Prevádzka vodíkového vozidla (palivový článok)
Obsah
Ďalšiu alternatívu prevádzky elektrických vozidiel, vodíkové riešenie, dlho skúmali Nemci a Japonci. Európa, ktorú Tesla považuje za nestabilnú, sa napriek tomu rozhodla túto technológiu zabaliť (v globálnom meradle, nie len za účelom poháňania áut). Poďme sa teda pozrieť na to, ako funguje vodíkový automobil, ktorý je teda iba variantom elektromobilu.
Pozri tiež:
- Je vodíkové auto životaschopné?
- Aké sú výhody a nevýhody palivového článku
Niekoľko typov vodíkových áut
Zatiaľ čo súčasná technológia je určená pre autá, ktoré používajú palivové články na pohon svojich elektromotorov, vodík sa dá použiť aj v piestových vozidlách s vnútorným spaľovaním. Je to skutočne plyn, ktorý možno použiť rovnakým spôsobom ako LPG a CNG, ktoré sa už používajú v našich vozidlách. Od tejto myšlienky sa však upustilo, piestový motor naozaj viac zodpovedá dobe ...
Tu je Toyota Mirai na vodíkový pohon. Predáva sa v USA, nie je vo Francúzsku, pretože tam nie je distribučné miesto vodíka... Keďže sme meškali s elektrickými terminálmi, už teraz zaostávame vo vodíku!
princíp fungovania
Ak by sme mali systém zhrnúť do jednej vety, povedal by som toэто elektrický motor kto chodí s carburant neznečisťujúce (v prevádzke, nie vo výrobe). Namiesto nabíjania batérie zástrčkou a teda elektrinou ju napĺňame tekutinou. To je dôvod, prečo nazývame systém palivových článkov (je
hromadiť
ktorý pracuje s palivom, že
spotrebované
et
zmizne z nádrže
). V skutočnosti je jediným rozdielom oproti elektromotoru skladovanie energie, tu v kvapalnej, nie chemickej forme.
Preto si treba uvedomiť, že batéria sa vybíja, na rozdiel od lítiovej alebo dokonca olovenej batérie (pozri odkazy, ako fungujú).
Procesná mapa
Vodík = hybrid?
Takmer ... Skutočne majú systematicky dodatočnú lítiovú batériu, ktorej užitočnosť vysvetlím nižšie. Preto je možné prevádzkovať len na vodík, len s použitím klasickej batérie, alebo dokonca oboje súčasne.
Komponenty
Vodíková nádrž
Máme nádrž, do ktorej sa zmestí 5 až 10 kg vodíka, pričom vieme, že každý kilogram obsahuje 33.3 kWh energie (v porovnaní s elektromobilmi, ktoré majú 35 až 100 kWh). Nádrž je špeciálne navrhnutá a robustná, aby odolala vnútornému tlaku 350 až 700 barov.
Palivový článok
Palivový článok bude poskytovať energiu elektromotoru auta, rovnako ako bežná lítiová batéria. Potrebuje však palivo, konkrétne vodík z nádrže. Je vyrobený z veľmi drahej platiny, no v najmodernejších verziách sa zaobíde aj bez nej.
Vyrovnávacia batéria
Toto sa nevyžaduje, ale je to štandard pre vodíkové vozidlá. Slúži totiž ako záložná batéria, výkonový zosilňovač (môže pracovať paralelne s palivovým článkom), ale tiež a predovšetkým slúži na obnovu kinetickej energie pri spomaľovaní a brzdení.
Výkonová elektronika
Výkonová elektronika, ktorá nie je uvedená v mojom hornom diagrame, riadi, prerušuje a usmerňuje (prevádza striedavý a jednosmerný prúd) rôzne prúdy pretekajúce rôznymi komponentmi auta.
Tankovanie
Prevádzka palivového článku: katalýza
Cieľom je extrahovať elektróny (elektrickú energiu) z vodíka s cieľom poslať ich do elektromotora. To všetko sa deje prostredníctvom riadenej elektrochemickej reakcie, ktorá oddeľuje elektróny na jednej strane (smerom k motoru) a protóny na druhej strane (v palivovom článku). Celé stretnutie končí na katóde, kde sa reakcia končí: konečná „zmes“ dáva vodu, ktorá sa odčerpáva zo systému (výfuku).
Tu je schéma katalýzy, čo je extrakcia elektriny z vodíka (reverzná elektrolýza).
Tu vidíme fungovanie palivového článku, konkrétne fenomén katalýzy.
Vodík H2 (t. j. dva zlepené atómy vodíka H: dihydrogén) ide zľava doprava. Keď sa priblíži k anóde, stratí svoje jadro (protón), ktoré bude nasávané (kvôli oxidačnému javu). Elektróny potom budú pokračovať v ceste doprava, aby následne použili elektromotor.
Všetko zase poskladáme tak, že na katódovú stranu vstrekneme O2 (kyslík zo vzduchu vďaka kompresoru), čo prirodzene umožní vznik molekuly vody (ktorá katalyzuje všetky prvky do jedného celku). molekula, ktorá je súborom Hs a Os).
Zhrnutie chemických / fyzikálnych reakcií
ANOD : na anóde je atóm vodíka "rozrezaný" na polovicu (H2 = 2e- + 2H+). Jadro (H + ión) klesá smerom ku katóde, zatiaľ čo elektróny (e-) pokračujú vo svojej ceste kvôli ich neschopnosti prejsť cez elektrolyt (priestor medzi anódou a katódou).
katóda: na katóde vidíme reverzné (rôznym spôsobom) ióny H + a e- elektróny. Potom stačí zaviesť atómy kyslíka, aby sa všetky tieto prvky chceli zhromaždiť, čo potom vedie k vytvoreniu molekuly vody pozostávajúcej z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka. Alebo vzorec: 2e- + 2H++2 = H2
Úroda ?
Ak vezmeme do úvahy len samotné auto, konkrétne účinnosť nádrže až po koniec kolies (premena materiálu / mechanické vystuženie), sme tu niečo pod 50 %. V skutočnosti má batéria účinnosť asi 50% a elektrický motor - asi 90%. Preto máme najprv 50 % filtrovanie a potom 10 %.
Ak vezmeme do úvahy účinnosť elektrárne, ktorá vyrába energiu, tak pred výrobou vodíka alebo aj distribúciou elektriny (v prípade lítia) máme 25% na vodík a 70% na elektrinu (približne priemer, samozrejme ).
Prečítajte si viac o ziskovosti tu.
Rozdiel medzi vodíkovým autom a elektromobilom s lítiovou batériou?
Autá sú úplne rovnaké, až na ich „energetickú nádrž“. Ide teda o elektromobily, ktoré využívajú motory rotor-stator (indukčné, permanentné magnety, prípadne aj reaktívne).
Ak lítiová batéria funguje aj vďaka chemickej reakcii vo vnútri (reakcia, pri ktorej sa prirodzene vyrába elektrina: presnejšie elektróny), nič z nej nevychádza, dochádza len k vnútornej premene. Pre návrat do pôvodného stavu (dobíjanie) stačí prejsť prúdom (pripojiť sa k sektoru) a chemická reakcia sa opäť spustí v opačnom smere. Problém je, že to chce čas, dokonca aj s kompresormi.
Pri vodíkovom motore, čo je klasický elektromotor, ktorý je poháňaný palivovým článkom (teda vodíkom), batéria spotrebováva vodík pri chemickej reakcii. Vyprázdňuje sa cez výfuk, ktorý odstraňuje vodnú paru (výsledok chemickej reakcie).
Na vodíkové auto by sme teda z logického hľadiska mohli prispôsobiť akýkoľvek elektromobil, stačí vymeniť lítiovú batériu za palivový článok. Takže vo vašom chápaní "vodíkový motor" by ste mali považovať predovšetkým za elektromotor (pozrite si, ako to funguje tu). Nutne sa k nemu približuje, nie preto, že je natankovaný ako entita.
Chemická reakcia na základni tejto tablety vytvára teploz elektrina (čo potrebujeme pre elektromotor) a voda.
Prečo nie všade?
Hlavný technický problém vodíka súvisí s bezpečnosťou skladovania. V skutočnosti je toto palivo, podobne ako LPG, nebezpečné, pretože pri kontakte so vzduchom sa stáva horľavým (a to nie je všetko). Problémom teda nie je len natankovanie auta, ale aj dostatočne silná nádrž na to, aby odolala akejkoľvek nehode. Samozrejme, dodatočné náklady sú tiež veľkou brzdou a zdá sa, že sú menej životaschopné ako lítium-iónová batéria, ktorej cena klesá.
Napokon, výrobná a distribučná sieť vo svete je veľmi málo rozvinutá a vlády chcú vyrábať vodík elektrolýzou s využitím obnoviteľných zdrojov energie (mnohí odborníci hovoria o utopickej schéme, ktorá sa v našej „náhle“ realite nedá realizovať).
V konečnom dôsledku existuje väčšia šanca, že konvenčná elektrina bude riešením voľby do budúcnosti, a nie vodík, ktorý sa bude používať na celý rad aplikácií mimo individuálnej mobility.
Všetky komentáre a reakcie
dernier komentár zverejnený:
bernard (Dátum: 2021, 09:23:14)
Dobrý deň,
Ďakujem za tieto silné a zaujímavé nápady. Zo stránky odídem s novou svetluškou v starom mozgu.
Osobne som prekvapený, že okrem toho, čo viem o jadrových ponorkách, nikto nevyvinul dokonalý motor na cesty. Bol to skutočne ten, ktorý Philips predstavil na autosalóne v Bruseli v roku 1971 s výkonom 200 k. na dvoch piestoch.
Spoločnosť Philips začala svoju činnosť v rokoch 1937-1938 a obnovila sa v roku 1948.
V roku 1971 si nárokovali niekoľko stoviek koní na piest. Odvtedy nemôžem nič nájsť... Samozrejme, tajná obrana.
A čo motory s plynovou turbínou?
Vaše lampáše môžu pridať trochu vody do môjho myslenia.
Ďakujeme za vaše poznatky a popularizáciu.
Il I. 1 reakcie na tento komentár:
- správca ADMINISTRÁTOR STRÁNOK (2021-09-27 11:40:25): Čítanie je veľmi zábavné, ďakujem.
Neviem o tomto type motora dostatočne posúdiť, pravdepodobne kvôli cene, veľkosti, náročnej údržbe, priemernej účinnosti?
Berúc do úvahy, že je potrebné mať riešenie, ktoré umožňuje ohrievanie plynu, a preto je jeho aplikácia na bežnom verejnom aute potenciálne nebezpečná (a že časom bude konštantná).
Skrátka, mám podozrenie, že si dúfal v presnejšiu a sebavedomejšiu odpoveď... Prepáč.
(Váš príspevok bude po overení viditeľný pod komentárom)
Napísať komentár
Pomocou elektrického vzorca E zistíte, že:
