Qo'llanma: Qadimgi Arsenalni qanday ochish va yoqilg'i xujayralarini qaerdan qidirish kerak - Horizon: Zero Dawn. Yoqilg'i xujayrasi "muqobil" energiyaga muqobil sifatida

So'nggi paytlarda yoqilg'i xujayralari mavzusi hammaning og'zida. Va bu ajablanarli emas, bu texnologiya elektronika olamida paydo bo'lishi bilan u yangi tug'ilishni topdi. Mikroelektronika sohasidagi jahon yetakchilari o'zlarining mini elektr stantsiyalarini birlashtiradigan kelajakdagi mahsulotlarining prototiplarini taqdim etish uchun poyga qilishadi. Bu, bir tomondan, mobil qurilmalarning "rozetka" ga ulanishini zaiflashtirishi, ikkinchi tomondan, batareyaning ishlash muddatini uzaytirishi kerak.

Bundan tashqari, ularning ba'zilari etanol asosida ishlaydi, shuning uchun ushbu texnologiyalarni ishlab chiqish alkogolli ichimliklar ishlab chiqaruvchilarga bevosita foyda keltiradi - o'nlab yillardan so'ng, o'z mahsuloti uchun navbatdagi "doza" ortida turgan "IT xodimlari" navbatlari. Noutbuk vino zavodida navbatga tushadi.

Biz yuqori texnologiyali sanoatni qamrab olgan yonilg'i xujayralari "isitmasi" dan uzoqlasha olmaymiz va biz bu texnologiya qanday hayvon ekanligini, u nima bilan iste'mol qilinishini va qachon paydo bo'lishini kutish kerakligini aniqlashga harakat qilamiz. "ovqatlanish". Ushbu materialda biz yonilg'i xujayralari ushbu texnologiya kashf etilgan paytdan boshlab hozirgi kungacha bosib o'tgan yo'lni ko'rib chiqamiz. Kelgusida ularni amalga oshirish va rivojlantirish istiqbollarini ham baholashga harakat qilamiz.

Qanday bo'ldi

Birinchi marta yonilg'i xujayrasi qurilmasining printsipi 1838 yilda Kristian Fridrix Schonbein tomonidan tasvirlangan va bir yil o'tgach, Philosophical Journal ushbu mavzu bo'yicha o'z maqolasini nashr etdi. Biroq, bu faqat nazariy tadqiqotlar edi. Birinchi ishlaydigan yonilg'i xujayrasi yorug'likni 1843 yilda uelslik olim ser Uilyam Robert Grovening laboratoriyasida ko'rgan. Uni yaratishda ixtirochi zamonaviy fosforik kislotali akkumulyatorlarda ishlatiladigan materiallarga o'xshash materiallardan foydalangan. Keyinchalik ser Grovening yonilg'i xujayrasi V. Tomas Grub tomonidan takomillashtirildi. 1955 yilda bu kimyogar uchun ishlagan afsonaviy kompaniya General Electric yonilg'i xujayrasidagi elektrolit sifatida sulfonatlangan polistirol ion almashinadigan membranadan foydalangan. Faqat uch yil o'tgach, uning hamkasbi Leonard Niedrach vodorod oksidlanishi va kislorodni qabul qilish jarayonida katalizator bo'lgan membranaga platina yotqizish texnologiyasini taklif qildi.

Yoqilg'i xujayralarining "otasi" Kristian Schönbein

Ushbu tamoyillar yangi avlod yonilg'i xujayralari asosini tashkil etdi, ular yaratuvchilari nomi bilan "Grubb-Nidrach" elementlari deb ataladi. General Electric ushbu yo'nalishda rivojlanishda davom etdi, bunda NASA va aviatsiya giganti McDonnell Aircraft ko'magida birinchi tijorat yonilg'i xujayrasi yaratildi. Yangi texnologiya chet ellarda e'tiborga olindi. Va allaqachon 1959 yilda britaniyalik Frensis Bekon (Frensis Tomas Bekon) 5 kVt quvvatga ega statsionar yonilg'i xujayrasini taqdim etdi. Uning patentlangan dizaynlari keyinchalik amerikaliklar tomonidan litsenziyalangan va ulardan foydalanilgan kosmik kemalar NASA energiya tizimlari va ichimlik suvi ta'minotida. Xuddi shu yili amerikalik Garri Ihrig birinchi yonilg'i xujayrasi traktorini (umumiy quvvati 15 kVt) qurdi. Akkumulyatorlarda elektrolit sifatida kaliy gidroksid, reagent sifatida esa siqilgan vodorod va kislorod ishlatilgan.

Birinchi marta tijoriy maqsadlarda statsionar yonilg'i xujayralarini ishlab chiqarish kasalxonalar, universitetlar va biznes markazlari uchun zaxira quvvat tizimlarini taklif qilgan UTC Power tomonidan yo'lga qo'yildi. Ushbu sohada dunyoda etakchi bo'lgan ushbu kompaniya hali ham 200 kVtgacha quvvatga ega shunga o'xshash echimlarni ishlab chiqaradi. Shuningdek, u NASA uchun yoqilg'i xujayralarining asosiy yetkazib beruvchisi hisoblanadi. Uning mahsulotlari Apollon kosmik dasturi davomida keng qo'llanilgan va Space Shuttle dasturining bir qismi sifatida hali ham talabga ega. UTC Power shuningdek, transport vositalarining keng doirasi uchun "iste'molchi" yoqilg'i xujayralarini taklif qiladi. U birinchi bo'lib proton almashinadigan membrana yordamida salbiy haroratlarda oqim olish imkonini beruvchi yonilg'i xujayrasini yaratdi.

U qanday ishlaydi

Tadqiqotchilar reagent sifatida turli moddalar bilan tajriba o'tkazdilar. Biroq, yonilg'i xujayralarining ishlashning asosiy tamoyillari, sezilarli darajada farqli ishlash xususiyatlariga qaramay, o'zgarishsiz qolmoqda. Har qanday yonilg'i xujayrasi elektrokimyoviy energiyani o'zgartiruvchi qurilmadir. Elektr energiyasini ma'lum miqdorda yoqilg'idan (anod tomonida) va oksidlovchidan (katod tomonida) ishlab chiqaradi. Reaksiya elektrolit (tarkibida erkin ionlar boʻlgan va oʻzini elektr oʻtkazuvchan muhit sifatida tutuvchi modda) ishtirokida davom etadi. Asos sifatida, har qanday bunday qurilmada unga kiradigan ma'lum reagentlar va ularning reaktsiya mahsulotlari mavjud bo'lib, ular elektrokimyoviy reaktsiya o'tkazilgandan keyin chiqariladi. Bu holda elektrolit faqat reaktivlarning o'zaro ta'siri uchun vosita bo'lib xizmat qiladi va yonilg'i xujayrasida o'zgarmaydi. Bunday sxemaga asoslanib, ideal yonilg'i xujayrasi reaktsiya uchun zarur bo'lgan moddalar ta'minoti mavjud bo'lganda ishlashi kerak.

Bu erda yonilg'i xujayralari an'anaviy batareyalar bilan aralashmaslik kerak. Birinchi holda, elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ba'zi "yoqilg'i" iste'mol qilinadi, keyinchalik uni to'ldirish kerak. Galvanik elementlarda elektr toki yopiq zanjirda saqlanadi. kimyoviy tizim. Batareyalar holatida, oqimni qo'llash teskari elektrokimyoviy reaktsiyaning paydo bo'lishiga va reagentlarni asl holatiga qaytarishga imkon beradi (ya'ni, uni zaryadlang). Yoqilg'i va oksidlovchining turli xil kombinatsiyalari mumkin. Masalan, vodorod yonilg'i xujayrasi reaktiv sifatida vodorod va kisloroddan (oksidlovchi vosita) foydalanadi. Ko'pincha bikarbonatlar va spirtlar yoqilg'i sifatida ishlatiladi va havo, xlor va xlor dioksidi oksidlovchi sifatida ishlaydi.

Yoqilg'i xujayrasida sodir bo'ladigan kataliz reaktsiyasi yoqilg'idan elektronlar va protonlarni chiqarib tashlaydi va harakatlanuvchi elektronlar hosil bo'ladi. elektr toki. Yoqilg'i xujayralari odatda reaktsiyani tezlashtirish uchun katalizator sifatida platina yoki uning qotishmalaridan foydalanadi. Yana bir katalitik jarayon elektronlarni protonlar va oksidlovchi moddalar bilan birlashtirib qaytaradi, natijada reaksiya mahsulotlari (emissiya) hosil bo'ladi. Qoida tariqasida, bu chiqindilar oddiy moddalardir: suv va karbonat angidrid.

An'anaviy proton almashinadigan yonilg'i xujayrasida (PEMFC) polimer proton o'tkazuvchi membrana anod va katod tomonlarini ajratib turadi. Katod tomondan vodorod anod katalizatoriga tarqaladi, bu erda elektronlar va protonlar keyinchalik undan ajralib chiqadi. Keyin protonlar membrana orqali katodga o'tadi va protonlarni ta'qib qila olmaydigan elektronlar (membrana elektr izolyatsiyalangan) tashqi yuk zanjiri (elektr ta'minoti tizimi) orqali yo'naltiriladi. Katodik katalizator tomonida kislorod membranadan o'tgan protonlar va tashqi yuk zanjiri orqali kiradigan elektronlar bilan reaksiyaga kirishadi. Ushbu reaksiya natijasida suv (bug 'yoki suyuqlik shaklida) olinadi. Masalan, uglevodorod yoqilg'isi (metanol, dizel yoqilg'isi) suv va karbonat angidriddir.

Deyarli barcha turdagi yoqilg'i xujayralari yonilg'i xujayrasining kontaktlari va elementlarining tabiiy qarshiligi va elektr kuchlanishidan (dastlabki reaktsiyani amalga oshirish uchun zarur bo'lgan qo'shimcha energiya) kelib chiqadigan elektr yo'qotishlaridan aziyat chekadi. Bir qator hollarda, bu yo'qotishlardan butunlay qochish mumkin emas, ba'zan esa "o'yin shamga loyiq emas", lekin ko'pincha ular maqbul minimal darajaga tushirilishi mumkin. Ushbu muammoni hal qilish yonilg'i xujayralari elektr ta'minoti tizimiga qo'yiladigan talablarga qarab parallel (yuqori oqim) yoki ketma-ket (yuqori kuchlanish) ulanishi mumkin bo'lgan ushbu qurilmalarning to'plamlaridan foydalanish hisoblanadi.

Yoqilg'i xujayralari turlari

Yoqilg'i xujayralarining juda ko'p turlari mavjud, ammo biz ulardan eng keng tarqalganiga qisqacha to'xtalib o'tishga harakat qilamiz.

Ishqoriy yonilg'i xujayralari (AFC)

Ishqoriy yoki ishqoriy yonilg'i xujayralari, shuningdek, ingliz "otasi" nomi bilan Bekon xujayralari deb ataladigan yonilg'i xujayralari eng yaxshi rivojlangan yonilg'i xujayrasi texnologiyalaridan biridir. Aynan shu qurilmalar insonning oyga qadam qo'yishiga yordam berdi. Umuman olganda, NASA 1960-yillarning o'rtalaridan boshlab ushbu turdagi yoqilg'i xujayralaridan foydalanmoqda. AFClar vodorod va sof kislorodni iste'mol qiladi va ishlab chiqaradi ichimlik suvi, issiqlik va elektr energiyasi. Ushbu texnologiya yaxshi rivojlanganligi sababli, u o'xshash tizimlar orasida eng yuqori samaradorlik ko'rsatkichlaridan biriga ega (taxminan 70% potentsial).

Biroq, bu texnologiyaning kamchiliklari ham bor. Karbonat angidridni to'sib qo'ymaydigan elektrolit sifatida suyuq ishqoriy moddadan foydalanishning o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, kaliy gidroksidi (ishlatiladigan elektrolitlar variantlaridan biri) oddiy havoning ushbu komponenti bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Natijada kaliy karbonatning zaharli birikmasi bo'lishi mumkin. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun toza kisloroddan foydalanish yoki havoni karbonat angidriddan tozalash kerak. Tabiiyki, bu bunday qurilmalarning narxiga ta'sir qiladi. Shunga qaramay, AFC bugungi kunda ishlab chiqarish uchun eng arzon yonilg'i xujayralari hisoblanadi.

To'g'ridan-to'g'ri borgidrid yonilg'i xujayralari (DBFC)

Ishqoriy yonilg'i xujayrasining ushbu kichik turi yoqilg'i sifatida natriy borgidriddan foydalanadi. Biroq, an'anaviy vodorod AFC'lardan farqli o'laroq, bu texnologiya muhim afzalliklarga ega - karbonat angidrid bilan aloqa qilgandan keyin zaharli birikmalar hosil qilish xavfi yo'q. Shu bilan birga, uning reaksiya mahsuloti deterjan va sovunlarda keng qo'llaniladigan boraksdir. Boraks nisbatan zaharli emas.

DBFC'larni an'anaviy yonilg'i xujayralaridan ham arzonroq qilish mumkin, chunki ular qimmatbaho platina katalizatorlarini talab qilmaydi. Bundan tashqari, ular yuqori energiya zichligiga ega. Hisob-kitoblarga ko'ra, bir kilogramm natriy borgidrid ishlab chiqarish 50 dollar turadi, ammo agar siz uni ommaviy ishlab chiqarishni tashkil qilsangiz va boraksni qayta ishlashni tashkil qilsangiz, unda bu bar 50 baravar kamayishi mumkin.

Metall gidridli yonilg'i xujayralari (MHFC)

Ishqoriy yonilg'i xujayralarining ushbu kichik klassi hozirda faol o'rganilmoqda. Ushbu qurilmalarning o'ziga xos xususiyati vodorodni yonilg'i xujayrasi ichida kimyoviy saqlash qobiliyatidir. To'g'ridan-to'g'ri borohidrid yonilg'i xujayrasi bir xil qobiliyatga ega, ammo undan farqli o'laroq, MHFC sof vodorod bilan to'ldiriladi.

Ushbu yonilg'i xujayralarining o'ziga xos xususiyatlari orasida quyidagilar ajralib turadi:

elektr energiyasidan zaryad qilish qobiliyati;
past haroratlarda ishlash - -20 ° S gacha;
uzoq saqlash muddati;
tez "sovuq" boshlash;
vodorodning tashqi manbaisiz bir muncha vaqt ishlash qobiliyati (yoqilg'ini almashtirish davri uchun).

Ko'pgina kompaniyalar ommaviy ishlab chiqarilgan MHFClarni yaratish ustida ishlayotganiga qaramay, prototiplarning samaradorligi raqobatdosh texnologiyalarga nisbatan etarlicha yuqori emas. Ushbu yonilg'i xujayralari uchun eng yaxshi oqim zichligidan biri kvadrat santimetr uchun 250 milliamper bo'lib, an'anaviy PEMFC yonilg'i xujayralari kvadrat santimetr uchun 1 amperlik oqim zichligini ta'minlaydi.

Elektro-galvanik yonilg'i xujayralari (EGFC)

EGFCdagi kimyoviy reaksiya kaliy gidroksid va kislorod ishtirokida sodir bo'ladi. Bu qo'rg'oshin anod va oltin bilan qoplangan katod o'rtasida elektr tokini hosil qiladi. Elektro-galvanik yonilg'i xujayrasidan chiqadigan kuchlanish kislorod miqdori bilan to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu xususiyat EGFC ni akvalang uskunalari va tibbiy asbob-uskunalarda kislorod sinov qurilmasi sifatida keng qo'llash imkonini berdi. Ammo aynan shu qaramlik tufayli kaliy gidroksidga asoslangan yonilg'i xujayralari juda cheklangan vaqtga ega. samarali ish(kislorod konsentratsiyasi yuqori bo'lsa).

Birinchi sertifikatlangan EGFC kislorod sinovlari 2005 yilda keng tarqaldi, ammo o'sha paytda unchalik mashhur bo'lmagan. Ikki yildan so'ng chiqarilgan, sezilarli darajada o'zgartirilgan model ancha muvaffaqiyatli bo'ldi va hatto Floridadagi ixtisoslashtirilgan sho'ng'in shousida "yangilik" uchun mukofot oldi. Hozirgi vaqtda NOAA (Milliy okean va atmosfera ma'muriyati) va DDRC (sho'ng'in kasalliklarini o'rganish markazi) kabi tashkilotlar ulardan foydalanmoqda.

Formik kislota to'g'ridan-to'g'ri yonilg'i xujayralari (DFAFC)

Ushbu yonilg'i xujayralari PEMFC to'g'ridan-to'g'ri formik kislota qurilmalarining kichik turidir. Ushbu yonilg'i xujayralari o'zlarining o'ziga xos xususiyatlaridan kelib chiqqan holda, kelajakda noutbuklar, uyali telefonlar va boshqalar kabi portativ elektronikani quvvatlantirishning asosiy vositasi bo'lish imkoniyatiga ega.

Metanol singari, formik kislota ham maxsus tozalash bosqichisiz to'g'ridan-to'g'ri yonilg'i xujayrasiga yuboriladi. Shuningdek, ushbu moddani, masalan, vodorodga qaraganda, saqlash ancha xavfsizroq va bundan tashqari, hech qanday maxsus saqlash sharoitlarini ta'minlash shart emas: chumoli kislotasi normal haroratda suyuqlikdir. Bundan tashqari, ushbu texnologiya to'g'ridan-to'g'ri metanol yonilg'i xujayralariga nisbatan ikkita shubhasiz afzalliklarga ega. Birinchidan, metanoldan farqli o'laroq, chumoli kislota membrana orqali o'tmaydi. Shuning uchun, DFAFC samaradorligi, ta'rifiga ko'ra, yuqoriroq bo'lishi kerak. Ikkinchidan, depressurizatsiya bo'lsa, formik kislota unchalik xavfli emas (metanol ko'rlikka olib kelishi mumkin, kuchli dozada esa o'lim).

Qizig'i shundaki, yaqin vaqtgacha ko'plab olimlar bu texnologiyani amaliy kelajakka ega deb bilishmagan. Tadqiqotchilarni ko'p yillar davomida chumoli kislotasiga chek qo'yishga turtki bo'lgan sabab katta elektr yo'qotishlariga olib keladigan yuqori elektrokimyoviy haddan tashqari kuchlanish edi. Ammo so'nggi tajribalar natijalari shuni ko'rsatdiki, bu samarasizlikning sababi an'anaviy ravishda yonilg'i xujayralarida bu maqsadda keng qo'llaniladigan platina katalizator sifatida ishlatilgan. Illinoys universiteti olimlari boshqa materiallar bilan bir qator tajribalar o'tkazgandan so'ng, palladiyni katalizator sifatida ishlatishda DFAFC unumdorligi ekvivalent to'g'ridan-to'g'ri metanol yonilg'i xujayralariga qaraganda yuqori ekanligi ma'lum bo'ldi. Hozirgi vaqtda ushbu texnologiyaga bo'lgan huquqlar Amerikaning Tekion kompaniyasiga tegishli bo'lib, u mikroelektron qurilmalar uchun Formira Power Pack mahsulot liniyasini taklif qiladi. Ushbu tizim akkumulyator batareyasi va haqiqiy yonilg'i xujayrasidan iborat "dupleks" dir. Batareyani zaryadlovchi kartrijdagi reagentlar yetkazib berish tugagach, foydalanuvchi shunchaki uni yangisiga almashtiradi. Shunday qilib, u "rozetka" dan butunlay mustaqil bo'ladi. Ishlab chiqaruvchining va'dalariga ko'ra, texnologiya an'anaviy akkumulyatorlardan atigi 10-15 foizga qimmat bo'lishiga qaramay, to'lovlar orasidagi vaqt ikki baravar ko'payadi. Ushbu texnologiya yo'lidagi yagona jiddiy to'siq, uni o'rta kompaniya tomonidan qo'llab-quvvatlanishi va o'z texnologiyalarini taqdim etuvchi yirikroq raqobatchilar tomonidan "engib ketishi" mumkin, bu hatto bir qator sohalarda DFAFCdan ham past bo'lishi mumkin. parametrlari.

To'g'ridan-to'g'ri metanol yoqilg'i xujayralari (DMFC)

Ushbu yonilg'i xujayralari proton almashinuvi membranasi qurilmalarining bir qismidir. Ular yonilg'i xujayrasiga zaryadlangan metanolni qo'shimcha tozalashsiz ishlatishadi. Biroq, metil spirtini saqlash ancha oson va portlovchi emas (garchi u yonuvchan va ko'rlikka olib kelishi mumkin bo'lsa ham). Shu bilan birga, metanolning energiya quvvati siqilgan vodorodnikidan sezilarli darajada yuqori.

Biroq, metanolning membrana orqali o'tishi mumkinligi sababli, katta hajmdagi yoqilg'i bilan DMFC ning samaradorligi past. Shu sababli ular transport va katta o'rnatish uchun mos bo'lmasa-da, bu qurilmalar mobil qurilmalar uchun batareyalarni almashtirish sifatida juda yaxshi.

Qayta ishlangan metanol yoqilg'i xujayralari (RMFC)

Qayta ishlangan metanol yoqilg'i xujayralari DMFC'lardan faqat elektr energiyasini ishlab chiqarishdan oldin metanolni vodorod va karbonat angidridga aylantirishi bilan farq qiladi. Bu yonilg'i protsessori deb ataladigan maxsus qurilmada sodir bo'ladi. Ushbu dastlabki bosqichdan so'ng (reaktsiya 250 ° C dan yuqori haroratda amalga oshiriladi) vodorod oksidlanish reaktsiyasiga kiradi, buning natijasida suv va elektr hosil bo'ladi.

RMFCda metanoldan foydalanish uning vodorodning tabiiy tashuvchisi ekanligi va etarlicha past haroratda (boshqa moddalarga nisbatan) vodorod va karbonat angidridga parchalanishi bilan bog'liq. Shuning uchun bu texnologiya DMFC ga qaraganda ancha rivojlangan. Qayta ishlangan metanol yonilg'i xujayralari samaraliroq, ixchamroq va noldan past haroratlarda ishlaydi.

To'g'ridan-to'g'ri etanol yoqilg'i xujayralari (DEFC)

Proton almashinadigan panjarali yonilg'i xujayralari sinfining yana bir vakili. Nomidan ko'rinib turibdiki, etanol oddiy moddalarga qo'shimcha tozalash yoki parchalanish bosqichlarini chetlab o'tib, yoqilg'i xujayrasiga kiradi. Ushbu qurilmalarning birinchi plyusi - toksik metanol o'rniga etil spirtidan foydalanish. Bu shuni anglatadiki, siz ushbu yoqilg'ini ishlab chiqish uchun ko'p pul sarflashingiz shart emas.

Spirtli ichimliklarning energiya zichligi metanolnikidan taxminan 30% yuqori. Bundan tashqari, uni biomassadan ko'p miqdorda olish mumkin. Etanol yonilg'i xujayralari narxini pasaytirish maqsadida muqobil katalizator materiali uchun faol qidiruv ishlari olib borilmoqda. Ushbu maqsadlar uchun yonilg'i xujayralarida an'anaviy ravishda qo'llaniladigan platina juda qimmat va ushbu texnologiyalarni ommaviy qabul qilishda muhim to'siqdir. Ushbu muammoni hal qilish temir, mis va nikel aralashmasidan tayyorlangan katalizatorlar bo'lishi mumkin, ular eksperimental tizimlarda ajoyib natijalarni ko'rsatadi.

Sink havo yonilg'i xujayralari (ZAFC)

ZAFC elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ruxning havodagi kislorod bilan oksidlanishidan foydalanadi. Ushbu yonilg'i xujayralari ishlab chiqarish uchun arzon va juda yuqori energiya zichligini ta'minlaydi. Hozirgi vaqtda ular eshitish apparatlari va eksperimental elektromobillarda qo'llaniladi.

Anod tomonida sink zarralarining elektrolit bilan aralashmasi, katod tomonida esa havodan suv va kislorod mavjud bo'lib, ular bir-biri bilan reaksiyaga kirishib, gidroksil hosil qiladi (uning molekulasi kislorod atomi va vodorod atomidir, ular orasida. kovalent bog'lanish mavjud). Gidroksilning sink aralashmasi bilan reaksiyaga kirishishi natijasida katodga o'tadigan elektronlar chiqariladi. Maksimal kuchlanish Bunday yonilg'i xujayralari tomonidan chiqariladigan 1,65 V ni tashkil qiladi, lekin, qoida tariqasida, u sun'iy ravishda 1,4-1,35 V gacha kamayadi va tizimga havo kirishini cheklaydi. Ushbu elektrokimyoviy reaksiyaning yakuniy mahsulotlari sink oksidi va suvdir.

Ushbu texnologiyadan ham batareyalarda (zaryadlashsiz) ham, yonilg'i xujayralarida ham foydalanish mumkin. Ikkinchi holda, anod tomonidagi kamera tozalanadi va sink pastasi bilan to'ldiriladi. Umuman olganda, ZAFC texnologiyasi oddiy va ishonchli batareyalar ekanligini isbotladi. Ularning shubhasiz afzalligi - bu reaktsiyani faqat yonilg'i xujayrasiga havo etkazib berishni sozlash orqali boshqarish qobiliyati. Ko'pgina tadqiqotchilar sink-havo yonilg'i xujayralarini elektr transport vositalari uchun kelajakdagi asosiy quvvat manbai sifatida ko'rib chiqmoqdalar.

Mikrobial yonilg'i xujayralari (MFC)

Bakteriyalardan insoniyat manfaati uchun foydalanish g'oyasi yangi emas, garchi u yaqinda bu g'oyalar amalga oshirilgan bo'lsa ham. Hozirgi vaqtda biotexnologiyalardan turli mahsulotlar ishlab chiqarish (masalan, biomassadan vodorod olish), zararsizlantirish uchun tijorat maqsadlarida foydalanish masalasi. zararli moddalar va elektr energiyasi ishlab chiqarish. Mikrob yonilg'i xujayralari, shuningdek, biologik yonilg'i xujayralari deb ham ataladi, bakteriyalar yordamida elektr energiyasini ishlab chiqaradigan biologik elektrokimyoviy tizim. Bu texnologiya glyukoza, asetat (sirka kislota tuzi), butirat (butir kislota tuzi) yoki chiqindi suv kabi moddalarning katabolizmiga (murakkab molekulaning energiya ajralib chiqishi bilan oddiyroq molekulaga parchalanishi) asoslangan. Oksidlanish tufayli elektronlar chiqariladi, ular anodga o'tkaziladi, shundan so'ng hosil bo'lgan elektr toki o'tkazgich orqali katodga o'tadi.

Bunday yonilg'i xujayralarida mediatorlar odatda elektronlarning o'tkazuvchanligini yaxshilash uchun ishlatiladi. Muammo shundaki, vositachilar rolini o'ynaydigan moddalar qimmat va zaharli hisoblanadi. Biroq, elektrokimyoviy faol bakteriyalardan foydalanilganda, vositachilarga ehtiyoj qolmaydi. Bunday "uzatuvchisiz" mikrobial yonilg'i xujayralari yaqinda yaratila boshlandi va shuning uchun ularning barcha xususiyatlari yaxshi o'rganilmagan.

MFC hali yengib o'tmagan to'siqlarga qaramay, bu texnologiya katta imkoniyatlarga ega. Birinchidan, "yoqilg'i" ni topish qiyin emas. Bundan tashqari, bugungi kunda oqava suvlarni tozalash va ko'plab chiqindilarni yo'q qilish masalasi juda keskin. Ushbu texnologiyani qo'llash ikkala muammoni ham hal qilishi mumkin. Ikkinchidan, nazariy jihatdan uning samaradorligi juda yuqori bo'lishi mumkin. Asosiy muammo muhandislar uchun mikrob yonilg'i xujayralari va aslida bu qurilmaning eng muhim elementi mikroblardir. Tadqiqot uchun ko'plab grantlar olgan mikrobiologlar xursand bo'lishsa-da, ilmiy fantastika mualliflari ham noto'g'ri mikroorganizmlarning "nashr etilishi" oqibatlari haqidagi kitoblarning muvaffaqiyatini kutib, qo'llarini ishqalaydilar. Tabiiyki, nafaqat keraksiz chiqindilarni, balki qimmatbaho narsalarni ham "hazm qiladigan" narsalarni olib kelish xavfi mavjud. Shunday qilib, printsipial jihatdan, har qanday yangi biotexnologiyalarda bo'lgani kabi, odamlar cho'ntagida bakteriyalar bilan zararlangan qutini olib yurish g'oyasidan ehtiyot bo'lishadi.

Ilova

Statsionar maishiy va sanoat elektr stansiyalari

Yoqilg'i xujayralari turli xil avtonom tizimlarda energiya manbalari sifatida keng qo'llaniladi, masalan, kosmik kemalar, masofaviy ob-havo stantsiyalari, harbiy inshootlar va boshqalar. Bunday elektr ta'minoti tizimining asosiy afzalligi uning boshqa texnologiyalarga nisbatan juda yuqori ishonchliligidir. Yoqilg'i xujayralarida harakatlanuvchi qismlar va har qanday mexanizmlar yo'qligi sababli elektr ta'minoti tizimlarining ishonchliligi 99,99% ga yetishi mumkin. Bundan tashqari, vodorodni reagent sifatida qo'llashda juda kichik vaznga erishish mumkin, bu kosmik asbob-uskunalar holatida eng muhim mezonlardan biridir.

So'nggi paytlarda turar-joy binolari va idoralarda keng qo'llaniladigan kombinatsiyalangan issiqlik va elektr qurilmalari keng tarqalmoqda. Ushbu tizimlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular doimiy ravishda elektr energiyasini ishlab chiqaradilar, agar darhol iste'mol qilinmasa, suv va havoni isitish uchun ishlatiladi. Bunday qurilmalarning elektr samaradorligi atigi 15-20% bo'lishiga qaramay, bu kamchilik foydalanilmagan elektr energiyasi issiqlik ishlab chiqarish uchun ishlatilishi bilan qoplanadi. Umuman olganda, bunday kombinatsiyalangan tizimlarning energiya samaradorligi taxminan 80% ni tashkil qiladi. Bunday yonilg'i xujayralari uchun eng yaxshi reagentlardan biri fosforik kislotadir. Bu birliklar 90% energiya samaradorligini ta'minlaydi (35-50% elektr va qolgan issiqlik energiyasi).

Transport

Yoqilg'i xujayralari asosidagi energiya tizimlari transportda ham keng qo'llaniladi. Aytgancha, nemislar birinchilardan bo'lib transport vositalariga yonilg'i xujayralarini o'rnatdilar. Shunday qilib, bunday o'rnatish bilan jihozlangan dunyodagi birinchi tijorat qayig'i sakkiz yil oldin debyut qilgan. "Hydra" deb nomlangan va 22 yo'lovchini tashishga mo'ljallangan ushbu kichik kema Germaniyaning sobiq poytaxti yaqinida 2000 yil iyun oyida suvga tushirilgan. Vodorod (ishqoriy yonilg'i xujayrasi) energiya tashuvchi reaktiv sifatida ishlaydi. Ishqoriy (ishqoriy) yonilg'i xujayralaridan foydalanish tufayli o'rnatish -10 ° C gacha bo'lgan haroratda oqim hosil qila oladi va sho'r suvdan "qo'rqmaydi". 5 kVt quvvatga ega elektr dvigatel bilan boshqariladigan "Hydra" qayig'i 6 tugungacha (taxminan 12 km/soat) tezlikka ega.

"Hydra" qayig'i

Yoqilg'i xujayralari (ayniqsa, vodorod bilan ishlaydigan) quruqlikdagi transportda ancha keng tarqalgan. Umuman olganda, vodorod avtomobil dvigatellari uchun yoqilg'i sifatida ancha vaqtdan beri ishlatilgan va printsipial jihatdan an'anaviy ichki yonish dvigateli ushbu muqobil yoqilg'idan foydalanish uchun osongina aylantirilishi mumkin. Biroq, vodorodning an'anaviy yonishi vodorod va kislorod o'rtasidagi kimyoviy reaktsiya orqali elektr energiyasini ishlab chiqarishga qaraganda kamroq samaralidir. Va ideal holda, vodorod, agar u yoqilg'i xujayralarida ishlatilsa, tabiat uchun mutlaqo xavfsiz bo'ladi yoki ular aytganidek, "atrof-muhit uchun do'stona" bo'ladi, chunki "issiqxona" ga tegadigan kimyoviy reaktsiya paytida karbonat angidrid yoki boshqa moddalar ajralib chiqmaydi. ta'sir ".

To'g'ri, bu erda, kutganidek, bir nechta katta "lekin" bor. Gap shundaki, qayta tiklanmaydigan manbalardan (tabiiy gaz, ko'mir, neft mahsulotlari) vodorod ishlab chiqarishning ko'plab texnologiyalari ekologik jihatdan unchalik xavfsiz emas, chunki ular jarayonida ko'p miqdorda karbonat angidrid chiqariladi. Nazariy jihatdan, agar uni olish uchun qayta tiklanadigan resurslar ishlatilsa, u holda zararli chiqindilar umuman bo'lmaydi. Biroq, bu holda, xarajat sezilarli darajada oshadi. Ko'pgina mutaxassislarning fikriga ko'ra, bu sabablarga ko'ra vodorodning benzin yoki tabiiy gaz o'rnini bosuvchi salohiyati juda cheklangan. Allaqachon arzonroq alternativalar mavjud va, ehtimol, davriy jadvalning birinchi elementidagi yonilg'i xujayralari transport vositalarida ommaviy hodisaga aylana olmaydi.

Avtomobil ishlab chiqaruvchilari energiya manbai sifatida vodorod bilan faol tajriba o'tkazmoqda. Va buning asosiy sababi atmosferaga zararli chiqindilarga nisbatan Evropa Ittifoqining ancha qattiq pozitsiyasidir. Evropada tobora kuchayib borayotgan cheklovlar tufayli Daimler AG, Fiat va Ford Motor Company avtomobilsozlik sanoatidagi yonilg'i xujayralarining kelajagi bo'yicha o'zlarining asosiy modellarini shunga o'xshash quvvat stansiyalari bilan jihozlash bo'yicha o'z qarashlarini ochib berishdi. Yevropaning yana bir avtogiganti Volkswagen hozirda yonilg‘i xujayrasi avtomobilini tayyorlamoqda. Yaponiya va Janubiy Koreya firmalari ham ulardan qolishmaydi. Biroq, hamma ham ushbu texnologiyaga pul tikmaydi. Ko'pchilik ichki yonish dvigatellarini o'zgartirishni yoki ularni akkumulyatorli elektr motorlar bilan birlashtirishni afzal ko'radi. Toyota, Mazda va BMW bu yo'ldan borishdi. Amerika kompaniyalariga kelsak, o'zining Focus modeliga ega Forddan tashqari, General Motors ham bir nechta yonilg'i xujayrasi avtomobillarini taqdim etdi. Bu tashabbuslarning barchasi ko'plab davlatlar tomonidan faol rag'batlantirilmoqda. Misol uchun, Qo'shma Shtatlarda bozorga kiradigan yangi gibrid avtomobil soliqlardan ozod qilingan qonun mavjud, bu juda munosib miqdor bo'lishi mumkin, chunki qoida tariqasida bunday mashinalar an'anaviy ichki yonishli hamkasblariga qaraganda qimmatroqdir. dvigatellar. Shunday qilib, gibridlar xarid sifatida yanada jozibador bo'ladi. Biroq, hozircha, ushbu qonun faqat 60 000 ta avtomobil sotish darajasiga yetguncha bozorga kiradigan modellarga nisbatan qo'llaniladi, shundan so'ng imtiyoz avtomatik ravishda bekor qilinadi.

Elektronika

Yaqinda yonilg'i xujayralari noutbuklarda ko'proq foydalanishni boshladi, mobil telefonlar va boshqa mobil elektron qurilmalar. Buning sababi batareyaning uzoq ishlash muddati uchun mo'ljallangan qurilmalarning tez ortib borayotgan ochko'zligi edi. Telefonlarda katta sensorli ekranlardan foydalanish, kuchli audio imkoniyatlari hamda Wi-Fi, Bluetooth va boshqa yuqori chastotali simsiz aloqa protokollarini qo‘llab-quvvatlashni joriy etish natijasida akkumulyator sig‘imi talablari ham o‘zgardi. Va birinchi uyali telefonlar paydo bo'lganidan beri batareyalar sig'imi va ixchamligi bo'yicha uzoq yo'lni bosib o'tgan bo'lsa-da (aks holda, bugungi kunda muxlislarni aloqa funktsiyasi bo'lgan ushbu qurol bilan stadionlarga kiritilmaydi), ular hali ham davom etmaydilar. elektron sxemalarni miniatyuralashtirish bilan ham, ishlab chiqaruvchilarning hammasini o'z mahsulotlarini yaratish istagi bilan ko'proq xususiyatlar. Joriy akkumulyatorlarning yana bir muhim kamchiliklari ularning uzoq zaryadlash vaqtidir. Hamma narsa shuni ko'rsatadiki, telefon yoki cho'ntak multimedia pleerida egasining avtonomiyasini oshirish uchun mo'ljallangan (simsiz Internet, navigatsiya tizimlari va boshqalar) qanchalik ko'p funktsiyalar bo'lsa, ushbu qurilma "rozetka" ga shunchalik bog'liq bo'ladi.

Maksimal o'lchamlarda cheklanganlardan ancha kichik bo'lgan noutbuklar haqida hech narsa aytish mumkin emas. Uzoq vaqt davomida avtonom ishlash uchun mo'ljallanmagan, bir ofisdan boshqasiga o'tkazish bundan mustasno, ultra samarali noutbuklar uyasi uzoq vaqtdan beri shakllangan. Va hatto noutbuk dunyosining eng tejamkor a'zolari ham batareyaning to'liq ishlash muddatini ta'minlash uchun kurashadilar. Shu sababli, qimmatroq bo'lmagan, balki ancha samaraliroq bo'lgan an'anaviy batareyalarga alternativani topish masalasi juda keskin. Sohaning yetakchi vakillari esa yaqinda bu muammoni hal qilishmoqda. Yaqinda tijorat metanol yonilg'i xujayralari joriy etildi, ularni ommaviy yetkazib berish kelgusi yilning boshidan boshlanishi mumkin.

Tadqiqotchilar negadir vodoroddan ko‘ra metanolni tanladilar. Metanolni saqlash ancha oson, chunki u yuqori bosim yoki maxsus talab qilmaydi harorat rejimi. Metil spirti -97,0 ° C dan 64,7 ° S gacha bo'lgan suyuqlikdir. Qayerda o'ziga xos energiya metanolning N-hajmida mavjud bo'lib, yuqori bosim ostida bir xil vodorod hajmidan kattaroq tartibdir. Mobil elektron qurilmalarda keng qo'llaniladigan to'g'ridan-to'g'ri metanol yonilg'i xujayrasi texnologiyasi katalitik konversiya jarayonini chetlab o'tib, yonilg'i xujayrasi idishini oddiygina to'ldirgandan so'ng metanoldan foydalanishni o'z ichiga oladi (shuning uchun "to'g'ridan-to'g'ri metanol" nomi). Bu ham ushbu texnologiyaning asosiy afzalligi.

Biroq, kutilgandek, bu barcha plyuslarning kamchiliklari bor edi, bu esa uni qo'llash doirasini sezilarli darajada cheklab qo'ydi. Shunga qaramay, ushbu texnologiya hali to'liq ishlab chiqilmaganligini hisobga olsak, membrana materiali orqali metanolning "oqishi" natijasida yuzaga keladigan bunday yonilg'i xujayralarining past samaradorligi muammosi hal qilinmagan. Bundan tashqari, ular ta'sirchan dinamik xususiyatlarga ega emas. Anodda hosil bo'lgan karbonat angidrid bilan nima qilish kerakligini hal qilish oson emas. Zamonaviy DMFC qurilmalari yuqori energiya ishlab chiqarishga qodir emas, lekin ular kichik hajmdagi moddalar uchun yuqori energiya quvvatiga ega. Bu shuni anglatadiki, ko'p energiya hali mavjud bo'lmasa-da, to'g'ridan-to'g'ri metanol yoqilg'i xujayralari uni ishlab chiqarishi mumkin. uzoq vaqt. Bu ularning past quvvati tufayli transport vositalarida to'g'ridan-to'g'ri foydalanishga imkon bermaydi, lekin ularni batareyaning ishlash muddati juda muhim bo'lgan mobil qurilmalar uchun deyarli ideal echimga aylantiradi.

Eng so'nggi tendentsiyalar

Avtotransport vositalari uchun yonilg'i xujayralari uzoq vaqt davomida ishlab chiqarilgan bo'lsa-da, hozirgacha bu echimlar keng tarqalmagan. Buning sabablari ko'p. Va asosiylari - ishlab chiqaruvchilarning iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq emasligi va arzon yoqilg'i ishlab chiqarishni yo'lga qo'yishni istamasligi. Qayta tiklanadigan energiya manbalariga o'tishning tabiiy jarayonini majburlashga urinishlar, kutilgandek, yaxshi narsaga olib kelmadi. Albatta, qishloq xo‘jaligi mahsulotlari narxining keskin oshib ketishining sababi ularning ommaviy ravishda bioyoqilg‘iga aylantirila boshlaganligida emas, balki Afrika va Osiyoning ko‘plab mamlakatlari yetarlicha mahsulot ishlab chiqarishga qodir emasligida yashiringan. hatto mahsulotga bo'lgan ichki talabni qondirish uchun.

Shubhasiz, bioyoqilg'idan foydalanishni rad etish jahon oziq-ovqat bozoridagi vaziyatning sezilarli yaxshilanishiga olib kelmaydi, aksincha, bu ko'p yillar davomida birinchi marta oziq-ovqat mahsulotlarini olgan Evropa va Amerika fermerlariga zarba berishi mumkin. yaxshi pul ishlash imkoniyati. Ammo bu masalaning axloqiy jihatini yozib bo‘lmaydi, millionlab odamlar ochlikdan qiynalayotgan paytda tanklarga “non” to‘ldirish xunuk. Shuning uchun, xususan Yevropa siyosatchilari endi biotexnologiyaga nisbatan sovuqroq munosabat bo'ladi, bu qayta tiklanadigan energiya manbalariga o'tish strategiyasini qayta ko'rib chiqish bilan tasdiqlangan.

Bunday vaziyatda mikroelektronika yonilg'i xujayralari uchun eng istiqbolli dastur sohasiga aylanishi kerak. Bu erda yonilg'i xujayralari mustahkam o'rin egallash uchun eng katta imkoniyatga ega. Birinchidan, uyali telefon sotib olgan odamlar, aytaylik, avtomobil xaridorlariga qaraganda ko'proq tajriba o'tkazishga tayyor. Ikkinchidan, ular pul sarflashga tayyor va, qoida tariqasida, "dunyoni qutqarish" ga qarshi emas. Sotishdan tushgan pulning bir qismi Qizil Xochga tushgan iPod Nano pleerining qizil "Bono" versiyasining ulkan muvaffaqiyati buning tasdig'i bo'lishi mumkin.

Apple iPod Nano-ning "Bono" versiyasi

Portativ elektronika uchun yonilg'i xujayralariga e'tiborini qaratganlar orasida, avvallari yonilg'i xujayralari yaratishga ixtisoslashgan va hozirda oddiygina kashf etilgan firmalar. yangi soha ularning ilovalari va mikroelektronikaning etakchi ishlab chiqaruvchilari. Misol uchun, yaqinda o'z biznesini mobil elektron qurilmalar uchun metanol yonilg'i xujayralari ishlab chiqarishga aylantirgan MTI Micro kompaniyasi 2009 yilda ommaviy ishlab chiqarishni boshlashini e'lon qildi. Shuningdek, u dunyodagi birinchi metanol yoqilg'i xujayrasi GPS qurilmasini taqdim etdi. Ushbu kompaniya vakillarining so'zlariga ko'ra, yaqin kelajakda uning mahsulotlari an'anaviy litiy-ion batareyalarni to'liq almashtiradi. To'g'ri, dastlab ular arzon bo'lmaydi, lekin bu muammo har qanday yangi texnologiyaga hamroh bo'ladi.

Yaqinda ommaviy axborot vositalarida ishlaydigan qurilmaning DMFC variantini namoyish etgan Sony kabi kompaniya uchun bu texnologiyalar yangi, ammo ular istiqbolli yangi bozorda yo'qolmaslikka jiddiy yondashadi. O'z navbatida, Sharp yanada uzoqroqqa bordi va o'zining yonilg'i xujayrasi prototipi bilan yaqinda metanolning har kub santimetri uchun 0,3 vatt o'ziga xos energiya quvvati bo'yicha jahon rekordini o'rnatdi. Hatto ko'plab mamlakatlar hukumatlari ham ushbu yoqilg'i xujayralarini ishlab chiqaruvchi kompaniyalar bilan uchrashishdi. Shunday qilib, AQSh, Kanada, Buyuk Britaniya, Yaponiya va Xitoy aeroportlari metanolning toksikligi va yonuvchanligiga qaramay, uni salonda tashish bo'yicha ilgari mavjud bo'lgan cheklovlarni bekor qildi. Albatta, bu faqat maksimal quvvati 200 ml bo'lgan sertifikatlangan yonilg'i xujayralari uchun ruxsat etiladi. Shunga qaramay, bu nafaqat ishqibozlar, balki davlatlar tomonidan ham ushbu ishlanmalarga qiziqish borligini yana bir bor tasdiqlaydi.

To'g'ri, ishlab chiqaruvchilar hali ham uni xavfsiz o'ynashga harakat qilmoqdalar va yoqilg'i xujayralarini asosan zaxira quvvat tizimi sifatida taklif qilmoqdalar. Bunday yechimlardan biri yonilg‘i xujayrasi va akkumulyatorning birikmasidir: yoqilg‘i bor ekan, u doimo akkumulyatorni zaryad qiladi va u tugaganidan keyin foydalanuvchi shunchaki bo‘sh kartrijni yangi idishdagi metanol bilan almashtiradi. Yana bir mashhur tendentsiya - yonilg'i xujayrasi zaryadlovchi qurilmalarini yaratish. Ular yo'lda foydalanish mumkin. Shu bilan birga, ular batareyalarni juda tez zaryadlashlari mumkin. Boshqacha aytganda, kelajakda, ehtimol, har bir kishi cho'ntagida shunday "rozetka" olib yuradi. Ushbu yondashuv, ayniqsa, mobil telefonlarga tegishli bo'lishi mumkin. O'z navbatida, noutbuklar yaqin kelajakda o'rnatilgan yonilg'i xujayralariga ega bo'lishi mumkin, ular "rozetka" dan zaryadlashni to'liq almashtirmasa, hech bo'lmaganda unga jiddiy muqobil bo'ladi.

Shunday qilib, yaqinda Yaponiyada yoqilg'i xujayralarini ishlab chiqish markazi qurilishi boshlanganini e'lon qilgan Germaniyaning eng yirik kimyo kompaniyasi BASF prognoziga ko'ra, 2010 yilga kelib ushbu qurilmalar bozori 1 milliard dollarni tashkil qiladi. Shu bilan birga, uning tahlilchilari 2020 yilga kelib yonilg'i xujayralari bozorining o'sishini 20 milliard dollarga yetkazishini taxmin qilmoqda. Aytgancha, BASF ushbu markazda portativ elektronika (xususan, noutbuklar) va statsionar energiya tizimlari uchun yonilg'i xujayralari ishlab chiqishni rejalashtirmoqda. Ushbu korxona uchun joy tasodifan tanlanmagan - nemis kompaniyasi ushbu texnologiyalarning asosiy xaridorlari sifatida mahalliy firmalarni ko'radi.

Xulosa o'rniga

Albatta, yonilg'i xujayralari mavjud elektr ta'minoti tizimining o'rnini bosishini kutmaslik kerak. Hech bo'lmaganda yaqin kelajak uchun. Bu ikki qirrali qilich: ko'chma elektr stantsiyalari, albatta, iste'molchiga elektr energiyasini etkazib berish bilan bog'liq yo'qotishlar yo'qligi sababli yanada samaraliroq, ammo ular markazlashtirilgan elektr ta'minoti uchun jiddiy raqobatchi bo'lishi mumkinligini ham hisobga olish kerak. tizim faqat ushbu qurilmalar uchun markazlashtirilgan yoqilg'i ta'minoti tizimi yaratilgan bo'lsa. Ya'ni, "rozetka" oxir-oqibatda har bir uyga va har bir burchakka kerakli reagentlarni etkazib beradigan ma'lum bir quvur bilan almashtirilishi kerak. Va bu yonilg'i xujayralari ishlab chiqaruvchilari gapiradigan tashqi oqim manbalaridan mutlaqo erkinlik va mustaqillik emas.

Ushbu qurilmalar zaryadlash tezligi ko'rinishida shubhasiz afzalliklarga ega - ular shunchaki metanol kartridjini o'zgartirdilar (ichida). oxirgi chora, Jek Daniel s) kubokni kameradan yechib, yana Luvr zinapoyasidan yuqoriga ko‘tarildi. Boshqa tomondan, aytaylik, oddiy telefon ikki soatda quvvatlanib, har 2-3 kunda qayta zaryadlashni talab qiladigan bo‘lsa, faqat ixtisoslashtirilgan do'konlarda sotiladigan kartrijni almashtirish ko'rinishidagi muqobil, hatto har ikki haftada bir marta ommaviy foydalanuvchi tomonidan juda ko'p talab qilinadigan bo'lishi dargumon. Va, albatta, bu ikki yuz millilitr yoqilg'igacha. xavfsiz germetik idishda yashiringan holda oxirgi iste'molchiga yetib borsa, uning narxi sezilarli darajada oshishiga vaqt topadi, faqat ishlab chiqarish ko'lami bilan kurashish mumkin, ammo bu masshtab bozorda talabga ega bo'ladimi? yoqilg'i tanlanadi, bu muammoni hal qilish juda muammoli bo'ladi.

Boshqa tomondan, an'anaviy plaginli zaryadlash, yonilg'i xujayralari va boshqa muqobil energiya ta'minoti tizimlari (masalan, quyosh panellari) kombinatsiyasi energiya manbalarini diversifikatsiya qilish va atrof-muhit turlariga o'tish muammosini hal qilishi mumkin. Biroq, elektron mahsulotlarning ma'lum bir guruhi uchun yonilg'i xujayralari keng qo'llanilishi mumkin. Buni Canon yaqinda raqamli kameralar uchun o'zining yonilg'i xujayralarini patentlagani va ushbu texnologiyalarni o'z yechimlariga kiritish strategiyasini e'lon qilgani tasdiqlaydi. Noutbuklarga kelsak, agar yonilg'i xujayralari yaqin kelajakda ularga yetib borsa, ehtimol faqat zaxira quvvat tizimi sifatida. Endi, masalan, biz asosan noutbukga qo'shimcha ravishda ulangan tashqi zaryadlash modullari haqida gapiramiz.

Ammo bu texnologiyalar uzoq muddatda rivojlanish uchun katta istiqbolga ega. Ayniqsa, kelgusi bir necha o'n yilliklarda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan neft ochligi tahdidi nuqtai nazaridan. Bunday sharoitda yoqilg'i xujayralari ishlab chiqarish qanchalik arzon bo'lishi emas, balki neft-kimyo sanoatidan qat'i nazar, ular uchun yoqilg'i ishlab chiqarish qancha bo'lishi va unga bo'lgan ehtiyojni qoplay olishi muhimroqdir.

Dunyoning barcha mintaqalarida elektr energiyasi ishlab chiqaradigan quyosh panellari ham, shamol tegirmonlari ham hech kimni ajablantirmaydi. Ammo bu qurilmalardan chiqish doimiy emas va qayta tiklanadigan energiya ob'ektlari elektr energiyasini ishlab chiqarmagan davrda zaxira quvvat manbalarini o'rnatish yoki elektr energiyasini olish uchun tarmoqqa ulanish kerak. Biroq, 19-asrda ishlab chiqilgan zavodlar mavjud bo'lib, ular elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun "muqobil" yoqilg'idan foydalanadilar, ya'ni gaz yoki neft mahsulotlarini yoqmaydilar. Bunday qurilmalar yonilg'i xujayralari hisoblanadi.

YARALISH TARIXI

Yoqilg'i xujayralari (FC) yoki yonilg'i xujayralari 1838-1839 yillarda Uilyam Grove (Grow, Grove) tomonidan suv elektrolizini o'rganayotganda kashf etilgan.

Ma'lumotnoma: Suvning elektrolizi - suvning elektr toki ta'sirida vodorod va kislorod molekulalariga parchalanishi jarayoni.

Batareyani elektrolitik hujayradan uzib, elektrodlar chiqarilgan gazni o'zlashtira boshlaganini va tok hosil qila boshlaganini ko'rib hayron bo'ldi. Vodorodning elektrokimyoviy "sovuq" yonish jarayonining kashf etilishi energetika sanoatida muhim voqea bo'ldi. Keyinchalik u Grove akkumulyatorini yaratdi. Ushbu qurilmada nitrat kislotaga botirilgan platina elektrod va sink sulfatga sink elektrodi bo'lgan. U 12 amperlik oqim va 8 voltlik kuchlanish hosil qildi. Growning o'zi bu qurilishni chaqirdi "nam batareya". Keyin u ikkita platinali elektrod yordamida akkumulyator yaratdi. Har bir elektrodning bir uchi sulfat kislotada, boshqa uchlari esa vodorod va kislorodli idishlarda muhrlangan. Elektrodlar orasida barqaror oqim mavjud bo'lib, idishlar ichidagi suv miqdori oshdi. Grow ushbu qurilmadagi suvni parchalash va yaxshilashga muvaffaq bo'ldi.

"Grow's Batareya"

(manba: Milliy tabiiy tarix muzeyi Qirollik jamiyati)

"Yoqilg'i xujayrasi" (inglizcha "Fuel Cell") atamasi faqat 1889 yilda L. Mond tomonidan paydo bo'lgan va
Havo va ko'mir gazidan elektr energiyasi ishlab chiqaruvchi qurilma yaratishga harakat qilgan Ch.Langer.

U QANDAY ISHLAYDI?

Yoqilg'i xujayrasi nisbatan oddiy qurilma. U ikkita elektrodga ega: anod (salbiy elektrod) va katod (musbat elektrod). Elektrodlarda kimyoviy reaksiya sodir bo'ladi. Uni tezlashtirish uchun elektrodlar yuzasi katalizator bilan qoplangan. Yoqilg'i xujayralari yana bitta element bilan jihozlangan - membrana. Yoqilg'ining kimyoviy energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantirish membrananing ishi tufayli sodir bo'ladi. U yoqilg'i va oksidlovchi etkazib beriladigan elementning ikkita kamerasini ajratadi. Membran faqat yonilg'ining bo'linishi natijasida olingan protonlarni katalizator bilan qoplangan elektrodda bir kameradan ikkinchisiga o'tkazishga imkon beradi (keyin elektronlar tashqi konturdan o'tadi). Ikkinchi kamerada protonlar elektronlar (va kislorod atomlari) bilan qayta birikib, suv hosil qiladi.

Vodorod yonilg'i xujayrasining ishlash printsipi

Kimyoviy darajada yoqilg'i energiyasini elektr energiyasiga aylantirish jarayoni odatdagi yonish (oksidlanish) jarayoniga o'xshaydi.

Kislorodda normal yonish jarayonida organik yoqilg'i oksidlanadi va yoqilg'ining kimyoviy energiyasi issiqlik energiyasiga aylanadi. Keling, elektrolitlar muhitida va elektrodlar ishtirokida vodorod kislorod bilan oksidlanganda nima sodir bo'lishini ko'rib chiqaylik.

Ishqoriy muhitda joylashgan elektrodni vodorod bilan ta'minlash orqali kimyoviy reaktsiya sodir bo'ladi:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

Ko'rib turganingizdek, biz elektronlarni olamiz, ular tashqi kontaktlarning zanglashiga olib, qarama-qarshi elektrodga kiradi, unga kislorod kiradi va reaksiya sodir bo'ladi:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Ko'rinib turibdiki, hosil bo'lgan 2H 2 + O 2 → H 2 O reaktsiyasi an'anaviy yonish bilan bir xil, ammo yonilg'i xujayrasi elektr energiyasi va bir oz issiqlik hosil qiladi.

YONIlg'i xujayralari TURLARI

FC reaksiya uchun ishlatiladigan elektrolitlar turiga ko'ra tasniflanadi:

Shuni ta'kidlash kerakki, ko'mir, uglerod oksidi, spirtlar, gidrazin va boshqa organik moddalar yoqilg'i hujayralarida yoqilg'i sifatida, oksidlovchi sifatida havo, vodorod peroksid, xlor, brom, nitrat kislota va boshqalardan foydalanish mumkin.

Yoqilg'i xujayrasi samaradorligi

Yoqilg'i xujayralarining o'ziga xos xususiyati shundaki samaradorlikning qattiq chegarasi yo'q issiqlik dvigateli kabi.

Yordam: samaradorlikKarno sikli bir xil minimal va maksimal haroratga ega bo'lgan barcha issiqlik dvigatellari orasida mumkin bo'lgan maksimal samaradorlikdir.

Shuning uchun yonilg'i xujayralarining samaradorligi nazariy jihatdan 100% dan yuqori bo'lishi mumkin. Ko‘pchilik tabassum qildi va “Abadiy harakatlanuvchi mashina ixtiro qilindi”, deb o‘yladi. Yo'q, maktab kimyo kursiga qaytishga arziydi. Yoqilg'i xujayrasi kimyoviy energiyani elektr energiyasiga aylantirishga asoslangan. Bu erda mo''jizalar sodir bo'ladi. Jarayondagi ba'zi kimyoviy reaktsiyalar atrof-muhitdan issiqlikni yutishi mumkin.

Ma'lumotnoma: Endotermik reaksiyalar issiqlikning yutilishi bilan kechadigan kimyoviy reaktsiyalardir. Endotermik reaksiyalar uchun entalpiyaning o'zgarishi va ichki energiya ijobiy qiymatlarga ega (D H >0, Δ U >0), shuning uchun reaksiya mahsulotlari asl komponentlarga qaraganda ko'proq energiyani o'z ichiga oladi.

Bunday reaktsiyaga misol sifatida ko'pchilik yoqilg'i xujayralarida qo'llaniladigan vodorodning oksidlanishidir. Shuning uchun, nazariy jihatdan, samaradorlik 100% dan ortiq bo'lishi mumkin. Ammo bugungi kunda yonilg'i xujayralari ish paytida qiziydi va atrof-muhitdan issiqlikni o'zlashtira olmaydi.

Malumot: Bu cheklov termodinamikaning ikkinchi qonuni bilan belgilanadi. Issiqlikni "sovuq" tanadan "issiq" ga o'tkazish jarayoni mumkin emas.

Bundan tashqari, muvozanat bo'lmagan jarayonlar bilan bog'liq yo'qotishlar mavjud. Masalan: elektrolitlar va elektrodlarning o'ziga xos o'tkazuvchanligi tufayli ohmik yo'qotishlar, faollashuv va kontsentratsiyaning polarizatsiyasi, diffuziya yo'qotishlari. Natijada, yoqilg'i xujayralarida hosil bo'lgan energiyaning bir qismi issiqlikka aylanadi. Shuning uchun yonilg'i xujayralari doimiy harakatlanuvchi mashinalar emas va ularning samaradorligi 100% dan kam. Ammo ularning samaradorligi boshqa mashinalarga qaraganda yuqori. Bugun yoqilg'i xujayrasi samaradorligi 80% ga etadi.

Malumot: Qirqinchi yillarda ingliz muhandisi T.Bekon sof vodorod va kislorodda ishlaydigan umumiy quvvati 6 kVt va samaradorligi 80% bo'lgan yonilg'i xujayrasi batareyasini loyihalashtirdi va qurdi, lekin batareyaning quvvat va vazn nisbati o'zgardi. juda kichik bo'lib chiqdi - bunday hujayralar amaliy foydalanish uchun yaroqsiz va juda qimmat edi (manba: http://www.powerinfo.ru/).

YONIGʻI xujayrasi muammolari

Deyarli barcha yonilg'i xujayralari yoqilg'i sifatida vodoroddan foydalanadi, shuning uchun mantiqiy savol: "Men uni qayerdan olsam bo'ladi?"

Elektroliz natijasida yonilg'i xujayrasi kashf etilganga o'xshaydi, shuning uchun siz elektroliz natijasida chiqarilgan vodoroddan foydalanishingiz mumkin. Ammo keling, bu jarayonni batafsil ko'rib chiqaylik.

Faraday qonuniga ko'ra: anodda oksidlangan yoki katodda qaytarilgan moddaning miqdori elektrolitdan o'tgan elektr miqdoriga proportsionaldir. Bu shuni anglatadiki, ko'proq vodorod olish uchun siz ko'proq elektr energiyasini sarflashingiz kerak. Suv elektrolizining mavjud usullari birlikdan kamroq samaradorlik bilan ishlaydi. Keyin hosil bo'lgan vodorodni yonilg'i xujayralarida ishlatamiz, bu erda samaradorlik ham birlikdan kamroq. Shuning uchun biz ishlab chiqarishimiz mumkin bo'lgandan ko'ra ko'proq energiya sarflaymiz.

Albatta, tabiiy gazdan olingan vodorod ham ishlatilishi mumkin. Vodorod ishlab chiqarishning bu usuli eng arzon va eng mashhur bo'lib qolmoqda. Hozirgi vaqtda butun dunyoda ishlab chiqarilgan vodorodning taxminan 50% tabiiy gazdan olinadi. Ammo vodorodni saqlash va tashish bilan bog'liq muammo mavjud. Vodorod past zichlikka ega ( bir litr vodorodning og'irligi 0,0846 gramm), shuning uchun uni uzoq masofalarga tashish uchun uni siqish kerak. Va bu qo'shimcha energiya va naqd xarajatlar. Bundan tashqari, xavfsizlik haqida unutmang.

Biroq, bu erda ham yechim bor - suyuq uglevodorod yoqilg'isi vodorod manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Masalan, etil yoki metil spirti. To'g'ri, bu erda allaqachon maxsus qo'shimcha qurilma talab qilinadi - yonilg'i konvertori, yuqori haroratda (metanol uchun u 240 ° C atrofida bo'ladi) spirtlarni gazsimon H 2 va CO 2 aralashmasiga aylantiradi. Ammo bu holda portativlik haqida o'ylash allaqachon qiyinroq - bunday qurilmalar statsionar yoki avtomobil generatorlari sifatida foydalanish uchun yaxshi, lekin ixcham mobil uskunalar uchun sizga kamroq hajmli narsa kerak.

Katalizator

Yoqilg'i xujayrasidagi reaktsiyani kuchaytirish uchun anod yuzasi odatda katalizator hisoblanadi. Yaqin vaqtgacha platina katalizator sifatida ishlatilgan. Shuning uchun yonilg'i xujayrasi narxi yuqori edi. Ikkinchidan, platina nisbatan kam uchraydigan metalldir. Mutaxassislarning fikricha, yoqilg'i xujayralarini sanoat ishlab chiqarishda platinaning o'rganilgan zahiralari 15-20 yil ichida tugaydi. Ammo butun dunyo olimlari platinani boshqa materiallar bilan almashtirishga harakat qilmoqdalar. Aytgancha, ulardan ba'zilari yaxshi natijalarga erishdi. Shunday qilib, xitoylik olimlar platinani kaltsiy oksidi bilan almashtirdilar (manba: www.cheburek.net).

Yoqilg'i xujayralari FOYDALANISH

Birinchi marta avtomobil texnologiyasida yonilg'i xujayrasi 1959 yilda sinovdan o'tkazildi. Alice-Chambers traktorida ishlash uchun 1008 ta akkumulyator ishlatilgan. Yoqilg'i gazlar, asosan propan va kislorod aralashmasi edi.

Manba: http://www.planetseed.com/

60-yillarning o'rtalaridan boshlab, "kosmik poyga" avjiga chiqqanida, kosmik kemalar yaratuvchilari yoqilg'i xujayralari bilan qiziqa boshladilar. Minglab olimlar va muhandislarning mehnati yangi bosqichga ko'tarilish imkonini berdi va 1965 yilda. yonilg'i xujayralari AQShda Gemini 5 kosmik kemasida, keyinroq Oyga parvozlar va Shuttle dasturi bo'yicha Apollon kosmik kemasida sinovdan o'tkazildi. SSSRda yoqilg'i xujayralari NPO Kvantda kosmosda foydalanish uchun ishlab chiqilgan (manba: http://www.powerinfo.ru/).

Yoqilg'i xujayrasidagi vodorod yonishining yakuniy mahsuloti suv bo'lgani uchun ular atrof-muhitga ta'sir qilish nuqtai nazaridan eng toza hisoblanadi. Shu sababli, yonilg'i xujayralari ekologiyaga umumiy qiziqish fonida mashhurlikka erisha boshladi.

Hozirda Honda, Ford, Nissan va Mercedes-Benz kabi avtomobil ishlab chiqaruvchilari vodorod yonilg'i xujayralari bilan ishlaydigan avtomobillarni yaratdilar.

Mercedes-Benz - Ener-G-Force vodorod bilan ishlaydi

Avtomobillarni vodorodda ishlatganda, vodorodni saqlash muammosi hal qilinadi. Vodorod yonilg'i quyish shoxobchalarining qurilishi istalgan joyda yoqilg'i quyish imkonini beradi. Bundan tashqari, avtomobilni vodorod bilan to'ldirish yoqilg'i quyish shoxobchasida elektr avtomobilni zaryad qilishdan ko'ra tezroq. Ammo bunday loyihalarni amalga oshirishda ular elektr transport vositalari kabi muammoga duch kelishdi. Odamlar, agar ular uchun infratuzilma mavjud bo'lsa, vodorod avtomobiliga "o'tkazish" ga tayyor. Iste’molchilar soni yetarli bo‘lsa, yoqilg‘i quyish shoxobchalari qurilishi boshlanadi. Shunday qilib, biz yana tuxum va tovuq muammosiga keldik.

Yoqilg'i xujayralari mobil telefonlar va noutbuklarda keng qo'llaniladi. Telefon haftada bir marta quvvatlanadigan kunlar o'tdi. Endi telefon deyarli har kuni zaryadlanmoqda va noutbuk 3-4 soat davomida tarmoqsiz ishlaydi. Shu sababli, mobil texnologiyalar ishlab chiqaruvchilari zaryadlash va ishlash uchun telefonlar va noutbuklar bilan yonilg'i xujayrasini sintez qilishga qaror qilishdi. Masalan, 2003 yilda Toshiba metanol yoqilg'i xujayrasining tayyor prototipini namoyish etdi. U taxminan 100 mVt quvvat beradi. 2 kub konsentrlangan (99,5%) metanolni bir marta to'ldirish MP3 pleerning 20 soat ishlashi uchun etarli. Shunga qaramay, xuddi shu "Toshiba" 275x75x40 mm o'lchamdagi noutbukning quvvat manbai elementini namoyish etdi, bu esa kompyuterning bir zaryaddan 5 soat ishlashiga imkon beradi.

Ammo ba'zi ishlab chiqaruvchilar yanada ko'proq ketishdi. PowerTrekk chiqarildi quvvatlash qurilmasi xuddi shu nom bilan. PowerTrekk dunyodagi birinchi suv zaryadlovchi qurilmasi. Uni ishlatish juda oson. USB kabeli orqali lahzali quvvatni ta'minlash uchun PowerTrekk-ga suv qo'shilishi kerak. Ushbu yonilg'i xujayrasi suv bilan aralashtirilganda kremniy kukuni va natriy silisidni (NaSi) o'z ichiga oladi, bu kombinatsiya vodorod hosil qiladi. Vodorod yonilg'i xujayrasining o'zida havo bilan aralashadi va u vodorodni membranadagi proton almashinuvi orqali, fanatlar va nasoslarsiz elektr energiyasiga aylantiradi. Bunday portativ zaryadlovchini 149 € ga sotib olishingiz mumkin (

Bilimlar ekologiyasi.Fan va texnologiya: Vodorod energetikasi eng yuqori samarador tarmoqlardan biri bo‘lib, yoqilg‘i xujayralari uni innovatsion texnologiyalar orasida birinchi o‘rinda qolishga imkon beradi.

Yoqilg'i xujayrasi elektrokimyoviy reaktsiya orqali vodorodga boy yoqilg'idan to'g'ridan-to'g'ri oqim va issiqlikni samarali ishlab chiqaradigan qurilma.

Yoqilg'i xujayrasi batareyaga o'xshaydi, chunki u kimyoviy reaksiya orqali to'g'ridan-to'g'ri oqim hosil qiladi. Shunga qaramay, batareya kabi, yonilg'i xujayrasi anod, katod va elektrolitni o'z ichiga oladi. Biroq, batareyalardan farqli o'laroq, yonilg'i xujayralari elektr energiyasini to'play olmaydi, zaryadsizlanmaydi va elektr energiyasini qayta zaryadlashni talab qilmaydi. Yoqilg'i xujayralari yoqilg'i va havo bilan ta'minlangan holda doimiy ravishda elektr energiyasini ishlab chiqarishi mumkin. Ishlaydigan yonilg'i xujayrasini tavsiflash uchun to'g'ri atama hujayra tizimidir, chunki u to'g'ri ishlashi uchun ba'zi yordamchi tizimlarni talab qiladi.

Gaz, ko'mir, neft va hokazolarda ishlaydigan ichki yonish dvigatellari yoki turbinalar kabi boshqa energiya generatorlaridan farqli o'laroq, yonilg'i xujayralari yoqilg'ini yoqmaydi. Bu shovqinli rotorlarning yo'qligini anglatadi Yuqori bosim, baland egzoz shovqini, tebranishlar. Yoqilg'i xujayralari ovozsiz elektrokimyoviy reaktsiya orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Yoqilg'i xujayralarining yana bir xususiyati shundaki, ular yoqilg'ining kimyoviy energiyasini to'g'ridan-to'g'ri elektr, issiqlik va suvga aylantiradi.

Yoqilg'i xujayralari yuqori samarali va karbonat angidrid, metan va azot oksidi kabi ko'p miqdorda issiqxona gazlarini ishlab chiqarmaydi. Yoqilg'i xujayralarining ishlashidan chiqadigan yagona emissiya bug 'shaklidagi suv va oz miqdordagi karbonat angidrid bo'lib, yoqilg'i sifatida toza vodorod ishlatilsa, u umuman chiqarilmaydi. Yoqilg'i xujayralari yig'ilishlarga, so'ngra alohida funktsional modullarga yig'iladi.

Yoqilg'i xujayralarining ishlash printsipi

Yoqilg'i xujayralari elektrolit, katod va anod yordamida davom etayotgan elektrokimyoviy reaktsiya tufayli elektr va issiqlik hosil qiladi.

Anod va katod protonlarni o'tkazuvchi elektrolit bilan ajratiladi. Vodorod anodga va kislorod katodga kirgach, kimyoviy reaksiya boshlanadi, buning natijasida elektr toki, issiqlik va suv hosil bo'ladi. Anod katalizatorida molekulyar vodorod ajraladi va elektronlarni yo'qotadi. Vodorod ionlari (protonlar) elektrolitlar orqali katodga o'tkaziladi, elektronlar esa elektrolitlar orqali va tashqi elektr zanjiri orqali o'tib, uskunani quvvatlantirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan to'g'ridan-to'g'ri oqim hosil qiladi. Katod katalizatorida kislorod molekulasi elektron (tashqi aloqa orqali ta'minlanadi) va kiruvchi proton bilan birlashadi va yagona reaktsiya mahsuloti (bug 'va / yoki suyuqlik shaklida) bo'lgan suvni hosil qiladi.

Quyida mos keladigan reaktsiya:

Anod reaktsiyasi: 2H2 => 4H+ + 4e-
Katoddagi reaksiya: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
Umumiy element reaksiyasi: 2H2 + O2 => 2H2O

Yoqilg'i xujayralari turlari

Har xil turdagi ichki yonish dvigatellari bo'lgani kabi, yonilg'i xujayralarining ham har xil turlari mavjud - tanlov mos tur yonilg'i xujayrasi uning qo'llanilishiga bog'liq.Yoqilg'i xujayralari yuqori harorat va past haroratga bo'linadi. Past haroratli yonilg'i xujayralari yoqilg'i sifatida nisbatan toza vodorodni talab qiladi.

Bu ko'pincha asosiy yoqilg'ini (masalan, tabiiy gaz) sof vodorodga aylantirish uchun yoqilg'ini qayta ishlash kerakligini anglatadi. Bu jarayon qo'shimcha energiya sarflaydi va maxsus jihozlarni talab qiladi. Yuqori haroratli yonilg'i xujayralari bu qo'shimcha protseduraga muhtoj emas, chunki ular yuqori haroratlarda yoqilg'ini "ichki o'zgartirishi" mumkin, ya'ni vodorod infratuzilmasiga sarmoya kiritishning hojati yo'q.

Eritilgan karbonatdagi yoqilg'i elementlari (MCFC).

Eritilgan karbonat elektrolitlari yonilg'i xujayralari yuqori haroratli yonilg'i xujayralari. Yuqori ish harorati tabiiy gazni yonilg'i protsessorsiz va past haroratli yoqilg'i gazisiz to'g'ridan-to'g'ri ishlatish imkonini beradi. kaloriya qiymati yoqilg'i ishlab chiqarish jarayonlari va boshqa manbalardan. Bu jarayon 1960-yillarning oʻrtalarida ishlab chiqilgan. O'shandan beri ishlab chiqarish texnologiyasi, ishlash va ishonchlilik yaxshilandi.

RCFC ning ishlashi boshqa yonilg'i xujayralaridan farq qiladi. Bu hujayralar erigan karbonat tuzlari aralashmasidan elektrolitdan foydalanadi. Hozirgi vaqtda ikki turdagi aralashmalar qo'llaniladi: lityum karbonat va kaliy karbonat yoki lityum karbonat va natriy karbonat. Karbonat tuzlarini eritish va elektrolitda ionlarning yuqori harakatchanligiga erishish uchun eritilgan karbonat elektrolitli yonilg'i xujayralari yuqori haroratda (650 ° C) ishlaydi. Samaradorlik 60-80% orasida o'zgarib turadi.

650 ° S haroratgacha qizdirilganda, tuzlar karbonat ionlari (CO32-) uchun o'tkazgichga aylanadi. Ushbu ionlar katoddan anodga o'tib, ular vodorod bilan birlashib, suv, karbonat angidrid va erkin elektronlarni hosil qiladi. Ushbu elektronlar tashqi elektr zanjiri orqali katodga qaytariladi va qo'shimcha mahsulot sifatida elektr toki va issiqlik hosil qiladi.

Anod reaktsiyasi: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
Katoddagi reaksiya: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
Umumiy element reaktsiyasi: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katod) => H2O(g) + CO2(anod)

Eritilgan karbonat elektrolitlari yonilg'i xujayralarining yuqori ish harorati ma'lum afzalliklarga ega. Yuqori haroratlarda tabiiy gaz ichki isloh qilinadi, yonilg'i protsessoriga ehtiyoj yo'qoladi. Bundan tashqari, afzalliklarga elektrodlarda zanglamaydigan po'latdan yasalgan qatlam va nikel katalizatori kabi standart qurilish materiallaridan foydalanish imkoniyati kiradi. Chiqindilarni issiqlik turli sanoat va tijorat maqsadlarida foydalanish uchun yuqori bosimli bug 'hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin.

Elektrolitlardagi yuqori reaksiya harorati ham o'z afzalliklariga ega. Yuqori haroratlardan foydalanish optimal ish sharoitlariga erishish uchun uzoq vaqt talab etadi va tizim energiya sarfi o'zgarishiga sekinroq ta'sir qiladi. Bu xususiyatlar doimiy quvvat sharoitida eritilgan karbonat elektrolitlari bilan yonilg'i xujayrasi tizimlaridan foydalanishga imkon beradi. Yuqori haroratlar yonilg'i xujayralarining uglerod oksidi, "zaharlanish" va boshqalar bilan shikastlanishiga yo'l qo'ymaydi.

Eritilgan karbonat yonilg'i xujayralari katta statsionar qurilmalarda foydalanish uchun javob beradi. Sanoatda ishlab chiqarilgan issiqlik elektr stansiyalari elektr quvvati 2,8 MVt. Ishlab chiqarish quvvati 100 MVt gacha bo'lgan stansiyalar ishlab chiqilmoqda.

Fosforik kislota (PFC) asosidagi yoqilg'i xujayralari.

Fosforik (ortofosforik) kislotaga asoslangan yoqilg'i xujayralari tijorat maqsadlarida foydalanish uchun birinchi yoqilg'i xujayralari edi. Bu jarayon 1960-yillarning oʻrtalarida ishlab chiqilgan va 1970-yillardan boshlab sinovdan oʻtgan. O'shandan beri barqarorlik, ishlash va narx oshdi.

Fosforik (ortofosforik) kislotaga asoslangan yonilg'i xujayralari konsentratsiyasi 100% gacha bo'lgan ortofosforik kislota (H3PO4) asosidagi elektrolitdan foydalanadi. Fosfor kislotasining ion o'tkazuvchanligi past haroratlarda past bo'ladi, shuning uchun bu yonilg'i xujayralari 150-220 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlatiladi.

Yoqilg'i xujayralaridagi zaryad tashuvchisi bu turdagi vodorod (H+, proton) hisoblanadi. Shunga o'xshash jarayon proton almashinuvi membranasi yonilg'i xujayralari (MEFC) da sodir bo'ladi, unda anodga berilgan vodorod protonlar va elektronlarga bo'linadi. Protonlar elektrolitdan o'tib, katodda havodagi kislorod bilan birlashib, suv hosil qiladi. Elektronlar tashqi elektr zanjiri bo'ylab yo'naltiriladi va elektr toki hosil bo'ladi. Quyida elektr va issiqlik hosil qiluvchi reaksiyalar keltirilgan.

Anod reaktsiyasi: 2H2 => 4H+ + 4e-
Katoddagi reaksiya: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
Umumiy element reaksiyasi: 2H2 + O2 => 2H2O

Fosforik (ortofosforik) kislotaga asoslangan yoqilg'i xujayralarining samaradorligi elektr energiyasini ishlab chiqarishda 40% dan ortiq. Issiqlik va elektr energiyasini birgalikda ishlab chiqarishda umumiy samaradorlik taxminan 85% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, ish haroratini hisobga olgan holda, chiqindi issiqlik suvni isitish va atmosfera bosimida bug 'hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin.

Issiqlik va elektr energiyasini birgalikda ishlab chiqarishda fosforik (ortofosforik) kislotaga asoslangan yonilg'i xujayralari bo'yicha issiqlik elektr stantsiyalarining yuqori ko'rsatkichlari ushbu turdagi yoqilg'i xujayralarining afzalliklaridan biridir. O'simliklar uglerod oksidini taxminan 1,5% konsentratsiyada ishlatadi, bu esa yoqilg'i tanlashni sezilarli darajada kengaytiradi. Bundan tashqari, CO2 elektrolitlar va yonilg'i xujayrasining ishlashiga ta'sir qilmaydi, bu turdagi hujayralar isloh qilingan tabiiy yoqilg'i bilan ishlaydi. Oddiy qurilish, past elektrolitlar uchuvchanligi va yuqori barqarorlik ham ushbu turdagi yonilg'i xujayralarining afzalliklari hisoblanadi.

Ishlab chiqarish quvvati 400 kVt gacha bo'lgan issiqlik elektr stantsiyalari sanoatda ishlab chiqariladi. 11 MVt quvvatga ega qurilmalar tegishli sinovlardan o‘tgan. Ishlab chiqarish quvvati 100 MVt gacha bo'lgan stansiyalar ishlab chiqilmoqda.

Proton almashinuv membranasi (PME) bilan yonilg'i xujayralari

Proton almashinuvi membranasiga ega yoqilg'i xujayralari eng ko'p hisoblanadi eng yaxshi turi yoqilg'i xujayralari benzin va dizel ichki yonish dvigatellarini almashtira oladigan avtomobil quvvatini ishlab chiqarish uchun. Ushbu yonilg'i xujayralari birinchi marta NASA tomonidan Gemini dasturi uchun ishlatilgan. Bugungi kunda MOPFC-da 1 Vt dan 2 kVt gacha quvvatga ega qurilmalar ishlab chiqilmoqda va namoyish etilmoqda.

Ushbu yonilg'i xujayralari elektrolit sifatida qattiq polimer membranani (ingichka plastik plyonka) ishlatadi. Suv bilan singdirilganda, bu polimer protonlarni o'tkazadi, lekin elektronlarni o'tkazmaydi.

Yoqilg'i vodorod, zaryad tashuvchisi esa vodorod ionidir (proton). Anodda vodorod molekulasi vodorod ioniga (proton) va elektronlarga bo'linadi. Vodorod ionlari elektrolit orqali katodga o'tadi, elektronlar esa tashqi doira bo'ylab harakatlanadi va elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Havodan olingan kislorod katodga beriladi va elektronlar va vodorod ionlari bilan birikib suv hosil qiladi. Elektrodlarda quyidagi reaktsiyalar sodir bo'ladi:

Anod reaksiyasi: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katoddagi reaksiya: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Umumiy element reaksiyasi: 2H2 + O2 => 2H2O

Boshqa turdagi yonilg'i xujayralari bilan taqqoslaganda, proton almashinuvi membranasi yonilg'i xujayralari ma'lum bir yonilg'i xujayrasi hajmi yoki og'irligi uchun ko'proq quvvat ishlab chiqaradi. Bu xususiyat ularni ixcham va engil bo'lishga imkon beradi. Bundan tashqari, ish harorati 100 ° C dan past bo'lib, bu sizga tezda ishlashni boshlash imkonini beradi. Bu xususiyatlar, shuningdek, energiya ishlab chiqarishni tezda o'zgartirish qobiliyati, bu yonilg'i xujayralarini transport vositalarida foydalanish uchun asosiy nomzod qiladigan xususiyatlardan faqat bir qismidir.

Yana bir afzalligi shundaki, elektrolit suyuq emas, balki qattiq moddadir. Gazlarni katod va anodda ushlab turish qattiq elektrolitlar bilan osonroq bo'ladi va shuning uchun bunday yonilg'i xujayralari ishlab chiqarish uchun arzonroqdir. Boshqa elektrolitlar bilan solishtirganda, qattiq elektrolitdan foydalanish orientatsiya kabi muammolarni keltirib chiqarmaydi, korroziyaning paydo bo'lishi tufayli kamroq muammolar mavjud, bu hujayra va uning tarkibiy qismlarining uzoqroq chidamliligiga olib keladi.

Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari (SOFC)

Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari eng yuqori ish haroratiga ega yoqilg'i xujayralari hisoblanadi. Ishlash harorati 600 ° C dan 1000 ° S gacha o'zgarishi mumkin, bu esa har xil turdagi yoqilg'idan maxsus oldindan ishlov berishsiz foydalanish imkonini beradi. Ushbu yuqori haroratlarga bardosh berish uchun elektrolitlar ingichka keramik asosli qattiq metall oksidi, ko'pincha kislorod (O2-) ionlarining o'tkazuvchisi bo'lgan itriy va tsirkonyum qotishmasidan foydalaniladi. Qattiq oksidli yonilg'i xujayralaridan foydalanish texnologiyasi 1950-yillarning oxiridan beri rivojlanmoqda. va ikkita konfiguratsiyaga ega: planar va quvurli.

Qattiq elektrolitlar bir elektroddan ikkinchisiga germetik gaz o'tishini ta'minlaydi, suyuq elektrolitlar esa gözenekli substratda joylashgan. Ushbu turdagi yoqilg'i xujayralaridagi zaryad tashuvchisi kislorod ionidir (O2-). Katodda kislorod molekulalari havodan kislorod ioniga va to'rtta elektronga bo'linadi. Kislorod ionlari elektrolitdan o'tib, vodorod bilan birikib, to'rtta erkin elektron hosil qiladi. Elektronlar tashqi elektr zanjiri orqali yo'naltiriladi, elektr toki va chiqindi issiqlik hosil qiladi.

Anod reaksiyasi: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
Katoddagi reaksiya: O2 + 4e- => 2O2-
Umumiy element reaksiyasi: 2H2 + O2 => 2H2O

Ishlab chiqarilgan elektr energiyasining samaradorligi barcha yonilg'i xujayralari orasida eng yuqori - taxminan 60%. Bundan tashqari, yuqori ish harorati yuqori bosimli bug 'hosil qilish uchun issiqlik va energiyani birgalikda ishlab chiqarish imkonini beradi. Yuqori haroratli yonilg'i xujayrasini turbina bilan birlashtirish elektr energiyasini ishlab chiqarish samaradorligini 70% gacha oshirish uchun gibrid yonilg'i xujayrasini yaratadi.

Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari juda yuqori haroratlarda (600 ° C - 1000 ° S) ishlaydi, buning natijasida optimal ish sharoitlariga erishish uchun uzoq vaqt kerak bo'ladi va tizim quvvat sarfi o'zgarishiga sekinroq javob beradi. Bunday yuqori ish haroratida yoqilg'idan vodorodni qayta tiklash uchun hech qanday konvertor talab qilinmaydi, bu issiqlik elektr stansiyasini ko'mirni gazlashdan yoki chiqindi gazlardan va shunga o'xshashlardan nisbatan nopok yoqilg'ilar bilan ishlashga imkon beradi. Bundan tashqari, ushbu yonilg'i xujayrasi yuqori quvvatli ilovalar, jumladan sanoat va yirik markaziy elektr stantsiyalari uchun juda yaxshi. Chiqish elektr quvvati 100 kVt bo'lgan sanoatda ishlab chiqarilgan modullar.

To'g'ridan-to'g'ri metanol oksidlanishiga ega yoqilg'i xujayralari (DOMTE)

Metanolning to'g'ridan-to'g'ri oksidlanishi bilan yonilg'i xujayralaridan foydalanish texnologiyasi faol rivojlanish davrini boshdan kechirmoqda. U mobil telefonlar, noutbuklarni quvvatlantirish sohasida, shuningdek, portativ quvvat manbalarini yaratishda muvaffaqiyatli o'zini namoyon qildi. ushbu elementlarning kelajakda qo'llanilishi nimaga qaratilgan.

Metanolning to'g'ridan-to'g'ri oksidlanishi bilan yonilg'i xujayralarining tuzilishi proton almashinuvi membranasi (MOFEC) bilan yonilg'i xujayralariga o'xshaydi, ya'ni. elektrolit sifatida polimer, zaryad tashuvchi sifatida vodorod ioni (proton) ishlatiladi. Shu bilan birga, suyuq metanol (CH3OH) anodda suv ishtirokida oksidlanadi, CO2, vodorod ionlari va elektronlarni chiqaradi, ular tashqi elektr zanjiri orqali boshqariladi va elektr toki hosil bo'ladi. Vodorod ionlari elektrolitdan o'tib, havodagi kislorod va tashqi konturdagi elektronlar bilan reaksiyaga kirishib, anodda suv hosil qiladi.

Anod reaktsiyasi: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
Katoddagi reaksiya: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
Umumiy element reaksiyasi: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

Ushbu yonilg'i xujayralarining rivojlanishi 1990-yillarning boshida boshlangan. Yaxshilangan katalizatorlar va boshqa so'nggi innovatsiyalar ishlab chiqilgandan so'ng, quvvat zichligi va samaradorligi 40% gacha oshirildi.

Ushbu elementlar 50-120 ° S harorat oralig'ida sinovdan o'tkazildi. Past ish harorati va konvertorga ehtiyoj sezmagan holda, to'g'ridan-to'g'ri metanol yonilg'i xujayralari mobil telefonlar va boshqa iste'mol mahsulotlaridan avtomobil dvigatellarigacha bo'lgan ilovalar uchun eng yaxshi nomzoddir. Ushbu turdagi yoqilg'i xujayralarining afzalligi suyuq yoqilg'idan foydalanish va konvertordan foydalanish zarurati yo'qligi sababli ularning kichik o'lchamlaridir.

Ishqoriy yonilg'i xujayralari (AFC)

Ishqoriy yonilg'i xujayralari (ALFC) eng ko'p o'rganilgan texnologiyalardan biri bo'lib, 1960-yillarning o'rtalaridan beri qo'llanila boshlandi. NASA tomonidan Apollon va Space Shuttle dasturlarida. Ushbu kosmik kemada yoqilg'i xujayralari elektr energiyasi va ichimlik suvini ishlab chiqaradi. Ishqoriy yonilg'i xujayralari elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan eng samarali elementlardan biri bo'lib, energiya ishlab chiqarish samaradorligi 70% ga etadi.

Ishqoriy yonilg'i xujayralari elektrolitdan, ya'ni gözenekli, stabillashgan matritsada joylashgan kaliy gidroksidning suvli eritmasidan foydalanadi. Kaliy gidroksidi kontsentratsiyasi 65 ° C dan 220 ° S gacha bo'lgan yonilg'i xujayrasining ish haroratiga qarab o'zgarishi mumkin. SFCdagi zaryad tashuvchisi gidroksid ionidir (OH-) katoddan anodga o'tadi va u erda suv va elektronlarni hosil qilish uchun vodorod bilan reaksiyaga kirishadi. Anodda hosil bo'lgan suv yana katodga o'tadi va u erda yana gidroksid ionlarini hosil qiladi. Yoqilg'i xujayrasida sodir bo'ladigan ushbu ketma-ket reaktsiyalar natijasida elektr energiyasi ishlab chiqariladi va qo'shimcha mahsulot sifatida issiqlik hosil bo'ladi:

Anod reaksiyasi: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
Katoddagi reaksiya: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
Sistemaning umumiy reaksiyasi: 2H2 + O2 => 2H2O

SFC ning afzalligi shundaki, bu yonilg'i xujayralari ishlab chiqarish uchun eng arzon hisoblanadi, chunki elektrodlarda zarur bo'lgan katalizator boshqa yoqilg'i xujayralari uchun katalizator sifatida ishlatiladigan moddalardan arzonroq bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, SCFClar nisbatan past haroratda ishlaydi va eng samarali yonilg'i xujayralari qatoriga kiradi - bunday xususiyatlar mos ravishda tezroq energiya ishlab chiqarishga va yuqori yoqilg'i samaradorligiga yordam beradi.

Bittasi xarakterli xususiyatlar SHTE - yoqilg'i yoki havoda bo'lishi mumkin bo'lgan CO2 ga yuqori sezuvchanlik. CO2 elektrolitlar bilan reaksiyaga kirishadi, uni tezda zaharlaydi va yonilg'i xujayrasi samaradorligini sezilarli darajada pasaytiradi. Shuning uchun SFClardan foydalanish kosmik va suv osti transport vositalari kabi yopiq joylar bilan cheklangan, ular sof vodorod va kislorodda ishlashi kerak. Bundan tashqari, boshqa yonilg'i xujayralari uchun xavfsiz bo'lgan CO, H2O va CH4 kabi molekulalar va ularning ba'zilari hatto yoqilg'i uchun ham SFC uchun zararli.

Polimer elektrolitli yonilg'i xujayralari (PETE)

Polimer elektrolitli yonilg'i xujayralari bo'lsa, polimer membranasi suv molekulasiga biriktirilgan suv ionlari H2O+ (proton, qizil) o'tkazuvchanligi mavjud bo'lgan suv hududlari bo'lgan polimer tolalaridan iborat. Suv molekulalari sekin ion almashinuvi tufayli muammo tug'diradi. Shu sababli, yoqilg'ida ham, egzoz elektrodlarida ham yuqori konsentratsiyali suv talab qilinadi, bu esa ish haroratini 100 ° S gacha cheklaydi.

Qattiq kislotali yonilg'i xujayralari (SCFC)

Qattiq kislotali yonilg'i xujayralarida elektrolit (CsHSO4) suvni o'z ichiga olmaydi. Shuning uchun ish harorati 100-300 ° S ni tashkil qiladi. SO42-oksi anionlarining aylanishi protonlarning (qizil) rasmda ko'rsatilganidek harakatlanishiga imkon beradi.

Odatda, qattiq kislotali yonilg'i xujayrasi sendvich bo'lib, unda yaxshi aloqani ta'minlash uchun ikkita qattiq siqilgan elektrodlar orasiga qattiq kislota birikmasining juda nozik bir qatlami qo'yilgan. Qizdirilganda, organik komponent bug'lanadi, elektrodlardagi teshiklardan chiqib, yoqilg'i (yoki hujayralarning boshqa uchida kislorod), elektrolitlar va elektrodlar o'rtasida ko'plab aloqa qilish qobiliyatini saqlab qoladi.

Yoqilg'i xujayrasi turi	Ishlash harorati	Energiya ishlab chiqarish samaradorligi	Yoqilg'i turi	Qo'llash sohasi
RKTE	550-700 ° S	50-70%		O'rta va katta o'rnatish
FKTE	100-220 ° S	35-40%	toza vodorod	Katta o'rnatish
MOPTE	30-100 ° S	35-50%	toza vodorod	Kichik o'rnatish
SOFC	450-1000 ° S	45-70%	Ko'pgina uglevodorod yoqilg'ilari	Kichik, o'rta va katta o'rnatish
POMTE	20-90 ° S	20-30%	metanol	Portativ birliklar
SHTE	50-200 ° S	40-65%	toza vodorod	kosmik tadqiqotlar
PETE	30-100 ° S	35-50%	toza vodorod	Kichik o'rnatish

Bizga qo'shiling

Sayohatini boshlaganidan ko'p o'tmay, Aloy Nora qabilasining erlaridan tashqarida joylashgan Forerunner bunkeriga qoqiladi. Bunker ichida, kuchli eshik ortida, uzoqdan juda jozibali ko'rinadigan qandaydir zirh bor.

telegraf

tvit

Bu Shield Weaver, aslida - o'yindagi eng yaxshi jihoz. Unga qanday borish mumkin? Havo o'tkazmaydigan bunker eshigini ochish va Shield Weaverni olish uchun siz o'yin dunyosi bo'ylab tarqalgan beshta yonilg'i xujayrasini topishingiz kerak bo'ladi.

Quyida biz sizga yonilg'i xujayralarini qayerdan qidirishni va qidiruv paytida va Qadimgi qurol-yarog'da jumboqlarni qanday hal qilishni ko'rsatamiz.

Yoqilg'i xujayrasi №1 - Onaning yuragi (Ona qornini izlash)

Aloy birinchi yonilg'i xujayrasini to'liq ishga tushishidan oldin ham topadi ochiq dunyo. Initsiatsiyadan so'ng, bizning qahramonimiz o'zini Onaning yuragida, Nora qabilasining muqaddas joyida va matriarxlar maskanida topadi.

Oloy karavotdan turib, ketma-ket bir necha xonalardan o‘tadi va ulardan birida ochilmaydigan muhrlangan eshikka duch keladi. Atrofga qarang - yaqin atrofda yonayotgan shamlar bilan bezatilgan shamollatish shaxtasi bo'ladi. o'sha yerdamisiz.

Kondan o'tganingizdan so'ng, siz o'zingizni qulflangan eshik ortida topasiz. Shamlar va sirli devor bloki yonidagi polga qarang - bu erda yonilg'i xujayrasi bor.

Muhim: Agar siz ushbu yonilg'i xujayrasini hozir olmasangiz, "Burrow yuragi" topshirig'ini bajarganingizdan so'ng, o'yinning keyingi bosqichlarida yana bu joyga kirishingiz mumkin bo'ladi.

Yoqilg'i xujayrasi №2 - vayronalar

Oloy bu xarobalarda avval ham bo‘lgan – bolaligida shu yerga tushib qolgan. Initiatsiyadan o'tganingizdan so'ng, bolaligingizni eslab, bu erga yana qaytib kelishingiz kerak - ikkinchi yonilg'i xujayrasini olib.

Vayronalarga kirish shunday ko'rinadi, jasorat bilan sakrab chiqing.

Sizga xarobalarning birinchi darajasi kerak, xaritada binafsha rang bilan ta'kidlangan pastki o'ng maydon. Bu yerda Oloy nayzasi bilan ochadigan eshik bor.

Eshikdan o‘tib, zinadan ko‘tarilib, o‘ngga buriling – Oloy yoshligida bu stalaktitlardan o‘ta olmasdi, endi janjallashib qoldi. Nayzani yana chiqarib oling va stalaktitlarni sindirib tashlang - yo'l aniq, stolda yotgan yonilg'i elementini olish qoladi.

Yoqilg'i xujayrasi №3 - Magistrlik chegarasi (Magistrlik chegarasi topshirig'i)

Biz shimolga ketyapmiz. "Magistrning erishishi" hikoyasi davomida Aloy ulkan Forerunner xarobalarini o'rganadi. Xarobalarning o'n ikkinchi qavatida yana bir yonilg'i xujayrasi yashiringan.

Siz nafaqat xarobalarning yuqori darajasiga ko'tarilishingiz, balki biroz balandroq ko'tarilishingiz kerak. O'zingizni barcha shamollarga ochiq bo'lgan kichik platformada topmaguningizcha, binoning omon qolgan qismiga chiqing.

Bu erda uchinchi yonilg'i xujayrasi joylashgan. Pastga tushish qoladi.

Yoqilg'i xujayrasi №4 - O'lim xazinasi (O'lim xazinasi vazifasi)

Ushbu yoqilg'i elementi xaritaning shimoliy qismida ham yashiringan, ammo u Nora qabilasining erlariga ancha yaqinroq. Aloy ham bu erga hikoya missiyasini o'tish paytida keladi.

Elementga kirish uchun Aloy joyning uchinchi darajasida joylashgan muhrlangan eshikni elektr ta'minotini tiklashi kerak.

Buni amalga oshirish uchun siz kichik jumboqni hal qilishingiz kerak - eshik ostidagi darajadagi to'rtta regulyatorning ikkita bloki mavjud.

Birinchidan, regulyatorlarning chap bloki bilan shug'ullanamiz. Birinchi tugma "yuqoriga", ikkinchisi "o'ngga", uchinchisi "chapga", to'rtinchisi "pastga" qarashi kerak.

Biz o'ng blokga o'tamiz. Siz dastlabki ikkita regulyatorga tegmaysiz, uchinchi va to'rtinchi regulyatorlar "pastga" qarashlari kerak.

Biz bir darajaga ko'tarilamiz - bu erda regulyatorlarning oxirgi bloki. To'g'ri tartib: yuqoriga, pastga, chapga, o'ngga.

Agar siz hamma narsani to'g'ri qilsangiz, unda barcha boshqaruv elementlari rangni firuza rangga o'zgartiradi, quvvat manbai tiklanadi. Eshik oldiga qayting va uni oching - bu boshqa yoqilg'i elementi.

Yoqilg'i xujayrasi №5 - GAIA Prime (Fallen Mountain qidiruvi)

Nihoyat, oxirgi yonilg'i xujayrasi - va yana uchastka vazifasida. Aloy GAEA Prime xarobalariga sayohat qiladi.

Uchinchi darajaga kirganingizda ayniqsa ehtiyot bo'ling. Bir payt Alaning oldida jozibali tubsizlik paydo bo'ladi, unga arqonda tushishingiz mumkin - siz u erga borasiz kerak emas.

Chapga burilib, yashirin g'orni o'rganish yaxshiroqdir, agar siz tog' yonbag'iridan ehtiyotkorlik bilan pastga tushsangiz, unga kirishingiz mumkin.

Ichkariga kiring va oxirigacha oldinga boring. O'ng tarafdagi oxirgi xonada oxirgi yonilg'i xujayrasi joylashgan raf bo'ladi. Siz qildingiz!

Qadimgi Arsenalga yo'l olamiz

Qadimgi Arsenalga qaytish va munosib mukofotni olish qoladi. Arsenalning koordinatalarini eslaysizmi? Agar yo'q bo'lsa, bu erda xarita.

Pastga tushing va yonilg'i xujayralarini bo'sh hujayralarga joylashtiring. Regulyatorlar yonmoqda, endi eshikni ochish uchun jumboqni hal qilishingiz kerak.

Birinchi tugma yuqoriga, ikkinchisi o'ngga, uchinchisi pastga, to'rtinchisi chapga, beshinchisi yuqoriga qarashi kerak. Bajarildi, eshik ochiq - lekin hali tugamagan.

Endi siz zirh moslamalarini ochishingiz kerak - qolgan yonilg'i xujayralari yordam beradigan boshqa regulyator jumboq. Bu erda birinchi tugma o'ngga, ikkinchisi chapga, uchinchisi yuqoriga, to'rtinchisi o'ngga, beshinchisi chapga qarashi kerak.

Nihoyat, buncha azob-uqubatlardan so'ng siz qadimiy zirhlarni egallab oldingiz. Bu Shield Weaver, juda ajoyib uskuna bo'lib, Aloyni bir muddat deyarli daxlsiz qiladi.

Asosiysi, zirh rangini diqqat bilan kuzatib borish: agar u oq rangda miltillasa, hamma narsa tartibda. Qizil bo'lsa, boshqa himoya yo'q.

Ular AQSh Milliy Aeronavtika va Koinot boshqarmasi (NASA) kosmik kemalari tomonidan boshqariladi. Ular Omahadagi Birinchi Milliy Bankning kompyuterlarini quvvat bilan ta'minlaydi. Ular Chikagodagi ba'zi jamoat shahar avtobuslarida ishlatiladi.

Bularning barchasi yoqilg'i xujayralari. Yoqilg'i xujayralari - bu yonish jarayonisiz elektr energiyasini ishlab chiqaradigan elektrokimyoviy qurilmalar - kimyoviy jihatdan batareyalar kabi. Yagona farq shundaki, ular boshqacha foydalanadilar kimyoviy moddalar, vodorod va kislorod va kimyoviy reaksiya mahsuloti suvdir. Tabiiy gazdan ham foydalanish mumkin, lekin, albatta, uglevodorod yoqilg'isidan foydalanganda ma'lum darajada karbonat angidrid chiqindilaridan qochib bo'lmaydi.

Yoqilg'i xujayralari yuqori samaradorlik va zararli chiqindilarsiz ishlashi mumkinligi sababli, ular issiqxona gazlari va boshqa ifloslantiruvchi moddalar emissiyasini kamaytirishga yordam beradigan barqaror energiya manbai sifatida katta va'da beradi. Yoqilg'i xujayralarini keng qo'llashning asosiy to'siqlari elektr energiyasi yoki harakatlantiruvchi transport vositalarini ishlab chiqaradigan boshqa qurilmalarga nisbatan ularning yuqori narxidir.

Rivojlanish tarixi

Birinchi yonilg'i xujayralari 1839 yilda ser Uilyam Groves tomonidan namoyish etilgan. Groves elektroliz jarayoni - elektr toki ta'sirida suvning vodorod va kislorodga bo'linishi - teskari ekanligini ko'rsatdi. Ya'ni, vodorod va kislorod kimyoviy jihatdan qo'shilib, elektr tokini hosil qiladi.

Bu namoyish etilgandan so'ng, ko'plab olimlar yonilg'i xujayralarini tirishqoqlik bilan o'rganishga shoshilishdi, ammo XIX asrning ikkinchi yarmida ichki yonish dvigatelining ixtirosi va neft zaxiralarini qazib olish uchun infratuzilmaning rivojlanishi yonilg'i xujayralari rivojlanishini ancha orqada qoldirdi. Yoqilg'i xujayralarining rivojlanishi ularning yuqori narxini yanada cheklaydi.

Yoqilg'i xujayralarining rivojlanishi 1950-yillarda, NASA kosmik parvozlar uchun ixcham elektr generatoriga ehtiyoj tufayli ularga murojaat qilganida sodir bo'ldi. Tegishli mablag 'sarflandi va natijada Apollon va Gemini parvozlari yoqilg'i xujayralari orqali amalga oshirildi. Kosmik kemalar ham yoqilg'i xujayralari bilan ishlaydi.

Yoqilg'i xujayralari hali ham asosan eksperimental texnologiya bo'lib qolmoqda, biroq bir nechta kompaniyalar ularni allaqachon tijorat bozorida sotmoqda. So'nggi o'n yil ichida tijorat yonilg'i xujayrasi texnologiyasida sezilarli yutuqlarga erishildi.

Yoqilg'i xujayrasi qanday ishlaydi

Yoqilg'i xujayralari batareyalarga o'xshaydi - ular kimyoviy reaktsiya orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradilar. Bundan farqli o'laroq, ichki yonish dvigatellari yoqilg'ini yoqadi va shu bilan issiqlik hosil qiladi, keyin esa mexanik energiyaga aylanadi. Egzoz gazlaridagi issiqlik biron bir tarzda ishlatilmasa (masalan, isitish yoki konditsionerlash uchun), ichki yonish dvigatelining samaradorligi ancha past deb aytish mumkin. Masalan, hozirda ishlab chiqilayotgan loyihada avtomobilda foydalanilganda yonilg'i xujayralari samaradorligi avtomobillarda qo'llaniladigan bugungi odatdagi benzinli dvigatellardan ikki baravar ko'proq samarali bo'lishi kutilmoqda.

Batareyalar ham, yonilg'i xujayralari ham kimyoviy yo'l bilan elektr energiyasini ishlab chiqarsa-da, ular ikki xil funktsiyani bajaradilar. Batareyalar saqlanadigan energiya qurilmalari: ular ishlab chiqaradigan elektr energiyasi ular ichidagi moddalarning kimyoviy reaktsiyasi natijasidir. Yoqilg'i xujayralari energiyani saqlamaydi, lekin energiyaning bir qismini tashqaridan etkazib beriladigan yoqilg'idan elektr energiyasiga aylantiradi. Shu nuqtai nazardan, yonilg'i xujayrasi an'anaviy elektr stantsiyasiga o'xshaydi.

Yoqilg'i xujayralarining bir nechta turlari mavjud. Eng oddiy yonilg'i xujayrasi elektrolit deb nomlanuvchi maxsus membranadan iborat. Membrananing har ikki tomoniga chang elektrodlar joylashtiriladi. Ushbu dizayn - ikkita elektrod bilan o'ralgan elektrolit - alohida element. Vodorod bir tomonga (anod), kislorod (havo) ikkinchi tomonga (katod) oqib o'tadi. Har bir elektrod turli xil kimyoviy reaktsiyaga ega.

Anodda vodorod protonlar va elektronlar aralashmasiga parchalanadi. Ba'zi yonilg'i xujayralarida elektrodlar katalizator bilan o'ralgan bo'lib, odatda platina yoki boshqa olijanob metallardan iborat bo'lib, bu dissotsilanish reaktsiyasini rag'batlantiradi:

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

H2 = ikki atomli vodorod molekulasi, shakli, ichida

unda vodorod gaz sifatida mavjud;

H+ = ionlangan vodorod, ya'ni. proton;

e- = elektron.

Yoqilg'i xujayrasining ishlashi elektrolitlar protonlarni o'zidan (katod tomon) o'tishiga asoslanadi, lekin elektronlar o'tmaydi. Elektronlar tashqi o'tkazgich zanjiri bo'ylab katod tomon harakat qiladi. Elektronlarning bu harakati yonilg'i xujayrasiga ulangan tashqi qurilmani, masalan, elektr motorini yoki lampochkani quvvatlantirish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan elektr tokidir. Ushbu qurilma odatda "yuk" deb ataladi.

Yoqilg'i xujayrasining katod tomonida protonlar (elektrolitdan o'tgan) va elektronlar (tashqi yukdan o'tgan) "qayta birlashadilar" va katodga berilgan kislorod bilan reaksiyaga kirishadilar va suv H2O hosil qiladi:

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

Yoqilg'i xujayrasidagi umumiy reaktsiya quyidagicha yoziladi:

2H2 + O2 ==> 2H2O.

Yonilg'i xujayralari o'z ishlarida vodorod yoqilg'isi va havodan kisloroddan foydalanadilar. Vodorod to'g'ridan-to'g'ri yoki uni tabiiy gaz, benzin yoki metanol kabi tashqi yoqilg'i manbasidan ajratish orqali etkazib berilishi mumkin. Tashqi manba bo'lsa, u vodorodni olish uchun kimyoviy jihatdan aylantirilishi kerak. Bu jarayon "islohot" deb ataladi. Vodorodni ammiakdan, muqobil manbalardan, masalan, shahar poligonlari va oqava suvlarni tozalash inshootlaridan va suvni vodorod va kislorodga parchalash uchun elektr energiyasidan foydalanadigan suv elektrolizidan ham olish mumkin. Hozirgi vaqtda transportda ishlatiladigan yonilg'i xujayrasi texnologiyalarining aksariyati metanoldan foydalanadi.

Yoqilg'i xujayralari uchun vodorod ishlab chiqarish uchun yoqilg'ini isloh qilish uchun turli xil vositalar ishlab chiqilgan. AQSh Energetika vazirligi o'z-o'zidan yonilg'i xujayrasini vodorod bilan ta'minlash uchun benzin islohotchisi ichida yoqilg'i zavodini ishlab chiqdi. AQShdagi Tinch okeani shimoli-g'arbiy milliy laboratoriyasi tadqiqotchilari quvvat blokining o'ndan bir qismiga teng bo'lgan ixcham yoqilg'i islohotchisini namoyish qilishdi. AQShning Northwest Power Systems kompaniyasi va Sandia milliy laboratoriyasi yonilg'i xujayralari uchun dizel yoqilg'isini vodorodga aylantiradigan yonilg'i islohotchisini namoyish etdi.

Alohida, yonilg'i xujayralari har biri taxminan 0,7-1,0 volt ishlab chiqaradi. Kuchlanishni oshirish uchun elementlar "kaskad" ga yig'iladi, ya'ni. ketma-ket ulanish. Ko'proq oqim hosil qilish uchun kaskad elementlari to'plamlari parallel ravishda ulanadi. Agar siz yonilg'i xujayrasi kaskadlarini yonilg'i zavodi, havo ta'minoti va sovutish tizimi va nazorat qilish tizimi bilan birlashtirsangiz, siz yonilg'i xujayrasi dvigatelini olasiz. Bu dvigatel transport vositasini, statsionar elektr stansiyasini yoki portativ elektr generatorini quvvatlantirishi mumkin6. Yoqilg'i xujayrasi dvigatellari dasturga, yoqilg'i xujayrasi turiga va ishlatiladigan yoqilg'iga qarab turli o'lchamlarda bo'ladi. Misol uchun, Omaxadagi bankda o'rnatilgan to'rtta alohida 200 kVt quvvatga ega statsionar elektr stantsiyalarining har biri taxminan yuk mashinasi tirkamasiga teng.

Ilovalar

Yoqilg'i xujayralari ham statsionar, ham mobil qurilmalarda ishlatilishi mumkin. AQShning emissiya qoidalarini kuchaytirishga javoban, DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda va Nissan kabi avtomobil ishlab chiqaruvchilari yonilg'i xujayrasi avtomobillarini tajriba va namoyish qilishdi. Birinchi tijorat yonilg'i xujayrasi avtomobillari 2004 yoki 2005 yillarda yo'llarga chiqishi kutilmoqda.

Yoqilg'i xujayrasi texnologiyasi tarixidagi muhim voqea 1993 yil iyun oyida Ballard Power System kompaniyasining 90 kilovatt quvvatga ega vodorod yonilg'i xujayrasi dvigateliga ega 32 futlik shahar avtobusining eksperimental namoyishi bo'ldi. O'shandan beri ko'p turli xil turlari va yoqilg'i xujayrasi yo'lovchi transport vositalarining turli avlodlari tomonidan quvvatlanadi turli xil turlari yoqilg'i. 1996 yil oxiridan beri Kaliforniyadagi Palm cho'lida uchta vodorod yonilg'i xujayrasi bilan ishlaydigan golf aravalari ishlatilmoqda. Chikago, Illinoys yo'llarida; Vankuver, Britaniya Kolumbiyasi; va Oslo, Norvegiya yonilg'i xujayrasi shahar avtobuslarini sinovdan o'tkazmoqda. London ko‘chalarida ishqoriy yonilg‘i xujayrasi taksilari sinovdan o‘tkazilmoqda.

Yoqilg'i xujayrasi texnologiyasidan foydalangan holda statsionar qurilmalar ham namoyish etilmoqda, ammo ular hali tijoratda keng qo'llanilmaydi. Nebraska shtatidagi Omaha Birinchi Milliy banki kompyuterlarni quvvatlantirish uchun yonilg'i xujayrasi tizimidan foydalanadi, chunki tizim batareya zaxirasi bo'lgan eski tarmoq tizimiga qaraganda ishonchliroq. Tez orada Alyaskadagi pochta markazida dunyodagi eng yirik tijorat 1,2 MVt quvvatga ega yoqilg'i xujayrasi tizimi o'rnatiladi. Yoqilg‘i kamerali noutbuklar, oqova suv tozalash inshootlarida qo‘llaniladigan boshqaruv tizimlari va savdo avtomatlari ham sinovdan o‘tkazilib, namoyish etilmoqda.

"Ijobiy va salbiy tomonlari"

Yoqilg'i xujayralari bir qator afzalliklarga ega. Zamonaviy ichki yonish dvigatellarining samaradorligi atigi 12-15% bo'lsa, yonilg'i xujayralari uchun bu koeffitsient 50% ni tashkil qiladi. Yoqilg'i xujayralarining samaradorligi o'rtacha darajada qolishi mumkin yuqori daraja, hatto ular to'liq nominal quvvatda ishlatilmasa ham, bu benzinli dvigatellarga nisbatan katta afzallik hisoblanadi.

Yoqilg'i xujayrasi dizaynining modulli tabiati shuni anglatadiki, yonilg'i xujayrasi elektr stantsiyasining quvvatini bir necha bosqichlarni qo'shish orqali oshirish mumkin. Bu talab va taklifning mos kelishini ta'minlab, quvvatlardan to'liq foydalanish koeffitsientini minimallashtirishni ta'minlaydi. Yoqilg'i xujayrasi yig'imining samaradorligi alohida hujayralarning ishlashi bilan belgilanadiganligi sababli, kichik yonilg'i xujayrasi elektr stantsiyalari ham xuddi kattalar kabi samarali ishlaydi. Bundan tashqari, statsionar yonilg'i xujayrasi tizimlaridan chiqindi issiqlik suv va makonni isitish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa energiya samaradorligini yanada oshiradi.

Yoqilg'i xujayralaridan foydalanganda zararli chiqindilar deyarli yo'q. Dvigatel sof vodorodda ishlaganda, qo'shimcha mahsulot sifatida faqat issiqlik va toza suv bug'lari hosil bo'ladi. Shunday qilib, kosmik kemalarda kosmonavtlar bortdagi yoqilg'i xujayralarining ishlashi natijasida hosil bo'lgan suvni ichishadi. Emissiya tarkibi vodorod manbasining tabiatiga bog'liq. Metanoldan foydalanish natijasida azot oksidi va uglerod oksidi nol emissiyasi va faqat kichik uglevodorod chiqindilari bo'ladi. Vodoroddan metanolga benzinga o'tganingizda emissiyalar ko'payadi, garchi benzin bilan ham emissiyalar juda past bo'lib qoladi. Qanday bo'lmasin, hozirgi an'anaviy ichki yonuv dvigatellarini yonilg'i xujayralari bilan almashtirish CO2 va NOx chiqindilarining umumiy kamayishiga olib keladi.

Yoqilg'i xujayralaridan foydalanish energiya infratuzilmasining moslashuvchanligini ta'minlaydi, markazlashtirilmagan energiya ishlab chiqarish uchun qo'shimcha imkoniyatlar yaratadi. Markazlashtirilmagan energiya manbalarining ko'pligi uzatish yo'qotishlarini kamaytirish va energiya sotish bozorlarini rivojlantirish imkonini beradi (bu, ayniqsa, elektr uzatish liniyalariga kirish imkoni bo'lmagan chekka va qishloq joylari uchun muhimdir). Yoqilg'i xujayralari yordamida alohida aholi yoki mahallalar o'zlarini elektr energiyasining katta qismi bilan ta'minlashi va shu tariqa undan foydalanish samaradorligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.

Yoqilg'i xujayralari yuqori sifatli energiya va yaxshilangan ishonchlilikni ta'minlaydi. Ular bardoshli, harakatlanuvchi qismlarga ega emas va doimiy quvvat ishlab chiqaradi.

Biroq, ish faoliyatini yaxshilash, xarajatlarni kamaytirish va shu tariqa yoqilg'i xujayralarini boshqa energiya texnologiyalari bilan raqobatbardosh qilish uchun yonilg'i xujayrasi texnologiyasini yanada takomillashtirish kerak. Shuni ta'kidlash kerakki, energetika texnologiyalarining xarajat xarakteristikalari ko'rib chiqilganda, taqqoslash texnologik tavsiflarning barcha tarkibiy qismlari, jumladan, kapital foydalanish xarajatlari, ifloslantiruvchi moddalar chiqindilari, energiya sifati, chidamlilik, foydalanishdan chiqarish va moslashuvchanlik asosida amalga oshirilishi kerak.

Vodorod gazi eng yaxshi yoqilg'i bo'lsa-da, u uchun infratuzilma yoki transport bazasi hali mavjud emas. Qisqa muddatda elektr stantsiyalarini benzin, metanol yoki tabiiy gaz ko'rinishidagi vodorod manbalari bilan ta'minlash uchun mavjud qazilma yoqilg'i ta'minoti tizimlari (yoqilg'i quyish stantsiyalari va boshqalar) ishlatilishi mumkin. Bu maxsus vodorod yonilg'i quyish shoxobchalariga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi, lekin har bir avtomobil yoqilg'idan vodorodga aylantiruvchi ("islohotchi") o'rnatilishini talab qiladi. Ushbu yondashuvning kamchiligi shundaki, u qazib olinadigan yoqilg'idan foydalanadi va shuning uchun karbonat angidrid chiqindilariga olib keladi. Hozirda yetakchi nomzod bo‘lgan metanol benzinga qaraganda kamroq emissiya hosil qiladi, biroq u avtomobilda kattaroq idishni talab qiladi, chunki u bir xil energiya tarkibi uchun ikki barobar ko‘proq joy egallaydi.

Fotoalbom yoqilg'i ta'minoti tizimlaridan farqli o'laroq, quyosh va shamol tizimlari (suvdan vodorod va kislorod hosil qilish uchun elektr energiyasidan foydalanish) va to'g'ridan-to'g'ri fotokonversiya tizimlari (vodorod ishlab chiqarish uchun yarimo'tkazgichlar yoki fermentlar yordamida) vodorodni isloh qilish bosqichisiz ta'minlashi mumkin va shu tariqa emissiya metanol yoki benzin yonilg'i xujayralari foydalanishda kuzatiladigan zararli moddalarning oldini olish mumkin edi. Vodorod kerak bo'lganda yonilg'i kamerasida saqlanishi va elektr energiyasiga aylantirilishi mumkin edi. Kelgusida yoqilg'i xujayralarini qayta tiklanadigan energiya manbalariga ulash samarali, ekologik toza va ko'p qirrali energiya manbasini ta'minlashning samarali strategiyasi bo'lishi mumkin.

IEER tavsiyalari mahalliy va federal organlar, shuningdek, shtat hukumatlari o'zlarining xarid byudjetlarining bir qismini yoqilg'i xujayrasi transport vositalariga tashish uchun ajratdilar, shuningdek, statsionar tizimlar ba'zi muhim yoki yangi binolarni issiqlik va elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun yoqilg'i xujayralari. Bu hayotiy texnologiyani rivojlantirishga yordam beradi va issiqxona gazlari chiqindilarini kamaytiradi.