» » Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях
Статьи
1.04.16 (21:41)
1261
Источник © 1gai.ru, Eric

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Что такое топливные элементы и их применение в автомобилестроении

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Сэр Уильям Грове знал много об электролизе, поэтому он выдвинул гипотезу, что путем процесса (который расщепляет воду на составляющие водород и кислород путем проведения электричества через нее) он может производить электричество, если провести его в обратном порядке. После расчётов на бумаге, он подошел к экспериментальной стадии и сумел доказать свои идеи. Доказанную гипотезу развили ученые Людвиг Монд и его помощник Чарльз Лангре, усовершенствовали технологию и еще в 1889 году дали ей название в которые входили два слова- "топливный элемент".

 

Сейчас это словосочетание крепко вошло в обиход автомобилистов. Вы безусловно слышали этот термин «топливный элемент» и не единожды. В новостях в интернете, по телевизору все чаще мелькают новомодные слова. Обычно они относятся к рассказам о новейших гибридных автомобилях или программах развития этих гибридных автомобилей.

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Например, еще 11 лет назад в США была запущена программа "The Hydrogen Fuel Initiative". Программа была направлена ​​на разработку водородных топливных элементов и технологий инфраструктуры, необходимых для того, чтобы сделать транспортные средства использующие топливные элементы практичными и экономически продуманными, рентабельными к 2020 году. Кстати, за это время на программу было выделено более 1 млрд. долларов, что говорит о серьезной ставке, которую сделали власти Штатов на развитие экологически дружелюбных технологий.

 

По другую сторону океана производители автомобилей также не дремали, начинали или продолжали проводить свои изыскания на тему машин с топливными элементами. Honda, ToyotaMercedes-Benz и даже Hyundai продолжал работать над созданием надежной технологии топливных элементов.

 

Наибольшего успеха на данном поприще среди всех мировых автопроизводителей добились две японских автопроизводителя, Toyota и Honda. Их модели на топливных элементах уже пошли в серийное производство, в тоже время их конкуренты следует прямо за ними.

 

Поэтому, топливные элементы в автомобильной индустрии- это надолго. Рассмотрим принципы работы технологии и ее применение в современных автомобилях.

 

Принцип работы топливного элемента

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

В сущности, топливный элемент представляет собой двигатель без движущихся частей. С технической точки зрения определить топливный элемент можно как электрохимическое устройство для преобразования энергии. Он преобразует частицы водорода и кислорода в воду, в процессе попутно производя электричество, постоянный ток.

 

Существует множество типов топливных элементов, некоторые из них уже используются в автомобилях, другие проходят исследовательские тесты. В большинстве из них используется водород и кислород в качестве основных химических элементов необходимых для преобразования.

 

Аналогичная процедура происходит в обычной батарее, отличие только в том, что батарея уже имеет все необходимые химические вещества, требуемые для преобразования "на борту", в то время как топливный элемент может быть "заряжаться" от внешнего источника, благодаря чему процесс «производства» электричества может быть продолжен. Помимо водяного пара и электричества, другим побочным продуктом процедуры является выделяемое тепло.

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Водородно-кислородный топливный элемент с протонообменной мембраной содержит протонопроводящую полимерную мембрану, которая разделяет два электрода — анод и катод. Каждый электрод обычно представляет собой угольную пластину (матрицу) с нанесённым катализатором — платиной или сплавом платиноидов и др. композиции.

 

На катализаторе анода молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны. Катионы водорода проводятся через мембрану к катоду, но электроны отдаются во внешнюю цепь, так как мембрана не пропускает электроны.

 

На катализаторе катода молекула кислорода соединяется с электроном (который подводится из внешних коммуникаций) и пришедшим протоном и образует воду, которая является единственным продуктом реакции (в виде пара и/или жидкости).

 

wikipedia.org

 

Применение в автомобилях

Из всех типов топливных элементов, по- видимому наилучшим кандидатом для применения в транспортных средствах стали топливные элементы на основе протонообменных мембран или как их называют на западе- Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Основными причинами этого являются его высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура, а это в свою очередь означает, что у него не потребуется много времени для того чтобы привести топливные элементы в рабочий режим. Они оперативно разогреются и начнут производить необходимое количество электроэнергии. В ее основе используется также одна из самых простых реакций из всех типов топливных элементов.

 

Смотрите также: Виды аккумуляторов, их преимущества и слабые стороны

 

Первое транспортное средство с этой технологией было сделано еще в 1994 году, когда Mercedes-Benz представил прототип MB100 созданный на основе NECAR1 (новый электрический автомобиль 1). Помимо малой выходной мощности (всего 50 киловатт), самый большой недостаток этой концепции заключалась в том, что топливный элемент занимал весь объем грузового отсека фургона.

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Кроме того, с точки зрения пассивной безопасности, это была ужасная идея для массового производства, принимая во внимание необходимость установки на борту массивного резервуара, заполненного легковоспламеняющимся водородом под давлением.

 

В течение следующего десятилетия технология развивалась и одна из последних концепций, созданных на топливных элементах от Мерседес имел выходную мощность 115 л.с. (85 квт) и диапазон действия около 400 километров перед дозаправкой. Конечно, немцы были не единственными пионерами в разработке топливных элементов будущего. Не забывайте про двух японцев, Toyota и Honda. Одним из крупнейших автомобильных игроков стала Honda, который представил серийный автомобиль с силовой установкой на водородных топливных элементах. Продажи FCX Clarity в лизинг на территории США начались летом 2008 года, чуть позже реализация автомобиля перешла в Японию.
Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Еще дальше пошла Toyota с моделью Mirai, чья прогрессивная система топливных элементов, работающая на водороде, по- видимому способна предоставить футуристичному автомобилю диапазон действия в 520 км на одном баке, который может быть заправляемого менее чем за пять минут, так же как обычный автомобиль. Показатели расхода топлива поразят любого скептика, они невероятны даже для автомобиля с классической силовой установкой Toyota Mirai расходует 3.5 литра независимо от того в каких условиях используется автомобиль, в городе, на шоссе или в смешанном цикле.

 

Прошло восемь лет. Honda потратила это время с пользой для своего дела. Второе поколение Honda FCX Clarity сейчас появляется в продаже. Ее батареи топливных элементов стали на 33% более компактными, чем у первой модели, удельная мощность увеличилась на 60%. Honda уверяет, что топливный элемент и интегрированный силовой агрегат в Clarity Fuel Cell по размерам сравним с двигателем V6, что оставляет достаточно внутреннего пространства для пяти пассажиров и их багажа.

Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях

Предполагаемый диапазон составляет 500 км, а стартовая цена новинки должна закрепиться на уровне в $60,0000. Дорого? Наоборот, очень даже дешево. В начале 2000 автомобили с подобными технологиями стоили $100.000.

 

Смотрите также: 2016 World Car of the Year, победители и проигравшие

 

Учитывая ограничения присущие данной технологии в автомобилях, в связи с отсутствием заправочной инфраструктуры, являющейся наибольшим препятствием, машины на топливных элементах вряд ли смогут конкурировать с более традиционными автомобилями в ближайшие 15-20 лет, но в долгосрочной перспективе, они могут оказаться более жизнеспособными. Налоги на загрязнение и экологические законы становятся все более и более жесткими, и наряду с непрерывным ростом потребления ископаемого топлива, это может убедить правительства разных стран и производителей автомобилей вкладываться в экологичную технологию еще активнее.

Оцените новость:
Поделиться
Хотите ли вы уехать из России?
 
Оформи еженедельную рассылку 1gai.ru