எரிபொருள் செல்கள். தற்போதுள்ள அனல் மின் நிலையங்களுக்கு மிகவும் உண்மையான மாற்று. ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல்: விளக்கம், பண்புகள், செயல்பாட்டுக் கொள்கை, புகைப்படம்

எரிபொருள் செல் ( எரிபொருள் செல்) இரசாயன ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றும் ஒரு சாதனம். இது ஒரு வழக்கமான பேட்டரிக்கு கொள்கையளவில் ஒத்திருக்கிறது, ஆனால் அதன் செயல்பாட்டிற்கு மின் வேதியியல் எதிர்வினை ஏற்படுவதற்கு வெளியில் இருந்து பொருட்கள் தொடர்ந்து வழங்கப்பட வேண்டும் என்பதில் வேறுபடுகிறது. ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் எரிபொருள் செல்களுக்கு வழங்கப்படுகின்றன, மேலும் வெளியீடு மின்சாரம், நீர் மற்றும் வெப்பம் ஆகும். அவற்றின் நன்மைகள் அடங்கும் சுற்றுச்சூழல் தூய்மை, நம்பகத்தன்மை, ஆயுள் மற்றும் செயல்பாட்டின் எளிமை. வழக்கமான பேட்டரிகள் போலல்லாமல், மின்வேதியியல் மாற்றிகள் எரிபொருள் வழங்கப்படும் வரை காலவரையின்றி செயல்பட முடியும். அவை முழுவதுமாக சார்ஜ் ஆகும் வரை மணிக்கணக்கில் சார்ஜ் செய்ய வேண்டியதில்லை. மேலும், எஞ்சின் ஆஃப் செய்யப்பட்ட நிலையில் கார் நிறுத்தப்படும் போது செல்கள் பேட்டரியை சார்ஜ் செய்ய முடியும்.

மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஹைட்ரஜன் வாகனங்கள் புரோட்டான் சவ்வு எரிபொருள் செல்கள் (PEMFC கள்) மற்றும் திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்கள் (SOFCs).

ஒரு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல் பின்வருமாறு செயல்படுகிறது. அனோட் மற்றும் கேத்தோடிற்கு இடையில் ஒரு சிறப்பு சவ்வு மற்றும் பிளாட்டினம் பூசப்பட்ட வினையூக்கி உள்ளது. ஹைட்ரஜன் அனோடிற்கு வழங்கப்படுகிறது, மேலும் ஆக்ஸிஜன் (உதாரணமாக, காற்றில் இருந்து) கேத்தோடிற்கு வழங்கப்படுகிறது. நேர்மின்முனையில், ஹைட்ரஜன் ஒரு வினையூக்கியின் உதவியுடன் புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக சிதைகிறது. ஹைட்ரஜன் புரோட்டான்கள் சவ்வு வழியாகச் சென்று கத்தோடை அடைகின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்றுக்கு மாற்றப்படுகின்றன (சவ்வு அவற்றைக் கடக்க அனுமதிக்காது). இவ்வாறு பெறப்பட்ட சாத்தியமான வேறுபாடு மின்னோட்டத்தை உருவாக்க வழிவகுக்கிறது. கேத்தோடு பக்கத்தில், ஹைட்ரஜன் புரோட்டான்கள் ஆக்ஸிஜனால் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்யப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக, நீர் நீராவி தோன்றுகிறது, இது கார் வெளியேற்ற வாயுக்களின் முக்கிய உறுப்பு ஆகும். அதிக செயல்திறனைக் கொண்டிருப்பதால், PEM செல்கள் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க குறைபாட்டைக் கொண்டுள்ளன - அவற்றின் செயல்பாட்டிற்கு தூய ஹைட்ரஜன் தேவைப்படுகிறது, இதன் சேமிப்பு மிகவும் தீவிரமான பிரச்சனையாகும்.

இந்த கலங்களில் விலையுயர்ந்த பிளாட்டினத்தை மாற்றும் அத்தகைய வினையூக்கி கண்டறியப்பட்டால், மின்சாரம் தயாரிப்பதற்கான மலிவான எரிபொருள் செல் உடனடியாக உருவாக்கப்படும், அதாவது உலகம் எண்ணெய் சார்புநிலையிலிருந்து விடுபடும்.

திட ஆக்சைடு செல்கள்

திட ஆக்சைடு SOFC செல்கள் எரிபொருள் தூய்மையில் மிகவும் குறைவாகவே தேவைப்படுகின்றன. கூடுதலாக, ஒரு POX சீர்திருத்தத்தின் (பகுதி ஆக்சிஜனேற்றம்) பயன்பாட்டிற்கு நன்றி, அத்தகைய செல்கள் வழக்கமான பெட்ரோலை எரிபொருளாக உட்கொள்ளலாம். பெட்ரோலை நேரடியாக மின்சாரமாக மாற்றும் செயல்முறை பின்வருமாறு. ஒரு சிறப்பு சாதனத்தில் - ஒரு சீர்திருத்தவாதி, சுமார் 800 ° C வெப்பநிலையில், பெட்ரோல் ஆவியாகி, அதன் கூறு கூறுகளாக சிதைகிறது.

இது ஹைட்ரஜன் மற்றும் கார்பன் டை ஆக்சைடை வெளியிடுகிறது. மேலும், வெப்பநிலையின் செல்வாக்கின் கீழ் மற்றும் நேரடியாக SOFC ஐப் பயன்படுத்துவதால் (சிர்கோனியம் ஆக்சைடை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு நுண்துளை செராமிக் பொருள் கொண்டது), ஹைட்ரஜன் காற்றில் ஆக்ஸிஜனால் ஆக்சிஜனேற்றப்படுகிறது. பெட்ரோலில் இருந்து ஹைட்ரஜனைப் பெற்ற பிறகு, மேலே விவரிக்கப்பட்ட சூழ்நிலையின்படி செயல்முறை தொடர்கிறது, ஒரே ஒரு வித்தியாசம்: SOFC எரிபொருள் செல், ஹைட்ரஜனில் இயங்கும் சாதனங்களைப் போலல்லாமல், அசல் எரிபொருளில் உள்ள அசுத்தங்களுக்கு குறைவான உணர்திறன் கொண்டது. எனவே பெட்ரோலின் தரம் எரிபொருள் கலத்தின் செயல்திறனை பாதிக்கக்கூடாது.

SOFC இன் உயர் இயக்க வெப்பநிலை (650-800 டிகிரி) ஒரு குறிப்பிடத்தக்க குறைபாடு ஆகும். ஆனால் அதிகப்படியான வெப்பம் ஒரு பிரச்சனையல்ல, ஏனெனில் சீர்திருத்தவாதி மற்றும் எரிபொருள் கலத்தால் உற்பத்தி செய்யப்படும் மீதமுள்ள காற்று மற்றும் வெளியேற்ற வாயுக்களால் இது முற்றிலும் அகற்றப்படுகிறது. இது SOFC அமைப்பை ஒரு வாகனத்தில் ஒரு தனி சாதனமாக வெப்ப காப்பிடப்பட்ட வீட்டில் ஒருங்கிணைக்க அனுமதிக்கிறது.

மட்டு அமைப்பு தேவையான மின்னழுத்தத்தை அடைய உங்களை அனுமதிக்கிறது தொடர் இணைப்புநிலையான கலங்களின் தொகுப்பு. மற்றும், ஒருவேளை மிக முக்கியமாக, அத்தகைய சாதனங்களை செயல்படுத்தும் பார்வையில், SOFC மிகவும் விலையுயர்ந்த பிளாட்டினம் அடிப்படையிலான மின்முனைகளைக் கொண்டிருக்கவில்லை. இந்த கூறுகளின் அதிக விலையே PEMFC தொழில்நுட்பத்தின் வளர்ச்சி மற்றும் பரவலில் உள்ள தடைகளில் ஒன்றாகும்.

எரிபொருள் செல்கள் வகைகள்

தற்போது, ​​பின்வரும் வகையான எரிபொருள் செல்கள் உள்ளன:

• ஏ.எஃப்.சி.- அல்கலைன் எரிபொருள் செல் (கார எரிபொருள் செல்);
• PAFC- பாஸ்போரிக் அமில எரிபொருள் செல் (பாஸ்போரிக் அமில எரிபொருள் செல்);
• PEMFC– புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல் (புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு கொண்ட எரிபொருள் செல்);
• DMFC- நேரடி மெத்தனால் எரிபொருள் செல் (மெத்தனால் நேரடி முறிவுடன் எரிபொருள் செல்);
• MCFC- உருகிய கார்பனேட் எரிபொருள் செல் (உருகிய கார்பனேட்டின் எரிபொருள் செல்);
• SOFC- திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல் (திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்).

எரிபொருள் செல்கால்வனிக் செல் போன்ற ஒரு மின்வேதியியல் சாதனம் ஆகும், ஆனால் அதிலிருந்து வேறுபட்டது, மின்வேதியியல் எதிர்வினைக்கான பொருட்கள் அதற்கு வெளியில் இருந்து வழங்கப்படுகின்றன - கால்வனிக் செல் அல்லது பேட்டரியில் சேமிக்கப்படும் குறைந்த அளவு ஆற்றலுக்கு மாறாக.

அரிசி. 1. சில எரிபொருள் செல்கள்

எரிபொருள் செல்கள் எரிபொருளின் இரசாயன ஆற்றலை மின்சாரமாக மாற்றுகின்றன, பெரிய இழப்புகளுடன் நிகழும் பயனற்ற எரிப்பு செயல்முறைகளைத் தவிர்க்கின்றன. அவை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை ஒரு இரசாயன எதிர்வினை மூலம் மின்சாரமாக மாற்றுகின்றன. இந்த செயல்முறையின் விளைவாக, தண்ணீர் உருவாகிறது மற்றும் அதிக அளவு வெப்பம் வெளியிடப்படுகிறது. ஃப்யூல் செல் என்பது பேட்டரியை சார்ஜ் செய்து பின்னர் பயன்படுத்தக்கூடிய பேட்டரிக்கு மிகவும் ஒத்ததாகும் மின் ஆற்றல். எரிபொருள் கலத்தின் கண்டுபிடிப்பாளர் வில்லியம் ஆர். குரோவ் என்று கருதப்படுகிறார், அவர் 1839 இல் அதை மீண்டும் கண்டுபிடித்தார். இந்த எரிபொருள் செல் ஒரு சல்பூரிக் அமிலக் கரைசலை எலக்ட்ரோலைட்டாகவும், ஹைட்ரஜனை எரிபொருளாகவும் பயன்படுத்தியது, இது ஆக்ஸிஜனேற்ற முகவரில் ஆக்ஸிஜனுடன் இணைக்கப்பட்டது. சமீப காலம் வரை, எரிபொருள் செல்கள் ஆய்வகங்கள் மற்றும் விண்கலங்களில் மட்டுமே பயன்படுத்தப்பட்டன.

அரிசி. 2.

மோட்டார்கள் போன்ற பிற மின் உற்பத்தியாளர்களைப் போலல்லாமல் உள் எரிப்புஅல்லது எரிவாயு, நிலக்கரி, எரிபொருள் எண்ணெய் போன்றவற்றில் இயங்கும் விசையாழிகள், எரிபொருள் செல்கள் எரிபொருளை எரிப்பதில்லை. இதன் பொருள் சத்தமில்லாத உயர் அழுத்த சுழலிகள் இல்லை, உரத்த வெளியேற்ற சத்தம் இல்லை, அதிர்வுகள் இல்லை. எரிபொருள் செல்கள் ஒரு அமைதியான மின்வேதியியல் எதிர்வினை மூலம் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன. எரிபொருள் கலங்களின் மற்றொரு அம்சம் என்னவென்றால், அவை எரிபொருளின் இரசாயன ஆற்றலை நேரடியாக மின்சாரம், வெப்பம் மற்றும் தண்ணீராக மாற்றுகின்றன.

எரிபொருள் செல்கள் அதிக திறன் கொண்டவை மற்றும் உற்பத்தி செய்யாது பெரிய அளவுகார்பன் டை ஆக்சைடு, மீத்தேன் மற்றும் நைட்ரஸ் ஆக்சைடு போன்ற பசுமை இல்ல வாயுக்கள். எரிபொருள் செல்களில் இருந்து வெளிவரும் ஒரே உமிழ்வு நீராவி வடிவில் உள்ள நீர் மற்றும் ஒரு சிறிய அளவு கார்பன் டை ஆக்சைடு ஆகும், இது தூய ஹைட்ரஜனை எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தினால் அது வெளியிடப்படாது. எரிபொருள் செல்கள் கூட்டங்களாகவும் பின்னர் தனிப்பட்ட செயல்பாட்டு தொகுதிகளாகவும் இணைக்கப்படுகின்றன.

எரிபொருள் செல்கள் நகரும் பாகங்கள் இல்லை (ஆல் குறைந்தபட்சம், தனிமத்தின் உள்ளேயே), எனவே அவை கார்னோட்டின் சட்டத்திற்குக் கீழ்ப்படிவதில்லை. அதாவது, அவை 50% க்கும் அதிகமான செயல்திறனைக் கொண்டிருக்கும் மற்றும் குறைந்த சுமைகளில் குறிப்பாக பயனுள்ளதாக இருக்கும். எனவே, எரிபொருள் செல் கார்கள் நிஜ-உலக ஓட்டுநர் நிலைமைகளில் வழக்கமான கார்களை விட அதிக எரிபொருள் திறன் கொண்டதாக (ஏற்கனவே நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது) ஆகலாம்.

எரிபொருள் செல் ஒரு நிலையான மின்னழுத்த மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது, இது வாகனத்தில் உள்ள மின்சார மோட்டார், விளக்குகள் மற்றும் பிற மின் அமைப்புகளை இயக்க பயன்படுகிறது.

பல வகையான எரிபொருள் செல்கள் உள்ளன, அவை பயன்படுத்தப்பட்டவற்றில் வேறுபடுகின்றன இரசாயன செயல்முறைகள். எரிபொருள் செல்கள் பொதுவாக அவை பயன்படுத்தும் எலக்ட்ரோலைட்டின் வகையால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன.

சில வகையான எரிபொருள் செல்கள் மின் உற்பத்தி நிலையங்களில் பயன்படுத்துவதற்கு உறுதியளிக்கின்றன, மற்றவை சிறிய சாதனங்களுக்கு அல்லது கார்களை ஓட்டுவதற்கு உறுதியளிக்கின்றன.

1. அல்கலைன் எரிபொருள் செல்கள் (ALFC)

கார எரிபொருள் செல்- இது உருவாக்கப்பட்ட முதல் கூறுகளில் ஒன்றாகும். அல்கலைன் எரிபொருள் செல்கள் (AFC) மிகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்ட தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாகும், இது இருபதாம் நூற்றாண்டின் 60 களின் நடுப்பகுதியில் இருந்து நாசாவால் அப்பல்லோ மற்றும் விண்வெளி விண்கல திட்டங்களில் பயன்படுத்தப்பட்டது. இவற்றில் விண்கலங்கள்எரிபொருள் செல்கள் மின்சாரம் மற்றும் குடிநீரை உற்பத்தி செய்கின்றன.

அரிசி. 3.

அல்கலைன் எரிபொருள் செல்கள் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய பயன்படுத்தப்படும் மிகவும் திறமையான செல்கள் ஒன்றாகும், மின் உற்பத்தி திறன் 70% வரை அடையும்.

அல்கலைன் எரிபொருள் செல்கள் எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைட்டின் அக்வஸ் கரைசலாகும், இது நுண்ணிய, உறுதிப்படுத்தப்பட்ட மேட்ரிக்ஸில் உள்ளது. பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு செறிவு எரிபொருள் கலத்தின் இயக்க வெப்பநிலையைப் பொறுத்து மாறுபடும், இது 65 ° C முதல் 220 ° C வரை இருக்கும். SHTE இல் உள்ள சார்ஜ் கேரியர் ஹைட்ராக்சைல் அயனி (OH-) ஆகும், இது கேத்தோடிலிருந்து அனோடிற்கு நகரும், அங்கு அது ஹைட்ரஜனுடன் வினைபுரிந்து தண்ணீர் மற்றும் எலக்ட்ரான்களை உருவாக்குகிறது. அனோடில் உற்பத்தி செய்யப்படும் நீர் மீண்டும் கேத்தோடிற்கு நகர்கிறது, மீண்டும் அங்கு ஹைட்ராக்சில் அயனிகளை உருவாக்குகிறது. எரிபொருள் செல், மின்சாரம் மற்றும் ஒரு துணை உற்பத்தியாக வெப்பம் ஆகியவை இந்த தொடர் எதிர்வினைகளின் விளைவாக உருவாகின்றன:

எதிர்முனையில் எதிர்வினை: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

கேத்தோடில் எதிர்வினை: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

அமைப்பின் பொதுவான எதிர்வினை: 2H2 + O2 => 2H2O

SHTE இன் நன்மை என்னவென்றால், இந்த எரிபொருள் செல்கள் உற்பத்தி செய்வதற்கு மலிவானவை, ஏனெனில் மின்முனைகளில் தேவைப்படும் வினையூக்கி மற்ற எரிபொருள் கலங்களுக்கு வினையூக்கியாகப் பயன்படுத்தப்படுவதை விட மலிவான எந்தவொரு பொருளாகவும் இருக்கலாம். கூடுதலாக, SHTEகள் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்பநிலையில் செயல்படுகின்றன மற்றும் மிகவும் திறமையானவை.

ஒன்று சிறப்பியல்பு அம்சங்கள் SHTE - CO2 க்கு அதிக உணர்திறன், இது எரிபொருள் அல்லது காற்றில் இருக்கலாம். CO2 எலக்ட்ரோலைட்டுடன் வினைபுரிகிறது, விரைவாக அதை விஷமாக்குகிறது, மேலும் எரிபொருள் கலத்தின் செயல்திறனை வெகுவாகக் குறைக்கிறது. எனவே, SHTE இன் பயன்பாடு, ஸ்பேஸ் மற்றும் நீருக்கடியில் உள்ள வாகனங்கள் போன்ற மூடப்பட்ட இடங்களுக்கு மட்டுமே.

2. உருகிய கார்பனேட் எரிபொருள் செல்கள் (MCFC)

உருகிய கார்பனேட் எலக்ட்ரோலைட் கொண்ட எரிபொருள் செல்கள்உயர் வெப்பநிலை எரிபொருள் செல்கள். உயர் இயக்க வெப்பநிலை எரிபொருள் செயலி இல்லாமல் இயற்கை எரிவாயு மற்றும் குறைந்த எரிபொருள் கலோரிஃபிக் மதிப்பு கொண்ட எரிபொருள் எரிவாயு நேரடியாக பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது உற்பத்தி செயல்முறைகள்மற்றும் பிற ஆதாரங்களில் இருந்து. இந்த செயல்முறை இருபதாம் நூற்றாண்டின் 60 களின் நடுப்பகுதியில் உருவாக்கப்பட்டது. அப்போதிருந்து, உற்பத்தி தொழில்நுட்பம், செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மை ஆகியவை மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன.

அரிசி. 4.

RCFC இன் செயல்பாடு மற்ற எரிபொருள் கலங்களிலிருந்து வேறுபடுகிறது. இந்த செல்கள் உருகிய கார்பனேட் உப்புகளின் கலவையிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகின்றன. தற்போது, ​​இரண்டு வகையான கலவைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன: லித்தியம் கார்பனேட் மற்றும் பொட்டாசியம் கார்பனேட் அல்லது லித்தியம் கார்பனேட் மற்றும் சோடியம் கார்பனேட். கார்பனேட் உப்புகளை உருக மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டில் அதிக அளவு அயன் இயக்கத்தை அடைய, உருகிய கார்பனேட் எலக்ட்ரோலைட் கொண்ட எரிபொருள் செல்கள் செயல்படுகின்றன. உயர் வெப்பநிலை(650°C). செயல்திறன் 60-80% வரை மாறுபடும்.

650 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் சூடுபடுத்தப்படும் போது, ​​உப்புகள் கார்பனேட் அயனிகளுக்கு (CO32-) கடத்தியாக மாறும். இந்த அயனிகள் கேத்தோடிலிருந்து அனோடிற்குச் செல்கின்றன, அங்கு அவை ஹைட்ரஜனுடன் இணைந்து நீர், கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் இலவச எலக்ட்ரான்களை உருவாக்குகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற மின்சுற்று வழியாக மீண்டும் கேத்தோடிற்கு அனுப்பப்பட்டு, மின்சாரம் மற்றும் வெப்பத்தை ஒரு துணை தயாரிப்பாக உருவாக்குகிறது.

எதிர்முனையில் எதிர்வினை: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

கேத்தோடில் எதிர்வினை: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

தனிமத்தின் பொதுவான எதிர்வினை: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(கேத்தோடு) => H2O(g) + CO2(அனோட்)

உருகிய கார்பனேட் எலக்ட்ரோலைட் எரிபொருள் செல்களின் உயர் இயக்க வெப்பநிலை சில நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. நிலையான பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான திறன் (தாள் துருப்பிடிக்காத எஃகுமற்றும் மின்முனைகளில் நிக்கல் வினையூக்கி). அதிக அழுத்த நீராவியை உருவாக்க கழிவு வெப்பத்தை பயன்படுத்தலாம். எலக்ட்ரோலைட்டில் அதிக எதிர்வினை வெப்பநிலையும் அவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன. அதிக வெப்பநிலையின் பயன்பாடு உகந்த இயக்க நிலைமைகளை அடைய நீண்ட நேரம் தேவைப்படுகிறது, மேலும் ஆற்றல் நுகர்வு மாற்றங்களுக்கு கணினி மெதுவாக பதிலளிக்கிறது. இந்த பண்புகள் நிலையான சக்தி நிலைமைகளின் கீழ் உருகிய கார்பனேட் எலக்ட்ரோலைட்டுடன் எரிபொருள் செல் நிறுவல்களைப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கின்றன. அதிக வெப்பநிலை கார்பன் மோனாக்சைடு, "விஷம்" போன்றவற்றால் எரிபொருள் செல் சேதத்தைத் தடுக்கிறது.

உருகிய கார்பனேட் எலக்ட்ரோலைட் கொண்ட எரிபொருள் செல்கள் பெரிய நிலையான நிறுவல்களில் பயன்படுத்த ஏற்றது. 2.8 மெகாவாட் மின் உற்பத்தி திறன் கொண்ட அனல் மின் நிலையங்கள் வணிக ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. 100 மெகாவாட் வரையிலான மின் உற்பத்தி திறன் கொண்ட நிறுவல்கள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன.

3. பாஸ்போரிக் அமில எரிபொருள் செல்கள் (PAFC)

பாஸ்போரிக் (ஆர்த்தோபாஸ்போரிக்) அமிலத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட எரிபொருள் செல்கள்வணிக பயன்பாட்டிற்கான முதல் எரிபொருள் செல்கள் ஆனது. இந்த செயல்முறை இருபதாம் நூற்றாண்டின் 60 களின் நடுப்பகுதியில் உருவாக்கப்பட்டது, இருபதாம் நூற்றாண்டின் 70 களில் இருந்து சோதனைகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. இதன் விளைவாக ஸ்திரத்தன்மை மற்றும் செயல்திறன் அதிகரித்தது மற்றும் செலவு குறைந்தது.

அரிசி. 5.

பாஸ்போரிக் (ஆர்த்தோபாஸ்போரிக்) அமில எரிபொருள் செல்கள் 100% வரை செறிவுகளில் ஆர்த்தோபாஸ்போரிக் அமிலத்தின் (H3PO4) அடிப்படையிலான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்துகின்றன. ஆர்த்தோபாஸ்போரிக் அமிலத்தின் அயனி கடத்துத்திறன் குறைவாக உள்ளது குறைந்த வெப்பநிலைஎனவே, இந்த எரிபொருள் செல்கள் 150-220 ° C வரை வெப்பநிலையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

இந்த வகை எரிபொருள் செல்களில் சார்ஜ் கேரியர் ஹைட்ரஜன் (H+, புரோட்டான்) ஆகும். இதேபோன்ற செயல்முறை புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல்களில் (PEMFCs) நிகழ்கிறது, இதில் நேர்மின்முனைக்கு வழங்கப்படும் ஹைட்ரஜன் புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக பிரிக்கப்படுகிறது. புரோட்டான்கள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாக பயணித்து, கேத்தோடில் உள்ள காற்றில் இருந்து ஆக்ஸிஜனுடன் இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்குகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற மின்சுற்று வழியாக அனுப்பப்படுகின்றன, இதன் மூலம் மின்னோட்டத்தை உருவாக்குகிறது. மின்சாரம் மற்றும் வெப்பத்தை உருவாக்கும் எதிர்வினைகள் கீழே உள்ளன.

எதிர்முனையில் எதிர்வினை: 2H2 => 4H+ + 4e

கேத்தோடில் எதிர்வினை: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

தனிமத்தின் பொதுவான எதிர்வினை: 2H2 + O2 => 2H2O

மின் ஆற்றலை உருவாக்கும் போது பாஸ்போரிக் (ஆர்த்தோபாஸ்போரிக்) அமிலத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட எரிபொருள் செல்களின் செயல்திறன் 40% க்கும் அதிகமாக உள்ளது. வெப்பம் மற்றும் மின்சாரம் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைந்த உற்பத்தியுடன், ஒட்டுமொத்த செயல்திறன் சுமார் 85% ஆகும். கூடுதலாக, கொடுக்கப்பட்ட இயக்க வெப்பநிலை, கழிவு வெப்பம் தண்ணீரை சூடாக்கவும் மற்றும் வளிமண்டல அழுத்த நீராவியை உருவாக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

வெப்ப மற்றும் மின் ஆற்றலின் ஒருங்கிணைந்த உற்பத்தியில் பாஸ்போரிக் (ஆர்த்தோபாஸ்போரிக்) அமிலத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட எரிபொருள் செல்களைப் பயன்படுத்தி அனல் மின் நிலையங்களின் உயர் செயல்திறன் இந்த வகை எரிபொருள் கலங்களின் நன்மைகளில் ஒன்றாகும். அலகுகள் கார்பன் மோனாக்சைடை சுமார் 1.5% செறிவுடன் பயன்படுத்துகின்றன, இது எரிபொருளின் தேர்வை கணிசமாக விரிவுபடுத்துகிறது. எளிய வடிவமைப்பு, குறைந்த அளவு எலக்ட்ரோலைட் ஏற்ற இறக்கம் மற்றும் அதிகரித்த நிலைத்தன்மை ஆகியவை அத்தகைய எரிபொருள் கலங்களின் நன்மைகளாகும்.

400 kW வரையிலான மின் உற்பத்தி சக்தி கொண்ட வெப்ப மின் நிலையங்கள் வணிக ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. 11 மெகாவாட் திறன் கொண்ட நிறுவல்கள் பொருத்தமான சோதனைகளில் தேர்ச்சி பெற்றுள்ளன. 100 மெகாவாட் வரையிலான மின் உற்பத்தி திறன் கொண்ட நிறுவல்கள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன.

4. புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல்கள் (PEMFC)

புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல்கள்மிகவும் கருதப்படுகிறது சிறந்த வகைமின் உற்பத்திக்கான எரிபொருள் செல்கள் வாகனங்கள், இது பெட்ரோல் மற்றும் மாற்ற முடியும் டீசல் என்ஜின்கள்உள் எரிப்பு. இந்த எரிபொருள் செல்கள் முதலில் நாசாவால் ஜெமினி திட்டத்திற்காக பயன்படுத்தப்பட்டது. 1 W முதல் 2 kW வரையிலான சக்தியுடன் MOPFC அடிப்படையிலான நிறுவல்கள் உருவாக்கப்பட்டு நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளன.

அரிசி. 6.

இந்த எரிபொருள் கலங்களில் உள்ள எலக்ட்ரோலைட் ஒரு திட பாலிமர் சவ்வு (பிளாஸ்டிக் ஒரு மெல்லிய படம்). தண்ணீருடன் நிறைவுற்ற போது, ​​இந்த பாலிமர் புரோட்டான்களை கடந்து செல்ல அனுமதிக்கிறது ஆனால் எலக்ட்ரான்களை நடத்தாது.

எரிபொருள் ஹைட்ரஜன், மற்றும் சார்ஜ் கேரியர் ஒரு ஹைட்ரஜன் அயனி (புரோட்டான்) ஆகும். அனோடில், ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் அயனி (புரோட்டான்) மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக பிரிக்கப்படுகிறது. ஹைட்ரஜன் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாக கேத்தோடிற்கு செல்கின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற வட்டத்தைச் சுற்றி நகர்ந்து மின் ஆற்றலை உருவாக்குகின்றன. காற்றில் இருந்து எடுக்கப்படும் ஆக்ஸிஜன், கேத்தோடிற்கு வழங்கப்பட்டு, எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் ஹைட்ரஜன் அயனிகளுடன் இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்குகிறது. மின்முனைகளில் பின்வரும் எதிர்வினைகள் நிகழ்கின்றன: எதிர்முனையில் எதிர்வினை: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e கேத்தோடில் எதிர்வினை: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH ஒட்டுமொத்த செல் எதிர்வினை: 2H2 + O2 => 2H2O மற்ற வகைகளுடன் ஒப்பிடும்போது எரிபொருள் செல்கள், புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு கொண்ட எரிபொருள் செல்கள் கொடுக்கப்பட்ட அளவு அல்லது எரிபொருள் கலத்தின் எடைக்கு அதிக ஆற்றலை உற்பத்தி செய்கின்றன. இந்த அம்சம் அவர்கள் கச்சிதமான மற்றும் இலகுரக இருக்க அனுமதிக்கிறது. கூடுதலாக, இயக்க வெப்பநிலை 100 ° C க்கும் குறைவாக உள்ளது, இது விரைவாக செயல்பாட்டைத் தொடங்க உங்களை அனுமதிக்கிறது. இந்த குணாதிசயங்களும், ஆற்றல் வெளியீட்டை விரைவாக மாற்றும் திறனும், இந்த எரிபொருள் செல்களை வாகனங்களில் பயன்படுத்துவதற்கான பிரதான வேட்பாளராக மாற்றும் சில.

மற்றொரு நன்மை என்னவென்றால், எலக்ட்ரோலைட் ஒரு திரவத்தை விட திடமானது. திட எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தி கேத்தோடு மற்றும் அனோடில் வாயுக்களை வைத்திருப்பது எளிதானது, எனவே அத்தகைய எரிபொருள் செல்கள் உற்பத்தி செய்ய மலிவானவை. திடமான எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தும் போது நோக்குநிலை போன்ற எந்த சிரமங்களும் இல்லை குறைவான பிரச்சனைகள்அரிப்பு தோற்றத்தின் காரணமாக, உறுப்பு மற்றும் அதன் கூறுகளின் ஆயுள் அதிகரிக்கிறது.

அரிசி. 7.

5. திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்கள் (SOFC)

திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்கள்அதிக இயக்க வெப்பநிலை எரிபொருள் செல்கள். இயக்க வெப்பநிலை 600 ° C முதல் 1000 ° C வரை மாறுபடும், இது பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது பல்வேறு வகையானசிறப்பு இல்லாமல் எரிபொருள் முன் சிகிச்சை. இத்தகைய உயர் வெப்பநிலையைக் கையாள, எலக்ட்ரோலைட் ஒரு பீங்கான் அடித்தளத்தில் ஒரு மெல்லிய திட உலோக ஆக்சைடு ஆகும், பெரும்பாலும் யட்ரியம் மற்றும் சிர்கோனியம் ஆகியவற்றின் கலவையாகும், இது ஆக்ஸிஜன் அயனிகளின் கடத்தியாகும் (O2-). திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான தொழில்நுட்பம் இருபதாம் நூற்றாண்டின் 50 களின் பிற்பகுதியிலிருந்து வளர்ந்து வருகிறது மற்றும் இரண்டு கட்டமைப்புகளைக் கொண்டுள்ளது: சமதளம் மற்றும் குழாய்.

திட எலக்ட்ரோலைட் ஒரு மின்முனையிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு வாயுவை சீல் செய்யப்பட்ட மாற்றத்தை வழங்குகிறது, அதே நேரத்தில் திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகள் ஒரு நுண்ணிய அடி மூலக்கூறில் அமைந்துள்ளன. இந்த வகை எரிபொருள் செல்களில் சார்ஜ் கேரியர் ஆக்ஸிஜன் அயனி (O2-) ஆகும். கேத்தோடில், காற்றில் இருந்து ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறுகள் ஆக்ஸிஜன் அயனியாகவும் நான்கு எலக்ட்ரான்களாகவும் பிரிக்கப்படுகின்றன. ஆக்ஸிஜன் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாகச் சென்று ஹைட்ரஜனுடன் இணைந்து நான்கு இலவச எலக்ட்ரான்களை உருவாக்குகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற மின்சுற்று வழியாக அனுப்பப்படுகின்றன, மின்சாரம் மற்றும் கழிவு வெப்பத்தை உருவாக்குகின்றன.

அரிசி. 8.

எதிர்முனையில் எதிர்வினை: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

கேத்தோடில் எதிர்வினை: O2 + 4e- => 2O2-

தனிமத்தின் பொதுவான எதிர்வினை: 2H2 + O2 => 2H2O

மின் ஆற்றல் உற்பத்தியின் செயல்திறன் அனைத்து எரிபொருள் செல்களிலும் மிக உயர்ந்தது - சுமார் 60%. கூடுதலாக, உயர் இயக்க வெப்பநிலையானது உயர் அழுத்த நீராவியை உருவாக்க வெப்ப மற்றும் மின் ஆற்றலின் ஒருங்கிணைந்த உற்பத்தியை அனுமதிக்கிறது. ஒரு விசையாழியுடன் உயர் வெப்பநிலை எரிபொருள் கலத்தை இணைப்பதன் மூலம் 70% வரை மின் ஆற்றலை உருவாக்கும் திறனை அதிகரிக்க ஒரு கலப்பின எரிபொருள் கலத்தை உருவாக்க முடியும்.

திட ஆக்சைடு எரிபொருள் செல்கள் மிக அதிக வெப்பநிலையில் (600°C-1000°C) இயங்குகின்றன, இதன் விளைவாக உகந்த இயக்க நிலைமைகளை அடைய குறிப்பிடத்தக்க நேரம் தேவைப்படுகிறது மற்றும் ஆற்றல் நுகர்வு மாற்றங்களுக்கு கணினி மெதுவாக பதிலளிக்கிறது. இத்தகைய உயர் இயக்க வெப்பநிலையில், எரிபொருளிலிருந்து ஹைட்ரஜனை மீட்டெடுக்க எந்த மாற்றியும் தேவையில்லை, நிலக்கரி அல்லது கழிவு வாயுக்கள் போன்றவற்றின் வாயுவாக்கத்தின் விளைவாக ஏற்படும் ஒப்பீட்டளவில் தூய்மையற்ற எரிபொருட்களுடன் வெப்ப மின் நிலையம் செயல்பட அனுமதிக்கிறது. தொழில்துறை மற்றும் பெரிய மத்திய மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் உட்பட அதிக சக்தி பயன்பாடுகளுக்கு எரிபொருள் செல் சிறந்தது. 100 கிலோவாட் மின் உற்பத்தி திறன் கொண்ட தொகுதிகள் வணிக ரீதியாக உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன.

6. நேரடி மெத்தனால் ஆக்சிஜனேற்ற எரிபொருள் செல்கள் (DOMFC)

நேரடி மெத்தனால் ஆக்சிஜனேற்ற எரிபொருள் செல்கள்மொபைல் போன்கள், மடிக்கணினிகள் மற்றும் சிறிய ஆற்றல் மூலங்களை உருவாக்குவது போன்றவற்றில் அவை வெற்றிகரமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது போன்ற கூறுகளின் எதிர்கால பயன்பாட்டை நோக்கமாகக் கொண்டது.

மெத்தனாலின் நேரடி ஆக்சிஜனேற்றம் கொண்ட எரிபொருள் கலங்களின் வடிவமைப்பு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (MEPFC) கொண்ட எரிபொருள் கலங்களின் வடிவமைப்பைப் போன்றது, அதாவது. ஒரு பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டாகவும், ஹைட்ரஜன் அயன் (புரோட்டான்) சார்ஜ் கேரியராகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆனால் திரவ மெத்தனால் (CH3OH) அனோடில் உள்ள நீரின் முன்னிலையில் ஆக்சிஜனேற்றம் செய்து, CO2, ஹைட்ரஜன் அயனிகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களை வெளியிடுகிறது, அவை வெளிப்புற மின்சுற்று வழியாக அனுப்பப்பட்டு, அதன் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. ஹைட்ரஜன் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாகச் சென்று காற்றில் இருந்து ஆக்ஸிஜன் மற்றும் வெளிப்புற சுற்றுகளிலிருந்து எலக்ட்ரான்களுடன் வினைபுரிந்து அனோடில் தண்ணீரை உருவாக்குகின்றன.

எதிர்முனையில் எதிர்வினை: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e கேத்தோடில் எதிர்வினை: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O தனிமத்தின் பொதுவான எதிர்வினை: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O போன்றவற்றின் வளர்ச்சி எரிபொருள் செல்கள் இருபதாம் நூற்றாண்டின் 90 களின் தொடக்கத்தில் இருந்து மேற்கொள்ளப்பட்டன மற்றும் அவற்றின் குறிப்பிட்ட சக்தி மற்றும் செயல்திறன் 40% ஆக அதிகரிக்கப்பட்டது.

இந்த கூறுகள் 50-120 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலை வரம்பில் சோதிக்கப்பட்டன. அவற்றின் குறைந்த இயக்க வெப்பநிலை மற்றும் மாற்றியின் தேவை இல்லாததால், அத்தகைய எரிபொருள் செல்கள் மொபைல் போன்கள் மற்றும் பிற நுகர்வோர் தயாரிப்புகள் மற்றும் கார் எஞ்சின்களில் பயன்படுத்த ஒரு முதன்மை வேட்பாளர். அவற்றின் நன்மை சிறிய அளவும் கூட.

7. பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட் எரிபொருள் செல்கள் (PEFC)

பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட் எரிபொருள் செல்களைப் பொறுத்தவரை, பாலிமர் சவ்வு நீர் பகுதிகளுடன் பாலிமர் இழைகளைக் கொண்டுள்ளது, இதில் கடத்தும் நீர் அயனிகள் H2O+ (புரோட்டான், சிவப்பு) நீர் மூலக்கூறுடன் இணைகின்றன. மெதுவான அயனி பரிமாற்றம் காரணமாக நீர் மூலக்கூறுகள் சிக்கலை ஏற்படுத்துகின்றன. எனவே, எரிபொருள் மற்றும் அவுட்லெட் மின்முனைகள் ஆகிய இரண்டிலும் அதிக செறிவு நீர் தேவைப்படுகிறது, இது இயக்க வெப்பநிலையை 100 ° C ஆக கட்டுப்படுத்துகிறது.

8. திட அமில எரிபொருள் செல்கள் (SFC)

திட அமில எரிபொருள் கலங்களில், எலக்ட்ரோலைட் (CsHSO4) தண்ணீரைக் கொண்டிருக்கவில்லை. எனவே இயக்க வெப்பநிலை 100-300 டிகிரி செல்சியஸ் ஆகும். SO42 oxyanions சுழற்சியானது படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி புரோட்டான்களை (சிவப்பு) நகர்த்த அனுமதிக்கிறது. பொதுவாக, திட அமில எரிபொருள் செல் என்பது ஒரு சாண்ட்விச் ஆகும், இதில் திட அமில கலவையின் மிக மெல்லிய அடுக்கு இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் நன்றாக தொடர்பு கொள்ள இறுக்கமாக அழுத்தப்படுகிறது. சூடுபடுத்தும் போது கரிம கூறுஆவியாகிறது, மின்முனைகளில் உள்ள துளைகள் வழியாக வெளியேறுகிறது, எரிபொருள் (அல்லது உறுப்புகளின் மறுமுனையில் ஆக்ஸிஜன்), எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையில் பல தொடர்புகளின் திறனைப் பராமரிக்கிறது.

அரிசி. 9.

9. எரிபொருள் கலங்களின் மிக முக்கியமான பண்புகளின் ஒப்பீடு

அரிசி. 10.

10. கார்களில் எரிபொருள் செல்களைப் பயன்படுத்துதல்

அரிசி. 11.

அரிசி. 12.

சர் வில்லியம் குரோவ் மின்னாற்பகுப்பு பற்றி நிறைய அறிந்திருந்தார், எனவே அவர் செயல்முறை (நீரை அதன் கூறுகளான ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனாக அதன் வழியாக மின்சாரம் செலுத்துவதன் மூலம் பிரிக்கிறது) உருவாக்க முடியும் என்று அவர் கருதினார். தலைகீழ் வரிசை. காகிதத்தில் கணக்கீடுகளைச் செய்த பிறகு, அவர் சோதனை நிலைக்கு வந்து தனது யோசனைகளை நிரூபிக்க முடிந்தது. நிரூபிக்கப்பட்ட கருதுகோள் விஞ்ஞானிகள் லுட்விக் மோண்ட் மற்றும் அவரது உதவியாளர் சார்லஸ் லாங்ரே ஆகியோரால் உருவாக்கப்பட்டது, தொழில்நுட்பத்தை மேம்படுத்தியது மற்றும் 1889 ஆம் ஆண்டில், "எரிபொருள் செல்" என்ற இரண்டு வார்த்தைகளை உள்ளடக்கிய ஒரு பெயரைக் கொடுத்தது.

இப்போது இந்த சொற்றொடர் வாகன ஓட்டிகளின் அன்றாட வாழ்க்கையில் உறுதியாக நுழைந்துள்ளது. "எரிபொருள் செல்" என்ற வார்த்தையை நீங்கள் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட முறை கேள்விப்பட்டிருப்பீர்கள். இணையம் மற்றும் தொலைக்காட்சி செய்திகளில், புதுப்புது வார்த்தைகள் அதிகளவில் ஒளிர்கின்றன. அவை வழக்கமாக சமீபத்திய ஹைப்ரிட் கார்கள் அல்லது இந்த ஹைப்ரிட் கார்களுக்கான மேம்பாட்டுத் திட்டங்களைப் பற்றிய கதைகளைக் குறிப்பிடுகின்றன.

உதாரணமாக, 11 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு "ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் முன்முயற்சி" திட்டம் அமெரிக்காவில் தொடங்கப்பட்டது. 2020 ஆம் ஆண்டிற்குள் எரிபொருள் செல் வாகனங்களை நடைமுறை மற்றும் பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமானதாக மாற்றுவதற்கு தேவையான ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல் மற்றும் உள்கட்டமைப்பு தொழில்நுட்பங்களை மேம்படுத்துவதை இந்த திட்டம் நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. மூலம், இந்த நேரத்தில் $1 பில்லியனுக்கும் அதிகமான தொகை திட்டத்திற்காக ஒதுக்கப்பட்டது, இது அமெரிக்க அதிகாரிகள் செய்த ஒரு தீவிர பந்தயத்தை குறிக்கிறது.

கடலின் மறுபுறத்தில், கார் உற்பத்தியாளர்களும் தூங்கவில்லை, எரிபொருள் செல்கள் கொண்ட கார்கள் குறித்த ஆராய்ச்சியைத் தொடங்கினர் அல்லது தொடர்ந்தனர். , மற்றும் நம்பகமான எரிபொருள் செல் தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்குவதில் தொடர்ந்து பணியாற்றினார்.

அனைத்து உலக வாகன உற்பத்தியாளர்களிடையே இந்தத் துறையில் மிகப்பெரிய வெற்றியை இரண்டு ஜப்பானிய வாகன உற்பத்தியாளர்கள் அடைந்துள்ளனர். அவற்றின் எரிபொருள் செல் மாதிரிகள் ஏற்கனவே வெகுஜன உற்பத்தியில் நுழைந்துள்ளன, அதே நேரத்தில் அவற்றின் போட்டியாளர்கள் அவர்களுக்குப் பின்னால் உள்ளனர்.

எனவே, வாகனத் துறையில் எரிபொருள் செல்கள் இங்கே தங்கியிருக்கின்றன. தொழில்நுட்பத்தின் செயல்பாட்டுக் கொள்கைகள் மற்றும் நவீன கார்களில் அதன் பயன்பாடு ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொள்வோம்.

எரிபொருள் கலத்தின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை

சாராம்சத்தில், . தொழில்நுட்பக் கண்ணோட்டத்தில், ஒரு எரிபொருள் கலத்தை ஆற்றலை மாற்றுவதற்கான மின்வேதியியல் சாதனமாக வரையறுக்கலாம். இது ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் துகள்களை தண்ணீராக மாற்றுகிறது, செயல்பாட்டில் நேரடி மின்னோட்டத்தை உற்பத்தி செய்கிறது.

பல வகையான எரிபொருள் செல்கள் உள்ளன, சில ஏற்கனவே கார்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, மற்றவை ஆராய்ச்சி சோதனைகளுக்கு உட்பட்டுள்ளன. அவர்களில் பெரும்பாலோர் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை முக்கியமாகப் பயன்படுத்துகிறார்கள் இரசாயன கூறுகள்மாற்றத்திற்கு அவசியம்.

வழக்கமான பேட்டரியில் இதேபோன்ற செயல்முறை நிகழ்கிறது, ஒரே வித்தியாசம் என்னவென்றால், அது ஏற்கனவே தேவையான அனைத்தையும் கொண்டுள்ளது இரசாயனங்கள்ஆன்-போர்டு மாற்றத்திற்குத் தேவை, அதே நேரத்தில் எரிபொருள் கலத்தை வெளிப்புற மூலத்திலிருந்து "சார்ஜ்" செய்ய முடியும், இதனால் மின்சாரம் "உற்பத்தி செய்யும்" செயல்முறை தொடரும். நீராவி மற்றும் மின்சாரம் தவிர, செயல்முறையின் மற்றொரு துணை தயாரிப்பு வெப்பம் உருவாக்கப்படுகிறது.

ஒரு ஹைட்ரஜன்-ஆக்ஸிஜன் புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல் இரண்டு மின்முனைகளை பிரிக்கும் ஒரு புரோட்டான்-கடத்தும் பாலிமர் சவ்வைக் கொண்டுள்ளது, அனோட் மற்றும் கேத்தோடு. ஒவ்வொரு மின்முனையும் பொதுவாக ஒரு கார்பன் தகடு (மேட்ரிக்ஸ்) ஒரு வினையூக்கியுடன் பூசப்பட்டிருக்கும் - பிளாட்டினம் அல்லது பிளாட்டினம் குழு உலோகங்கள் மற்றும் பிற கலவைகளின் கலவையாகும்.

அனோட் வினையூக்கியில், மூலக்கூறு ஹைட்ரஜன் எலக்ட்ரான்களை பிரிக்கிறது மற்றும் இழக்கிறது. ஹைட்ரஜன் கேஷன்கள் சவ்வு வழியாக கேத்தோடிற்கு அனுப்பப்படுகின்றன, ஆனால் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்றுக்குள் கொடுக்கப்படுகின்றன, ஏனெனில் சவ்வு எலக்ட்ரான்களை கடந்து செல்ல அனுமதிக்காது.

கேத்தோடு வினையூக்கியில், ஒரு ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறு எலக்ட்ரானுடன் (வெளிப்புற தகவல்தொடர்புகளிலிருந்து வழங்கப்படுகிறது) மற்றும் உள்வரும் புரோட்டானுடன் இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்குகிறது, இது ஒரே எதிர்வினை தயாரிப்பு (நீராவி மற்றும்/அல்லது திரவ வடிவில்).

wikipedia.org

ஆட்டோமொபைல்களில் விண்ணப்பம்

அனைத்து வகையான எரிபொருள் செல்கள், வெளிப்படையாகவாகனங்களில் பயன்படுத்துவதற்கான சிறந்த வேட்பாளர்கள் புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வுகளின் அடிப்படையில் எரிபொருள் செல்களாக மாறியுள்ளனர் அல்லது மேற்கில் அழைக்கப்படும் பாலிமர் எக்ஸ்சேஞ்ச் மெம்பிரேன் எரிபொருள் செல் (PEMFC). இதற்கு முக்கிய காரணங்கள் அதன் அதிக சக்தி அடர்த்தி மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த இயக்க வெப்பநிலை ஆகும், இதன் பொருள் எரிபொருள் செல்களை செயல்பாட்டுக்கு கொண்டு வர அதிக நேரம் தேவையில்லை. அவை விரைவாக வெப்பமடைந்து உற்பத்தியைத் தொடங்கும் தேவையான அளவுமின்சாரம். எந்தவொரு எரிபொருள் கலத்தின் எளிமையான எதிர்வினைகளில் ஒன்றையும் இது பயன்படுத்துகிறது.

Mercedes-Benz NECAR1 (புதிய மின்சார கார் 1) அடிப்படையில் MB100 ஐ அறிமுகப்படுத்திய போது, ​​1994 ஆம் ஆண்டு இந்தத் தொழில்நுட்பத்துடன் கூடிய முதல் வாகனம் மீண்டும் தயாரிக்கப்பட்டது. குறைந்த ஆற்றல் வெளியீடு (50 கிலோவாட் மட்டுமே) தவிர, இந்த கருத்தின் மிகப்பெரிய குறைபாடு என்னவென்றால், எரிபொருள் செல் வேனின் சரக்கு பகுதியின் முழு அளவையும் எடுத்துக் கொண்டது.

மேலும், ஒரு செயலற்ற பாதுகாப்பு கண்ணோட்டத்தில், இது வெகுஜன உற்பத்திக்கு ஒரு பயங்கரமான யோசனையாக இருந்தது, அழுத்தத்தின் கீழ் எரியக்கூடிய ஹைட்ரஜன் நிரப்பப்பட்ட ஒரு பெரிய தொட்டியை நிறுவ வேண்டிய அவசியத்தை அளித்தது.

அடுத்த தசாப்தத்தில் தொழில்நுட்பம் வளர்ந்தது மற்றும் மெர்சிடிஸின் கடைசி எரிபொருள் செல் கருத்துருக்களில் ஒன்று 115 ஹெச்பி ஆற்றலைக் கொண்டிருந்தது. (85 kW) மற்றும் எரிபொருள் நிரப்புவதற்கு முன் சுமார் 400 கிலோமீட்டர் தூரம். நிச்சயமாக, எதிர்கால எரிபொருள் செல்களை உருவாக்குவதில் ஜேர்மனியர்கள் மட்டுமே முன்னோடிகளாக இருக்கவில்லை. இரண்டு ஜப்பானியர்கள், டொயோட்டா மற்றும் . ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல்கள் மூலம் இயங்கும் ஒரு உற்பத்தி காரை அறிமுகப்படுத்திய ஹோண்டா மிகப்பெரிய ஆட்டோமோட்டிவ் பிளேயர்களில் ஒன்றாகும். யுனைடெட் ஸ்டேட்ஸில் FCX கிளாரிட்டியின் குத்தகை விற்பனை 2008 கோடையில் தொடங்கியது, காரின் விற்பனை ஜப்பானுக்கு மாற்றப்பட்டது.

டொயோட்டா Mirai உடன் மேலும் முன்னேறியுள்ளது, அதன் மேம்பட்ட ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல் அமைப்பு, ஒரு வழக்கமான தொட்டியைப் போலவே, ஐந்து நிமிடங்களுக்குள் நிரப்பக்கூடிய ஒரு தொட்டியில் 520 கிமீ வரம்பை எதிர்கால காருக்கு வழங்கும் திறன் கொண்டது. எரிபொருள் நுகர்வு புள்ளிவிவரங்கள் எந்த சந்தேகத்தையும் பிரமிக்க வைக்கும், அவை ஒரு உன்னதமான மின் உற்பத்தி நிலையத்துடன் கூடிய காருக்கு கூட, நகரத்தில், நெடுஞ்சாலையில் அல்லது ஒருங்கிணைந்த சுழற்சியில் கார் பயன்படுத்தப்படும் நிலைமைகளைப் பொருட்படுத்தாமல் 3.5 லிட்டர் பயன்படுத்துகிறது.

எட்டு வருடங்கள் ஓடிவிட்டன. ஹோண்டா இந்த நேரத்தை நல்ல முறையில் பயன்படுத்தியது. இரண்டாம் தலைமுறை ஹோண்டா எஃப்சிஎக்ஸ் கிளாரிட்டி இப்போது விற்பனைக்கு வந்துள்ளது. அதன் எரிபொருள் செல் பேட்டரிகள் முதல் மாடலை விட 33% அதிக கச்சிதமானவை, மேலும் ஆற்றல் அடர்த்தி 60% அதிகரித்துள்ளது. கிளாரிட்டி ஃப்யூயல் செல்லில் உள்ள ஃப்யூல் செல் மற்றும் ஒருங்கிணைந்த பவர் ட்ரெய்ன் ஆகியவை V6 இன்ஜினுடன் ஒப்பிடத்தக்கவை, ஐந்து பயணிகள் மற்றும் அவர்களின் லக்கேஜ்களுக்கு போதுமான உட்புற இடத்தை விட்டுச்செல்கின்றன என்று ஹோண்டா கூறுகிறது.

மதிப்பிடப்பட்ட வரம்பு 500 கிமீ ஆகும், மேலும் புதிய தயாரிப்பின் ஆரம்ப விலை $60,000 ஆக நிர்ணயிக்கப்பட வேண்டும். விலை உயர்ந்ததா? மாறாக, இது மிகவும் மலிவானது. 2000 ஆம் ஆண்டின் தொடக்கத்தில், இதே போன்ற தொழில்நுட்பங்களைக் கொண்ட கார்களின் விலை $100,000.

எரிபொருள் செல்
எலக்ட்ரோகெமிக்கல் ஜெனரேட்டர், இரசாயன ஆற்றலை நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றும் சாதனம். மின்சார பேட்டரிகளில் இதுவே நடந்தாலும், எரிபொருள் செல்கள் இரண்டு முக்கிய வேறுபாடுகளைக் கொண்டுள்ளன: 1) எரிபொருள் மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்றம் வெளிப்புற மூலத்திலிருந்து வழங்கப்படும் வரை அவை செயல்படும்; 2) இரசாயன கலவைசெயல்பாட்டின் போது எலக்ட்ரோலைட் மாறாது, அதாவது. எரிபொருள் செல் ரீசார்ஜ் செய்ய தேவையில்லை.
மேலும் பார்க்கவும்பேட்டரி சப்ளை.
செயல்பாட்டுக் கொள்கை.எரிபொருள் செல் (படம். 1) எலக்ட்ரோலைட்டால் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு மின்முனைகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் ஒரு மின்முனைக்கு எரிபொருளை வழங்குவதற்கான அமைப்புகள் மற்றும் மற்றொன்று ஆக்ஸிஜனேற்றம், அத்துடன் எதிர்வினை தயாரிப்புகளை அகற்றுவதற்கான அமைப்பு. பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், ஒரு இரசாயன எதிர்வினையை விரைவுபடுத்த வினையூக்கிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வெளி மின்சுற்றுஎரிபொருள் செல் மின்சாரத்தை பயன்படுத்தும் ஒரு சுமையுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது.

படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள ஒன்றில். ஒரு அமில எலக்ட்ரோலைட் கொண்ட எரிபொருள் கலத்தில், ஹைட்ரஜன் ஒரு வெற்று அனோட் மூலம் செலுத்தப்படுகிறது மற்றும் எலக்ட்ரோட் பொருளில் உள்ள மிக நுண்ணிய துளைகள் மூலம் எலக்ட்ரோலைட்டுக்குள் நுழைகிறது. இந்த வழக்கில், ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகள் அணுக்களாக சிதைகின்றன, அவை வேதியியல் உறிஞ்சுதலின் விளைவாக, ஒவ்வொன்றும் ஒரு எலக்ட்ரானைக் கொடுத்து, நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளாக மாறும். இந்த செயல்முறையை பின்வரும் சமன்பாடுகளால் விவரிக்கலாம்:

ஹைட்ரஜன் அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் மூலம் பரவுகின்றன நேர்மறை பக்கத்தில்உறுப்பு. கேத்தோடிற்கு வழங்கப்படும் ஆக்ஸிஜன் எலக்ட்ரோலைட்டுக்குள் செல்கிறது மற்றும் ஒரு வினையூக்கியின் பங்கேற்புடன் மின்முனையின் மேற்பரப்பில் வினைபுரிகிறது.

இது வெளிப்புற சுற்றுகளில் இருந்து வரும் ஹைட்ரஜன் அயனிகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களுடன் இணைந்தால், நீர் உருவாகிறது:

அல்கலைன் எலக்ட்ரோலைட் (பொதுவாக செறிவூட்டப்பட்ட சோடியம் அல்லது பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடுகள்) கொண்ட எரிபொருள் செல்கள் இதேபோன்ற இரசாயன எதிர்வினைகளுக்கு உட்படுகின்றன. ஹைட்ரஜன் அனோட் வழியாக செல்கிறது மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டில் இருக்கும் ஹைட்ராக்சில் அயனிகளுடன் (OH-) வினையூக்கியின் முன்னிலையில் வினைபுரிந்து தண்ணீரையும் எலக்ட்ரானையும் உருவாக்குகிறது:

எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அயனிகளின் ஓட்டம் எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள சார்ஜ் மற்றும் பொருளின் சமநிலையை பராமரிக்கிறது. எதிர்வினையின் விளைவாக உருவாகும் நீர் எலக்ட்ரோலைட்டை ஓரளவு நீர்த்துப்போகச் செய்கிறது. எந்த எரிபொருள் கலத்திலும், இரசாயன எதிர்வினையின் சில ஆற்றல் வெப்பமாக மாற்றப்படுகிறது. வெளிப்புற சுற்றுகளில் எலக்ட்ரான்களின் ஓட்டம் வேலை செய்யப் பயன்படும் நேரடி மின்னோட்டமாகும். எரிபொருள் கலங்களில் உள்ள பெரும்பாலான எதிர்வினைகள் சுமார் 1 V இன் emf ஐ வழங்குகின்றன. சுற்று திறப்பது அல்லது அயனிகளின் இயக்கத்தை நிறுத்துவது எரிபொருள் செல் செயல்படுவதை நிறுத்துகிறது. ஹைட்ரஜன்-ஆக்ஸிஜன் எரிபொருள் கலத்தில் நிகழும் செயல்முறையானது நன்கு அறியப்பட்ட மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறையின் தலைகீழ் இயல்பு ஆகும், இதில் மின்சாரம் எலக்ட்ரோலைட் வழியாக செல்லும் போது நீர் பிரிகிறது. உண்மையில், சில வகையான எரிபொருள் செல்களில் செயல்முறையை மாற்றியமைக்க முடியும் - மின்முனைகளுக்கு மின்னழுத்தத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், தண்ணீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனாக சிதைக்க முடியும், இது மின்முனைகளில் சேகரிக்கப்படலாம். நீங்கள் கலத்தை சார்ஜ் செய்வதை நிறுத்திவிட்டு, அதனுடன் ஒரு சுமையை இணைத்தால், அத்தகைய மீளுருவாக்கம் எரிபொருள் செல் உடனடியாக அதன் இயல்பான பயன்முறையில் செயல்படத் தொடங்கும். கோட்பாட்டளவில், எரிபொருள் கலத்தின் பரிமாணங்கள் விரும்பிய அளவுக்கு பெரியதாக இருக்கலாம். இருப்பினும், நடைமுறையில், பல செல்கள் சிறிய தொகுதிகள் அல்லது பேட்டரிகளாக இணைக்கப்படுகின்றன, அவை தொடரில் அல்லது இணையாக இணைக்கப்படுகின்றன.
எரிபொருள் செல்கள் வகைகள்.பல்வேறு வகையான எரிபொருள் செல்கள் உள்ளன. உதாரணமாக, பயன்படுத்தப்படும் எரிபொருள், இயக்க அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை மற்றும் பயன்பாட்டின் தன்மை ஆகியவற்றால் அவற்றை வகைப்படுத்தலாம்.
ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் செல்கள்.மேலே விவரிக்கப்பட்ட இந்த வழக்கமான கலத்தில், ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் மைக்ரோபோரஸ் கார்பன் அல்லது உலோக மின்முனைகள் மூலம் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு மாற்றப்படுகின்றன. அதிக அடர்த்திமின்னோட்டம் உயர்ந்த வெப்பநிலையில் (சுமார் 250 ° C) இயங்கும் உறுப்புகளில் அடையப்படுகிறது உயர் இரத்த அழுத்தம். இயற்கை எரிவாயு அல்லது பெட்ரோலியப் பொருட்கள் போன்ற ஹைட்ரோகார்பன் எரிபொருட்களை செயலாக்குவதன் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜன் எரிபொருளைப் பயன்படுத்தும் செல்கள் மிகவும் பரவலான வணிகப் பயன்பாட்டைக் காண வாய்ப்புள்ளது. அதிக எண்ணிக்கையிலான கூறுகளை இணைப்பதன் மூலம், நீங்கள் சக்திவாய்ந்த ஆற்றல் அமைப்புகளை உருவாக்கலாம். இந்த நிறுவல்களில், உறுப்புகளால் உருவாக்கப்பட்ட நேரடி மின்னோட்டமானது மாற்று மின்னோட்டமாக மாற்றப்படுகிறது நிலையான அளவுருக்கள். சாதாரண வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தங்களில் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனில் செயல்படும் திறன் கொண்ட ஒரு புதிய வகை தனிமங்கள் அயனி-பரிமாற்ற சவ்வுகளுடன் கூடிய தனிமங்களாகும் (படம் 2). இந்த செல்களில், ஒரு திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு பதிலாக, ஒரு பாலிமர் சவ்வு மின்முனைகளுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளது, இதன் மூலம் அயனிகள் சுதந்திரமாக செல்கின்றன. அத்தகைய உறுப்புகளில், ஆக்ஸிஜனுடன் காற்றையும் பயன்படுத்தலாம். கலத்தின் செயல்பாட்டின் போது உருவாகும் நீர் திட எலக்ட்ரோலைட்டைக் கரைக்காது மற்றும் எளிதாக அகற்றலாம்.

கோலியர் என்சைக்ளோபீடியா. - திறந்த சமூகம். 2000 .

பிற அகராதிகளில் "எரிபொருள் செல்" என்ன என்பதைக் காண்க:

எரிபொருளின் ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றலை நேரடியாக மின் ஆற்றலாக மாற்றுவதற்கு FUEL CELL, Electrochemical CELL. பொருத்தமாக வடிவமைக்கப்பட்ட மின்முனைகள் ELECTROLYTE இல் மூழ்கி எரிபொருள் (எ.கா. ஹைட்ரஜன்) ஒன்றுக்கு வழங்கப்படுகிறது... அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப கலைக்களஞ்சிய அகராதி

ஒரு கால்வனிக் செல், இதில் ரெடாக்ஸ் வினையானது சிறப்பு நீர்த்தேக்கங்களிலிருந்து வினைப்பொருட்களின் (ஹைட்ரஜன் போன்ற எரிபொருள் மற்றும் ஆக்ஸிஜனேற்ற முகவர் போன்ற ஆக்ஸிஜன்) தொடர்ச்சியான விநியோகத்தால் பராமரிக்கப்படுகிறது. மிக முக்கியமானது கூறு… … பெரிய கலைக்களஞ்சிய அகராதி

எரிபொருள் செல்- வெளியில் இருந்து மின்முனைகளுக்கு தொடர்ந்து வழங்கப்படும் செயலில் உள்ள பொருட்களுக்கு இடையேயான மின் வேதியியல் எதிர்வினைகள் மூலம் மின் ஆற்றல் உருவாக்கப்படும் ஒரு முதன்மை உறுப்பு. [GOST 15596 82] இரசாயன ஆற்றலை மாற்றக்கூடிய EN எரிபொருள் செல் செல்... ... தொழில்நுட்ப மொழிபெயர்ப்பாளர் வழிகாட்டி

நேரடி மெத்தனால் எரிபொருள் செல் எரிபொருள் செல் என்பது ஒரு மின்வேதியியல் சாதனமாகும், ஆனால் அது கால்வனிக் கலத்திலிருந்து வேறுபட்டது... விக்கிபீடியா

எரிபொருள் கலத்தில் இரசாயன செயல்முறைகள்

ஹைட்ரஜனை காற்றில் இருந்து பெறப்படும் ஆக்ஸிஜனுடன் இணைக்க எரிபொருள் செல்கள் ஒரு மின்வேதியியல் செயல்முறையைப் பயன்படுத்துகின்றன. உள்ளபடி பேட்டரிகள்எரிபொருள் செல்கள் எலக்ட்ரோலைட்டில் (ஒரு மின்சார கடத்தும் ஊடகம்) மின்முனைகளை (திட மின் கடத்திகள்) பயன்படுத்துகின்றன. ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகள் எதிர்மறை மின்முனையுடன் (அனோட்) தொடர்பு கொள்ளும்போது, ​​பிந்தையவை புரோட்டான்கள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களாக பிரிக்கப்படுகின்றன. புரோட்டான்கள் ஒரு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (POEM) வழியாக எரிபொருள் மின்கலத்தின் நேர்மறை மின்முனைக்கு (கத்தோட்) சென்று மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன. ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறுகளின் ஒரு வேதியியல் கலவையானது இந்த எதிர்வினையின் துணை உற்பத்தியாக தண்ணீரை உருவாக்குகிறது. எரிபொருள் கலத்திலிருந்து வெளிப்படும் ஒரே வகை நீராவி.
எரிபொருள் செல்கள் மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் மின்சாரம் ஒரு வாகனத்தின் மின்சார பவர் ட்ரெய்னில் பயன்படுத்தப்படலாம் (மின் சக்தி மாற்றி மற்றும் ஒத்திசைவற்ற மோட்டார்மாற்று மின்னோட்டம்) வாகனத்தை ஓட்டுவதற்கு இயந்திர ஆற்றலை உருவாக்குகிறது. எரிபொருள் மின்கலங்களால் உற்பத்தி செய்யப்படும் நேரடி மின்னோட்டத்தை வாகனத்தின் இழுவை மோட்டாரை இயக்கும் மாற்று மின்னோட்டமாக மாற்றுவதே மின்சார ஆற்றல் மாற்றியின் வேலை.

புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு கொண்ட எரிபொருள் கலத்தின் வரைபடம்:
1 - அனோட்;
2 - புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (PEM);
3 - வினையூக்கி (சிவப்பு);
4 - கேத்தோடு

புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு எரிபொருள் செல் (PEMFC) எந்தவொரு எரிபொருள் கலத்தின் எளிய எதிர்வினைகளில் ஒன்றைப் பயன்படுத்துகிறது.

ஒற்றை செல் எரிபொருள் செல்

எரிபொருள் செல் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பதைப் பார்ப்போம். எரிபொருள் கலத்தின் எதிர்மறை முனையமான அனோட், ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகளிலிருந்து விடுவிக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான்களை நடத்துகிறது, இதனால் அவை வெளிப்புற மின்சுற்றில் பயன்படுத்தப்படலாம். இதைச் செய்ய, சேனல்கள் அதில் பொறிக்கப்பட்டுள்ளன, வினையூக்கியின் முழு மேற்பரப்பிலும் ஹைட்ரஜனை சமமாக விநியோகிக்கின்றன. கேத்தோடில் (எரிபொருள் கலத்தின் நேர்மறை துருவம்) வினையூக்கியின் மேற்பரப்பு முழுவதும் ஆக்ஸிஜனை விநியோகிக்கும் பொறிக்கப்பட்ட சேனல்களைக் கொண்டுள்ளது. இது எலக்ட்ரான்களை வெளிப்புற வளையத்திலிருந்து (சுற்று) வினையூக்கிக்கு மீண்டும் நடத்துகிறது, அங்கு அவை ஹைட்ரஜன் அயனிகள் மற்றும் ஆக்ஸிஜனுடன் இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்க முடியும். எலக்ட்ரோலைட் என்பது புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு. இது ஒரு சிறப்புப் பொருளாகும், இது சாதாரண பிளாஸ்டிக்கைப் போன்றது, ஆனால் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அயனிகளை கடந்து எலக்ட்ரான்களின் பத்தியைத் தடுக்கும் திறனைக் கொண்டுள்ளது.
ஒரு வினையூக்கி என்பது ஆக்ஸிஜனுக்கும் ஹைட்ரஜனுக்கும் இடையிலான எதிர்வினையை எளிதாக்கும் ஒரு சிறப்புப் பொருள். வினையூக்கி பொதுவாக பிளாட்டினம் தூளில் இருந்து கார்பன் காகிதம் அல்லது துணியில் மிக மெல்லிய அடுக்கில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. வினையூக்கி கரடுமுரடான மற்றும் நுண்துளைகளாக இருக்க வேண்டும், இதனால் அதன் மேற்பரப்பு ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனுடன் அதிகபட்ச தொடர்புக்கு வர முடியும். வினையூக்கியின் பிளாட்டினம் பூசப்பட்ட பக்கமானது புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (PEM) முன் உள்ளது.
ஹைட்ரஜன் வாயு (H2) அனோடில் இருந்து அழுத்தத்தின் கீழ் எரிபொருள் கலத்திற்கு வழங்கப்படுகிறது. ஒரு H2 மூலக்கூறு வினையூக்கியில் பிளாட்டினத்துடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, ​​அது இரண்டு அயனிகள் (H+) மற்றும் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் (e–) என இரண்டு பகுதிகளாகப் பிரிகிறது. எலக்ட்ரான்கள் அனோட் வழியாக நடத்தப்படுகின்றன, அங்கு அவை வெளிப்புற சுழற்சியின் (சுற்று) வழியாக பயனுள்ள வேலைகளைச் செய்கின்றன (மின்சார மோட்டாரை ஓட்டுவது போன்றவை) மற்றும் எரிபொருள் கலத்தின் கேத்தோடு பக்கத்தில் திரும்பும்.
இதற்கிடையில், எரிபொருள் கலத்தின் கேத்தோடு பக்கத்தில், ஆக்ஸிஜன் வாயு (O 2 ) வினையூக்கியின் மூலம் கட்டாயப்படுத்தப்படுகிறது, அங்கு அது இரண்டு ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை உருவாக்குகிறது. இந்த அணுக்கள் ஒவ்வொன்றும் வலுவான எதிர்மறை மின்னூட்டத்தைக் கொண்டுள்ளன, இது சவ்வு முழுவதும் இரண்டு H+ அயனிகளை ஈர்க்கிறது, அங்கு அவை ஒரு ஆக்ஸிஜன் அணு மற்றும் வெளிப்புற சுற்றுகளில் இருந்து இரண்டு எலக்ட்ரான்களுடன் இணைந்து நீர் மூலக்கூறை (H 2 O) உருவாக்குகின்றன.
ஒரு எரிபொருள் கலத்தில் இந்த எதிர்வினை தோராயமாக 0.7 W சக்தியை உருவாக்குகிறது. தேவையான அளவிற்கு சக்தியை உயர்த்த, பல தனிப்பட்ட எரிபொருள் செல்களை ஒன்றிணைத்து ஒரு எரிபொருள் செல் அடுக்கை உருவாக்க வேண்டும்.
POM எரிபொருள் செல்கள் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்பநிலையில் (சுமார் 80 ° C) இயங்குகின்றன, அதாவது அவை விரைவாக இயக்க வெப்பநிலைக்கு கொண்டு வரப்படலாம் மற்றும் விலையுயர்ந்த குளிரூட்டும் அமைப்புகள் தேவையில்லை. இந்த செல்களில் பயன்படுத்தப்படும் தொழில்நுட்பம் மற்றும் பொருட்களின் தொடர்ச்சியான மேம்பாடுகள், காரின் டிரங்கின் ஒரு சிறிய பகுதியை ஆக்கிரமித்துள்ள அத்தகைய எரிபொருள் செல்களின் பேட்டரி, காரை ஓட்டுவதற்குத் தேவையான ஆற்றலை வழங்கும் இடத்திற்கு அவற்றின் சக்தியை நெருக்கமாக கொண்டு வந்துள்ளது.
கடந்த ஆண்டுகளில், உலகின் முன்னணி ஆட்டோமொபைல் உற்பத்தியாளர்கள் எரிபொருள் செல்களைப் பயன்படுத்தும் வாகன வடிவமைப்புகளை உருவாக்குவதில் அதிக முதலீடு செய்து வருகின்றனர். பலர் ஏற்கனவே எரிபொருள் செல் வாகனங்களை திருப்திகரமான சக்தி மற்றும் செயல்திறன் பண்புகளுடன் நிரூபித்துள்ளனர், இருப்பினும் அவை மிகவும் விலை உயர்ந்தவை.
அத்தகைய கார்களின் வடிவமைப்புகளை மேம்படுத்துவது மிகவும் தீவிரமாக நடக்கிறது.

எரிபொருள் செல் வாகனம் வாகனத்தின் தரையின் கீழ் அமைந்துள்ள மின் உற்பத்தி நிலையத்தைப் பயன்படுத்துகிறது

NECAR V ஆனது ஒரு Mercedes-Benz A-வகுப்பு காரை அடிப்படையாகக் கொண்டது, முழு மின் உற்பத்தி நிலையமும், எரிபொருள் கலங்களுடன் காரின் தரையின் கீழ் அமைந்துள்ளது. இது ஆக்கபூர்வமான தீர்வுநான்கு பயணிகள் மற்றும் சாமான்களை காரில் தங்க வைக்க உதவுகிறது. இங்கே, ஹைட்ரஜன் அல்ல, ஆனால் மெத்தனால் காருக்கு எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மெத்தனால், ஒரு சீர்திருத்தத்தை (மெத்தனாலை ஹைட்ரஜனாக மாற்றும் ஒரு சாதனம்) பயன்படுத்தி, எரிபொருள் கலத்தை இயக்க தேவையான ஹைட்ரஜனாக மாற்றப்படுகிறது. ஒரு காரில் சீர்திருத்தவாதியைப் பயன்படுத்துவது கிட்டத்தட்ட எந்த ஹைட்ரோகார்பன்களையும் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்குகிறது, இது தற்போதுள்ள எரிவாயு நிலையங்களின் நெட்வொர்க்கைப் பயன்படுத்தி எரிபொருள் செல் காருக்கு எரிபொருள் நிரப்ப அனுமதிக்கிறது. கோட்பாட்டில், எரிபொருள் செல்கள் மின்சாரம் மற்றும் தண்ணீரைத் தவிர வேறு எதையும் உற்பத்தி செய்யாது. எரிபொருளை (பெட்ரோல் அல்லது மெத்தனால்) எரிபொருள் கலத்திற்குத் தேவையான ஹைட்ரஜனாக மாற்றுவது அத்தகைய காரின் சுற்றுச்சூழல் கவர்ச்சியை ஓரளவு குறைக்கிறது.
1989 ஆம் ஆண்டு முதல் எரிபொருள் கலங்களில் ஈடுபட்டுள்ள ஹோண்டா, 2003 ஆம் ஆண்டில் பல்லார்ட் சவ்வு-வகை புரோட்டான் பரிமாற்ற எரிபொருள் செல்கள் மூலம் ஹோண்டா எஃப்சிஎக்ஸ்-வி4 வாகனங்களின் சிறிய தொகுதியை உருவாக்கியது. இந்த எரிபொருள் செல்கள் 78 kW உற்பத்தி செய்கின்றன மின்சார சக்தி, மற்றும் டிரைவ் சக்கரங்களை ஓட்டுவதற்கு, 60 kW ஆற்றல் மற்றும் 272 N m முறுக்கு கொண்ட இழுவை மின்சார மோட்டார்கள், ஒரு காருடன் ஒப்பிடும்போது பயன்படுத்தப்படுகின்றன பாரம்பரிய திட்டம், தோராயமாக 40% குறைவான நிறை கொண்டது, இது சிறந்த இயக்கவியலை வழங்குகிறது, மேலும் சுருக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜனின் இருப்பு அதை 355 கிமீ வரை இயக்க அனுமதிக்கிறது.

ஹோண்டா எஃப்சிஎக்ஸ் வாகனம் ஓட்டுவதற்கு எரிபொருள் செல்கள் மூலம் உருவாக்கப்பட்ட மின்சார ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது.
அமெரிக்காவில் அரசாங்க சான்றிதழைப் பெற்ற உலகின் முதல் எரிபொருள் செல் வாகனம் ஹோண்டா எஃப்சிஎக்ஸ் ஆகும். கார் ZEV தரநிலைகளின்படி சான்றளிக்கப்பட்டது - ஜீரோ எமிஷன் வாகனம் (பூஜ்ஜிய மாசு வாகனம்). ஹோண்டா இந்த கார்களை இன்னும் விற்கப் போவதில்லை, ஆனால் ஒரு யூனிட்டுக்கு சுமார் 30 கார்களை குத்தகைக்கு விட உள்ளது. கலிபோர்னியா மற்றும் டோக்கியோவில், ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் நிரப்பும் உள்கட்டமைப்பு ஏற்கனவே உள்ளது.

ஜெனரல் மோட்டார்ஸின் ஹை வயர் கான்செப்ட் வாகனத்தில் எரிபொருள் செல் பவர்டிரெய்ன் உள்ளது

ஜெனரல் மோட்டார்ஸ் எரிபொருள் செல் வாகனங்களின் வளர்ச்சி மற்றும் உருவாக்கம் குறித்து விரிவான ஆய்வுகளை மேற்கொண்டு வருகிறது.

ஹை வயர் கார் சேஸ்

GM Hy Wire கான்செப்ட் கார் 26 காப்புரிமைகள் வழங்கப்பட்டது. காரின் அடிப்படையானது 150 மிமீ தடிமன் கொண்ட ஒரு செயல்பாட்டு தளமாகும். மேடையின் உள்ளே ஹைட்ரஜன் சிலிண்டர்கள், எரிபொருள் செல் மின் நிலையம் மற்றும் வாகனக் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன சமீபத்திய தொழில்நுட்பங்கள் மின்னணு கட்டுப்பாடுகம்பி மூலம். ஹை வயர் வாகனத்தின் சேஸ் என்பது வாகனத்தின் அனைத்து முக்கிய கட்டமைப்பு கூறுகளையும் உள்ளடக்கிய ஒரு மெல்லிய தளமாகும்: ஹைட்ரஜன் தொட்டிகள், எரிபொருள் செல்கள், பேட்டரிகள், மின்சார மோட்டார்கள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள். வடிவமைப்பிற்கான இந்த அணுகுமுறை செயல்பாட்டின் போது கார் உடல்களை மாற்றுவதை சாத்தியமாக்குகிறது, மேலும் நிறுவனம் ஓப்பல் எரிபொருள் செல் கார்களின் முன்மாதிரியை சோதித்து வருகிறது மற்றும் எரிபொருள் செல்கள் உற்பத்திக்காக ஒரு ஆலையை வடிவமைத்து வருகிறது.

"பாதுகாப்பான" திரவமாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் தொட்டியின் வடிவமைப்பு:
1 - நிரப்புதல் சாதனம்;
2 - வெளிப்புற தொட்டி;
3 - ஆதரிக்கிறது;
4 - நிலை சென்சார்;
5 - உள் தொட்டி;
6 - நிரப்புதல் வரி;
7 - காப்பு மற்றும் வெற்றிடம்;
8 - ஹீட்டர்;
9 - பெருகிவரும் பெட்டி

கார்களுக்கு ஹைட்ரஜனை எரிபொருளாகப் பயன்படுத்துவதில் உள்ள பிரச்சனையில் BMW அதிக கவனம் செலுத்துகிறது. விண்வெளி ஆய்வில் திரவமாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜனைப் பயன்படுத்துவதில் புகழ்பெற்ற மேக்னா ஸ்டீயருடன் இணைந்து, BMW கார்களில் பயன்படுத்தக்கூடிய திரவமாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜனுக்கான எரிபொருள் தொட்டியை உருவாக்கியுள்ளது.

திரவ ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் தொட்டியைப் பயன்படுத்துவதன் பாதுகாப்பை சோதனைகள் உறுதிப்படுத்தியுள்ளன

நிறுவனம் நிலையான முறைகளைப் பயன்படுத்தி கட்டமைப்பின் பாதுகாப்பிற்காக தொடர்ச்சியான சோதனைகளை நடத்தியது மற்றும் அதன் நம்பகத்தன்மையை உறுதிப்படுத்தியது.
2002 ஆம் ஆண்டில், பிராங்க்பர்ட் ஆம் மெயினில் (ஜெர்மனி) மோட்டார் கண்காட்சியில், திரவமாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜனை எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தும் மினி கூப்பர் ஹைட்ரஜன் காட்டப்பட்டது. இந்த காரின் எரிபொருள் தொட்டி வழக்கமான எரிவாயு தொட்டியின் அதே இடத்தை எடுத்துக்கொள்கிறது. இந்த காரில் உள்ள ஹைட்ரஜன் எரிபொருள் கலங்களுக்கு பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, ஆனால் உள் எரிப்பு இயந்திரத்திற்கான எரிபொருளாக பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பேட்டரிக்கு பதிலாக எரிபொருள் செல் கொண்ட உலகின் முதல் தயாரிப்பு கார்

2003 ஆம் ஆண்டில், பிஎம்டபிள்யூ 750 ஹெச்எல் என்ற எரிபொருள் கலத்துடன் கூடிய முதல் தயாரிப்பு காரை உற்பத்தி செய்வதாக அறிவித்தது. பாரம்பரிய பேட்டரிக்குப் பதிலாக எரிபொருள் செல் பேட்டரி பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த காரில் ஹைட்ரஜனில் இயங்கும் 12-சிலிண்டர் உள் எரிப்பு இயந்திரம் உள்ளது, மேலும் எரிபொருள் செல் வழக்கமான பேட்டரிக்கு மாற்றாக செயல்படுகிறது, இயந்திரம் இயங்காமல் நீண்ட நேரம் கார் நிறுத்தப்பட்டிருக்கும் போது ஏர் கண்டிஷனர் மற்றும் பிற மின் நுகர்வோர் செயல்பட அனுமதிக்கிறது.

ஹைட்ரஜன் நிரப்புதல் ஒரு ரோபோவால் மேற்கொள்ளப்படுகிறது, இயக்கி இந்த செயல்பாட்டில் ஈடுபடவில்லை

அதே BMW நிறுவனம், திரவமாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜனுடன் கூடிய வேகமான மற்றும் பாதுகாப்பான கார்களுக்கு எரிபொருள் நிரப்பும் ரோபோட்டிக் எரிபொருள் நிரப்பிகளை உருவாக்கியுள்ளது.
உள்ள தோற்றம் சமீபத்திய ஆண்டுகள்மாற்று எரிபொருள்கள் மற்றும் மாற்று பவர் ட்ரெய்ன்களைப் பயன்படுத்தி கார்களை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்ட ஏராளமான முன்னேற்றங்கள், கடந்த நூற்றாண்டில் ஆட்டோமொபைல்களில் ஆதிக்கம் செலுத்திய உள் எரிப்பு இயந்திரங்கள் இறுதியில் தூய்மையான, திறமையான மற்றும் அமைதியான வடிவமைப்புகளுக்கு வழிவகுக்கின்றன. அவற்றின் பரந்த விநியோகம் தற்போது தொழில்நுட்பத்தால் கட்டுப்படுத்தப்படவில்லை, மாறாக பொருளாதாரம் மற்றும் சமூக பிரச்சனைகள். அவற்றின் பரவலான பயன்பாட்டிற்கு, உற்பத்தி வளர்ச்சிக்கு ஒரு குறிப்பிட்ட உள்கட்டமைப்பை உருவாக்குவது அவசியம் மாற்று வகைகள்எரிபொருள், புதிய எரிவாயு நிலையங்களை உருவாக்குதல் மற்றும் விநியோகித்தல் மற்றும் பல உளவியல் தடைகளை கடத்தல். ஹைட்ரஜனை வாகன எரிபொருளாகப் பயன்படுத்துவதற்கு, சேமிப்பு, விநியோகம் மற்றும் விநியோகம் ஆகியவற்றில் உள்ள சிக்கல்களைத் தீர்க்க, தீவிரமான பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகள் தேவைப்படும்.
ஹைட்ரஜன் கோட்பாட்டளவில் வரம்பற்ற அளவில் கிடைக்கிறது, ஆனால் அதன் உற்பத்தி மிகவும் ஆற்றல் வாய்ந்தது. கூடுதலாக, ஹைட்ரஜன் எரிபொருளில் இயங்கும் கார்களை மாற்ற, சக்தி அமைப்பில் இரண்டு பெரிய மாற்றங்களைச் செய்வது அவசியம்: முதலில், அதன் செயல்பாட்டை பெட்ரோலில் இருந்து மெத்தனாலுக்கு மாற்றவும், பின்னர், சிறிது நேரம், ஹைட்ரஜனுக்கு மாற்றவும். இன்னும் கடந்து போகும்இந்த பிரச்சினை தீர்க்கப்படுவதற்கு சில காலத்திற்கு முன்பு.