Panasonic создает прямой метанольный топливный элемент мощностью 20 ватт

1/6

1/6

CN

Supplier >

1/6

CN

Supplier >

1/6

800,00 $-2 000,00 $

/ компл.

1/6

CN

Supplier >

1/5

CN

Supplier >

1/6

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

10 000,00 $-20 000,00 $

/ шт.

1 500,00 $-4 000,00 $

/ шт.

15 000,00 $-25 000,00 $

/ шт.

3 000,00 $-6 000,00 $

/ компл.

10 000,00 $-20 000,00 $

/ шт.

50,00 $

/шт. (Перевозка)

CN

Supplier >

CN

Supplier >

CN

Supplier >

800,00 $-3 900,00 $

/ компл.

5 000,00 $-10 000,00 $

/ шт.

CN

Supplier >

CN

Supplier >

50,00 $

/шт. (Перевозка)

CN

Supplier >

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

3 000,00 $-5 000,00 $

/ шт.

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

0,00 $

/компл. (Перевозка)

1 000,00 $-5 000,00 $

/ компл.

1 000,00 $-5 000,00 $

/ компл.

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

20 000,00 $-50 000,00 $

/ компл.

4 000,00 $-5 000,00 $

/ компл.

Топливный элемент

Пост опубликован: 14 мая, 2020

В 2012 году, фирма Panasonic выпустила на внутренний рынок Японии домашние топливные элементы Ene-Farm. Устройство размером с небольшой шкаф, подключается к магистральному газопроводу, и при работе выдаёт до 0,75 кВт электроэнергии плюс до 1,2 кВт тепла. Однако в продаже есть множество топливных элементов работающих от водорода. Для таких установок уже не требуется газопровод.

Топливный генератор Панасоник

Топливный элемент – сравнение с генератором

Электричество из химических реакций получают в несколько этапов:

• Сжигание топлива (окисление);
• Нагрев рабочего тела и получение пара;
• Вращение турбины генератора паром;
• Генерация электроэнергии.

В мобильных генераторах на углеводородных энергоносителях, обходятся без получения пара, а вместо горения, происходит контролируемый взрыв топливной смеси. Важно то, что в таких механизмах есть масса дополнительных этапов.

В топливном элементе, электричество сразу образуется в процессе «холодного» окисления.

Холодным его можно назвать отчасти, ибо многие разновидности топливных элементов работают при высоких температурах, например для Твердотельного Оксидного Топливного Элемента (ТОТЭ), рабочая область разогревается до 1000˚C. Но наиболее распространённые и перспективные топливные элементы, как-то: водородный и метанольный,  прекрасной функционируют при температуре 60-80˚C.

Принцип работы топливных элементов

Ещё 180 лет назад было обнаружено, что реакцию электролиза можно пустить в обратную сторону, т.е., водород и кислород могут соединяться без горения, но с выделением электроэнергии и небольшого количества тепла. Даже была создана такая батарея. Её усовершенствованием занимались только последние 80 лет, и сейчас она выглядит так:

1. Через отрицательный электрод (анод) подаётся водород (горючее);
2. Через положительный электрод (катод) поступает кислород (окислитесь);
3. Между двумя веществами находится селективная мембрана, которая пропускает только ядро атома водорода (протон), а вот электрон направляется в электрическую цепь;
4. Протон проникает на катод, где вступает в реакцию с кислородом, образуя воду.

Мембрана и катод покрыты катализатором. Наиболее эффективный из них – платиновая чернь. Это дорогой реактив, который и обуславливает высокую стоимость топливных элементов.

В результате работы топливного элемента образуются вода и электричество. В моделях использующих метиловый спирт дополнительно получается углекислый газ.

Преимущества и недостатки топливных элементов

Представьте себе такую ситуацию, что у вас есть три варианта покупки молока и хлеба:

1. В крупном сетевом магазине;
2. У продавца на рынке;
3. Продукты доставит фермер/частник, который сам доил корову, сам сеял, собирал, обмолотил пшеницу и испёк хлеб.

Ну как ни крути, третий вариант гарантирует что цена будет гораздо ниже, а качество не в пример выше. Ведь отсутствует масса посредников/перекупщиков и ненужных технологических операций.

С топливными элементами такая же ситуация. Поступило топливо – получено электричество. КПД топливного элемента достигает 80%, и есть перспектива роста. КПД любого другого генератора даже в теории ограничена 53%, на практике едва дотягивает до 30%.

Если используется чистое топливо, то катализатор не забивается (не отравляется). Работает он бесшумно, движущихся механизмов там нет и уровень нагрузки, не влияет на КПД.

В общем это как хороший добротный Mersedes Gelandewagen – работает безотказно. Вот только цена топливных элементов, как раз и может сравниться с такими автомобилями. Это и есть их главный недостаток.

Установка Ene-Farm второй серии от фирмы Панасоник, стоит около 1,4 млн. рублей. Но она привязана к газовой магистрали, поэтому автономной её назвать невозможно. Однако на Западе множество фирм реализуют небольшие генераторы на топливных элементах. Существует устойчивый сегмент рынка альтернативной энергетики с достаточным наполнением разными товарами.

Спрос и предложения на рынке топливных элементов

Купить себе в квартиру топливный элемент ради забавы, ну это даже не интересно обсуждать, хотя… есть и такие предложения. Например, такая демонстрационная модель укомплектована следующими элементами:

1. Солнечный модуль мощностью 500 мВт;
2. Электролизёр производительностью ≈42/21 мл/мин (H2/O2);
3. Накопитель для водорода и килорода;
4. Топливный элемент мощностью 1,2 Вт/≈0,7 V;
5. Вентилятор для нагрузки.

Вроде выглядит как игрушка, но цена 200 тысяч рублей. Такой можно баловаться, а можно поставить как наглядную схему работы системы независимого электроснабжения автономного дома из альтернативных источников энергии.

Такую систему можно масштабировать до размеров настоящего полнофункционального энергонезависимого дома. Надо только выбрать технические параметры, под которые будет собираться система. Но для автономного варианта потребуется:

Фактически, первые три элемента это замена системы химических аккумуляторов, но с большим преимуществом. В автономном режиме, аккумуляторы работают с цикличностью день/ночь, т.е. минимум 365 циклов зарядки-разрядки в год. По этой схеме их срок службы не продлиться более 2,5-3 лет (1000 циклов при минимальном уровне разряда).

Топливный элемент рассчитан на 60000 часов работы. Если днём электричество будет поступать из альтернативного источника (солнечные панели), то избыток идёт на генерацию водорода. Топливный элемент включается максимум на 12 часов в сутки, или 365 х 12 = 4380 часов/год (≈15 лет).

Цена вопроса

Чтобы не рекламировать какую-то отдельную фирму, вот стоимость некоторых товаров из предложенной схемы независимого электроснабжения:

1. Топливные элементы (генераторы на топливных элементах):

• «GreenHub 2 PRO 500» – Мощностью 400 Вт/220 V (расход 7 л/мин) – 9500$
• «GreenHub 2 – 1000» – Мощностью 1 кВт/220 V (расход 14 л/мин) – 12200$
• «G-HFCS-3kW48V» Мощностью 3 кВт/48 V (расход 35 л/мин) – 14500$

1. Генераторы водорода (чистота водорода от 99,9995 и выше):

• QL-500 PEM – производительность – 30 л/ч, мощность 300 Вт/220 V. 3500$
• SHC-1000 – (щелочной электролизёр), производительность – 60 л/ч; мощность – 250 Вт/220 V; 3300$

1. Баллоны для хранения водорода:

• Алюминиевые – 900 л. газа/ 2500 $ (Vсобственный – 2 л);
• Стальные – 800 л. газа/ 4500 $ (Vсобственный – 1,8 л);

Есть даже некоторые готовые устройства работающие на топливных элементах, например водородный квадрокоптер! На одной заправке он летает до 3,5 часов и способен поднять полезный груз массой до 2,5 кг.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

• Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   

Электродные потенциалы Химические источники тока

• Потенциометрия – метод физико-химического анализа, основанный на экспериментальном определении электродных потенциалов с помощью измерения ЭДС соответствующих гальванических элементов • С помощью потенциометрии можно определять термодинамические характеристики токообразующих реакций (изменение энергии Гиббса, константу равновесия), коэффициенты активности электролитов, р. Н растворов и пр.

Химические источники тока • Гальванические элементы (первичные элементы) – источники тока одноразового действия • Электрические аккумуляторы (вторичные элементы) – источники тока многократного действия • Топливные элементы – источники тока непрерывного действия

Вольтов столб Алессандро Вольта 1745 -1827 Zn | H 2 SO 4 | Cu

Василий Владимирович Петров 1761 -1834

«Сухая» батарея (элемент Лекланше) 1. 2. 3. 4. 5. Воск Бумажная оболочка Цинковый цилиндр Пористая перегородка Электролит NH 4 Cl, Zn. Cl 2 и инертный наполнитель 6. Центральный угольный стержень, окружённый Mn. O 2

Свинцовый аккумулятор Изобретён в 1859 г. французским физиком Г. Планте Pb | H 2 SO 4 | Pb. O 2 | Pb

Литий-ионный аккумулятор В настоящее время это самый популярный тип аккумуляторов в таких устройствах как сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, электромобили. Первый литиево-ионный аккумулятор разработала корпорация Sony в 1991 г. • • Принцип действия анод: Li. Co. O 2 – n ē = Li 1 -n. Co.

O 2 + n. Li+ катод: С + n. Li+ + n ē = C Lin • • • Потребительские характеристики Энергетическая плотность: 110 … 200 Вт*ч/кг Внутреннее сопротивление: 150 … 250 м.

Ом (для батареи 7, 2 В) Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 500— 1000 Время быстрого заряда: 2 -4 часа Допустимый перезаряд: очень низкий Саморазряд при комнатной температуре: 5 -10% в месяц Напряжение максимальное: 4, 18. . 4, 20 В (полностью заряжен) Напряжение минимальное: 2, 5. .

2, 75 В(полностью разряжен) Диапазон рабочих температур: − 20 — +60 °C Оптимальные условия: при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора «Стареют» при хранении

Водородно-кислородный топливный элемент Анод: Н 2 + 2 ОН– – 2ē = 2 Н 2 О Катод: ½ О 2 + Н 2 О + 2ē = 2 ОН– H 2 + 1½ O 2 = H 2 O

Метаноловый топливный элемент Анод: CH 3 OH + H 2 O – 6ē = CO 2 + 6 H+ Катод: 1½ O 2 + 6 H+ + 6ē =3 H 2 O CH 3 OH + 1½ O 2 = CO 2 + 2 H 2 O

2009. 12. 26, 14: 27 Новостная служба Ferra Японская корпорация Panasonic объявила о разработке системы прямого метанольного топливного элемента (Direct Methanol Fuel Cell System), чей средний показатель выхода мощности может достигать 20 ватт.

Прямой метанольный топливный элемент отличается тем, что топливо (метанол) в нем предварительно не разлагается с выделением водорода, а используется напрямую. Используя данную технологию, Panasonic ставит перед собой цель разработать 100 -ваттный портативный генератор и приступить к его испытаниям не позднее марта 2012 г.

Такие метанольные топливные элементы большой мощности могут применяться, к примеру, для питания функциональных ноутбуков с относительно высоким энергопотреблением. Новая система топливных элементов отличается достаточной надежностью и долговечностью, а срок ее службы составляет 5000 часов при перемежающемся использовании в течение 8 часов в день.

Следует отметить, что именно малая долговечность ранее была основным препятствием на пути коммерческого применения топливных элементов, поскольку из-за износа электродов падала их мощность.

Устройство электролизёра

Законы электролиза 1. Масса вещества, образующегося при электролизе в результате катодной или анодной реакции, пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролитическую ячейку. Майкл Фарадей 1791 -1867 2. Массы различных веществ, образующиеся при пропускании одного и того же количества электричества, пропорциональна эквивалентным массам этих веществ.

Электролиз

Применение электролиза. Очистка металлов

Литий-ионный аккумулятор Первый литиево-ионный аккумулятор разработала корпорация Sony в 1991 году. Потребительские характеристики • Энергетическая плотность: 110 … 200 Вт*ч/кг • Внутреннее сопротивление: 150 … 250 м.

Ом (для батареи 7, 2 В) • Число циклов заряд/разряд до потери 20% ёмкости: 500— 1000 • Время быстрого заряда: 2 -4 часа • Допустимый перезаряд: очень низкий • Саморазряд при комнатной температуре: 5 -10% в месяц • Напряжение максимальное: 4, 18. .

4, 20 В (полностью заряжен) • Напряжение минимальное: 2, 5. . 2, 75 В(полностью разряжен) • Диапазон рабочих температур: − 20 — +60 °C Принцип действия • анод: Li. Co. O 2 → Li 1 -x. Co. O 2 + x. Li+ + xe− • катод: С + x.

Li+ + xe− → CLix • Оптимальные условия хранения Li-ion-аккумуляторов достигаются при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора

EFOY GO – автономная батарея для путешествий

14.09.2015 Категория: Новости снаряжения Просмотров: 6071

Компания SFC Energy AGО начала продажи нового портативного блока питания EFOY GO, обладающего емкостью 20 ампер-часов, В паре с метаноловым генератором EFOY COMFORT батарея способна выдать до 230 Ач в день и обеспечить электричеством большой лагерь.

EFOY GO весом 5,6 кг позиционируется как легкий блок питания для заряда мобильных устройств во время активного отдыха и путешествий вдали от розеток. При питании 12-вольтовых потребителей емкость устройства 20 Ач (240 Вт/ч), что позволяет обеспечить зарядку или работу 30 смартфонов, 30 часов работы мобильного холодильника в режиме охлаждения или 150 часов освещения светодиодными лампами.

Помимо 12-вольтового выхода на корпусе, у EFOY GO имеется розетка на 230В, которая питается через инвертор мощностью 400 Вт/50 гц и два USB-разъема по 5В. Несколько устройств могут заряжаться одновременно.

В основе блока питания аккумуляторы LiFePO4. Размеры прибора 28,6 х 18,6 х 20,1 см. Вес 5,6 кг. Рабочая температура от -10 ° C до +40 ° C .

Полностью блок питания заряжается от розетки 220В или бортовой электросети автомобиля в 12 В за 5 часов, солнечных панелей мощностью 20 Вт за 12 часов или метанолового генератора EFOY COMFORT за 3-6 часов.

При подключении блока питания к работающему на топливных элементах генератору EFOY COMFORT устройство способно выдать 230 Ач в день.

EFOY COMFORT – это химический генератор, вырабатывающий электричество напрямую из метанола (без сжигания) по технологии DMFC. Работает абсолютно бесшумно и выделяет только тепло и водяной пар. Топливом служит метиловый спирт (CH3OH).

Одного 5-литрового топливного картриджа (канистры) хватает для выработки 5,5 кВт / 460 Ач энергии. 10-литрового картриджа на 11.1 кВт / 925 Ач или 30 дней работы генератора.

Подключить к EFOY COMFORT для заряда можно любые 12-вольтовые аккумуляторы (свинцово-кислотные, гелевые, свинцовые, AGM или LiFePO4).

Примечательно, что химический генератор имеет автоматическую систему включения/выключения и работает (потребляет спирт) только тогда, когда надо заряжать блок питания.

Выпускаются генераторы трех типов. EFOY Comfort 80. Мощность 40Вт. Емкость заряда 80 Ач в день. Ток заряда 3,3 А. EFOY Comfort 140 на 72 Вт. Емкость заряда 140 Ач в день. Ток заряда 6 А.

EFOY Comfort 210 на 105 Вт. Емкость заряда 210 Ач в день. Ток заряда 8,8 А.

Gumpert выпускает первый в мире электрический суперкар с метанольным топливным элементом

Спустя год после демонстрации пурпурного концептуального автомобиля на Женевском автосалоне в 2019 году, Gumpert Aiways выпустил первую партию своего суперкара Nathalie.

Вместо обычного электрического или подключаемого гибридного привода, Nathalie опирается на электродвигатели, работающие на метанольном топливном элементе. Этот комбо обеспечивает дальность пробега более 805 км, время дозаправки — 3 минуты и показатели производительности, которые включают в себя 2,5-секундный разгон до скорости 100 км/ч.

Метанольный топливный элемент в суперкаре

Основным предметом раздора, который у нас был с оригинальной концепцией Nathalie, был вопрос о том, как метанольный топливный элемент мощностью 5 кВт будет эффективно питать электропривод мощностью 600 кВт. На пути от концептуального к серийному автомобилю Gumpert частично решил эту проблему, сжимая этот огромный разброс с обеих сторон.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Метанольный топливный элемент под капотом теперь обеспечивает 15 кВт непрерывной мощности для электропривода мощностью 400 кВт (536 л.с.).

Между ними находится буферная батарея, обеспечивающая дополнительную мощность, необходимую для более быстрой езды.

Топливный элемент заряжает батарею во время движения с низкой интенсивностью, таких как езда по городу и рекуперативное торможение при дополнительной зарядке, что помогает обеспечить заряд батареи при необходимости.

Что касается этих 536 лошадиных сил, Gumpert распределяет их равномерно, крепя электродвигатель на каждое колесо. Автомобиль 4WD может разгоняться от 0 до 100 км в час за 2,5 секунды на своем пути к максимальной скорости 300 км/ч.

Эта максимальная скорость требует полной мощности системы, и когда батарея разряжается, максимальная скорость автомобиля составляет 120 км/ч, и она все равно будет чувствовать себя достаточно комфортно на шоссе.

Он может проехать до 820 км на этой крейсерской скорости в 120 км/ч, а заполнение 65-литрового метанольного бака занимает всего три минуты.

«Именно мое видение электромобиля, который не останавливается, когда аккумулятор разряжен, проложило путь к этому нововведению», — говорит Роланд Гамперт, генеральный директор Gumpert Aiways. «Сегодня, год спустя, мы можем представить вам первый в мире серийный автомобиль с метанольным топливным элементом, который не использует зарядные станции или водородные станции».

На что Nathalie полагается, так это на заправку метанолом, которая не обязательно будет намного легче получать, чем водород.

Gumpert планирует обойти эту проблему с помощью «службы доставки в одночасье» на рынках стартапов, таких как Германия, Австрия и Швейцария, и путем поддержки развития цепочки поставок в Северной Америке и на Ближнем Востоке.

Это также не вызовет огромного всплеска спроса, гарантируя, что только несколько человек когда-либо купят Nathalie, как строго ограниченный выпуск, который стоит более 400 000 евро. И любой, у кого есть такие средства, возможно, сам сможет решить проблему с метанолом.

С точки зрения дизайна, новый вариант выглядит как более приглушенная версия прошлогоднего родного брата Nissan GT-R в фиолетовом цвете, но есть некоторые заметные изменения.

Оболочка поверх корпуса хромовой трубки больше не является простым углеродом, а представляет собой композит, который использует 50-процентное содержание льна, чтобы оставаться легким, добавляя дополнительное экологическое модное слово в спецификацию.

Простые двери были заменены ножничными дверцами для придания особого шарма при доступе к двухместной кабине.

Новый вариант Nathalie доступен для бронирования уже сейчас, а поставки начнутся во второй половине 2021 года. Базовая цена составляет 407 500 евро (около 444 775 долларов США). Gumpert Aiways планирует собрать не более 500 моделей Nathalie. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

"Карманный" метанол

Panasonic работает над метаноловыми топливными элементами в течение восьми лет, а первая их демонстрация состоялась на международной выставке бытовой электроники CES в Лас-Вегасе в январе 2006 года. На тот момент габариты такого элемента в два раза превышали габариты аккумулятора для ноутбука.

Объем нового элемента составляет 270 куб. см. Средняя мощность его — 10 Вт, а пиковая – 20 Вт. Весит батарея 320 г.

На одной заправке метанолом объемом в 200 куб. см элемент способен работать до 20 часов. Это намного дольше, чем работают сегодняшние литиево-ионные аккумуляторы ноутбуков. А для перезарядки требуется лишь залить новую дозу метанола – и элемент снова полностью заряжен.

Быстрая перезарядка является одним из главных преимуществ метаноловых топливных элементов прямого действия (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC).

К тому же они считаются более экологически чистыми, чем литиево-ионные аккумуляторы, поскольку побочными продуктами их работы являются лишь вода и углекислый газ.

Кроме того, в Panasonic разработано отдельное зарядное устройство на базе элементов DMFC. У него два выхода питания USB, и от него можно подзаряжать электронные устройства наподобие iPod и сотовых телефонов, если поблизости нет розетки. Зарядное устройство чуть больше – его объем 360 куб. см, и оно весит 359 граммов.

Пока не для продажи

Оба устройства будут впервые показаны публике на выставке Hydrogen Energy Advanced Technology Exhibition 2008, которая открывается в среду в городе Фукуока на западе Японии.

Но ни одно из них в ближайшее время не появится в продаже. В Panasonic пока не приняли твердого решения по поводу коммерциализации технологии, но полагают, что его можно было бы вывести на рынок к концу 2012 года.

В последние годы уже несколько крупных производителей бытовой электроники заняты разработкой элементов DMFC, но на рынке продукты еще не появлялись. Большинство компаний ограничивается в ответ на вопросы о коммерциализации туманными рассуждениями о «будущем годе», что мало что значит.

Но все может измениться. Toshiba недавно дала самый четкий ответ по поводу коммерческого выпуска DMFC: он состоится в течение этого финансового года (который заканчивается у нее в марте 2009 календарного года). На недавней выставке Ceatec в Японии компания показала работающий сотовый телефон на базе DMFC, но пока неизвестно, будет ли именно он ее первым продуктом.

Panasonic пополам Размер прототипа Laptop Fuel Cell — Компоненты 2022

Инженерам Panasonic удалось сократить размер прототипа метанольного топливного элемента, чтобы он не превышал аккумуляторную батарею для ноутбука, но обеспечивал мощность в течение всего дня.

Топливо которая японская компания разрабатывает последние восемь лет, была впервые показана на Международной выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе в январе 2006 года. В то время она была примерно вдвое больше, чем батарея для ноутбука, но последняя версия, из-за того, что на этой неделе будет обнародован на мероприятии в Японии, это вдвое меньше, сообщил Panasonic в понедельник.

Новая версия имеет объем 270 кубических сантиметров и может доставлять среднюю мощность 10 Вт с пиковой мощностью 20 Вт, сказал Panasonic. Он весит 320 граммов.

[: Лучшие телефоны Android для каждого бюджета.]

При 200 см заряд метанола он должен иметь возможность подавать питание в течение 20 часов — значительно дольше, чем литиево-ионные батареи, используемые сегодня в портативных ПК, — и когда метанол становится низким, все, что требуется, — это быстрый пополнение и он возвращается на полную мощность. Эта быстрая перезарядка рассматривается как одно из ключевых преимуществ прямых метанольных топливных элементов (DMFC). Они также считаются более экологически чистыми, чем ионно-литиевые батареи, потому что единственным побочным продуктом является немного воды и углекислого газа.

Кроме того, Panasonic также разработала автономное зарядное устройство DMFC с несколькими розетками питания USB и может использовать для пополнения мертвых гаджетов, таких как iPod и сотовые телефоны, когда они находятся вдали от розетки. Зарядщик немного больше на 360 см и весит 350 грамм.

Оба получат свой первый публичный показ на выставке технологий Hydrogen Energy 2008, которая должна открыться в среду в западно-японском городе Фукуока.

скоро поступит в продажу. У Panasonic нет каких-либо твердых планов для коммерциализации, но он надеется, что они появятся на рынке к концу 2012 года.

Несколько крупных компаний потребительской электроники разрабатывают DMFC в течение последних нескольких лет, но но чтобы вывести продукцию на рынок. В течение последних нескольких лет большинство компаний смутно заявляли «в следующем году» как дату коммерциализации, но это ответ, который не имеет значения, когда его спрашивают.

Это может измениться. Недавно Toshiba дала четкое обещание коммерциализации DMFC: когда-то в течение текущего финансового года, который заканчивается в марте 2009 года. На недавнем шоу Ceatec в Японии компания продемонстрировала рабочий мобильный телефон, включающий DMFC, но Toshiba не позволяет но если это будет его первый продукт.

Технология преобразования энергии в виде топливных элементов

Топливный элемент-это электрохимическое устройство, подобное первичной или вторичной батарее, которое преобразует химическую энергию из топлива непосредственно в электрическую; но в отличие от батарей, процесс преобразования энергии в топливном элементе непрерывен при непрерывной внешней подаче топлива.

Топливные элементы-это устройства, которые преобразуют химическую энергию (часто в виде водорода) в электричество, не проходя через стадию горения.

Водород является наиболее распространенным топливом, но иногда используются углеводороды, такие как природный газ и спирты, такие как метанол.

Топливные элементы отличаются от батарей тем, что они требуют постоянного источника топлива и кислорода для работы, но они могут производить электричество непрерывно до тех пор, пока эти источники поставляются.

Каждый топливный элемент имеет два электрода, один положительный и один отрицательный, называемые соответственно анодом и катодом. Реакции, которые производят электричество, происходят на электродах.

Виды топливных элементов

Существует несколько видов топливных элементов, и каждый работает немного по-разному.

Но в общих чертах принцип работы в том, что атомы водорода попадают в топливный элемент на аноде, где химическая реакция лишает их электронов. Атомы водорода теперь «ионизированы» и несут положительный электрический заряд. Отрицательно заряженные электроны обеспечивают ток через провода для выполнения работы.

Если требуется переменный ток (AC), то выход постоянного тока топливного элемента должен быть направлен через преобразовательное устройство, называемое инвертором.

Кислород поступает в топливный элемент на катоде и там соединяется с электронами, возвращающимися из электрической цепи, и ионами водорода, прошедшими через электролит с анода. В других типах клеток кислород захватывает электроны и затем перемещается через электролит к аноду, где он соединяется с ионами водорода.

Электролит играет ключевую роль. Он должен пропускать только соответствующие ионы между анодом и катодом. Если бы свободные электроны или другие вещества могли проходить через электролит, они бы нарушили химическую реакцию.

Соединяются ли они на аноде или катоде, вместе водород и кислород образуют воду, которая вытекает из клетки. Пока топливный элемент снабжен водородом и кислородом, он будет вырабатывать электричество.

Щелочные

Щелочные топливные элементы работают на сжатом водороде и кислороде. В качестве электролита они обычно используют раствор гидроксида калия в воде. Эффективность около 70 процентов, и рабочая температура от 150 до 200 градусов C.

Выходная мощность ячейки колеблется от 300 Вт (Вт) до 5 киловатт (кВт). Щелочные ячейки использовались в космических аппаратах «Аполлон» для обеспечения как электричества, так и питьевой воды. Однако им требуется чистое водородное топливо, а их платиновые электродные катализаторы стоят дорого.

И как любой контейнер, наполненный жидкостью, они могут протекать.

Протонообменные мембранные

Протонообменные мембранные топливные элементы работают с полимерным электролитом в виде тонкого проницаемого листа. Для работы применяется водородное топливо и кислород из воздуха. Основой элемента является тонкая полимерная пленка, представляющая электролит.

КПД составляет от 40 до 50 процентов, а рабочая температура-около 80 градусов по Цельсию. Выходы ячеек обычно варьируются от о,о5 до 250 кВт. Твердый, гибкий электролит не будет протекать или трескаться, и эти ячейки работают при достаточно низкой температуре, чтобы делает их пригодными для домов и автомобилей.

Автомобили на топливных элементах, в основном, применяют водород.

Как недостаток топливо должно быть чистым, а платиновый катализатор используется по обе стороны мембраны, что повышает затраты.

Твердооксидные

Твердооксидные топливные элементы используют в качестве электролита твердое керамическое соединение оксидов металлов (например, кальция или циркония). КПД составляет около 60 процентов, а рабочая температура-около 1000 градусов по Цельсию. Выход ячеек — до 100 кВт.

При таких высоких температурах риформер не требуется для извлечения водорода из топлива, а отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Однако высокая температура ограничивает применение блоков, и они, как правило, довольно велики.

В то время как твердые электролиты не могут протекать, они могут треснуть.
На основе расплавленного карбонатного электролита

Расплавленные карбонатные топливные элементы (MCFC) используют в качестве электролита высокотемпературные соединения карбонатов солей (таких как натрий или магний). КПД колеблется от 60 до 80 процентов, а рабочая температура составляет около 650 градусов по Цельсию. Построены энергоблоки мощностью до 2 мегаватт (МВт), имеются проекты энергоблоков мощностью до 100 МВт.

Высокая температура ограничивает повреждение от «отравления» угарным газом и отработанное тепло может быть переработано для получения дополнительной электроэнергии. Их никелевые электроды-катализаторы стоят недорого по сравнению с платиной, используемой в других ячейках.

Но высокая температура также ограничивает материалы и безопасное использование —они, вероятно, будут слишком горячими для домашнего использования.

Прямой метанольный

Прямой метанольный топливный элемент, как ожидается, получит место на рынке, потому что они имеют более высокий срок службы по сравнению с литий-ионным аккумулятором и могут быть заряжены простым изменением картриджа с топливом. Однако, применяется ядовитый метиловый спирт.

Эти типы топливных элементов разрабатываются компаниями Samsung (Корея), Toshiba, Hitachi, NEC и Sanyo (Япония). Анодный катализатор извлекает энергию из жидкого метанола, устраняя необходимость в топливном риформере.

Они показывают эффективность около 40% и работают при температурах около 130 °C.

Преимущества:
1. Он использует жидкое топливо. Размер месторождений меньше и может воспользоваться преимуществами существующей инфраструктуры обеспечения.
2. Он не нуждается ни в каком процессе реформирования.

• 3. Его электролит представляет собой протонную обменную мембрану,
• Недостатки:

1. Недостатками прямого метанольного топливного элемента являются необходимость концентрированного токсичного метанола для достижения полезной плотности энергии и проблема перекрестного переноса метанола.
2. Имеет низкую эффективность по отношению к водородным элементам.

3. Нуждается в большом количестве катализатора для электроокисления метанола на аноде.

Тип топливного элемента	Температура   (град. C)	Выходная мощность ( Kвт)	Применение
Щелочной топливный элемент	150-200	5-300	Космические и военные установки
Протонообменные мембранные топливные элементы (PEMFC)	50-100	0,05-250	Перспективная бытовая техника, портативные ноутбуки, сотовые телефоны, видеокамеры, автобусы, автомобили, железнодорожные локомотивы
Фосфорнокислотные элементы (PAFC)	160-210	5-200	Железные дороги
На основе расплавленного карбонатного электролита (MCFC)	650	100-2000	Электросети
Твердооксидный (SOFC)	800-1000	2,5-250	Коммерческая энергетика, мобильные приложения для железных дорог
Прямой метанольный топливный элемент (DMFC)	50-120	0.1- 1	Для портативных устройств

Существует также микробный топливный элемент (MFC)  — это особый вид  в котором  используются микроорганизмы для преобразования химической энергии в электричество.

Микротопливные виды элементов

Система микротопливных ячеек (мощность < 1 Вт). Этот класс топливных элементов разработан как самый маленький в мире вид (металлгидридный блок размером 3 мм на 3 мм на 1 мм, нуждающийся в ограниченном внешнем топливе).

Установка способна генерировать 0,1-1 мА в течение 30 часов до тех пор, пока гидрид металла не будет исчерпан, и она использует поверхностное натяжение, а не насосы.

Хотя в основном они все еще находятся на стадии разработки, эти устройства могут быть использованы для питания медицинских устройств, которые требуют только короткого времени работы.

Разработан микротопливный элемент, который использует дрожжи, питающиеся сахаром в крови человека, для выработки электроэнергии.

Этот микробный топливный элемент производит около 40 нановатт энергии, и при использовании с конденсаторами, может быть достаточным для питания внутрипочечных электродов для лечения паралича или устройств, таких как кардиостимуляторы.

Топливный элемент является фактически живым источником энергии, способным самовосстанавливаться и устранять необходимость в регулярных операциях по замене батарей.

Еще одно новое приложение, которое в настоящее время находится в стадии разработки и, возможно, более коммерчески готово,-это печатный микротопливный элемент с ферментативным катализом.

Активированный водой микробный топливный элемент размещается на упаковочной бумаге, которая содержит встроенные датчики для контроля, например, состояния пищевых продуктов в «интеллектуальной упаковке».

Эта технология имеет и другие применения; например, в биомедицинском мониторинге, когда она интегрирована в липкий пластырь, и имеет преимущество быть одновременно дешевой и способной к массовому производству.

Достоинства топливных элементов

• Электростанции на топливных элементах экологичны, бесшумны, не имеют вращающихся компонентов.
• Это децентрализованный завод, может работать изолированно для военных объектов и больниц, где шум и дым запрещены. Кроме того, никакая энергия не тратится впустую на передачу и распределение.
• Топливные источники энергии достигают высокого КПД до 55% , тогда как обычные тепловые станции работают с КПД 30%.
• Большая степень модульности, с мощностью от 5 кВт до 2 МВт.
• Существует широкий выбор топливных элементов. Они могут работать на природном газе, этаноле, метаноле, сжиженном газе и биогазе, поставляемых из местной биомассы
• В дополнение к электроэнергии , топливные элементы также поставляют горячую воду, тепло и пар.
• Топливные элементы обладают когенерационными возможностями. Когенерация — совместное производство электрической и тепловой энергии.
• Топливные элементы могут работать на газах из пивоваренных заводов (завод, где производится пиво), а также на газе из осадке сточных вод, доказав, что это самая чистая и наиболее экономичная технология преобразования вида энергии.
• Потребительская электроника может значительно увеличить заряд батареи с помощью технологии топливных элементов.
• Сотовые телефоны могут работать в течение 30 дней без подзарядки.
• Ноутбуки могут работать в течение 20 часов без подзарядки.
• Более 2500 систем топливных элементов были установлены по всему миру в больницах, домах престарелых, гостиницах, офисных зданиях, школах и коммунальных электростанциях.
  Большинство из этих систем либо подключены к электрической сети для обеспечения дополнительной мощности и резервного обеспечения, либо являются независимыми от сети генераторами в местах, недоступных для линий электропередач.
• Применение сложных коммуникационных сетей требует невероятно надежного источника питания. Было доказано, что топливные элементы надежны на 99 %.

В то время как немногие устройства на основе топливных элементов доступны потребителям, они имеют потенциал для использования в различных компоновках и типах для обеспечения электроэнергией таких разнообразных коммунальных служб, как автомобили, портативные компьютеры, мобильные телефоны или даже электрическая сеть в качестве электростанции.

Исследования во всех этих областях обширны.