม่แพงในการผลิตและมีความหนาแน่นของพลังงานค่อนข้างสูง ปัจจุบันใช้ในเครื่องช่วยฟังและรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นทดลอง

ด้านแอโนดมีส่วนผสมของอนุภาคสังกะสีกับอิเล็กโทรไลต์ และด้านแคโทด น้ำและออกซิเจนจากอากาศทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันและเกิดเป็นไฮดรอกซิล (โมเลกุลของมันคืออะตอมออกซิเจนและอะตอมไฮโดรเจนระหว่างนั้น มีพันธะโควาเลนต์) อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของไฮดรอกซิลกับส่วนผสมของสังกะสี อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมา ไปที่แคโทด แรงดันไฟสูงสุดซึ่งจ่ายโดยเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวคือ 1.65 V แต่ตามกฎแล้วจะลดลงเหลือ 1.4–1.35 V ซึ่งจำกัดการเข้าถึงอากาศไปยังระบบ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีนี้คือซิงค์ออกไซด์และน้ำ

เป็นไปได้ที่จะใช้เทคโนโลยีนี้ทั้งในแบตเตอรี่ (โดยไม่ต้องชาร์จใหม่) และในเซลล์เชื้อเพลิง ในกรณีหลัง ห้องที่ด้านแอโนดจะถูกทำความสะอาดและเติมด้วยสังกะสีเพสต์ โดยทั่วไปแล้ว เทคโนโลยี ZAFC ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นแบตเตอรี่ที่เรียบง่ายและเชื่อถือได้ ข้อได้เปรียบที่ไม่อาจโต้แย้งได้คือความสามารถในการควบคุมปฏิกิริยาโดยการปรับการจ่ายอากาศไปยังเซลล์เชื้อเพลิงเท่านั้น นักวิจัยหลายคนกำลังพิจารณาว่าเซลล์เชื้อเพลิงสังกะสี-อากาศเป็นแหล่งพลังงานหลักในอนาคตสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ (MFC)

แนวคิดในการใช้แบคทีเรียเพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติไม่ใช่เรื่องใหม่ แม้ว่าจะเพิ่งทำให้ความคิดเหล่านี้เป็นจริงขึ้นมาได้ไม่นาน ปัจจุบันปัญหาการใช้เทคโนโลยีชีวภาพเชิงพาณิชย์เพื่อการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ (เช่น การผลิตไฮโดรเจนจากชีวมวล) การทำให้เป็นกลาง สารอันตรายและการผลิตไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์หรือที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพเป็นระบบไฟฟ้าเคมีชีวภาพที่สร้างกระแสไฟฟ้าผ่านการใช้แบคทีเรีย เทคโนโลยีนี้มีพื้นฐานมาจากแคแทบอลิซึม (การสลายตัวของโมเลกุลที่ซับซ้อนให้กลายเป็นโมเลกุลที่ง่ายกว่าด้วยการปล่อยพลังงาน) ของสารต่างๆ เช่น กลูโคส อะซิเตต (เกลือของกรดอะซิติก) บิวทิเรต (เกลือของกรดบิวทีริก) หรือน้ำเสีย เนื่องจากการออกซิเดชันของอิเล็กตรอนจึงถูกปล่อยออกมาซึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังขั้วบวกหลังจากนั้นกระแสไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะไหลผ่านตัวนำไปยังแคโทด

ในเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าว มักใช้ตัวกลางในการปรับปรุงการซึมผ่านของอิเล็กตรอน ปัญหาคือสารที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางมีราคาแพงและเป็นพิษ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการใช้แบคทีเรียที่ทำงานด้วยไฟฟ้าเคมี ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางไกล่เกลี่ย เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ที่ "ปราศจากสารส่ง" ดังกล่าวเริ่มถูกสร้างขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ ดังนั้นจึงไม่ได้ศึกษาคุณสมบัติทั้งหมดของพวกเขาเป็นอย่างดี

แม้จะมีอุปสรรคที่ MFC ยังไม่ได้เอาชนะ แต่เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพมหาศาล ประการแรก "เชื้อเพลิง" หาได้ไม่ยาก ยิ่งไปกว่านั้น ทุกวันนี้ปัญหาการบำบัดน้ำเสียและการกำจัดของเสียจำนวนมากนั้นรุนแรงมาก การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้สามารถแก้ปัญหาทั้งสองนี้ได้ ประการที่สอง ตามทฤษฎีแล้ว ประสิทธิภาพของมันอาจสูงมาก ปัญหาหลักสำหรับวิศวกร เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์นี้ จุลินทรีย์ และในขณะที่นักจุลชีววิทยาที่ได้รับทุนสนับสนุนมากมายสำหรับการวิจัย ชื่นชมยินดี นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ก็จับมือกัน โดยคาดการณ์ถึงความสำเร็จของหนังสือเกี่ยวกับผลที่ตามมาจาก "การตีพิมพ์" ของจุลินทรีย์ที่ไม่ถูกต้อง โดยธรรมชาติแล้ว มีความเสี่ยงที่จะนำบางสิ่งที่จะ "ย่อย" ออกมา ไม่เพียงแต่ของเสียที่ไม่จำเป็นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบางสิ่งที่มีคุณค่าด้วย โดยหลักการแล้ว เช่นเดียวกับเทคโนโลยีชีวภาพใหม่ ๆ ผู้คนต่างระมัดระวังความคิดที่จะพกกล่องที่ติดเชื้อแบคทีเรียไว้ในกระเป๋าของพวกเขา

แอปพลิเคชัน

โรงไฟฟ้าที่อยู่กับที่และในโรงงานอุตสาหกรรม

เซลล์เชื้อเพลิงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแหล่งพลังงานในระบบอัตโนมัติต่างๆ เช่น ยานอวกาศ สถานีตรวจอากาศระยะไกล สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง ฯลฯ ข้อได้เปรียบหลักของระบบจ่ายไฟดังกล่าวคือความน่าเชื่อถือที่สูงมากเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและกลไกใดๆ ในเซลล์เชื้อเพลิง ความน่าเชื่อถือของระบบจ่ายไฟจึงสูงถึง 99.99% นอกจากนี้ ในกรณีของการใช้ไฮโดรเจนเป็นรีเอเจนต์ น้ำหนักที่น้อยมากสามารถทำได้ ซึ่งเป็นหนึ่งในเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดในกรณีของอุปกรณ์อวกาศ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ การติดตั้งระบบความร้อนและพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารที่พักอาศัยและสำนักงานกำลังเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น ลักษณะเฉพาะของระบบเหล่านี้คือพวกเขาผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องซึ่งหากไม่บริโภคทันทีจะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่น้ำและอากาศ แม้ว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของการติดตั้งดังกล่าวจะอยู่ที่ 15-20% เท่านั้น แต่ข้อเสียนี้ได้รับการชดเชยด้วยการใช้ไฟฟ้าที่ไม่ได้ใช้ในการผลิตความร้อน โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบที่รวมกันดังกล่าวจะอยู่ที่ประมาณ 80% หนึ่งในสารทำปฏิกิริยาที่ดีที่สุดสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวคือกรดฟอสฟอริก หน่วยเหล่านี้ให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 90% (ไฟฟ้า 35-50% และพลังงานความร้อนที่เหลือ)

ขนส่ง

ระบบพลังงานที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการขนส่งอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ชาวเยอรมันเป็นกลุ่มแรกๆ ที่ติดตั้งเซลล์เชื้อเพลิงในรถยนต์ ดังนั้น เรือพาณิชย์ลำแรกของโลกที่ติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวจึงเปิดตัวเมื่อแปดปีที่แล้ว เรือขนาดเล็กลำนี้มีชื่อว่า "Hydra" และได้รับการออกแบบให้รองรับผู้โดยสารได้ถึง 22 คน ได้เปิดตัวใกล้กับเมืองหลวงเก่าของเยอรมนีเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2543 ไฮโดรเจน (เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์) ทำหน้าที่เป็นตัวทำปฏิกิริยาที่ส่งพลังงาน ด้วยการใช้เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (อัลคาไลน์) การติดตั้งสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -10°C และไม่กลัวน้ำเกลือ เรือ "ไฮดรา" ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าขนาด 5 กิโลวัตต์ สามารถเร่งความเร็วได้ถึง 6 นอต (ประมาณ 12 กม./ชม.)

เรือ "ไฮดรา"

เซลล์เชื้อเพลิง (โดยเฉพาะพลังงานไฮโดรเจน) แพร่หลายมากขึ้นในการขนส่งทางบก โดยทั่วไปแล้ว ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ของรถยนต์มาเป็นเวลานาน และโดยหลักการแล้ว เครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไปสามารถเปลี่ยนไปใช้เชื้อเพลิงทางเลือกนี้ได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม การเผาไหม้ไฮโดรเจนแบบธรรมดามีประสิทธิภาพน้อยกว่าการผลิตไฟฟ้าโดยปฏิกิริยาเคมีระหว่างไฮโดรเจนกับออกซิเจน และตามหลักแล้ว ไฮโดรเจนหากใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงจะปลอดภัยต่อธรรมชาติอย่างแน่นอน หรืออย่างที่พวกเขาว่า "เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" เนื่องจากไม่มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือสารอื่น ๆ ออกมาในระหว่างปฏิกิริยาเคมีที่สัมผัสกับ "เรือนกระจก" ผล".

จริงอยู่ที่นี่อย่างที่คาดไว้มี "buts" ขนาดใหญ่หลายตัว ความจริงก็คือเทคโนโลยีหลายอย่างในการผลิตไฮโดรเจนจากทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ (ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน ผลิตภัณฑ์น้ำมัน) นั้นไม่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากนัก เนื่องจากมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมากในกระบวนการ ในทางทฤษฎี หากมีการใช้ทรัพยากรหมุนเวียนเพื่อให้ได้มา จะไม่มีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายเลย อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ค่าใช้จ่ายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่า ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ศักยภาพของไฮโดรเจนในการทดแทนน้ำมันเบนซินหรือก๊าซธรรมชาติจึงมีจำกัด มีทางเลือกอื่นที่มีราคาไม่แพงอยู่แล้ว และเป็นไปได้มากว่าเซลล์เชื้อเพลิงในองค์ประกอบแรกของตารางธาตุจะไม่สามารถกลายเป็นปรากฏการณ์มวลในรถยนต์ได้

ผู้ผลิตรถยนต์ค่อนข้างกระตือรือร้นที่จะทดลองกับไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน และเหตุผลหลักสำหรับเรื่องนี้ก็คือสถานะที่ค่อนข้างยากของสหภาพยุโรปเกี่ยวกับการปล่อยมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศ ด้วยข้อจำกัดที่เข้มงวดมากขึ้นในยุโรป Daimler AG, Fiat และ Ford Motor Company ได้เปิดเผยวิสัยทัศน์สำหรับอนาคตของเซลล์เชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมยานยนต์ โดยเตรียมรุ่นพื้นฐานด้วยระบบส่งกำลังที่คล้ายคลึงกัน Volkswagen ยักษ์ใหญ่ด้านยานยนต์ของยุโรปอีกรายกำลังเตรียมรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง บริษัทญี่ปุ่นและเกาหลีใต้ไม่ล้าหลัง อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกคนที่เดิมพันกับเทคโนโลยีนี้ หลายคนชอบที่จะดัดแปลงเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือรวมเข้ากับมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ โตโยต้า มาสด้า และบีเอ็มดับเบิลยูเดินตามเส้นทางนี้ สำหรับบริษัทอเมริกัน นอกจากฟอร์ดที่มีรุ่นโฟกัสแล้ว เจเนอรัล มอเตอร์ส ยังนำเสนอรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงอีกหลายรุ่น กิจการทั้งหมดเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนอย่างแข็งขันจากหลายรัฐ ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกามีกฎหมายกำหนดให้รถยนต์ไฮบริดใหม่ที่เข้าสู่ตลาดได้รับการยกเว้นภาษีซึ่งอาจเป็นจำนวนที่เหมาะสม เนื่องจากตามกฎแล้วรถยนต์ดังกล่าวจะมีราคาแพงกว่ารถยนต์ที่มีการเผาไหม้ภายในแบบเดิม เครื่องยนต์ ดังนั้นการซื้อลูกผสมจึงน่าดึงดูดยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ กฎหมายฉบับนี้ใช้เฉพาะกับรุ่นที่เข้าสู่ตลาดจนถึงระดับยอดขาย 60,000 คัน หลังจากนั้นผลประโยชน์จะถูกยกเลิกโดยอัตโนมัติ

อิเล็กทรอนิกส์

ไม่นานมานี้ เซลล์เชื้อเพลิงเริ่มมีการใช้งานเพิ่มขึ้นในแล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่อื่นๆ เหตุผลก็คือความตะกละที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์ที่ได้รับการออกแบบมาเพื่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน จากการใช้หน้าจอสัมผัสขนาดใหญ่ในโทรศัพท์ ความสามารถด้านเสียงอันทรงพลัง และการแนะนำการรองรับ Wi-Fi, Bluetooth และโปรโตคอลการสื่อสารไร้สายความถี่สูงอื่นๆ ข้อกำหนดด้านความจุของแบตเตอรี่ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน และถึงแม้แบตเตอรีจะเดินทางมาไกลตั้งแต่สมัยของโทรศัพท์มือถือเครื่องแรกในแง่ของความจุและความกะทัดรัด (ไม่เช่นนั้นแฟน ๆ ในปัจจุบันจะไม่ได้รับอนุญาตให้เข้าไปในสนามกีฬาด้วยอาวุธนี้ที่มีฟังก์ชั่นการสื่อสาร) พวกเขาก็ยังตามไม่ทัน ด้วยการย่อขนาดวงจรอิเล็กทรอนิกส์ หรือไม่ต้องการให้ผู้ผลิตสร้างผลิตภัณฑ์ของตนทั้งหมด คุณสมบัติเพิ่มเติม. ข้อเสียที่สำคัญอีกประการหนึ่งของแบตเตอรี่ในปัจจุบันคือเวลาในการชาร์จที่ยาวนาน ทุกอย่างนำไปสู่ความจริงที่ว่ายิ่งมีคุณลักษณะมากขึ้นในโทรศัพท์หรือเครื่องเล่นมัลติมีเดียแบบพกพาที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความเป็นอิสระของเจ้าของ (อินเทอร์เน็ตไร้สาย ระบบนำทาง ฯลฯ ) ยิ่งขึ้นอยู่กับ "ซ็อกเก็ต" อุปกรณ์นี้จะกลายเป็น

ไม่มีอะไรจะพูดเกี่ยวกับแล็ปท็อปที่เล็กกว่าแล็ปท็อปที่มีขนาดสูงสุดจำกัด แล็ปท็อปประสิทธิภาพสูงเฉพาะกลุ่มถูกสร้างขึ้นมาเป็นเวลานานซึ่งไม่ได้มีไว้สำหรับการทำงานแบบอัตโนมัติเลย ยกเว้นการถ่ายโอนจากสำนักงานหนึ่งไปยังอีกสำนักงานหนึ่ง และแม้แต่สมาชิกที่คุ้มค่าที่สุดในโลกของแล็ปท็อปก็ยังต้องดิ้นรนเพื่อให้แบตเตอรี่ใช้งานได้เต็มวัน ดังนั้น คำถามในการหาทางเลือกอื่นแทนแบตเตอรี่แบบเดิม ซึ่งจะไม่แพงกว่าแต่มีประสิทธิภาพมากกว่านั้น เป็นเรื่องที่เฉียบขาดมาก และตัวแทนชั้นนำของอุตสาหกรรมได้แก้ปัญหานี้ไปแล้ว ไม่นานมานี้ มีการเปิดตัวเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลในเชิงพาณิชย์ การส่งมอบจำนวนมากสามารถเริ่มได้ในต้นปีหน้า

นักวิจัยเลือกเมทานอลมากกว่าไฮโดรเจนด้วยเหตุผลบางประการ เก็บเมทานอลได้ง่ายกว่ามากเพราะไม่ต้องการแรงดันสูงหรือพิเศษ ระบอบอุณหภูมิ. เมทิลแอลกอฮอล์เป็นของเหลวที่อุณหภูมิ -97.0°C ถึง 64.7°C โดยที่ พลังงานจำเพาะที่มีอยู่ในปริมาตรที่ N ของเมทานอลเป็นลำดับความสำคัญมากกว่าในปริมาตรเดียวกันของไฮโดรเจนภายใต้ความกดอากาศสูง เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรง ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ เกี่ยวข้องกับการใช้เมทานอลหลังจากเติมคอนเทนเนอร์เซลล์เชื้อเพลิงอย่างง่ายๆ โดยข้ามขั้นตอนการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยา (จึงเรียกว่า "เมทานอลโดยตรง") นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้ด้วย

อย่างไรก็ตาม อย่างที่คาดไว้ ข้อดีทั้งหมดนี้มีข้อเสีย ซึ่งจำกัดขอบเขตของการใช้งานอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าเทคโนโลยีนี้ยังไม่ได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่ ปัญหาประสิทธิภาพต่ำของเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวที่เกิดจาก "การรั่วไหล" ของเมทานอลผ่านวัสดุเมมเบรนยังคงไม่ได้รับการแก้ไข นอกจากนี้ยังไม่มีลักษณะไดนามิกที่น่าประทับใจ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะตัดสินใจว่าจะทำอย่างไรกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากขั้วบวก อุปกรณ์ DMFC สมัยใหม่ไม่สามารถสร้างพลังงานสูง แต่มีความจุพลังงานสูงสำหรับสสารปริมาณเล็กน้อย ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าจะยังไม่มีพลังงานมากนัก แต่เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรงก็สามารถสร้างพลังงานได้ เวลานาน. การทำเช่นนี้ไม่ได้ทำให้พวกเขาใช้งานโดยตรงในยานพาหนะเนื่องจากใช้พลังงานต่ำ แต่ทำให้พวกเขากลายเป็นโซลูชันที่เกือบจะสมบูรณ์แบบสำหรับอุปกรณ์พกพาที่อายุการใช้งานแบตเตอรี่มีความสำคัญ

เทรนด์ล่าสุด

แม้ว่าเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์จะผลิตมาเป็นเวลานาน แต่วิธีการเหล่านี้ยังไม่เป็นที่แพร่หลาย มีเหตุผลหลายประการสำหรับเรื่องนี้ และปัจจัยหลักคือความไม่สมควรทางเศรษฐกิจและความเต็มใจของผู้ผลิตในการผลิตเชื้อเพลิงราคาไม่แพงในกระแส ความพยายามที่จะบังคับให้กระบวนการทางธรรมชาติของการเปลี่ยนผ่านไปสู่แหล่งพลังงานหมุนเวียนอย่างที่คาดไว้ ไม่ได้นำไปสู่สิ่งที่ดี แน่นอนว่าสาเหตุของราคาสินค้าเกษตรที่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วนั้นค่อนข้างซ่อนเร้นไม่ใช่ว่าพวกเขาได้เริ่มถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพอย่างหนาแน่น แต่ในความจริงที่ว่าหลายประเทศในแอฟริกาและเอเชียไม่สามารถผลิตสินค้าได้เพียงพอ เพื่อตอบสนองความต้องการสินค้าในประเทศ

เห็นได้ชัดว่าการปฏิเสธการใช้เชื้อเพลิงชีวภาพจะไม่ทำให้สถานการณ์ในตลาดอาหารโลกดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่ในทางกลับกัน อาจโจมตีเกษตรกรในยุโรปและอเมริกาซึ่งเป็นครั้งแรกในรอบหลายปี โอกาสที่จะได้รับเงินที่ดี แต่เราไม่สามารถเขียนประเด็นด้านจริยธรรมของปัญหานี้ได้ การเติม "ขนมปัง" ลงในถังเป็นสิ่งที่น่าเกลียดเมื่อผู้คนนับล้านอดอยาก ดังนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักการเมืองยุโรปตอนนี้จะมีทัศนคติที่เย็นลงต่อเทคโนโลยีชีวภาพ ซึ่งได้รับการยืนยันแล้วโดยการแก้ไขกลยุทธ์สำหรับการเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน

ในสถานการณ์เช่นนี้ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ควรเป็นสาขาที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการประยุกต์ใช้เซลล์เชื้อเพลิง นี่คือจุดที่เซลล์เชื้อเพลิงมีโอกาสสูงที่สุดที่จะตั้งหลักได้ ประการแรก คนที่ซื้อโทรศัพท์มือถือเต็มใจที่จะทดลองมากกว่าคนซื้อรถ และประการที่สองพวกเขาพร้อมที่จะใช้จ่ายเงินและตามกฎแล้วไม่รังเกียจที่จะ "กอบกู้โลก" ความสำเร็จอย่างท่วมท้นของ iPod Nano รุ่น "Bono" สีแดงสามารถใช้เป็นเครื่องยืนยันได้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเงินจากการขายซึ่งไปที่สภากาชาด

เวอร์ชั่น "Bono" ของ Apple iPod Nano

ในบรรดาผู้ที่หันมาสนใจเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา เนื่องจากบริษัทที่แต่เดิมเชี่ยวชาญในการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงและปัจจุบันเพิ่งค้นพบ ทรงกลมใหม่การใช้งานและผู้ผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนำ ตัวอย่างเช่น เมื่อเร็วๆ นี้ MTI Micro ซึ่งได้นำธุรกิจกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ ประกาศว่าจะเริ่มการผลิตจำนวนมากในปี 2552 เธอยังแนะนำอุปกรณ์ GPS เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลเครื่องแรกของโลก ตามที่ตัวแทนของบริษัทนี้ ในอนาคตอันใกล้นี้ผลิตภัณฑ์ของบริษัทจะเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมทั้งหมด จริงในตอนแรกพวกเขาจะไม่ถูก แต่ปัญหานี้มาพร้อมกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ

สำหรับบริษัทอย่าง Sony ซึ่งเพิ่งเปิดตัวอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยสื่อรุ่น DMFC เทคโนโลยีเหล่านี้เป็นเทคโนโลยีใหม่ แต่จริงจังที่จะไม่หลงทางในตลาดใหม่ที่มีแนวโน้มดี ในทางกลับกัน ชาร์ปก้าวไปไกลกว่านั้นด้วยเซลล์เชื้อเพลิงต้นแบบ เพิ่งสร้างสถิติโลกสำหรับความจุพลังงานจำเพาะ 0.3 วัตต์ต่อลูกบาศก์เซนติเมตรของเมทานอล แม้แต่รัฐบาลของหลายประเทศก็ได้พบกับบริษัทที่ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ ดังนั้น สนามบินในสหรัฐอเมริกา แคนาดา บริเตนใหญ่ ญี่ปุ่น และจีน แม้จะมีความเป็นพิษและการติดไฟของเมทานอล แต่ก็ยกเลิกข้อจำกัดที่มีอยู่ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการขนส่งในห้องโดยสาร แน่นอนว่าอนุญาตเฉพาะเซลล์เชื้อเพลิงที่ผ่านการรับรองซึ่งมีความจุสูงสุด 200 มล. อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เป็นการยืนยันอีกครั้งถึงความสนใจในการพัฒนาเหล่านี้ในส่วนของผู้ที่กระตือรือร้นไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังระบุอีกด้วย

จริงอยู่ ผู้ผลิตยังคงพยายามเล่นอย่างปลอดภัยและเสนอเซลล์เชื้อเพลิงเป็นระบบไฟฟ้าสำรองเป็นหลัก วิธีแก้ปัญหาหนึ่งคือการผสมผสานระหว่างเซลล์เชื้อเพลิงกับแบตเตอรี่: ในขณะที่มีเชื้อเพลิงอยู่ มันจะทำการชาร์จแบตเตอรี่อย่างต่อเนื่อง และหลังจากที่แบตเตอรี่หมด ผู้ใช้เพียงแค่เปลี่ยนตลับที่ว่างเปล่าด้วยภาชนะใหม่ที่มีเมทานอล กระแสนิยมอีกประการหนึ่งคือการสร้างเครื่องชาร์จเซลล์เชื้อเพลิง สามารถใช้งานได้ทุกที่ทุกเวลา ในขณะเดียวกันก็สามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็ว กล่าวอีกนัยหนึ่งในอนาคตบางทีทุกคนอาจพก "ซ็อกเก็ต" ไว้ในกระเป๋าของพวกเขา วิธีการนี้อาจมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษในกรณีของโทรศัพท์มือถือ ในทางกลับกันแล็ปท็อปอาจได้รับเซลล์เชื้อเพลิงในตัวซึ่งหากไม่ได้แทนที่การชาร์จจาก "ซ็อกเก็ต" อย่างสมบูรณ์อย่างน้อยก็กลายเป็นทางเลือกที่สำคัญสำหรับมัน

ดังนั้น ตามการคาดการณ์ของ BASF บริษัทเคมีภัณฑ์รายใหญ่ที่สุดของเยอรมนี ซึ่งเพิ่งประกาศเริ่มการก่อสร้างศูนย์พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงในญี่ปุ่น ภายในปี 2010 ตลาดสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้จะมีมูลค่า 1 พันล้านดอลลาร์ ในเวลาเดียวกัน นักวิเคราะห์คาดการณ์การเติบโตของตลาดเซลล์เชื้อเพลิงเป็น 2 หมื่นล้านดอลลาร์ภายในปี 2563 อย่างไรก็ตาม ในศูนย์นี้ BASF มีแผนที่จะพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา (โดยเฉพาะแล็ปท็อป) และระบบพลังงานที่อยู่กับที่ สถานที่สำหรับองค์กรนี้ไม่ได้ถูกเลือกโดยบังเอิญ - บริษัท เยอรมันมองว่า บริษัท ท้องถิ่นเป็นผู้ซื้อหลักของเทคโนโลยีเหล่านี้

แทนที่จะได้ข้อสรุป

แน่นอน เราไม่ควรคาดหวังจากเซลล์เชื้อเพลิงว่าพวกเขาจะมาแทนที่ระบบจ่ายไฟที่มีอยู่ อย่างน้อยก็เพื่ออนาคตอันใกล้ นี่คือดาบสองคม: โรงไฟฟ้าแบบพกพามีประสิทธิภาพมากกว่าเนื่องจากไม่มีการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการส่งไฟฟ้าไปยังผู้บริโภค แต่ก็คุ้มค่าที่จะพิจารณาว่าพวกเขาสามารถกลายเป็นคู่แข่งที่สำคัญต่อแหล่งจ่ายไฟแบบรวมศูนย์ ระบบเฉพาะเมื่อมีการสร้างระบบจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงแบบรวมศูนย์สำหรับการติดตั้งเหล่านี้ กล่าวคือ ในที่สุด "ซ็อกเก็ต" ควรถูกแทนที่ด้วยท่อบางตัวที่จ่ายรีเอเจนต์ที่จำเป็นให้กับบ้านทุกหลังและทุกซอกทุกมุม และนี่ไม่ใช่เสรีภาพและความเป็นอิสระจากแหล่งกระแสภายนอกที่ผู้ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงพูดถึง

อุปกรณ์เหล่านี้มีข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ในรูปแบบของความเร็วในการชาร์จ - เพียงแค่เปลี่ยนตลับเมทานอล (in .) วิธีสุดท้าย, เปิดถ้วยรางวัล Jack Daniel "s) ในกล้องและกระโดดขึ้นบันไดของ Louvre อีกครั้ง ในทางกลับกันถ้าพูดโทรศัพท์ปกติจะชาร์จในสองชั่วโมงและจะต้องชาร์จทุก 2-3 วัน ถ้าอย่างนั้นก็ไม่น่าเป็นไปได้ที่ทางเลือกในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงตลับขายเฉพาะในร้านค้าเฉพาะแม้ทุกๆสองสัปดาห์จะเป็นที่ต้องการอย่างมากของผู้ใช้จำนวนมากและแน่นอนจนกว่าสองร้อยมิลลิลิตรของเชื้อเพลิงนี้ ที่ซ่อนอยู่ในภาชนะปิดมิดชิดที่ปลอดภัยเข้าถึงผู้บริโภคปลายทางราคาของมันจะมีเวลาเพิ่มขึ้นอย่างมากมันจะเป็นไปได้ที่จะต่อสู้โดยขนาดของการผลิตเท่านั้นแต่ขนาดนี้จะเป็นที่ต้องการของตลาดหรือไม่และจนกว่าจะถึงประเภทที่เหมาะสมที่สุดของ เลือกใช้เชื้อเพลิงก็จะมีปัญหามากในการแก้ปัญหานี้

ในทางกลับกัน การผสมผสานระหว่างการชาร์จแบบเสียบปลั๊ก เซลล์เชื้อเพลิง และระบบจ่ายพลังงานทางเลือกอื่นๆ (เช่น แผงโซลาร์เซลล์) สามารถแก้ปัญหาเรื่องการกระจายแหล่งพลังงานและการเปลี่ยนไปใช้สิ่งแวดล้อมประเภทต่างๆ อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์บางกลุ่ม สามารถใช้เซลล์เชื้อเพลิงได้อย่างกว้างขวาง สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากข้อเท็จจริงที่ว่า Canon ได้จดสิทธิบัตรเซลล์เชื้อเพลิงของตัวเองสำหรับกล้องดิจิตอลเมื่อเร็วๆ นี้ และได้ประกาศกลยุทธ์ในการรวมเทคโนโลยีเหล่านี้เข้ากับโซลูชั่นของพวกเขา สำหรับแล็ปท็อป หากเซลล์เชื้อเพลิงเข้าถึงได้ในอนาคตอันใกล้ เป็นไปได้มากว่าจะเป็นระบบไฟฟ้าสำรองเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เรากำลังพูดถึงโมดูลการชาร์จภายนอกที่เชื่อมต่อกับแล็ปท็อปเป็นหลัก

แต่เทคโนโลยีเหล่านี้มีโอกาสมากมายในการพัฒนาในระยะยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการคุกคามของความอดอยากน้ำมันซึ่งอาจเกิดขึ้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ไม่สำคัญว่าการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงจะมีราคาถูกเพียงไร แต่การผลิตเชื้อเพลิงสำหรับเซลล์เหล่านั้นจะมากน้อยเพียงใดโดยไม่คำนึงถึงอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและจะสามารถครอบคลุมความต้องการได้หรือไม่

จะไม่มีใครแปลกใจกับแผงโซลาร์เซลล์หรือกังหันลมที่ผลิตกระแสไฟฟ้าในทุกภูมิภาคของโลก แต่การผลิตจากอุปกรณ์เหล่านี้ไม่คงที่และจำเป็นต้องติดตั้งแหล่งพลังงานสำรองหรือเชื่อมต่อกับกริดเพื่อรับไฟฟ้าในช่วงเวลาที่สิ่งอำนวยความสะดวกด้านพลังงานหมุนเวียนไม่ผลิตไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม มีพืชที่พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 ที่ใช้เชื้อเพลิง "ทางเลือก" เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ ห้ามเผาก๊าซหรือผลิตภัณฑ์น้ำมัน การติดตั้งดังกล่าวเป็นเซลล์เชื้อเพลิง

ประวัติความเป็นมาของการสร้างสรรค์

เซลล์เชื้อเพลิง (FC) หรือเซลล์เชื้อเพลิงถูกค้นพบในช่วงต้นปี 1838-1839 โดย William Grove (Grow, Grove) เมื่อเขากำลังศึกษาอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ

อ้างอิง: อิเล็กโทรไลซิสของน้ำเป็นกระบวนการของการสลายตัวของน้ำภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้าเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจนและออกซิเจน

เมื่อถอดแบตเตอรี่ออกจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เขารู้สึกประหลาดใจที่พบว่าอิเล็กโทรดเริ่มดูดซับก๊าซที่ปล่อยออกมาและสร้างกระแสไฟฟ้า การค้นพบกระบวนการเผาไหม้ไฮโดรเจนแบบ "เย็น" ทางไฟฟ้าเคมีได้กลายเป็นเหตุการณ์สำคัญในอุตสาหกรรมพลังงาน ต่อมาเขาได้สร้างตัวสะสมโกรฟ อุปกรณ์นี้มีอิเล็กโทรดแพลตตินัมแช่อยู่ในกรดไนตริกและอิเล็กโทรดสังกะสีในซิงค์ซัลเฟต สร้างกระแส 12 แอมป์และแรงดัน 8 โวลต์ เติบโตเองที่เรียกว่าการก่อสร้างนี้ "แบตเตอรี่เปียก". จากนั้นเขาก็สร้างแบตเตอรี่โดยใช้อิเล็กโทรดแพลตตินัมสองอัน ปลายด้านหนึ่งของอิเล็กโทรดแต่ละขั้วอยู่ในกรดซัลฟิวริก ส่วนปลายอีกด้านถูกปิดผนึกในภาชนะที่มีไฮโดรเจนและออกซิเจน มีกระแสคงที่ระหว่างอิเล็กโทรด และปริมาณน้ำภายในภาชนะเพิ่มขึ้น Grow สามารถย่อยสลายและปรับปรุงน้ำในอุปกรณ์นี้ได้

"แบตเตอรี่ของ Grow"

(ที่มา: ราชสมาคมพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ)

คำว่า "fuel cell" (อังกฤษ "Fuel Cell") ปรากฏเฉพาะในปี พ.ศ. 2432 โดย L. Mond and
Ch. Langer ผู้พยายามสร้างอุปกรณ์สำหรับผลิตไฟฟ้าจากอากาศและก๊าซถ่านหิน

มันทำงานอย่างไร?

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างง่าย. มีขั้วไฟฟ้าสองขั้ว: ขั้วบวก (ขั้วลบ) และขั้วลบ (ขั้วบวก) ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้า เพื่อเร่งความเร็ว พื้นผิวของอิเล็กโทรดเคลือบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เซลล์เชื้อเพลิงได้รับการติดตั้งอีกหนึ่งองค์ประกอบ - เมมเบรนการแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงเป็นไฟฟ้าโดยตรงเกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของเมมเบรน มันแยกสองห้องขององค์ประกอบออกเป็นเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ เมมเบรนยอมให้เฉพาะโปรตอนซึ่งได้มาจากการแยกเชื้อเพลิง ผ่านจากห้องหนึ่งไปยังอีกห้องหนึ่งบนอิเล็กโทรดที่เคลือบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (จากนั้นอิเล็กตรอนจะวิ่งผ่านวงจรภายนอก) ในห้องที่สอง โปรตอนจะรวมตัวกันอีกครั้งกับอิเล็กตรอน (และอะตอมของออกซิเจน) เพื่อสร้างน้ำ

หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

ในระดับเคมี กระบวนการแปลงพลังงานเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้าจะคล้ายกับกระบวนการเผาไหม้ (ออกซิเดชัน) ตามปกติ

ในระหว่างการเผาไหม้ปกติในออกซิเจน เชื้อเพลิงอินทรีย์จะถูกออกซิไดซ์ และพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน เรามาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไฮโดรเจนถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในตัวกลางอิเล็กโทรไลต์และต่อหน้าอิเล็กโทรด

โดยการจ่ายไฮโดรเจนไปยังอิเล็กโทรดที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้น:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

อย่างที่คุณเห็นเราได้รับอิเล็กตรอนซึ่งผ่านวงจรภายนอกเข้าสู่อิเล็กโทรดตรงข้ามซึ่งออกซิเจนเข้าไปและปฏิกิริยาเกิดขึ้น:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาที่เกิด 2H 2 + O 2 → H 2 O จะเหมือนกับการเผาไหม้แบบธรรมดา แต่ เซลล์เชื้อเพลิงสร้างกระแสไฟฟ้าและความร้อนบางส่วน.

ประเภทของเซลล์เชื้อเพลิง

FC ถูกจำแนกตามประเภทของอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้สำหรับปฏิกิริยา:

ควรสังเกตว่าถ่านหิน คาร์บอนมอนอกไซด์ แอลกอฮอล์ ไฮดราซีน และสารอินทรีย์อื่นๆ สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิง และอากาศ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ คลอรีน โบรมีน กรดไนตริก ฯลฯ สามารถใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ได้

ประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิง

คุณสมบัติของเซลล์เชื้อเพลิงคือ ไม่มีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพเหมือนเครื่องยนต์ความร้อน

ความช่วยเหลือ: ประสิทธิภาพวงจรการ์โนต์ คือประสิทธิภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ในบรรดาเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดที่มีอุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดเท่ากัน

ดังนั้นประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงในทางทฤษฎีจึงสูงกว่า 100% หลายคนยิ้มและคิดว่า "เครื่องเคลื่อนไหวถาวรถูกประดิษฐ์ขึ้น" ไม่ มันคุ้มค่าที่จะกลับไปเรียนวิชาเคมีของโรงเรียน เซลล์เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า นี่คือที่ที่ปาฏิหาริย์เกิดขึ้น ปฏิกิริยาเคมีบางอย่างในกระบวนการสามารถดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมได้

อ้างอิง: ปฏิกิริยาดูดความร้อนคือปฏิกิริยาเคมีที่มาพร้อมกับการดูดซับความร้อน สำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อน การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีและ กำลังภายในมีค่าเป็นบวก (Δชม >0, Δ ยู >0) ดังนั้น ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาจึงมีพลังงานมากกว่าส่วนประกอบดั้งเดิม

ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวคือการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจน ซึ่งใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่ ดังนั้นตามทฤษฎีแล้วประสิทธิภาพอาจมากกว่า 100% แต่ปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงร้อนขึ้นระหว่างการทำงานและไม่สามารถดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมได้

อ้างอิง: ข้อ จำกัด นี้กำหนดโดยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการถ่ายเทความร้อนจากตัว "เย็น" ไปเป็น "ร้อน" ไม่สามารถทำได้

นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ไม่สมดุล เช่น การสูญเสียโอห์มมิกอันเนื่องมาจากค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรด การกระตุ้นและโพลาไรซ์ของความเข้มข้น การสูญเสียจากการแพร่ เป็นผลให้พลังงานส่วนหนึ่งที่สร้างขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิงถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิงจึงไม่ใช่เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า 100% แต่ประสิทธิภาพนั้นเหนือกว่าเครื่องจักรอื่นๆ วันนี้ ประสิทธิภาพเซลล์เชื้อเพลิงถึง 80%.

อ้างอิง:ในวัยสี่สิบ วิศวกรชาวอังกฤษ ที. เบคอน ได้ออกแบบและสร้างแบตเตอรี่เซลล์เชื้อเพลิงที่มีกำลังรวม 6 กิโลวัตต์ และประสิทธิภาพ 80% โดยทำงานโดยใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ แต่อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของแบตเตอรี่เปลี่ยนไป มีขนาดเล็กเกินไป - เซลล์ดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับการใช้งานจริงและมีราคาแพงเกินไป (ที่มา: http://www.powerinfo.ru/)

ปัญหาเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงเกือบทั้งหมดใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ดังนั้นคำถามเชิงตรรกะคือ "ฉันจะหามันได้จากที่ไหน"

ดูเหมือนว่าเซลล์เชื้อเพลิงถูกค้นพบอันเป็นผลมาจากอิเล็กโทรไลซิส คุณจึงสามารถใช้ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กโทรไลซิสได้ แต่ลองมาดูกระบวนการนี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

ตามกฎของฟาราเดย์: ปริมาณของสารที่ถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวกหรือลดลงที่ขั้วลบเป็นสัดส่วนกับปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนมากขึ้น คุณต้องใช้ไฟฟ้ามากขึ้น วิธีการที่มีอยู่ของอิเล็กโทรไลซิสน้ำทำงานอย่างมีประสิทธิภาพน้อยกว่าความสามัคคี จากนั้นเราใช้ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งประสิทธิภาพยังน้อยกว่าความสามัคคี ดังนั้นเราจะใช้พลังงานมากกว่าที่เราสร้างได้

แน่นอนว่าสามารถใช้ไฮโดรเจนที่ได้จากก๊าซธรรมชาติได้เช่นกัน วิธีการผลิตไฮโดรเจนนี้ยังคงถูกและเป็นที่นิยมมากที่สุด ปัจจุบันประมาณ 50% ของไฮโดรเจนที่ผลิตได้ทั่วโลกมาจากก๊าซธรรมชาติ แต่มีปัญหากับการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจน ไฮโดรเจนมีความหนาแน่นต่ำ ( ไฮโดรเจน 1 ลิตร หนัก 0.0846 กรัม) ดังนั้น ในการขนย้ายในระยะทางไกล จะต้องถูกบีบอัด และนี่คือค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและเงินสดเพิ่มเติม อย่าลืมเรื่องความปลอดภัยด้วย

อย่างไรก็ตาม มีวิธีแก้ปัญหาอยู่ที่นี่ด้วย - เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวสามารถใช้เป็นแหล่งของไฮโดรเจนได้ ตัวอย่างเช่น เอทิลหรือเมทิลแอลกอฮอล์ จริงอยู่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติมพิเศษที่นี่ - ตัวแปลงเชื้อเพลิงที่อุณหภูมิสูง (สำหรับเมทานอลจะอยู่ที่ประมาณ 240 ° C) เพื่อแปลงแอลกอฮอล์เป็นส่วนผสมของก๊าซ H 2 และ CO 2 แต่ในกรณีนี้ การคิดถึงการพกพานั้นยากกว่าอยู่แล้ว - อุปกรณ์ดังกล่าวเหมาะที่จะใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอยู่กับที่หรือในรถยนต์ แต่สำหรับอุปกรณ์พกพาขนาดกะทัดรัด คุณต้องใช้อุปกรณ์ที่ไม่เทอะทะ

ตัวเร่ง

เพื่อเพิ่มปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิง พื้นผิวขั้วบวกมักจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แพลตตินั่มถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงจึงสูง ประการที่สอง แพลตตินัมเป็นโลหะที่ค่อนข้างหายาก ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า ในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงระดับอุตสาหกรรม แพลตตินั่มสำรองที่สำรวจจะหมดลงใน 15-20 ปี แต่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังพยายามแทนที่แพลตตินัมด้วยวัสดุอื่นๆ อย่างไรก็ตาม บางคนได้รับผลลัพธ์ที่ดี ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนจึงแทนที่แพลตตินัมด้วยแคลเซียมออกไซด์ (ที่มา: www.cheburek.net)

การใช้เซลล์เชื้อเพลิง

เป็นครั้งแรกที่มีการทดสอบเซลล์เชื้อเพลิงในเทคโนโลยียานยนต์ในปี 2502 รถไถ Alice-Chambers ใช้แบตเตอรี่ 1008 ก้อนในการทำงาน เชื้อเพลิงเป็นส่วนผสมของก๊าซ ส่วนใหญ่เป็นโพรเพนและออกซิเจน

ที่มา: http://www.planetseed.com/

ตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษที่ 60 ที่จุดสูงสุดของ "การแข่งขันในอวกาศ" ผู้สร้างยานอวกาศเริ่มให้ความสนใจในเซลล์เชื้อเพลิง ผลงานของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลายพันคนทำให้สามารถไปถึงระดับใหม่ได้ และในปี 1965 เซลล์เชื้อเพลิงได้รับการทดสอบในสหรัฐอเมริกาบนยานอวกาศ Gemini 5 และต่อมาในยานอวกาศ Apollo สำหรับเที่ยวบินไปยังดวงจันทร์และภายใต้โครงการ Shuttle ในสหภาพโซเวียต เซลล์เชื้อเพลิงได้รับการพัฒนาที่ NPO Kvant เช่นกันเพื่อใช้ในอวกาศ (ที่มา: http://www.powerinfo.ru/)

เนื่องจากผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการเผาไหม้ไฮโดรเจนในเซลล์เชื้อเพลิงคือน้ำ จึงถือว่าสะอาดที่สุดในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิงจึงเริ่มได้รับความนิยมโดยมีความสนใจในระบบนิเวศโดยทั่วไป

ปัจจุบันผู้ผลิตรถยนต์ เช่น Honda, Ford, Nissan และ Mercedes-Benz ได้สร้างรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

Mercedes-Benz - Ener-G-Force ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน

เมื่อใช้รถยนต์กับไฮโดรเจน ปัญหาเกี่ยวกับการจัดเก็บไฮโดรเจนจะได้รับการแก้ไข การสร้างสถานีเติมไฮโดรเจนจะทำให้สามารถเติมเชื้อเพลิงได้ทุกที่ ยิ่งกว่านั้นการเติมไฮโดรเจนในรถยนต์นั้นเร็วกว่าการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่ปั๊มน้ำมัน แต่เมื่อดำเนินโครงการดังกล่าว พวกเขาประสบปัญหาเช่นเดียวกับรถยนต์ไฟฟ้า ผู้คนพร้อมที่จะ "โอน" ไปที่รถยนต์ไฮโดรเจนหากมีโครงสร้างพื้นฐานสำหรับพวกเขา และการก่อสร้างสถานีบริการน้ำมันจะเริ่มขึ้นหากมีผู้บริโภคเพียงพอ ดังนั้นเราจึงมาถึงภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของไข่และไก่

เซลล์เชื้อเพลิงใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรศัพท์มือถือและแล็ปท็อป ไปเป็นวันที่โทรศัพท์ถูกชาร์จสัปดาห์ละครั้ง ตอนนี้โทรศัพท์กำลังชาร์จเกือบทุกวัน และแล็ปท็อปทำงานโดยไม่มีเครือข่ายเป็นเวลา 3-4 ชั่วโมง ดังนั้นผู้ผลิตเทคโนโลยีมือถือจึงตัดสินใจสังเคราะห์เซลล์เชื้อเพลิงกับโทรศัพท์และแล็ปท็อปเพื่อชาร์จและทำงาน ตัวอย่างเช่น โตชิบาในปี พ.ศ. 2546 สาธิตต้นแบบเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลที่เสร็จสิ้นแล้ว ให้พลังงานประมาณ 100mW เมทานอลเข้มข้น (99.5%) 2 ก้อนเติม 1 ครั้งก็เพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องเล่น MP3 20 ชั่วโมง อีกครั้ง "โตชิบา" เดียวกันแสดงให้เห็นองค์ประกอบแหล่งจ่ายไฟแล็ปท็อป 275x75x40 มม. ซึ่งช่วยให้คอมพิวเตอร์ทำงานเป็นเวลา 5 ชั่วโมงต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง

แต่ผู้ผลิตบางรายก้าวไปไกลกว่านั้น PowerTrekk เปิดตัวแล้ว ที่ชาร์จที่มีชื่อเดียวกัน PowerTrekk เครื่องชาร์จน้ำเครื่องแรกของโลก มันใช้งานง่ายมาก PowerTrekk ต้องการน้ำเพื่อเติมพลังงานได้ทันทีผ่านสาย USB เซลล์เชื้อเพลิงนี้ประกอบด้วยผงซิลิกอนและโซเดียมซิลิไซด์ (NaSi) เมื่อผสมกับน้ำ จะทำให้เกิดไฮโดรเจน ไฮโดรเจนผสมกับอากาศในเซลล์เชื้อเพลิง และเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้าผ่านการแลกเปลี่ยนโปรตอนเมมเบรน โดยไม่ต้องใช้พัดลมหรือปั๊ม คุณสามารถซื้อเครื่องชาร์จแบบพกพาได้ในราคา 149 € (

นิเวศวิทยาแห่งความรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี: พลังงานไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดและเซลล์เชื้อเพลิงช่วยให้ยังคงอยู่ในระดับแนวหน้าของเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างกระแสตรงและความร้อนจากเชื้อเพลิงที่อุดมด้วยไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี

เซลล์เชื้อเพลิงคล้ายกับแบตเตอรี่ที่สร้างกระแสตรงผ่านปฏิกิริยาเคมี เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยแอโนด แคโทด และอิเล็กโทรไลต์ อย่างไรก็ตาม เซลล์เชื้อเพลิงไม่สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้า ไม่ปล่อยประจุ และไม่ต้องการไฟฟ้าในการชาร์จ ซึ่งต่างจากแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องตราบเท่าที่มีเชื้อเพลิงและอากาศเพียงพอ คำที่ถูกต้องในการอธิบายเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานได้คือระบบเซลล์ เนื่องจากต้องใช้ระบบช่วยบางอย่างเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง

ไม่เหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์สันดาปภายในหรือกังหันที่ใช้ก๊าซ ถ่านหิน น้ำมัน ฯลฯ เซลล์เชื้อเพลิงจะไม่เผาไหม้เชื้อเพลิง ซึ่งหมายความว่าไม่มีโรเตอร์ที่มีเสียงดัง ความดันสูง, เสียงไอเสียดัง, การสั่นสะเทือน. เซลล์เชื้อเพลิงสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าแบบเงียบ คุณสมบัติอีกอย่างของเซลล์เชื้อเพลิงคือ พวกมันแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงโดยตรงเป็นไฟฟ้า ความร้อน และน้ำ

เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูงและไม่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และไนตรัสออกไซด์ การปล่อยก๊าซออกจากเซลล์เชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียวคือน้ำในรูปของไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อย ซึ่งจะไม่ปล่อยออกมาเลยหากใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์เป็นเชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงถูกประกอบเป็นส่วนประกอบแล้วจึงแยกเป็นโมดูลการทำงานที่แยกจากกัน

หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าและความร้อนจากปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง โดยใช้อิเล็กโทรไลต์ แคโทด และแอโนด

แอโนดและแคโทดแยกจากกันโดยอิเล็กโทรไลต์ที่นำโปรตอน หลังจากที่ไฮโดรเจนเข้าสู่ขั้วบวกและออกซิเจนเข้าสู่ขั้วลบ ปฏิกิริยาเคมีจะเริ่มต้นขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้า ความร้อนและน้ำ ในตัวเร่งปฏิกิริยาแอโนด โมเลกุลไฮโดรเจนจะแยกตัวออกจากกันและสูญเสียอิเล็กตรอนไป ไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) ถูกส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังแคโทด ในขณะที่อิเล็กตรอนถูกส่งผ่านอิเล็กโทรไลต์และผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก ทำให้เกิดกระแสตรงที่สามารถใช้จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ได้ ในตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทด โมเลกุลออกซิเจนจะรวมกับอิเล็กตรอน (ซึ่งมาจากการสื่อสารภายนอก) และโปรตอนที่เข้ามา และก่อตัวเป็นน้ำ ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเพียงอย่างเดียว (ในรูปของไอและ/หรือของเหลว)

ด้านล่างนี้คือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง:

ปฏิกิริยาแอโนด: 2H2 => 4H+ + 4e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
ปฏิกิริยาองค์ประกอบทั่วไป: 2H2 + O2 => 2H2O

ประเภทเซลล์เชื้อเพลิง

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทต่างๆ เซลล์เชื้อเพลิงก็มีหลายประเภท - ตัวเลือก ประเภทที่เหมาะสมเซลล์เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับการใช้งานเซลล์เชื้อเพลิงแบ่งออกเป็นอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำ เซลล์เชื้อเพลิงที่อุณหภูมิต่ำต้องการไฮโดรเจนบริสุทธิ์เป็นเชื้อเพลิง

ซึ่งมักจะหมายความว่าจำเป็นต้องแปรรูปเชื้อเพลิงเพื่อเปลี่ยนเชื้อเพลิงหลัก (เช่น ก๊าซธรรมชาติ) เป็นไฮโดรเจนบริสุทธิ์ กระบวนการนี้ใช้พลังงานเพิ่มเติมและต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ เซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูงไม่ต้องการขั้นตอนเพิ่มเติมนี้ เนื่องจากสามารถ "แปลงสภาพภายใน" เชื้อเพลิงที่อุณหภูมิสูงได้ ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานด้านไฮโดรเจน

องค์ประกอบเชื้อเพลิงบนคาร์บอเนตหลอมเหลว (MCFC)

เซลล์เชื้อเพลิงอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตหลอมเหลวเป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูง อุณหภูมิในการทำงานที่สูงช่วยให้สามารถใช้ก๊าซธรรมชาติได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวประมวลผลเชื้อเพลิงและก๊าซเชื้อเพลิงที่มีค่าต่ำ ค่าความร้อนเชื้อเพลิง กระบวนการผลิตและจากแหล่งอื่นๆ กระบวนการนี้พัฒนาขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1960 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา เทคโนโลยีการผลิต ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น

การทำงานของ RCFC แตกต่างจากเซลล์เชื้อเพลิงอื่นๆ เซลล์เหล่านี้ใช้อิเล็กโทรไลต์จากส่วนผสมของเกลือคาร์บอเนตหลอมเหลว ปัจจุบันมีการใช้สารผสมสองประเภท: ลิเธียมคาร์บอเนตและโพแทสเซียมคาร์บอเนตหรือลิเธียมคาร์บอเนตและโซเดียมคาร์บอเนต ในการละลายเกลือคาร์บอเนตและทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของไอออนในอิเล็กโทรไลต์ในระดับสูง เซลล์เชื้อเพลิงที่มีอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตที่หลอมละลายจะทำงานที่อุณหภูมิสูง (650 °C) ประสิทธิภาพแตกต่างกันไประหว่าง 60-80%

เมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิ 650 องศาเซลเซียส เกลือจะกลายเป็นตัวนำสำหรับคาร์บอเนตไอออน (CO32-) ไอออนเหล่านี้ส่งผ่านจากแคโทดไปยังแอโนดที่รวมกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะถูกส่งผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอกกลับไปยังแคโทด ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและความร้อนเป็นผลพลอยได้

ปฏิกิริยาแอโนด: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
ปฏิกิริยาของธาตุทั่วไป: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(แคโทด) => H2O(g) + CO2(แอโนด)

อุณหภูมิการทำงานที่สูงของเซลล์เชื้อเพลิงอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตหลอมเหลวมีข้อดีบางประการ ที่อุณหภูมิสูง ก๊าซธรรมชาติจะได้รับการปฏิรูปภายใน ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้โปรเซสเซอร์เชื้อเพลิง นอกจากนี้ ข้อดียังรวมถึงความสามารถในการใช้วัสดุมาตรฐานในการก่อสร้าง เช่น แผ่นสแตนเลสและตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลบนอิเล็กโทรด ความร้อนเหลือทิ้งสามารถใช้สร้างไอน้ำแรงดันสูงสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ได้

อุณหภูมิปฏิกิริยาสูงในอิเล็กโทรไลต์ก็มีข้อดีเช่นกัน การใช้อุณหภูมิสูงใช้เวลานานกว่าจะถึงสภาวะการทำงานที่เหมาะสม และระบบจะตอบสนองช้ากว่าต่อการเปลี่ยนแปลงของการใช้พลังงาน คุณลักษณะเหล่านี้ช่วยให้สามารถใช้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตหลอมเหลวในสภาวะพลังงานคงที่ อุณหภูมิสูงป้องกันความเสียหายของเซลล์เชื้อเพลิงจากคาร์บอนมอนอกไซด์ "พิษ" ฯลฯ

เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลวเหมาะสำหรับการติดตั้งแบบอยู่กับที่ขนาดใหญ่ โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ผลิตในอุตสาหกรรมพร้อมผลผลิต พลังงานไฟฟ้า 2.8 เมกะวัตต์ กำลังพัฒนาโรงงานที่มีกำลังขับสูงถึง 100 เมกะวัตต์

เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้กรดฟอสฟอริก (PFC)

เซลล์เชื้อเพลิงที่มีกรดฟอสฟอริก (ออร์โธฟอสฟอริก) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงชนิดแรกที่นำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ กระบวนการนี้พัฒนาขึ้นในช่วงกลางทศวรรษ 1960 และได้รับการทดสอบมาตั้งแต่ปี 1970 ตั้งแต่นั้นมา ความเสถียร ประสิทธิภาพ และราคาก็เพิ่มขึ้น

เซลล์เชื้อเพลิงที่มีกรดฟอสฟอริก (ออร์โธฟอสฟอริก) ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีกรดออร์โธฟอสฟอริก (H3PO4) ที่มีความเข้มข้นสูงถึง 100% ค่าการนำไฟฟ้าอิออนของกรดฟอสฟอริกต่ำที่อุณหภูมิต่ำ ด้วยเหตุนี้จึงใช้เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ที่อุณหภูมิสูงถึง 150–220 องศาเซลเซียส

แท่นชาร์จในเซลล์เชื้อเพลิง ประเภทนี้คือ ไฮโดรเจน (H+, โปรตอน) กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (MEFCs) ซึ่งไฮโดรเจนที่จ่ายให้กับแอโนดจะถูกแยกออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน โปรตอนผ่านอิเล็กโทรไลต์และรวมกับออกซิเจนจากอากาศที่แคโทดเพื่อสร้างน้ำ อิเล็กตรอนถูกขับไปตามวงจรไฟฟ้าภายนอกและเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ด้านล่างนี้คือปฏิกิริยาที่สร้างกระแสไฟฟ้าและความร้อน

ปฏิกิริยาแอโนด: 2H2 => 4H+ + 4e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
ปฏิกิริยาองค์ประกอบทั่วไป: 2H2 + O2 => 2H2O

ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงจากกรดฟอสฟอริก (ออร์โธฟอสฟอริก) อยู่ที่มากกว่า 40% เมื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า ในการผลิตความร้อนและไฟฟ้ารวมกัน ประสิทธิภาพโดยรวมอยู่ที่ประมาณ 85% นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิในการทำงาน ความร้อนเหลือทิ้งสามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนกับน้ำและสร้างไอน้ำที่ความดันบรรยากาศได้

ประสิทธิภาพสูงของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในเซลล์เชื้อเพลิงที่มีกรดฟอสฟอริก (ออร์โธฟอสฟอริก) ในการผลิตความร้อนและไฟฟ้ารวมกันเป็นข้อดีอย่างหนึ่งของเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้ พืชใช้คาร์บอนมอนอกไซด์ที่ความเข้มข้นประมาณ 1.5% ซึ่งช่วยขยายทางเลือกของเชื้อเพลิงได้อย่างมาก นอกจากนี้ CO2 ไม่ส่งผลกระทบต่ออิเล็กโทรไลต์และการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง เซลล์ชนิดนี้ทำงานกับเชื้อเพลิงธรรมชาติที่ปฏิรูป โครงสร้างที่เรียบง่าย ความแปรปรวนของอิเล็กโทรไลต์ต่ำ และความเสถียรที่เพิ่มขึ้นก็เป็นข้อดีของเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้เช่นกัน

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีกำลังไฟฟ้าสูงสุด 400 กิโลวัตต์ผลิตขึ้นในเชิงอุตสาหกรรม การติดตั้ง 11 MW ผ่านการทดสอบที่เกี่ยวข้อง กำลังพัฒนาโรงงานที่มีกำลังขับสูงถึง 100 เมกะวัตต์

เซลล์เชื้อเพลิงที่มีเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PME)

เซลล์เชื้อเพลิงที่มีเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนถือเป็นเซลล์สูงสุด ประเภทที่ดีที่สุดเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อสร้างพลังงานให้กับรถยนต์ที่สามารถทดแทนเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้น้ำมันเบนซินและดีเซลได้ เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ถูกใช้ครั้งแรกโดย NASA สำหรับโปรแกรมราศีเมถุน ปัจจุบันมีการพัฒนาและสาธิตการติดตั้งบน MOPFC ที่มีกำลังตั้งแต่ 1 W ถึง 2 kW

เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้เมมเบรนโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง (ฟิล์มพลาสติกบาง) เป็นอิเล็กโทรไลต์ เมื่อชุบด้วยน้ำ โพลีเมอร์นี้จะผ่านโปรตอน แต่ไม่นำอิเล็กตรอน

เชื้อเพลิงคือไฮโดรเจน และตัวพาประจุคือไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) ที่ขั้วบวก โมเลกุลไฮโดรเจนจะถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) และอิเล็กตรอน ไอออนของไฮโดรเจนผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังแคโทด ในขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ วงกลมด้านนอกและผลิตพลังงานไฟฟ้า ออกซิเจนซึ่งถูกนำมาจากอากาศจะถูกส่งไปยังแคโทดและรวมตัวกับอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออนเพื่อสร้างน้ำ ปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้นที่อิเล็กโทรด:

ปฏิกิริยาแอโนด: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
ปฏิกิริยาองค์ประกอบทั่วไป: 2H2 + O2 => 2H2O

เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่น เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนจะให้พลังงานมากกว่าสำหรับปริมาตรหรือน้ำหนักของเซลล์เชื้อเพลิงที่กำหนด คุณลักษณะนี้ช่วยให้มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา นอกจากนี้ อุณหภูมิในการทำงานจะน้อยกว่า 100°C ซึ่งช่วยให้คุณเริ่มการทำงานได้อย่างรวดเร็ว คุณลักษณะเหล่านี้ ตลอดจนความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานได้อย่างรวดเร็ว เป็นเพียงคุณลักษณะบางอย่างที่ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้เป็นตัวเลือกหลักสำหรับใช้ในรถยนต์

ข้อดีอีกประการหนึ่งคืออิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็งมากกว่าสารเหลว การเก็บก๊าซไว้ที่แคโทดและแอโนดจะง่ายกว่าด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวจึงมีราคาถูกกว่าในการผลิต เมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์อื่นๆ การใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งไม่ก่อให้เกิดปัญหา เช่น การปฐมนิเทศ ปัญหาน้อยลงเนื่องจากการเกิดการกัดกร่อน ซึ่งทำให้เซลล์และส่วนประกอบมีความทนทานยาวนานขึ้น

เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ (SOFC)

เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิการทำงานสูงสุด อุณหภูมิในการทำงานสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 600 °C ถึง 1,000 °C ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เชื้อเพลิงประเภทต่างๆ ได้โดยไม่ต้องมีการบำบัดล่วงหน้าเป็นพิเศษ เพื่อจัดการกับอุณหภูมิสูงเหล่านี้ อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้คือออกไซด์ของโลหะแข็งที่มีฐานเป็นเซรามิกบาง ๆ ซึ่งมักเป็นโลหะผสมของอิตเทรียมและเซอร์โคเนียมซึ่งเป็นตัวนำของไอออนออกซิเจน (O2-) เทคโนโลยีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ได้รับการพัฒนามาตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1950 และมีสองรูปแบบ: ระนาบและท่อ

อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งให้การเปลี่ยนก๊าซสุญญากาศจากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรด ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์เหลวจะอยู่ในซับสเตรตที่มีรูพรุน ตัวพาประจุในเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้คือออกซิเจนไอออน (О2-) ที่ขั้วลบ โมเลกุลของออกซิเจนจะถูกแยกออกจากอากาศเป็นไอออนออกซิเจนและอิเล็กตรอนสี่ตัว ไอออนของออกซิเจนผ่านอิเล็กโทรไลต์และรวมกับไฮโดรเจนเพื่อสร้างอิเล็กตรอนอิสระสี่ตัว อิเล็กตรอนถูกส่งผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและความร้อนเหลือทิ้ง

ปฏิกิริยาแอโนด: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: O2 + 4e- => 2O2-
ปฏิกิริยาองค์ประกอบทั่วไป: 2H2 + O2 => 2H2O

ประสิทธิภาพของพลังงานไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นสูงที่สุดของเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมด - ประมาณ 60% นอกจากนี้ อุณหภูมิในการทำงานที่สูงยังทำให้เกิดความร้อนและพลังงานรวมกันเพื่อสร้างไอน้ำแรงดันสูง การรวมเซลล์เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิสูงเข้ากับเทอร์ไบน์จะสร้างเซลล์เชื้อเพลิงไฮบริดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ถึง 70%

เซลล์เชื้อเพลิงโซลิดออกไซด์ทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก (600 องศาเซลเซียส - 1,000 องศาเซลเซียส) ส่งผลให้ต้องใช้เวลานานในการเข้าถึงสภาวะการทำงานที่เหมาะสมที่สุด และระบบจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของการใช้พลังงานได้ช้าลง ที่อุณหภูมิการทำงานที่สูงเช่นนี้ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแปลงเพื่อกู้คืนไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิง ทำให้โรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถทำงานกับเชื้อเพลิงที่ค่อนข้างไม่บริสุทธิ์จากการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหินหรือก๊าซเสีย และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน นอกจากนี้ เซลล์เชื้อเพลิงนี้ยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง รวมถึงโรงงานอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้าส่วนกลางขนาดใหญ่ โมดูลที่ผลิตในเชิงอุตสาหกรรมที่มีกำลังไฟฟ้าออก 100 กิโลวัตต์

เซลล์เชื้อเพลิงที่มีปฏิกิริยาออกซิเดชันเมทานอลโดยตรง (DOMTE)

เทคโนโลยีการใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่มีการออกซิเดชันโดยตรงของเมทานอลกำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนาอย่างแข็งขัน ประสบความสำเร็จในด้านการจ่ายพลังงานให้กับโทรศัพท์มือถือ แล็ปท็อป ตลอดจนการสร้างแหล่งพลังงานแบบพกพา วัตถุประสงค์ในการใช้งานองค์ประกอบเหล่านี้ในอนาคต

โครงสร้างของเซลล์เชื้อเพลิงที่มีการออกซิเดชันโดยตรงของเมทานอลคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิงที่มีเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (MOFEC) กล่าวคือ โพลีเมอร์ถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์ และใช้ไฮโดรเจนไอออน (โปรตอน) เป็นตัวพาประจุ อย่างไรก็ตาม เมทานอลเหลว (CH3OH) จะถูกออกซิไดซ์เมื่อมีน้ำที่ขั้วบวก ปล่อย CO2 ไฮโดรเจนไอออน และอิเล็กตรอน ซึ่งถูกนำผ่านวงจรไฟฟ้าภายนอก และเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ไฮโดรเจนไอออนผ่านอิเล็กโทรไลต์และทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจากอากาศและอิเล็กตรอนจากวงจรภายนอกเพื่อสร้างน้ำที่ขั้วบวก

ปฏิกิริยาแอโนด: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
ปฏิกิริยาของธาตุทั่วไป: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้เริ่มขึ้นในต้นปี 1990 หลังจากการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้รับการปรับปรุง และต้องขอบคุณนวัตกรรมล่าสุดอื่นๆ ความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นถึง 40%

องค์ประกอบเหล่านี้ได้รับการทดสอบในช่วงอุณหภูมิ 50-120°C ด้วยอุณหภูมิการทำงานที่ต่ำและไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแปลง เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรงจึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานตั้งแต่โทรศัพท์มือถือและสินค้าอุปโภคบริโภคอื่นๆ ไปจนถึงเครื่องยนต์ยานยนต์ ข้อดีของเซลล์เชื้อเพลิงประเภทนี้คือมีขนาดเล็ก เนื่องจากมีการใช้เชื้อเพลิงเหลว และไม่จำเป็นต้องใช้ตัวแปลง

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (AFC)

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (ALFCs) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่มีการศึกษามากที่สุดและมีการใช้กันมาตั้งแต่กลางทศวรรษ 1960 โดย NASA ในโครงการ Apollo และ Space Shuttle บนยานอวกาศเหล่านี้ เซลล์เชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าและน้ำดื่ม เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าสูงถึง 70%

เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ใช้อิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ในน้ำ ซึ่งบรรจุอยู่ในเมทริกซ์ที่มีรูพรุนและมีความเสถียร ความเข้มข้นของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งอยู่ในช่วงตั้งแต่ 65 °C ถึง 220 °C ตัวพาประจุใน SFC คือไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ที่เคลื่อนที่จากแคโทดไปยังแอโนด ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเพื่อผลิตน้ำและอิเล็กตรอน น้ำที่ผลิตที่แอโนดจะเคลื่อนกลับไปที่แคโทด ทำให้เกิดไฮดรอกไซด์ไอออนที่นั่นอีกครั้ง จากผลของปฏิกิริยาต่อเนื่องที่เกิดขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิง ไฟฟ้าจึงถูกผลิตขึ้นและเป็นผลพลอยได้ ความร้อน:

ปฏิกิริยาแอโนด: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
ปฏิกิริยาที่แคโทด: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
ปฏิกิริยาทั่วไปของระบบ: 2H2 + O2 => 2H2O

ข้อดีของ SFC คือเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้มีราคาถูกที่สุดในการผลิต เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่จำเป็นสำหรับอิเล็กโทรดอาจเป็นสารใดก็ได้ที่มีราคาถูกกว่าที่ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงอื่นๆ นอกจากนี้ SCFCs ทำงานที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำและเป็นหนึ่งในเซลล์เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด - ลักษณะดังกล่าวสามารถนำไปสู่การผลิตพลังงานที่เร็วขึ้นและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงตามลำดับ

หนึ่งใน ลักษณะเด่น SHTE - ความไวสูงต่อ CO2 ซึ่งสามารถบรรจุในเชื้อเพลิงหรืออากาศ CO2 ทำปฏิกิริยากับอิเล็กโทรไลต์ เป็นพิษอย่างรวดเร็ว และลดประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงลงอย่างมาก ดังนั้น การใช้ SFCs จึงถูกจำกัดไว้เฉพาะพื้นที่ปิด เช่น อวกาศและยานพาหนะใต้น้ำ โดยต้องใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ นอกจากนี้ โมเลกุลเช่น CO H2O และ CH4 ซึ่งปลอดภัยสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงอื่นๆ และสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงบางเซลล์ถึงกับเป็นเชื้อเพลิง ก็เป็นอันตรายต่อ SFC

เซลล์เชื้อเพลิงโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์ (PETE)

ในกรณีของเซลล์เชื้อเพลิงโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์ เมมเบรนโพลีเมอร์ประกอบด้วยเส้นใยโพลีเมอร์ที่มีบริเวณน้ำซึ่งมีการนำไอออนของน้ำ H2O+ (โปรตอน สีแดง) มาเกาะกับโมเลกุลของน้ำ โมเลกุลของน้ำมีปัญหาเนื่องจากการแลกเปลี่ยนไอออนช้า ดังนั้น ต้องใช้น้ำที่มีความเข้มข้นสูงทั้งในน้ำมันเชื้อเพลิงและบนอิเล็กโทรดไอเสีย ซึ่งจำกัดอุณหภูมิในการทำงานไว้ที่ 100°C

เซลล์เชื้อเพลิงที่เป็นกรด (SCFC)

ในเซลล์เชื้อเพลิงที่เป็นกรดแข็ง อิเล็กโทรไลต์ (CsHSO4) ไม่มีน้ำ อุณหภูมิในการทำงานจึงอยู่ที่ 100-300 องศาเซลเซียส การหมุนของแอนไอออน SO42-oxy ช่วยให้โปรตอน (สีแดง) เคลื่อนที่ได้ตามที่แสดงในรูป

โดยปกติ เซลล์เชื้อเพลิงที่เป็นกรดที่เป็นของแข็งคือแซนวิชที่มีชั้นบาง ๆ ของสารประกอบกรดที่เป็นของแข็งถูกประกบระหว่างอิเล็กโทรดที่อัดแน่นสองขั้วเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสัมผัสที่ดี เมื่อถูกความร้อน ส่วนประกอบอินทรีย์จะระเหยออกจากรูพรุนในอิเล็กโทรด โดยคงความสามารถในการสัมผัสจำนวนมากระหว่างเชื้อเพลิง (หรือออกซิเจนที่ปลายอีกด้านหนึ่งของเซลล์) อิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรดเผยแพร่

ประเภทเซลล์เชื้อเพลิง	อุณหภูมิในการทำงาน	ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า	ประเภทเชื้อเพลิง	พื้นที่สมัคร
RKTE	550–700 °C	50-70%		การติดตั้งขนาดกลางและขนาดใหญ่
FKTE	100–220 องศาเซลเซียส	35-40%	ไฮโดรเจนบริสุทธิ์	การติดตั้งขนาดใหญ่
ม็อปเต	30-100 °C	35-50%	ไฮโดรเจนบริสุทธิ์	การติดตั้งขนาดเล็ก
SOFC	450–10000°C	45-70%	เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนส่วนใหญ่	งานติดตั้งขนาดเล็ก กลาง และใหญ่
ปอมเต้	20-90 องศาเซลเซียส	20-30%	เมทานอล	หน่วยพกพา
SHTE	50–200 °C	40-65%	ไฮโดรเจนบริสุทธิ์	การวิจัยอวกาศ
พีท	30-100 °C	35-50%	ไฮโดรเจนบริสุทธิ์	การติดตั้งขนาดเล็ก

เข้าร่วมกับเราได้ที่

หลังจากเริ่มต้นการเดินทางได้ไม่นาน Aloy จะสะดุดกับบังเกอร์ Forerunner ที่ตั้งอยู่นอกดินแดนของชนเผ่า Nora ภายในบังเกอร์หลังประตูอันทรงพลังมีเกราะบางอย่างที่ดูน่าดึงดูดมากจากระยะไกล

โทรเลข

ทวีต

นี่คือ Shield Weaver ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ดีที่สุดในเกม จะไปได้อย่างไร? ในการเปิดประตูบังเกอร์สุญญากาศและรับ Shield Weaver คุณจะต้องค้นหาเซลล์เชื้อเพลิงห้าเซลล์ที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วโลกของเกม

ด้านล่างนี้ เราจะแสดงให้คุณเห็นว่าจะหาเซลล์เชื้อเพลิงได้ที่ไหนและวิธีแก้ปริศนาขณะค้นหาและในคลังอาวุธโบราณ

Fuel Cell #1 - Mother's Heart (เควส Womb of the Mother)

Aloy จะพบเซลล์เชื้อเพลิงก้อนแรกก่อนที่มันจะเต็ม เปิดโลก. หลังจากการปฐมนิเทศ นางเอกของเราจะพบว่าตัวเองอยู่ในหัวใจของมารดา สถานที่ศักดิ์สิทธิ์ของชนเผ่าโนราและที่พำนักของหัวหน้าเผ่า

หลังจากลุกจากเตียง Aloy จะเดินผ่านห้องหลายห้องตามลำดับ และห้องใดห้องหนึ่งจะพบกับประตูที่ปิดสนิทซึ่งไม่สามารถเปิดได้ มองไปรอบๆ - จะมีปล่องระบายอากาศอยู่ใกล้ๆ ตกแต่งด้วยเทียนไข คุณอยู่ที่นั่น

หลังจากผ่านเหมืองคุณจะพบว่าตัวเองอยู่หลังประตูล็อค มองไปที่พื้นข้างเทียนและกำแพงลึกลับ - มีเซลล์เชื้อเพลิงอยู่ที่นี่

สำคัญ: หากคุณไม่รับเซลล์เชื้อเพลิงนี้ในตอนนี้ คุณจะสามารถไปยังตำแหน่งนี้ได้อีกครั้งในช่วงหลังของเกม หลังจากเสร็จสิ้นภารกิจ "Heart of the Burrow"

เซลล์เชื้อเพลิง #2 - ซากปรักหักพัง

อาลอยเคยไปที่ซากปรักหักพังเหล่านี้มาก่อน - เธอเคยตกที่นี่ตั้งแต่ยังเป็นเด็ก หลังจากผ่านการปฐมนิเทศแล้ว ก็ควรค่าแก่การจดจำวัยเด็กของคุณและกลับมาที่นี่อีกครั้ง - หยิบเซลล์เชื้อเพลิงที่สองขึ้นมา

ทางเข้าซากปรักหักพังหน้าตาแบบนี้กระโดดอย่างกล้าหาญ

คุณต้องมีซากปรักหักพังระดับแรก พื้นที่ด้านล่างขวาไฮไลต์ด้วยสีม่วงบนแผนที่ มีประตูอยู่ที่นี่ที่ Aloy จะเปิดด้วยหอกของเขา

หลังจากผ่านประตูไปแล้ว ให้ขึ้นบันไดแล้วเลี้ยวขวา - Aloy ไม่สามารถปีนผ่านหินย้อยเหล่านี้ในวัยหนุ่มได้ แต่ตอนนี้เธอมีข้อโต้แย้ง นำหอกออกอีกครั้งและทำลายหินงอกหินย้อย - เส้นทางนั้นชัดเจน แต่ยังคงใช้องค์ประกอบเชื้อเพลิงที่วางอยู่บนโต๊ะ

Fuel Cell #3 - Master's Limit (Master's Limit Quest)

เรากำลังมุ่งหน้าไปทางเหนือ ในระหว่างการสืบเสาะเรื่องราว Master's Reach Aloy สำรวจซากปรักหักพัง Forerunner ขนาดยักษ์ ซ่อนอยู่ที่ชั้นที่สิบสองของซากปรักหักพังเป็นเซลล์เชื้อเพลิงอีกเซลล์หนึ่ง

คุณไม่เพียงแค่ต้องปีนขึ้นไปที่ชั้นบนของซากปรักหักพังเท่านั้น แต่ยังต้องปีนให้สูงขึ้นอีกเล็กน้อยด้วย ปีนขึ้นไปในส่วนที่ยังหลงเหลืออยู่ของอาคารจนกว่าคุณจะพบว่าตัวเองอยู่บนแท่นขนาดเล็กที่เปิดรับลมทุกทิศทุกทาง

นี่คือตำแหน่งที่เซลล์เชื้อเพลิงที่สามตั้งอยู่ มันยังคงที่จะลงไป

เซลล์เชื้อเพลิง #4 - สมบัติแห่งความตาย (ภารกิจสมบัติแห่งความตาย)

ธาตุเชื้อเพลิงนี้ซ่อนอยู่ที่ส่วนเหนือของแผนที่ด้วย แต่ใกล้กับดินแดนของชนเผ่าโนรามากขึ้น Aloy จะได้รับที่นี่ในระหว่างเนื้อเรื่องของภารกิจ

เพื่อไปยังองค์ประกอบ Aloy จำเป็นต้องคืนค่าแหล่งจ่ายไฟไปที่ประตูที่ปิดสนิทซึ่งอยู่ที่ระดับที่สามของตำแหน่ง

ในการทำเช่นนี้ คุณต้องแก้ปริศนาเล็กๆ - มีตัวควบคุมสองช่วงตึกจากสี่ตัวควบคุมที่ระดับด้านล่างประตู

อันดับแรก มาจัดการกับกลุ่มผู้ควบคุมทางด้านซ้ายกัน ปุ่มแรกควร "มอง" ขึ้น ปุ่มที่สอง "ไปทางขวา" ปุ่มที่สาม "ไปทางซ้าย" และปุ่มที่สี่ "ลง"

เราผ่านไปยังบล็อกที่ถูกต้อง คุณไม่ได้สัมผัสผู้ควบคุมสองคนแรก ผู้ควบคุมที่สามและสี่ควรดู "ต่ำ"

เราเพิ่มขึ้นหนึ่งระดับ - นี่คือกลุ่มสุดท้ายของหน่วยงานกำกับดูแล ลำดับที่ถูกต้องคือ ขึ้น ลง ซ้าย ขวา

หากคุณทำทุกอย่างถูกต้อง ตัวควบคุมทั้งหมดจะเปลี่ยนสีเป็นสีเขียวขุ่น แหล่งจ่ายไฟจะกลับคืนมา ปีนกลับไปที่ประตูแล้วเปิดออก นั่นคือเซลล์เชื้อเพลิงอีกเซลล์หนึ่ง

Fuel Cell #5 - GAIA Prime (เควส Fallen Mountain)

ในที่สุด เซลล์เชื้อเพลิงสุดท้าย - และอีกครั้งในงานวางแผน Aloy เดินทางไปยังซากปรักหักพังของ GAEA Prime

ระวังโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อคุณไปถึงระดับที่สาม เมื่อถึงจุดหนึ่งจะมีเหวที่น่าดึงดูดอยู่หน้า Ala ซึ่งคุณสามารถลงไปบนเชือกได้ - คุณไปที่นั่น ไม่จำเป็น.

ทางที่ดีควรเลี้ยวซ้ายสำรวจถ้ำที่ซ่อนอยู่ คุณสามารถเข้าไปได้หากคุณค่อยๆ ลงไปตามไหล่เขา

เข้ามาข้างในแล้วไปให้สุด ในห้องสุดท้ายทางด้านขวาจะมีชั้นวางที่มีเซลล์เชื้อเพลิงสุดท้ายอยู่ คุณทำได้!

มุ่งหน้าสู่คลังแสงโบราณ

มันยังคงกลับไปที่คลังแสงโบราณและได้รับรางวัลที่สมควรได้รับ คุณจำพิกัดของคลังแสงได้หรือไม่? ถ้าไม่ นี่คือแผนที่

ปีนลงมาและใส่เซลล์เชื้อเพลิงเข้าไปในเซลล์ว่าง หน่วยงานกำกับดูแลกำลังลุกไหม้ ตอนนี้คุณต้องไขปริศนาเพื่อเปิดประตู

ปุ่มแรกควรมองขึ้น อันที่สองไปทางขวา อันที่สามลง อันที่สี่ไปทางซ้าย อันที่ห้าขึ้น เรียบร้อย ประตูเปิดแล้ว แต่ยังไม่จบ

ตอนนี้คุณต้องปลดล็อกชุดเกราะ - ปริศนาควบคุมอีกอันที่เซลล์เชื้อเพลิงที่เหลือจะมีประโยชน์ ที่นี่ปุ่มแรกควรมองไปทางขวา ที่สองไปทางซ้าย ที่สามขึ้น ที่สี่ไปทางขวา ที่ห้าไปทางซ้าย

ในที่สุด หลังจากการทรมานทั้งหมดนี้ คุณได้ครอบครองเกราะโบราณ นี่คือ Shield Weaver ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยมมากที่ทำให้ Aloy แทบจะคงกระพันอยู่ชั่วขณะหนึ่ง

สิ่งสำคัญคือการตรวจสอบสีของเกราะอย่างระมัดระวัง: ถ้ามันกะพริบเป็นสีขาวแสดงว่าทุกอย่างเป็นไปตามลำดับ ถ้าสีแดงไม่มีการป้องกันอีกต่อไป

พวกมันถูกควบคุมโดยยานอวกาศจากองค์การการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NASA) พวกเขาให้พลังงานแก่คอมพิวเตอร์ของ First National Bank ในโอมาฮา ใช้ในรถโดยสารสาธารณะบางแห่งในชิคาโก

เหล่านี้เป็นเซลล์เชื้อเพลิงทั้งหมด เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีที่ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีกระบวนการเผาไหม้ ในลักษณะทางเคมี เหมือนกับแบตเตอรี่ ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือพวกเขาใช้ต่างกัน สารเคมีไฮโดรเจนและออกซิเจน และผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเคมีคือน้ำ สามารถใช้ก๊าซธรรมชาติได้ แต่แน่นอนว่า การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับหนึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน

เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงและไม่มีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตราย จึงถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีว่าเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนซึ่งจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมลพิษอื่นๆ อุปสรรคหลักในการใช้เซลล์เชื้อเพลิงอย่างแพร่หลายคือต้นทุนที่สูงเมื่อเทียบกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่ผลิตไฟฟ้าหรือขับเคลื่อนยานยนต์

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา

เซอร์วิลเลียม โกรฟส์ได้สาธิตเซลล์เชื้อเพลิงชุดแรกในปี พ.ศ. 2382 โกรฟส์แสดงให้เห็นว่ากระบวนการอิเล็กโทรไลซิส - การแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนภายใต้การกระทำของกระแสไฟฟ้า - สามารถย้อนกลับได้ กล่าวคือ ไฮโดรเจนและออกซิเจนสามารถรวมกันทางเคมีเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าได้

หลังจากแสดงให้เห็นแล้ว นักวิทยาศาสตร์หลายคนรีบเร่งศึกษาเซลล์เชื้อเพลิงด้วยความขยันหมั่นเพียร แต่การประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในและการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการสกัดน้ำมันสำรองในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ทำให้การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงล้าหลังไปมาก ข้อจำกัดในการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงที่มีต้นทุนสูง

การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นในปี 1950 เมื่อ NASA หันไปหาพวกเขาเกี่ยวกับความต้องการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดกะทัดรัดสำหรับเที่ยวบินในอวกาศ มีการลงทุนกองทุนที่เหมาะสมและเป็นผลให้เที่ยวบิน Apollo และ Gemini ดำเนินการกับเซลล์เชื้อเพลิง ยานอวกาศยังวิ่งด้วยเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงยังคงเป็นเทคโนโลยีทดลองเป็นส่วนใหญ่ แต่บริษัทหลายแห่งได้จำหน่ายเซลล์เชื้อเพลิงดังกล่าวในตลาดการค้าแล้ว ในช่วงเกือบ 10 ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์มีความก้าวหน้าอย่างมาก

เซลล์เชื้อเพลิงทำงานอย่างไร

เซลล์เชื้อเพลิงเปรียบเสมือนแบตเตอรี่ ซึ่งผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี ในทางตรงกันข้าม เครื่องยนต์สันดาปภายในจะเผาผลาญเชื้อเพลิงและทำให้เกิดความร้อน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานกล เว้นแต่จะใช้ความร้อนจากไอเสียในทางใดทางหนึ่ง (เช่น สำหรับการทำความร้อนหรือการปรับอากาศ) ก็อาจกล่าวได้ว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในค่อนข้างต่ำ ตัวอย่างเช่น คาดว่าประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงเมื่อใช้ในรถยนต์ ซึ่งเป็นโครงการที่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินทั่วไปในปัจจุบันถึงสองเท่าที่ใช้ในรถยนต์

แม้ว่าแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิงจะผลิตกระแสไฟฟ้าในทางเคมี แต่ก็ทำหน้าที่สองอย่างที่แตกต่างกันมาก แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์เก็บพลังงาน: ไฟฟ้าที่ผลิตได้เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีของสสารที่มีอยู่แล้วภายใน เซลล์เชื้อเพลิงไม่เก็บพลังงาน แต่แปลงพลังงานบางส่วนจากเชื้อเพลิงที่จ่ายจากภายนอกให้เป็นไฟฟ้า ในแง่นี้ เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเหมือนโรงไฟฟ้าทั่วไปมากกว่า

เซลล์เชื้อเพลิงมีหลายประเภท เซลล์เชื้อเพลิงที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเมมเบรนพิเศษที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรดที่เป็นผงจะเกาะอยู่ทั้งสองด้านของเมมเบรน การออกแบบนี้ - อิเล็กโทรไลต์ล้อมรอบด้วยอิเล็กโทรดสองขั้ว - เป็นองค์ประกอบที่แยกจากกัน ไฮโดรเจนไหลไปด้านหนึ่ง (แอโนด) และออกซิเจน (อากาศ) ไปยังอีกด้านหนึ่ง (แคโทด) อิเล็กโทรดแต่ละอันมีปฏิกิริยาเคมีต่างกัน

ที่ขั้วบวก ไฮโดรเจนจะแตกตัวเป็นส่วนผสมของโปรตอนและอิเล็กตรอน ในเซลล์เชื้อเพลิงบางเซลล์ อิเล็กโทรดล้อมรอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งมักจะทำจากแพลตตินัมหรือโลหะมีตระกูลอื่นๆ ซึ่งส่งเสริมปฏิกิริยาการแยกตัว:

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

H2 = ไดอะตอมไฮโดรเจนโมเลกุล รูปแบบ in

ซึ่งไฮโดรเจนมีอยู่ในรูปของก๊าซ

H+ = ไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออน เช่น โปรตอน;

e- = อิเล็กตรอน

การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กโทรไลต์ส่งโปรตอนผ่านตัวมันเอง (ไปยังแคโทด) แต่อิเล็กตรอนไม่ส่งผ่าน อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทางแคโทดตามวงจรการนำไฟฟ้าภายนอก การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้เป็นกระแสไฟฟ้าที่สามารถใช้เป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์ภายนอกที่เชื่อมต่อกับเซลล์เชื้อเพลิงได้ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าหรือหลอดไฟ อุปกรณ์นี้มักเรียกว่า "โหลด"

ที่ด้านแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิง โปรตอน (ซึ่งผ่านอิเล็กโทรไลต์) และอิเล็กตรอน (ซึ่งผ่านโหลดภายนอก) จะ "รวมตัว" และทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่จ่ายให้กับแคโทดเพื่อสร้างน้ำ H2O:

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

ปฏิกิริยาโดยรวมในเซลล์เชื้อเพลิงเขียนเป็น:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

ในการทำงาน เซลล์เชื้อเพลิงใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและออกซิเจนจากอากาศ สามารถจ่ายไฮโดรเจนได้โดยตรงหรือโดยการแยกไฮโดรเจนออกจากแหล่งเชื้อเพลิงภายนอก เช่น ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเบนซิน หรือเมทานอล ในกรณีของแหล่งภายนอก จะต้องแปลงทางเคมีเพื่อสกัดไฮโดรเจน กระบวนการนี้เรียกว่า "การปฏิรูป" ไฮโดรเจนยังสามารถได้รับจากแอมโมเนีย แหล่งทางเลือก เช่น ก๊าซจากหลุมฝังกลบในเมืองและโรงบำบัดน้ำเสีย และอิเล็กโทรไลซิสในน้ำ ซึ่งใช้ไฟฟ้าในการย่อยสลายน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ปัจจุบันเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่ที่ใช้ในการขนส่งใช้เมทานอล

ได้มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ ในการปฏิรูปเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฮโดรเจนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง กระทรวงพลังงานสหรัฐได้พัฒนาโรงงานเชื้อเพลิงภายในเครื่องปฏิรูปน้ำมันเบนซินเพื่อส่งไฮโดรเจนไปยังเซลล์เชื้อเพลิงแบบมีถังบรรจุในตัว นักวิจัยจาก Pacific Northwest National Laboratory ในสหรัฐอเมริกาได้สาธิตเครื่องปฏิรูปเชื้อเพลิงขนาดกะทัดรัดซึ่งมีขนาด 1 ใน 10 ของชุดจ่ายไฟ ระบบสาธารณูปโภคของสหรัฐฯ Northwest Power Systems และ Sandia National Laboratory ได้สาธิตเครื่องปฏิรูปเชื้อเพลิงที่เปลี่ยนเชื้อเพลิงดีเซลเป็นไฮโดรเจนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงแต่ละเซลล์ผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 0.7-1.0 โวลต์ต่อเซลล์ เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกประกอบเป็น "น้ำตก" เช่น การเชื่อมต่อแบบอนุกรม เพื่อสร้างกระแสมากขึ้น ชุดขององค์ประกอบน้ำตกจะเชื่อมต่อแบบขนาน หากคุณรวมการเรียงซ้อนของเซลล์เชื้อเพลิงเข้ากับโรงงานผลิตเชื้อเพลิง ระบบจ่ายอากาศและระบบทำความเย็น และระบบควบคุม คุณจะได้เครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิง เครื่องยนต์นี้สามารถให้พลังงานแก่ยานพาหนะ โรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพา6 เครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงมีหลายขนาดขึ้นอยู่กับการใช้งาน ประเภทเซลล์เชื้อเพลิง และเชื้อเพลิงที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ขนาดของแต่ละโรงไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ขนาด 200 กิโลวัตต์แยกกันสี่แห่งที่ติดตั้งที่ธนาคารในโอมาฮานั้นมีขนาดประมาณรถบรรทุกพ่วง

แอปพลิเคชั่น

เซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้ได้ทั้งแบบอยู่กับที่และอุปกรณ์เคลื่อนที่ เพื่อตอบสนองต่อกฎระเบียบการปล่อยมลพิษของสหรัฐอเมริกาที่เข้มงวดขึ้น ผู้ผลิตรถยนต์รวมถึง DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda และ Nissan ได้ทำการทดลองและสาธิตรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์คันแรกคาดว่าจะออกสู่ท้องถนนในปี 2547 หรือ 2548

เหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงคือการสาธิตรถบัสในเมืองขนาด 32 ฟุตรุ่นทดลองของ Ballard Power System ในเดือนมิถุนายน 2536 พร้อมเครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนขนาด 90 กิโลวัตต์ ตั้งแต่นั้นมาหลายคน ประเภทต่างๆและรถยนต์โดยสารเซลล์เชื้อเพลิงรุ่นต่างๆ ที่ขับเคลื่อนโดย ประเภทต่างๆเชื้อเพลิง. ตั้งแต่ปลายปี พ.ศ. 2539 รถกอล์ฟที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจำนวน 3 คันได้ถูกใช้งานที่ปาล์มดีเซิร์ทในแคลิฟอร์เนีย บนถนนในชิคาโก อิลลินอยส์; แวนคูเวอร์ บริติชโคลัมเบีย; และออสโล นอร์เวย์ กำลังทดสอบรถโดยสารเซลล์เชื้อเพลิงในเมือง แท็กซี่เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์กำลังถูกทดสอบบนถนนในลอนดอน

นอกจากนี้ยังมีการสาธิตการติดตั้งแบบตายตัวโดยใช้เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง แต่ยังไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเชิงพาณิชย์ ธนาคารแห่งชาติแห่งแรกของโอมาฮาในเนบราสก้าใช้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อจ่ายไฟให้กับคอมพิวเตอร์ เนื่องจากระบบมีความน่าเชื่อถือมากกว่าระบบไฟหลักแบบเก่าที่มีแบตเตอรี่สำรอง เร็วๆ นี้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์ขนาด 1.2 เมกะวัตต์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกจะถูกติดตั้งที่ศูนย์ไปรษณีย์ในอะแลสกา แล็ปท็อปเซลล์เชื้อเพลิง ระบบควบคุมที่ใช้ในโรงบำบัดน้ำเสีย และเครื่องจำหน่ายอัตโนมัติกำลังได้รับการทดสอบและสาธิต

"ข้อดีและข้อเสีย"

เซลล์เชื้อเพลิงมีข้อดีหลายประการ แม้ว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในสมัยใหม่จะอยู่ที่ 12-15% แต่สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงค่าสัมประสิทธิ์นี้จะอยู่ที่ 50% ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงยังคงอยู่ในระดับค่อนข้างมาก ระดับสูงแม้จะไม่ได้ใช้กำลังเต็มพิกัด ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเครื่องยนต์เบนซิน

ลักษณะโมดูลาร์ของการออกแบบเซลล์เชื้อเพลิงหมายความว่าความจุของโรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มขั้นตอนอีกสองสามขั้นตอน สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าปัจจัยการใช้ประโยชน์น้อยเกินไปทำให้สามารถจับคู่อุปสงค์และอุปทานได้ดียิ่งขึ้น เนื่องจากประสิทธิภาพของสแต็คเซลล์เชื้อเพลิงถูกกำหนดโดยประสิทธิภาพของแต่ละเซลล์ โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กจึงทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ความร้อนเหลือทิ้งจากระบบเซลล์เชื้อเพลิงแบบอยู่กับที่ยังสามารถนำไปใช้กับน้ำและพื้นที่ให้ความร้อนได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานอีกด้วย

เมื่อใช้เซลล์เชื้อเพลิงแทบไม่มีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตราย เมื่อเครื่องยนต์ทำงานด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ จะเกิดความร้อนและไอน้ำบริสุทธิ์เป็นผลพลอยได้เท่านั้น ดังนั้นบนยานอวกาศ นักบินอวกาศจึงดื่มน้ำ ซึ่งเกิดขึ้นจากการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงบนเครื่องบิน องค์ประกอบของการปล่อยมลพิษขึ้นอยู่กับธรรมชาติของแหล่งไฮโดรเจน การใช้เมทานอลส่งผลให้มีการปล่อยไนโตรเจนออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นศูนย์ และปล่อยไฮโดรคาร์บอนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การปล่อยก๊าซจะเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเปลี่ยนจากไฮโดรเจนเป็นเมทานอลไปเป็นน้ำมันเบนซิน แม้ว่าจะใช้น้ำมันเบนซิน การปล่อยก็ยังคงค่อนข้างต่ำ ไม่ว่าในกรณีใด การเปลี่ยนเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมในปัจจุบันด้วยเซลล์เชื้อเพลิงจะส่งผลให้การปล่อย CO2 และ NOx โดยรวมลดลง

การใช้เซลล์เชื้อเพลิงทำให้เกิดความยืดหยุ่นของโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน สร้างโอกาสเพิ่มเติมสำหรับการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายอำนาจ แหล่งพลังงานแบบกระจายอำนาจที่มีความหลากหลายทำให้สามารถลดการสูญเสียการส่งผ่านและพัฒนาตลาดการขายพลังงาน (ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ห่างไกลและชนบทที่ไม่มีสายไฟ) ด้วยความช่วยเหลือของเซลล์เชื้อเพลิง ผู้อยู่อาศัยแต่ละรายหรือในละแวกใกล้เคียงสามารถจัดหาไฟฟ้าส่วนใหญ่ให้กับตนเองได้ ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานได้อย่างมาก

เซลล์เชื้อเพลิงให้พลังงานคุณภาพสูงและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น มีความทนทาน ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และให้กำลังไฟฟ้าในปริมาณคงที่

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ลดต้นทุน และทำให้เซลล์เชื้อเพลิงสามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีพลังงานอื่นๆ ควรสังเกตว่าเมื่อพิจารณาลักษณะต้นทุนของเทคโนโลยีพลังงาน การเปรียบเทียบควรทำบนพื้นฐานขององค์ประกอบทั้งหมดของคุณลักษณะทางเทคโนโลยี ซึ่งรวมถึงต้นทุนการดำเนินงานทุน การปล่อยมลพิษ คุณภาพพลังงาน ความทนทาน การเลิกใช้งาน และความยืดหยุ่น

แม้ว่าก๊าซไฮโดรเจนจะเป็นเชื้อเพลิงที่ดีที่สุด แต่โครงสร้างพื้นฐานหรือฐานการขนส่งยังไม่มีอยู่จริง ในระยะสั้น ระบบจ่ายเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีอยู่ (ปั๊มน้ำมัน ฯลฯ) สามารถนำมาใช้เพื่อให้โรงไฟฟ้ามีแหล่งไฮโดรเจนในรูปของน้ำมันเบนซิน เมทานอล หรือก๊าซธรรมชาติ สิ่งนี้จะขจัดความจำเป็นในสถานีเติมไฮโดรเจนโดยเฉพาะ แต่จะต้องการให้ยานพาหนะแต่ละคันติดตั้งตัวแปลงเชื้อเพลิงจากเชื้อเพลิงเป็นไฮโดรเจน ("รีฟอร์มเมอร์") ข้อเสียของวิธีนี้คือใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลและส่งผลให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เมทานอลซึ่งปัจจุบันเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ ทำให้เกิดการปล่อยมลพิษน้อยกว่าน้ำมันเบนซิน แต่จะต้องใช้ถังที่ใหญ่กว่าในรถยนต์เพราะใช้พื้นที่มากกว่าสองเท่าสำหรับปริมาณพลังงานเท่ากัน

ต่างจากระบบจ่ายเชื้อเพลิงฟอสซิล ระบบสุริยะและลม (ใช้ไฟฟ้าสร้างไฮโดรเจนและออกซิเจนจากน้ำ) และระบบแปลงภาพถ่ายโดยตรง (โดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์หรือเอนไซม์ในการผลิตไฮโดรเจน) สามารถจ่ายไฮโดรเจนได้โดยไม่ต้องมีขั้นตอนการปฏิรูป ดังนั้น การปล่อยก๊าซเรือนกระจกด้วยวิธีนี้ สามารถหลีกเลี่ยงสารอันตรายที่สังเกตได้เมื่อใช้เมทานอลหรือเซลล์เชื้อเพลิงเบนซิน สามารถเก็บไฮโดรเจนและแปลงเป็นไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงได้ตามต้องการ ในอนาคต การเชื่อมโยงเซลล์เชื้อเพลิงกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนประเภทนี้น่าจะเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการจัดหาแหล่งพลังงานที่ให้ผลผลิต เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และใช้งานได้หลากหลาย

คำแนะนำของ IEER คือท้องถิ่นและ หน่วยงานรัฐบาลกลางรวมทั้งรัฐบาลของรัฐได้จัดสรรงบประมาณการจัดซื้อส่วนหนึ่งเพื่อการขนส่งไปยังยานพาหนะเซลล์เชื้อเพลิงรวมทั้งเพื่อ ระบบเครื่องเขียนบนเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อนและไฟฟ้าแก่อาคารสำคัญหรืออาคารใหม่บางส่วน ซึ่งจะนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีที่สำคัญและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก