Водородная топливная ячейка

Cерийное будущее: Революционный пакет водородных топливных ячеек

Линия по сборке FCX Clarity на заводе в Таканезава напоминает скорее научную лабораторию, чем автозавод. Многие операции производятся в специальных сверхчистых помещениях. Сложнейший процесс изготовления топливных ячеек и последующий их монтаж в готовые пакеты осуществляются на предприятии Honda Engineering в местечке Хага. По словам руководителя Центра перспективных разработок Honda Кацуаку Умитцу, предприятие уже сегодня способно производить тысячи водородных автомобилей ежегодно, однако из-за слабого развития водородной инфраструктуры в течение ближайших трех лет выпустит лишь 200 экземпляров Honda FCX Clarity. Пока что каждая FCX Clarity обходится компании в $1 млн.

Умитцу уверен, что через несколько лет эта цифра будет снижена как минимум в десять раз, а в будущем водородные автомобили смогут стать доступными для массового потребителя.

На торжественной церемонии в Таканезава были названы первые пять счастливых обладателей FCX Clarity. Ими оказались голливудский продюсер Рон Йеркса, киноактриса Джейми Ли Кертис, бизнесмен и автолюбитель Джим Саломон, голливудская актриса Лора Хэррис и единственный в мире владелец водородной модели FCX предыдущего поколения Джон Спаллино.

Впервые водородная Honda FCX Clarity была показана осенью прошлого года на автосалоне в Лос-Анджелесе. Всем желающим японцы предлагали опробовать новинку на ходу, но во время тест-драйвов рядом не было ни одного технического специалиста Honda: вождение водородного FCX Clarity не требует никакого специального обучения и подготовки. Чтобы запустить силовую установку автомобиля, достаточно вставить ключ в замок зажигания и нажать кнопку Power. При этом из-под капота не доносится ни звука: о том, что машина готова к движению, сигнализируют лишь ожившие шкалы приборного щитка. Место тахометра на панели с объемным изображением занял индикатор мощности. Шар с голубоватой подсветкой в его центре информирует водителя о текущем уровне потребления топлива. Острая управляемость, ставшая визитной карточкой Honda, просторный салон, отменная шумоизоляция и даже качественная аудиосистема позволяют с уверенностью сказать — перед нами не лабораторный образец, а готовый к широкой продаже суперсовременный семейный автомобиль, нашпигованный новейшими электронными системами.

По сути водородные автомобили на топливных ячейках — это электромобили. Ведь и в тех и в других движение осуществляется благодаря вращению электромотора. Разница лишь в источнике питания: электромобиль получает энергию от предварительно заряженного аккумулятора, а водородный — от пакета топливных ячеек, в котором при окислении водорода образуются электрическая энергия и вода.

На волне эффективности

Волнообразные каналы-сепараторы — критически важный элемент пакета, насчитывающего несколько сотен плоских топливных ячеек, собранных в виде сэндвича. Топливная ячейка состоит из двух электродов, разделенных пленочной электролитической мембраной, и двух диффузионных слоев, по одному на анод (водородный) и катод (кислородный электрод).

Каждая ячейка изолирована от других соседних ячеек разделительными слоями-сепараторами, пронизанными тончайшими волнообразными каналами, доставляющими на электроды водород и кислород. Отдельный вертикальный канал предназначен для отвода воды с поверхности электродов. Газопроводящие каналы в слое-сепараторе ориентированы вертикально, а горизонтальные волнообразные каналы системы охлаждения обвивают их, как волокна в ткани. Волнообразная форма на порядок увеличивает объем каналов и создает турбулентность газов, необходимую для их эффективного распределения по поверхности. Производительность ячеек в пакете V Flow Stack новой FCX Clarity на 10% выше, чем у ячеек предыдущего поколения.

Для нормальной работы ячеек критически важен стабильный температурный режим. Волнообразная форма каналов позволила вдвое уменьшить их количество. Если раньше на одну ячейку приходился один канал, то теперь один канал с охлаждающей жидкостью осуществляет отвод лишнего тепла сразу от двух ячеек. В результате японским инженерам удалось снизить размеры всего пакета на 20% по длине и на 30% по высоте. Эффективный вертикальный дренаж воды, образующейся во время реакции окисления водорода, позволил резко улучшить рабочие характеристики пакета при низких температурах. Новая FCX Clarity спокойно заводится при температуре -30°С, а время прогрева пакета до оптимальной рабочей температуры снизилось в четыре раза.

Следующим шагом после улучшения эксплуатационных характеристик батарей стало усовершенствование двигателя — электромотора постоянного тока. За два года до этого инженеры Honda создали достойный агрегат для концептуального электромобиля EV Plus, и руководство проекта приняло решение использовать его модифицированную версию с соосной интегрированной трансмиссией на FCX Clarity.

Ротор на постоянных магнитах полый, внутри проходит главный вал трансмиссии. Количество магнитов снижено с 12 до 8, для повышения прочности конструкции внутри ротора установлено центральное ребро жесткости. Новые магниты обеспечивают на 20% лучший удельный крутящий момент и на 50% более высокую мощность узла, чем у стандартного электромотора EV Plus. Вал ротора получил новые опорные подшипники пониженного трения, что положительно отразилось на динамических свойствах мотора. Специалисты отмечают, что он отличается удивительно тихой и мягкой работой во всем диапазоне оборотов вплоть до 12 500 об/мин.

Соосное расположение мотора, компактной трансмиссии и преобразователя напряжения Power Drive Unit (PDU), отвечающего за изменение характеристик притока электроэнергии на силовую установку, позволило собрать все эти три элемента в едином корпусе с общей системой охлаждения. В итоге двигатель и трансмиссия новой FCX Clarity стали меньше на 16 см в длину и на 24 см в высоту в сравнении с аналогичным узлом предыдущего поколения. При этом максимальная мощность установки возросла на 20% и составила 134 л.с. Крутящий момент вызывает уважение даже у обладателей дизельных автомобилей — полноценные 256 Н•м с самых низких оборотов.

Концептуальная Honda FCX 2005 модельного года была оснащена двумя водородными баками, а новая FCX Clarity имеет только один. Но инженерам удалось увеличить его полезную емкость, снизив габариты на 24%. Отныне все вспомогательные узлы системы питания топливом — клапаны, редуктор и система контроля давления — находятся в едином корпусе. Количество деталей в системе питания снижено на 74%. Теперь компактный прочный бак из алюминия и карбона размещается за задними сиденьями автомобиля, сохраняя почти весь полезный объем багажного отделения. Максимальный пробег автомобиля на одном баке водорода составляет 450 км. На одном килограмме водорода FCX Clarity может проехать 116 км.

В прежних водородных моделях Honda использовала в качестве дополнительного источника и хранилища электроэнергии массивный блок ультра-конденсаторов, располагавшийся за спинкой задних сидений и занимавший почти половину багажника. Такое решение явно не годилось для серийного автомобиля. Для FCX Clarity впервые была разработана компактная и емкая литий-ионная батарея, которая легко размещается под задним сиденьем. Кроме того, она гораздо эффективнее ультраконденсаторов усваивает энергию, поступающую от системы рекуперации энергии торможения.

Сейчас почти 60% этой энергии возвращается в рабочий цикл. Аккумулятор обеспечивает питание электронных систем автомобиля, аудио- и климатической систем, но при необходимости хранящаяся в аккумуляторе энергия может быть использована для питания двигателя в условиях пиковых нагрузок. Его зарядка осуществляется с помощью системы регенеративного торможения: при замедлении автомобиля до 57% кинетической энергии возвращается в аккумулятор.

Уменьшение размеров силовой установки FCX Clarity, ее высокая удельная мощность вкупе с хорошей аэродинамикой кузова привели к снижению энергопотерь в виде образования избыточной тепловой энергии. Инженеры Honda решили объединить радиатор пакета топливных ячеек, радиатор системы охлаждения двигателя и радиатор климатической системы в единый узел с единственным вентилятором. Испытания показали эффективность такого решения. В итоге под капотом автомобиля было отвоевано целых 40% полезного объема.

Один из главных аспектов использования водородных автомобилей — снижение вредных выбросов в атмосферу. Водородный автомобиль намного эффективнее бензинового и электрического аналогов. Топливная ячейка обладает КПД примерно 80%, но полученную энергию нужно еще превратить в кинетическую энергию вращения колес автомобиля. Электрический мотор и трансмиссия имеют такой же КПД — 80%. Таким образом, водородный автомобиль обладает теоретическим КПД 64%. Honda заявляет, что эффективность модели FCX Clarity равна 60%. Для сравнения, бензиновый автомобиль превращает в механическую работу всего 20−30% энергии, содержащейся в топливе. Электромобиль способен использовать чуть более 70% энергии аккумулятора.

Основное препятствие на пути массового применения водорода в качестве топлива для автомобилей — инфраструктура. Ситуация напоминает классическую дилемму: что было раньше — курица или яйцо? Продавать сверхдорогие водородные автомобили даже на приемлемых условиях лизинга, не имея развитой сети заправок, невозможно. Строить сеть заправок без водородного автопарка — рискованно. А вдруг сотни миллионов так никогда и не окупятся? С чего же начинать?

Перепечатка и любое воспроизведение материалов сайта возможны лишь с письменного разрешения

izlom777 › Блог › Водородная ячейка Мейера своими руками

У меня нет машины

Недавно накопал в нете инфу по сему девайсу.

Сама ячейка работает на воде. Для ускорения реакции добавляют пищевую соду.

Ниже приведена схема подключения

Электронную часть, собрать очень просто.

Собирается на таймерах ne555 или аналогах.

Полевой транзистор BUZ350 можно заменить на irfp240 или irf640.(Можно ещё подбирать разные аналоги)

Сама ячейка сделана из нержавейки (рекомендуют марку 316L) и может состоять из трубок, помещённых одна в одну:

или состоять из пластин:

Естественно, эта ячейка должна погружена в ёскость с водой(желательно полностью).

P.S. Пока я собрал только электронную часть, на электроды времени пока нет.

Можете меня не ждать пробовать собирать сами.

Если что-то непонятно — спрашивайте.

какие же вы смешные, уржаться можно аххаха, частота разложения воды ахахах или Частота резонанса молекулы водорода постоянная отсюда и плясал мейер, аш живот болит. нет не какой чистоты разложения. резонанс нужен для вибрации трубок которые вставлены одна в другую, учите физику, накопления водорода/кислорода не электродах затрудняют проходу электричества и увеличивают ее потребность, увеличивается сопротивления и от туда и нагрев идет. нужно подобрать такую чистоту чтобы трубки резонировали, для этого сделайте надрезы в верху или в низу. можно проще к ячейки прицепить вибратор, но эффект не тот но все равно пузырьки будут сбрасываться и кпд станет по выше. всем удачи, трапу я вам подсказал, так что дерзайте

Доброго времени суток. Несколько лет назад по просьбе одного человека я собирал электрическую часть ячейки именно по такой схеме, поскольку сам он ничего, по его словам, не понимает в электрике. В общем, зацепил он меня этой идеей, и я провозился с ней несколько дней. Результат мне не понравился, скажу так. Выработка была, но не такая, чтобы её можно было использовать в прикладных целях. Правда, ума у меня хватануло поджечь зажигалкой шарик газа, выходящий из гидрозатвора… Как бабахнуло — хорошо помнится до сих пор. Регулировка сопротивлениями эффекта не особо давала. Может ячейка плоховато сделана была (её он сам делал), может и материал не подходил, но не работала она так, чтобы её под капот засунуть, чего ему и хотелось. А когда к ней АКБ подключили — вот тогда и попёрло! Потом этот товарищ как-то охладел к этому делу. На многочисленных видео ребятки получают водород при помощи стационарных генераторов. Что ж — хорошо, только в машине розетки 220 вольтей нету!

По разложению воды: я уверен что частота разложения воды, не постоянная величина. Она по логике должна зависить от силы тока. И чем больше ток те выше резонансная частота, и соответственно кпд.

Частота резонанса молекулы водорода постоянная отсюда и плясал мейер(Водород состоит из протона и нейтрона). А сила тока не причем, Мейер играл с напряжением. Вы не путайте напряжение и силу тока, это как на уличном жаргоне не сравнивайте х@й с пальцем. У Мейера потребление тока было всего 0.5 Ампера, его схемы(патенты) повторили в той же самой пендосии и индусы. (А наши пока тормозят, хотя наверно есть светлые головы которые повторили, но они сильно не светятся) Если кто то хочет понять теорию по разложению воды, то изучайте труды Конарева ФМ, он в своих трудах и Мейера упоминает.

Двигатель на воде. Если инжекторный двигатель переделать только в место бенза впрыск воды один раз. Клапанов и выхлопа нет вообще. Три свечи зажигания на две подаётся высокое импульсное напряжение для создания дуги. Когда поршень опускается вода превращается в пар и с помощью дуги разлагается на водород и кислород. Когда поршень подымается этот газ зажигается от третей обычной свечи зажигания. При сгорании опять образуется вода и процесс повторяется без выхлопа.

а как правельно сделать электролиз. подскажите плиз.

а ты сам то побывал те схемы что предлагаешь

Даже гремучмий газ можно дома вырабатывать . Закачал в камеру . Бросил в багажник, подключил к системе отопления и всё. Правда тут дополнительные прибамбасы нужны. Тут есть тема для фантазии и творчества.

У меня давно крутится в голове идея собирать газ в камеру от колеса. Например закачал туда природный газ и потом используй его где хочешь. Транспортировать легко. Закачать можно помпой от холодильных установок. Или даже холодильным компресором

А потом по всем телеканалам страны

Шлях проб та помилок, …

схема тяжелая в настройке, нужен трансформатор высокого напряжения, посмотри в патенте там все расписано

а у кого КПД больше? трубок или пластин?

трубок. На трубках — резонанс, на пластинах — электролиз.

Так и на пластинах и на трубках нужно резонанс этот подгонять под колебательный контур пластин и трубок, шириной импульсов и подбора индуктивностей и вообще обратный затвор через емкость с керосинам делают, чтобы не выедало поршневую активный водород.

К всему описанному забыл добавить, подготовте авто к установке ячейки и посетите любую контору кто их продаёт, а их довольно много развелось и просят довольно весомые суммы, как же за 25% минимум экономии надо отстегнуть. Так вот возьмите мерную мензурку, к примеру на пол-литра с нижним выходом и подключите шланг к насосу, сделайте замер расхода на XX определенное время, далее ставте ячейку и делайте замер с тем же интервалом времени. Сосед по гаражу как то зажегся этой идеей, так вот, перебрал 3 конторы разных систем и при всех системах, только при ХХ расход горючки не только уменьшился, а ещё и увеличился! Это говорит, что на рынке ячейки с крайне малым КПД около 15-20%

Стационарная ячейка есть, как горелка работает, вещь супер, на даче бензопилу питаю, тоже потрясающе тем более заменяет бензин+масло на все 100 и как недостаток привязка к подающему шлангу да и сама ячейка довольно тяжелая, но если не далеко от гаража что распилить то нормально, да только не долго, с авто все пока печально.

Водород и газ Брауна или (гремучий газ) несколько отличные газы, но не об этом, по ячейке, эта зараза с необходимой выработкой сильно грузит генератор, соответственно расход, я так и не понял выгоды кроме гимороя, так же не понятно зачем ставить второй генератор для запитки ячейки, если его все равно должен кто-то крутить и расходоваться столько же энергии как и от штатного. Другое дело придумать альтернативную запитку чего в автомобиле довольно много тратится в пустую, например тепловыделение и кинетическая энергия, тут раздор для энтузиазма.

Но обратимся к реальным цифрам… водород является самым энергоёмким веществом

среди иного рода топлива и горючих веществ и проведем подсчет 1 кг газа и бензина, т.е. соотношение энергоемкости к массе вещества, а не к его объёму. А это значит что не так всё круто как может

показаться на первый взгляд.

Все данные не с потолка все есть в справочниках.

Теплота сгорания 1 кг водорода в воздухе — 120,9 МДж

Теплота сгорания 1 кг бензина в воздухе — 44 МДж

Но если перевести сравнение из массы в объем веществ,

тогда мы получим совершенно иные цифры, менее оптимистичные

1 кг водорода = 11 100 литров

1 кг бензина = 1,4 литра

соответственно мы получаем в итоге вот что…

Теплота сгорания 1 литра водорода — 0,01 МДж.

Теплота сгорания 1 литра бензина — 26,4 МДж.

А это означает то, что для получения полной аналогии одного литра бензина,

применяя при этом водород, необходимо иметь в распоряжении 2640 литров водорода.

1 литр бензина = 2640 литров водорода (равенство этих объемов по энергоемкости)

Далее. Для работы на холостом ходу двигателя автомобиля, к примеру ВАЗ-2108 с объемом ДВС 1500 см3 требуется от 0,8 до 1 литра бензина в час. А это означает, что для работы ВАЗа на ХХ потребуется до 2640 литров водорода в час, или до 44 литров в минуту.

Вдумайтесь! Для работы на холостом ходу потребуется до 44 литров водорода в минуту.

А так же представьте, сколько же потребуется водорода, для работы ДВС на средних или больших оборотах.

Сказки некоторых мегапихарей о том что незначительное количество водорода способно в разы увеличить каллорийность, якобы не полностью сгораемого бензина — откровенная ложь или факт отсутствия элементарных знаний физики у продавцов воздуха.

Вот ещё интересные цифры:

Для получения 1 кВт/ч требуется 25 грамм водорода = 278,1 литр.

ВАЗ-2108, 1500 см3, 72 л/с. = 53.69 кВт/ч.

Для развития максимальной мощности ДВС ВАЗ-2108 в 72 л/с.,

потребуется водорода 14931 л/ч или почти 249 литров в минуту.

Для получения водорода, до 249 л/мин потребуется минимум 37 кВт/ч электроэнергии!

Ну, и теперь главный вопрос:

Откуда в автомобиле ВАЗ-2108 взять такое количество электроэнергии?

Прошу Вас, только не говорите мне что я заслан нефтяными магнатами, и что выше

мной описанное является частью теории заговора против народа который желает экономить!

Ячейка Майера в смысле работающая ячейка, реально бы подошла, но опять же не для 100% езды на водороде, а где-то около 70-80, КПД заявлено 1700% при потреблении всего 30-40 миллиампер!

Все что построено энтузиастами и в предложениях, в лучшем случае доходят в КПД до 80% по выработке.

Вопрос изначально ставишь не правильно. Для того, что бы машина ездила на чистом водороде, необходимы существенные изменения. В продвижении этой темы нет целесообразности. А вот использовать водород как добавку к топливу, это уже перспективно. hho-auto.ru/hho-hydrogen-generator/ почитайте внимательно. Ставится не большой генератор, и вырабатываемый газ просто добавляется в топливно-воздушную смесь. (через воздухан) Так же ставится контроллер (обязательно) для того, что-бы обмануть лямбда зонд и кажется МАР сенсор. не буду объяснять своим не совсем грамотным и компетентным языком, предложу пройти по ссылке. (Я не рекламирую сайт) Я собираю свою систему и черпаю информацию из любых источников. Которые по идейным соображениям рассказывают лишь об общей картине и не вникают в тонкости. Они хотят заработать, это понятно…

Что бы ездить на чистом водороде такие автогиганты как бмв и тойона уже не первый год вливают бабло в подразделения инженеров по разработке двигателя который будет питаться на электролизе, пока не сильно воодушевляют результаты, но работа идет в этом направлении достаточно давно.

Подобных продавцов по сети вагон, тут как в поговорке «Без лоха и жизнь плоха», я не знаю из старых кто продолжает эксперименты по скрещиванию брауна, эксперименты были с подачей куда угодно, ни у кого не вышло положительного результата.

В ответ на ваш линк рекомендую посмотреть видео Артема из группы заряд, там денег не желеют и грамотные инженеры.

Для эксперимента был использован стационарный с выхлопом 8 литров в минуту от бытовой сети! Посмотрев видео сделайте вывод, на что может повлиять извините "пукалка" на борту, если электролизер с достаточно большой выдачей ничего не показал, а при установке на борт автомобиля и сжирая все необходимое, вы должны понимать что кроме доп.расходов по горючке ничего большего не выдет, а в более реальной перспективе — переборка движка последствий детонации.

Водород и газ Брауна или (гремучий газ) несколько отличные газы, но не об этом, по ячейке, эта зараза с необходимой выработкой сильно грузит генератор, соответственно расход, я так и не понял выгоды кроме гимороя, так же не понятно зачем ставить второй генератор для запитки ячейки, если его все равно должен кто-то крутить и расходоваться столько же энергии как и от штатного. Другое дело придумать альтернативную запитку чего в автомобиле довольно много тратится в пустую, например тепловыделение и кинетическая энергия, тут раздор для энтузиазма.

Но обратимся к реальным цифрам… водород является самым энергоёмким веществом

среди иного рода топлива и горючих веществ и проведем подсчет 1 кг газа и бензина, т.е. соотношение энергоемкости к массе вещества, а не к его объёму. А это значит что не так всё круто как может

показаться на первый взгляд.

Все данные не с потолка все есть в справочниках.

Теплота сгорания 1 кг водорода в воздухе — 120,9 МДж

Теплота сгорания 1 кг бензина в воздухе — 44 МДж

Но если перевести сравнение из массы в объем веществ,

тогда мы получим совершенно иные цифры, менее оптимистичные

1 кг водорода = 11 100 литров

1 кг бензина = 1,4 литра

соответственно мы получаем в итоге вот что…

Теплота сгорания 1 литра водорода — 0,01 МДж.

Теплота сгорания 1 литра бензина — 26,4 МДж.

А это означает то, что для получения полной аналогии одного литра бензина,

применяя при этом водород, необходимо иметь в распоряжении 2640 литров водорода.

1 литр бензина = 2640 литров водорода (равенство этих объемов по энергоемкости)

Далее. Для работы на холостом ходу двигателя автомобиля, к примеру ВАЗ-2108 с объемом ДВС 1500 см3 требуется от 0,8 до 1 литра бензина в час. А это означает, что для работы ВАЗа на ХХ потребуется до 2640 литров водорода в час, или до 44 литров в минуту.

Вдумайтесь! Для работы на холостом ходу потребуется до 44 литров водорода в минуту.

А так же представьте, сколько же потребуется водорода, для работы ДВС на средних или больших оборотах.

Сказки некоторых мегапихарей о том что незначительное количество водорода способно в разы увеличить каллорийность, якобы не полностью сгораемого бензина — откровенная ложь или факт отсутствия элементарных знаний физики у продавцов воздуха.

Вот ещё интересные цифры:

Для получения 1 кВт/ч требуется 25 грамм водорода = 278,1 литр.

ВАЗ-2108, 1500 см3, 72 л/с. = 53.69 кВт/ч.

Для развития максимальной мощности ДВС ВАЗ-2108 в 72 л/с.,

потребуется водорода 14931 л/ч или почти 249 литров в минуту.

Для получения водорода, до 249 л/мин потребуется минимум 37 кВт/ч электроэнергии!

Ну, и теперь главный вопрос:

Откуда в автомобиле ВАЗ-2108 взять такое количество электроэнергии?

Прошу Вас, только не говорите мне что я заслан нефтяными магнатами, и что выше

мной описанное является частью теории заговора против народа который желает экономить!

Ячейка Майера в смысле работающая ячейка, реально бы подошла, но опять же не для 100% езды на водороде, а где-то около 70-80, КПД заявлено 1700% при потреблении всего 30-40 миллиампер!

Все что построено энтузиастами и в предложениях, в лучшем случае доходят в КПД до 80% по выработке.

Расчеты тобой скопированы с другого сайта там человек сделал ошибку. Это Теплота сгорания 1 литра водорода — 0,01287МДж, а не 0,01МДж В конечном расчете потребуется не до 2640 литров водорода в час, а 2051,282 разница в 588,718 литров. И судя по видеороликам первый человек кто использовал чистый водород в двигателе, а не как добавку был младший техник-лейтенант Шелищ. А 27 октября 1941 г. был подписан приказ № 0348 по 2-му корпусу ПВО «Перевод автомашин на отработанный водород», определивший состав комиссии и задачи, которые она должна была решить.

Водородная топливная ячейка

Выхлопные газы автомобилей — один из главных источников загрязнения окружающей среды. Создание экологически чистых, так называемых "зелёных" автомобилей, — главная проблема, над решением которой работают автостроители многих стран. Непрерывный рост стоимости бензина также стимулирует работы по изысканию альтернативных, экологически чистых видов топлива.

Напомню, как работает гибридный мотор. При равномерном движении на шоссе работает один бензиновый (или дизельный) двигатель. При ускорении и на подъёме подключается электромотор. При медленном движении в трафике можно ехать с одним электродвигателем.

Многие аналитики высказывают мнение, что через несколько лет компании, у которых в производственных программах не будет моделей с гибридными установками, начнут терять покупателей. Из общих экономических соображений можно полагать, что рост выпуска спорт-универсалов и минивэнов с гибридными двигателями будет обгонять аналогичные седаны.

Одновременно ведущие автостроители форсируют создание машин с топливными элементами:

1. Volvo увеличит запас хода электрокаров с помощью топливных ячеек

Следующей цепочкой получения энергии для автомобиля может стать следующая: зерно, спирт, водород, топливная ячейка, электродвигатель автомобиля при полном отсутствии двигателя внутреннего сгорания.

Как видно из этой схемы, необходимость в двигателе внутреннего сгорания отсутствует полностью, поскольку электрическая энергия получена путем химической реакции. Отсутствие двигателя внутреннего сгорания и наличие электромотора, который уже сам по себе обладает значительным моментом даже на низких оборотах значительно облегчит и упростит конструкцию автомобиля и сделает его еще более «зеленым».

Схематически топливный элемент представляет электрохимическую ячейку, в которой два электрода из пористого углерода с нанесённым катализатором разделены полимерной мембраной. Подаваемый под давлением водород взаимодействует на катоде с ионами гидроксила с образованием воды и выделением свободных электронов. На аноде кислород из воздуха взаимодействует с ионами водорода и поступающими от катода в виде тока электронами. При таком электрохимическом процессе выделяется тепло и образуются вода и электроток.

Впервые появление электротока при реакции водорода с кислородом наблюдалось ещё в 1839 году. Практическая реализация процесса была осуществлена сравнительно недавно при создании космической техники. Чтобы можно было приступить к созданию автомобилей с топливными элементами, пришлось преодолевать самые разные технические проблемы, ряд которых ещё не доведен до промышленно-приемлемого решения. Тем не менее уже созданы опытные образцы машин с транспортировкой водорода в баллонах или химически связанного в метиловом спирте (метаноле).

Высокая стоимость первых вариантов автомобилей на топливных элементах была обусловлена применением катализаторов на основе редких металлов (платина и др.) и сложной системой хранения жидкого водорода при весьма низкой температуре. Дополнительные сложности возникали при стоянке машины на солнце, когда начинаются тепловые потери водорода в системе топливных элементов. Для накопления опыта, необходимого для решения возникающих технических задач, в 2000 году была начата эксплуатация шести автобусов в Чикаго и Ванкувере (Британская Колумбия, Канада). Канадская компания Ballard Power Systems , созданная в 1979 году со штаб-квартирой в Ванкувере, лидирует сейчас по созданию топливных элементов для автомобилей.

Хранение водорода под давлением вызывает другие проблемы, в том числе и возможность взрыва при утечке водорода. В связи с этим системы, где источником водорода является метиловый спирт, представляются более перспективными. С применением в качестве топлива метанола взамен жидкого водорода упрощается система хранения топлива в автомобиле, и заправка может осуществляться на колонках на обычных автозаправках .

DymlerChrysler намерен в 2003 году изготовить для опытной эксплуатации партию автомобилей NECAR-3 с топливными элементами на метаноле и запасом хода между двумя заправками 400 миль .

У модели Ford Mondeo P2000 FC5 400 топливных ячеек на метаноле массой 172 кг расположены под капотом. При температуре 85 градусов Цельсия начинается реакция образования водорода из метанола. Электромотор мощностью 120 л.с. обеспечивает достижение максимальной скорости 145 км/час. Время разгона после трогания с места до скорости 100 км/час — 14 сек. Запас хода — 160 км, возможная стоимость — 35 тыс. доларов . Алюминиевый кузов машины на 40% легче стального, а магниевый картер легче алюминиевого. До запуска в производство в 2004 году создатели машины рассчитывают снизить цену до 15 тыс. долларов.

Японские компании Toyota и Honda объявили, что они начнут опытно-промышленное производство легковых автомобилей с топливными элементами в 2003 году. Японская Mazda и немецкая BMW также объявили о своих работах по созданию транспортных средств с топливными элементами. В штате Нью-Джерси независимая от больших компаний группа инженеров создала опытную модель New Jersey Ventures с применением системы из топливных элементов и никель-кадмиевых батарей. При первых пробегах этот автомобиль развивал скорость 120 миль/час.

Но возникают новые сложности, связанные с техническими и экономическими проблемами выделения водорода из метанола непосредственно в силовом агрегате автомобиля. После стоянки с неработающим двигателем требуется около двух минут, чтобы вся система начала работать снова. Также следует опасаться возможности отравления метанолом. Выпитый в небольшом количестве метанол вызывает слепоту. С другой стороны, метанол может получаться при химической переработке морских водорослей и отходов сельского хозяйства, то есть относится к воспроизводимым сырьевым ресурсам.

Неумолимая экономика стимулирует развитие промышленного производства другого спирта — гидролизного этилового спирта (этанола) также из возобновляемых отходов лесоперерабатывающей и сельскохозяйственной отраслей и массовое внедрение двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях, содержащих свыше 50% этанола .

В заключение выскажу мнение, что ближайшие 10—20 лет будут периодом массового производства автомобилей, работающих с применением альтернативных видов топлива, в первую очередь сжиженного газа и этилового спирта, при одновременном выпуске большого числа различных моделей с гибридными двигателями. Параллельно будет идти совершенствование конструкций и технологий изготовления двигателей на топливных элементах. Скорее всего, через 30-50 лет в автомобилестроении автомобили на топливных ячейках вытеснят двигатели внутреннего сгорания.

Конкуренция двигателей может быть интереснее многих детективных историй.

Ford Model U concept car

Nissan X-Trail Fuel Cell Vehicle

General Motors HydroGen3

Топливные ячейки способны запасать большее количество энергии, чем существующие батареи, занимая такое же пространство. Даже самые передовые батареи имеют на порядок меньшее значение удельной энергии, чем у накопителя водородного топлива. Однако пока проще создавать именно батареи малого размера, а не помпы и контролирующую электронику для топливных ячеек. А малоразмерные помпы часто потребляют больше энергии, чем производят.

"Установка помпы, датчика давления и электроники для контроля системы в таком малом объеме не практична", — говорит Саид Могхаддам ( Saeed Moghaddam ) из Университета Иллинойса. "К тому же, если они все-таки смогут вырабатывать энергию, их потребление вероятно будет превышать объем генерируемой энергии". Поэтому Могхадамм вместе со своими университетскими коллегами включился в работу над созданием такой конструкции крошечных топливных элементов, которая бы позволяла генерировать энергию, не потребляя ее на собственные нужды.

Новое устройство имеет всего 4 элемента. Тонкая мембрана отделяет водный резервуар сверху от камеры с металл — гидридом , расположенной под ним. Еще ниже расположены электроды . Небольшие отверстия в мембране позволяют молекулам воды проникать в соседнюю камеру в виде пара. Затем пары воды вступают в реакцию с металл-гидридом , в результате которой образуется водород. Он заполняет эту камеру и оказывает давление на мембрану снизу, и отверстия в мембране перекрываются. Водород постепенно расходуется в результате протекания реакций на электродах для получения электрического тока. Затем давление водорода падает, и вода снова начинает поступать в камеру для совершения дальнейших реакций.

Это устройство размером всего 3 х 3 мм и толщиной в 1 мм невесомо, а контроль над поступлением воды осуществляется автоматически. При этом ячейка сохраняет работоспособность при тряске, что дает возможность использовать ее в карманных устройствах. Первый образец генерировал напряжение 0,7 В и ток величиной 0,1 мА в течение 30 часов, но Могхаддам говорит, что последние версии выдают уже 1 мА при том же напряжении. Но этого не хватит для питания мобильных телефонов, которые используют батареи на несколько вольт, а вот в простых электронных системах и микророботах их уже вполне можно использовать.

"Всего 9 мм3 — это безусловно очень немного", — говорит Стив Арскотт ( Steve Arscott ) из Университета Лилля, эксперт в топливных микроячейках . "Однако мощность этих ячеек слишком мала, чтобы они могли быть действительно полезны", — добавляет Арскотт . Его собственные топливные микроячейки используют метанол, а не воду качестве источника водорода, как делают многие микроячейки . При этом ее объем в 3 раза больше размеров ячейки Могхаддама , а ее удельная мощность превышает более чем в 10 раз и составляет 0,13 мВт/мм 2 .

Но эксперты указывают, что эти два устройства нельзя между собой сравнивать. Большинство топливных ячеек получают питание извне, в то время как новое устройство расходует топливо, помещенное внутри него. При этом большой запас топлива в ячейке требует много пространства, что приводит к падению удельной мощности. Однако в зависимости от размеров удельная мощность нового топливного элемента все же сравнительно высока — 100 ватт на литр.

Song С II Catal. Today. 2002. V. 77. № 1/2. P. 17-49.

Worner A. , Friedrich C, Tamme R. II Appl. Catal . A: General . 2003. V. 245. № 1. P. 1-14.

Carmo M. , Paganin VA., Rosolen J.M., Gonzalez E.R.// J. Power Sources. 2005. V. 142. № 1/2. P. 169-176.

Kornyshev A.A. , Kulikovsky A A. I I Electrochim. acta. 2001. V. 46. № 28. P. 4389-4395.

Исследователи из Японии разработали топливную ячейку , которая может размещаться на чипе и производить энергию за счет различных спиртов.

Микрокапиллярная топливная ячейка может приводиться в действие с помощью различных спиртов. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2009, DOI: 10.1039/b906216e)

Многие исследовательские группы работают над миниатюризацией обычных топливных ячеек, однако до настоящего времени эти источники тока не удается совместить с обычными микроэлектронными устройствами.

Тецуя Осака (Tetsuya Osaka) из Университета Васеда разработал микрокапиллярную топливную ячейку без насоса-нагнетателя и мембраны, окислителем топлива которой может являться кислород воздуха. Новое устройство не состоит из частей – оба его электрода созданы из одного и того же субстрата, что, несомненно, должно облегчить ее производство.

Первоначально Осака разработал топливную ячейку, работающую на метаноле. Метанол подходит для длительного питания топливных ячеек, поэтому японский ученый изучил возможность применения этанола и пропанола-2 в качестве топлива. Из трех изученных спиртов наименьшей токсичностью отличается этанол, однако при окислении 2-пропанола не образуется моноксида углерода, способного отравить катализатор. Было обнаружено, что замена метанола на этанол или пропанол практически не меняет КПД топливной ячейки. Исследователь из Японии внес еще одно конструкционное изменение в источник тока – заменил кислотный электролит на фосфатный буфер, при этом переход от кислой к нейтральной среде также существенно увеличил энергетический выход.

Мембраны для топливных элементов из проводимых MOF

Канадские исследователи заявляют, что кристаллические соединения нового типа могут увеличить производительность топливных элементов. Полученные ими токопроводящие металлоорганические каркасные структуры [ metal organic frameworks (MOF)] могут быть использованы для получения мембран, разделяющих газы в протонообменных топливных элементах мембранного типа.

Строение новых металлоорганических каркасных структур. (Серый – C, красный – O, желтый – S, синий – Na (Рисунок из Nature Chem ., 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.402)

Молекулярные губки MOF чаще всего рассматриваются как потенциальные материалы для хранения газов, в том числе и водорода, а также для улавливания диоксида углерода. Однако Джордж Симудзу (George Shimizu) из Университета Калгари решили использовать MOF для решения более сложной задачи – высокотемпературной проводимости протонов.

Протонобменная мембран представляет собой изолирующий материал, расположенный между двумя электродами топливного элемента, разделяющего водород и воздух и позволяющих проходить через него протонам, но не электронам. Самая сложная задача в технологии топливных элементов – создание проводящих протоны мембран, функционирующих при оптимальной рабочей температуре топливного элемента – около 100°C. Разработанная ирландскими исследователями MOF – органилсульфонат PCMOF2, строение которой похоже на строение пчелиных сот, может справиться с этой непростой задачей.

Сульфонатные атомы кислорода нового материала могут способствовать переносу протонов за счет системы водородных связей. По словам Симудзу высокотемпературная протонная проводимость нового материала заключается в особенности строения его пор.

Симудзу отмечает, что при загрузке внутреннего объема PCMOF2 водой наблюдается низкотемпературная протонная проводимость, а замена воды на триазол обеспечивает высокую проводимость нового материала, в этом случае протонная проводимость наблюдается при 150°C. Триазол, как и вода отличается амфотерными свойствами и может служить «проводником» протонов, однако меньшая летучесть обеспечивает возможность его работы при температурах более 100 C, размеры триазола способствуют тому, что это соединение блокирует поры MOF и не дает газам в приэлектродных пространствах смешиваться между собой.

Источник : Nature Chem., 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.402

Биоэтанол как перспективное топливо для энергоустановок на основе топливных элементов [Текст] /В. А. Кириллов [и др. ] // Теоретические основы химической технологии. — 2008. — Т. 42, N 1. — С. 3-13. — Библиогр.: с. 12-13 (42 назв. ) . — ISSN 0040-3571 УДК ^a66 ББК 35 Рубрики: Химическая технология Общие вопросы химической технологии Кл.слова (ненормированные): биэтанол — топливные элементы — энергоустановки — каталитические реакции — водородсодержащие газы — конверсия — паровая конверсия Аннотация: Проведено изучение каталитической реакции паровой конверсии биэтанола в диапозоне температур 300-700 градусов С с целью переработки в водородсодержащий газ. Роль исследований возросла в последнее время в связи с разработкой высокотемпературных топливных элементов.

Cерийное будущее Революционный пакет водородных топливных ячеек
16 июня 2008 года на новейшей сборочной линии завода в местечке Таканезава в часе езды от Токио компания Honda начала серийную сборку автомобиля на водородных топливных ячейках Honda FCX Clarity. Присутствовавший на торжественной церемонии открытия сборочной линии президент компании Такео Фукуи сказал: «Эта технология жизненно необходима для цивилизации. Honda будет стремиться к превращению водородных автомобилей в доступное и массовое средство передвижения»
http://www.popmech.ru/vehicles/7981-ceriynoe-budushchee-revolyutsionnyy-paket-vodorodnykh-toplivnykh-yacheek/
Izlom777 › Блог › Водородная ячейка Мейера своими руками
Блог пользователя izlom777 на DRIVE2. Недавно накопал в нете инфу по сему девайсу. Сама ячейка работает на воде. Для ускорения реакции добавляют пищевую соду. Ниже приведена схема подключения Электронную часть, собрать очень просто. Собирается на таймерах ne555 или аналогах. Полевой транзистор BUZ350 можно заменить на irfp240 или irf…
http://www.drive2.ru/b/288230376152290337/
Водородная топливная ячейка
водородная топливная ячейка Выхлопные газы автомобилей — один из главных источников загрязнения окружающей среды. Создание экологически чистых, так называемых "зелёных" автомобилей, —
http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Documents/Fuell_cell_to_ethanol.htm

COMMENTS