≡×მენიუ

•   გადაცემათა კოლოფი
• ძრავი
• ძრავი 
• სითხეები
• გადაცემათა კოლოფი 

წყალბადის მანქანა მაგიდაზე: ყველაზე მაგარი სამშენებლო ნაკრები. წვრილმანი წყალბადის საწვავის უჯრედი. წყალბადის საწვავის უჯრედი: აღწერა, მახასიათებლები, მუშაობის პრინციპი, ფოტო წყალბადის საწვავის უჯრედები

საწვავის უჯრედი- რა არის? როდის და როგორ გამოჩნდა? რატომ არის ეს საჭირო და რატომ საუბრობენ მათზე ასე ხშირად დღესდღეობით? რა არის მისი გამოყენება, მახასიათებლები და თვისებები? შეუჩერებელი პროგრესი ყველა ამ კითხვაზე პასუხს მოითხოვს!

რა არის საწვავის უჯრედი?

საწვავის უჯრედი- არის ქიმიური დენის წყარო ან ელექტროქიმიური გენერატორი, ეს არის ქიმიური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევის მოწყობილობა; თანამედროვე ცხოვრებაში ქიმიური ენერგიის წყაროები გამოიყენება ყველგან და არის ბატარეები მობილური ტელეფონებისთვის, ლეპტოპებისთვის, PDA-ებისთვის, ასევე მანქანებში ბატარეები, უწყვეტი კვების წყაროები და ა.შ. ამ სფეროს განვითარების შემდეგი ეტაპი იქნება საწვავის უჯრედების ფართო გავრცელება და ეს უდაო ფაქტია.

საწვავის უჯრედების ისტორია

საწვავის უჯრედების ისტორია არის კიდევ ერთი ამბავი იმის შესახებ, თუ როგორ აღმოაჩინეს მატერიის თვისებები, რომლებიც ერთხელ აღმოჩენილ იქნა დედამიწაზე, ფართოდ გამოიყენეს კოსმოსში და ათასწლეულის მიჯნაზე დაბრუნდნენ ზეციდან დედამიწაზე.

ეს ყველაფერი 1839 წელს დაიწყოროდესაც გერმანელმა ქიმიკოსმა კრისტიან შონბეინმა გამოაქვეყნა საწვავის უჯრედის პრინციპები ფილოსოფიურ ჟურნალში. იმავე წელს, ინგლისელმა და ოქსფორდის კურსდამთავრებულმა, უილიამ რობერტ გროვმა, დააპროექტა გალვანური უჯრედი, რომელსაც მოგვიანებით უწოდეს გროვის გალვანური უჯრედი, რომელიც ასევე აღიარებულია პირველ საწვავის უჯრედად. სახელი "საწვავის უჯრედი" გამოგონებას მიენიჭა მისი საიუბილეო წელს - 1889 წელს. ტერმინის ავტორები არიან ლუდვიგ მონდი და კარლ ლანგერი.

ცოტა ადრე, 1874 წელს, ჟიულ ვერნმა თავის რომანში „იდუმალი კუნძული“ იწინასწარმეტყველა ამჟამინდელი ენერგეტიკული მდგომარეობა და წერდა, რომ „ერთ დღეს წყალი გამოყენებული იქნება როგორც საწვავი, წყალბადი და ჟანგბადი, რომლისგანაც იგი შედგება“.

ამასობაში ელექტრომომარაგების ახალი ტექნოლოგია თანდათან იხვეწებოდა და მე-20 საუკუნის 50-იანი წლებიდან არც ერთი წელი არ გასულა ამ სფეროში უახლესი გამოგონებების გამოცხადების გარეშე. 1958 წელს შეერთებულ შტატებში, 1959 წელს გამოჩნდა პირველი ტრაქტორი, რომელიც იკვებება საწვავის უჯრედებით. გამოუშვეს შედუღების აპარატის 5 კვტ დენის წყარო და ა.შ. 70-იან წლებში წყალბადის ტექნოლოგია კოსმოსში აფრინდა: გამოჩნდა თვითმფრინავები და სარაკეტო ძრავები, რომლებიც იკვებება წყალბადით. 60-იან წლებში RSC Energia-მ შეიმუშავა საწვავის უჯრედები საბჭოთა მთვარის პროგრამისთვის. ბურანის პროგრამას ასევე არ შეეძლო მათ გარეშე: შეიქმნა ტუტე 10 კვტ საწვავის უჯრედები. და საუკუნის ბოლოს, საწვავის უჯრედებმა გადალახეს ნულოვანი სიმაღლე - ისინი გამოიყენეს გერმანული წყალქვეშა ნავის გასაძლიერებლად. დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ, პირველი ლოკომოტივი ექსპლუატაციაში შევიდა შეერთებულ შტატებში 2009 წელს. ბუნებრივია, საწვავის უჯრედებზე.

საწვავის უჯრედების მთელ შესანიშნავ ისტორიაში საინტერესო ის არის, რომ ბორბალი კვლავ რჩება კაცობრიობის გამოგონებად, რომელსაც ბუნებაში ანალოგი არ გააჩნია. ფაქტია, რომ მათი დიზაინითა და მუშაობის პრინციპით, საწვავის უჯრედები ბიოლოგიური უჯრედის მსგავსია, რომელიც, არსებითად, არის მინიატურული წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედი. შედეგად, ადამიანმა კიდევ ერთხელ გამოიგონა ის, რასაც ბუნება მილიონობით წლის განმავლობაში იყენებს.

საწვავის უჯრედების მუშაობის პრინციპი

საწვავის უჯრედების მუშაობის პრინციპი აშკარაა სასკოლო ქიმიის სასწავლო გეგმიდანაც კი და სწორედ ეს იყო ჩამოყალიბებული უილიამ გროვის ექსპერიმენტებში 1839 წელს. საქმე იმაშია, რომ წყლის ელექტროლიზის (წყლის დისოციაციის) პროცესი შექცევადია.როგორც მართალია, როდესაც ელექტრული დენი წყალში გადის, ეს უკანასკნელი იყოფა წყალბადად და ჟანგბადად, ასევე საპირისპიროა: წყალბადი და ჟანგბადი შეიძლება გაერთიანდეს წყლისა და ელექტროენერგიის შესაქმნელად. გროვის ექსპერიმენტში ორი ელექტროდი მოათავსეს პალატაში, რომელშიც სუფთა წყალბადის და ჟანგბადის შეზღუდული ნაწილი ზეწოლის ქვეშ მიეწოდებოდა. გაზის მცირე მოცულობის გამო, ასევე ნახშირბადის ელექტროდების ქიმიური თვისებების გამო, პალატაში მოხდა ნელი რეაქცია სითბოს, წყლის გამოყოფით და, რაც მთავარია, ელექტროდებს შორის პოტენციური სხვაობის წარმოქმნით.

უმარტივესი საწვავის უჯრედი შედგება სპეციალური მემბრანისგან, რომელიც გამოიყენება ელექტროლიტად, რომლის ორივე მხარეს გამოიყენება ფხვნილი ელექტროდები. წყალბადი მიდის ერთ მხარეს (ანოდი), ხოლო ჟანგბადი (ჰაერი) მიდის მეორე მხარეს (კათოდი). თითოეულ ელექტროდზე სხვადასხვა ქიმიური რეაქცია ხდება. ანოდზე წყალბადი იშლება პროტონებისა და ელექტრონების ნარევად. ზოგიერთ საწვავის უჯრედში ელექტროდები გარშემორტყმულია კატალიზატორით, რომელიც ჩვეულებრივ დამზადებულია პლატინისგან ან სხვა კეთილშობილური ლითონებისგან, რაც ხელს უწყობს დისოციაციის რეაქციას:

2H 2 → 4H + + 4e -

სადაც H 2 არის წყალბადის ორატომური მოლეკულა (ფორმა, რომელშიც წყალბადი არის გაზის სახით); H + - იონიზებული წყალბადი (პროტონი); e - - ელექტრონი.

საწვავის უჯრედის კათოდის მხარეს, პროტონები (რომლებიც გაიარეს ელექტროლიტში) და ელექტრონები (რომლებიც გაიარეს გარე დატვირთვაზე) შერწყმულია და რეაგირებენ კათოდში მიწოდებულ ჟანგბადთან წყლის წარმოქმნით:

4H + + 4e - + O 2 → 2H 2 O

სულ რეაქციასაწვავის უჯრედში ასე წერია:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

საწვავის უჯრედის მოქმედება ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ელექტროლიტი საშუალებას აძლევს პროტონებს გაიარონ მასში (კათოდისკენ), მაგრამ ელექტრონები არა. ელექტრონები კათოდში გადადიან გარე გამტარ მიკროსქემის გასწვრივ. ელექტრონების ეს მოძრაობა არის ელექტრული დენი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას საწვავის უჯრედთან დაკავშირებული გარე მოწყობილობის (დატვირთვა, როგორიცაა ნათურა) მართვით.

საწვავის უჯრედები იყენებენ წყალბადის საწვავს და ჟანგბადს მუშაობისთვის. უმარტივესი გზაა ჟანგბადით - ჰაერიდან იღებენ. წყალბადის მიწოდება შესაძლებელია უშუალოდ გარკვეული კონტეინერიდან ან გარე საწვავის წყაროდან (ბუნებრივი აირი, ბენზინი ან მეთილის სპირტი - მეთანოლი) იზოლირებით. გარე წყაროს შემთხვევაში, ის ქიმიურად უნდა გარდაიქმნას წყალბადის გამოსაყვანად. ამჟამად, პორტატული მოწყობილობებისთვის შემუშავებული საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიების უმეტესობა იყენებს მეთანოლს.

საწვავის უჯრედების მახასიათებლები

• საწვავის უჯრედები არსებული ბატარეების ანალოგია იმ გაგებით, რომ ორივე შემთხვევაში ელექტრო ენერგია მიიღება ქიმიური ენერგიისგან. მაგრამ ასევე არსებობს ფუნდამენტური განსხვავებები:
  • ისინი მუშაობენ მხოლოდ მანამ, სანამ საწვავი და ოქსიდიზატორი მიეწოდება გარე წყაროდან (ანუ მათ არ შეუძლიათ ელექტრო ენერგიის შენახვა),
  • ელექტროლიტის ქიმიური შემადგენლობა არ იცვლება ექსპლუატაციის დროს (საწვავის უჯრედს არ სჭირდება დატენვა),
  • ისინი სრულიად დამოუკიდებლები არიან ელექტროენერგიისგან (მაშინ როდესაც ჩვეულებრივი ბატარეები ინახავს ენერგიას ქსელიდან).
• თითოეული საწვავის უჯრედი ქმნის ძაბვა 1-ზეIN. უფრო მაღალი ძაბვა მიიღწევა მათი სერიული შეერთებით. სიმძლავრის (დენის) ზრდა რეალიზდება სერიით დაკავშირებული საწვავის უჯრედების კასკადების პარალელური შეერთებით.
• საწვავის უჯრედებში არ არსებობს მკაცრი შეზღუდვა ეფექტურობაზესითბოს ძრავების მსგავსად (კარნოს ციკლის ეფექტურობა არის ყველაზე მაღალი შესაძლო ეფექტურობა ყველა სითბოს ძრავას შორის ერთი და იგივე მინიმალური და მაქსიმალური ტემპერატურით).
• Მაღალი ეფექტურობისმიიღწევა საწვავის ენერგიის ელექტროენერგიად პირდაპირი გადაქცევით. როდესაც დიზელის გენერატორის კომპლექტი პირველ რიგში იწვის საწვავს, შედეგად მიღებული ორთქლი ან გაზი ბრუნავს ტურბინას ან შიდა წვის ძრავის ლილვს, რომელიც თავის მხრივ ატრიალებს ელექტრო გენერატორს. შედეგი არის ეფექტურობა მაქსიმუმ 42%, მაგრამ უფრო ხშირად ეს არის დაახლოებით 35-38%. უფრო მეტიც, მრავალი კავშირის გამო, ისევე როგორც თერმოდინამიკური შეზღუდვების გამო თერმოძრავების მაქსიმალური ეფექტურობის გამო, არსებული ეფექტურობა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გაიზარდოს უფრო მაღალი. არსებული საწვავის უჯრედებისთვის ეფექტურობა 60-80%,
• ეფექტურობა თითქმის არ არის დამოკიდებული დატვირთვის ფაქტორზე,
• სიმძლავრე რამდენჯერმე მეტიავიდრე არსებულ ბატარეებში,
• სრული არ არის ეკოლოგიურად მავნე გამონაბოლქვი. გამოიყოფა მხოლოდ სუფთა წყლის ორთქლი და თერმული ენერგია (დიზელის გენერატორებისგან განსხვავებით, რომლებსაც აქვთ დამაბინძურებელი გამონაბოლქვი და საჭიროებს მათ მოცილებას).

საწვავის უჯრედების ტიპები

საწვავის უჯრედები კლასიფიცირებულიშემდეგი მახასიათებლების მიხედვით:

• გამოყენებული საწვავის მიხედვით,
• სამუშაო წნევისა და ტემპერატურის მიხედვით,
• განაცხადის ხასიათის მიხედვით.

ზოგადად, განასხვავებენ შემდეგს: საწვავის უჯრედების ტიპები:

• მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები (SOFC);
• პროტონგაცვლის მემბრანის საწვავის უჯრედი (PEMFC);
• შექცევადი საწვავის უჯრედი (RFC);
• პირდაპირი მეთანოლის საწვავის უჯრედი (DMFC);
• მდნარ-კარბონატული საწვავის უჯრედები (MCFC);
• ფოსფორმჟავას საწვავის უჯრედები (PAFC);
• ტუტე საწვავის უჯრედები (AFC).

საწვავის უჯრედების ერთ-ერთი ტიპი, რომელიც მუშაობს ნორმალურ ტემპერატურასა და წნევაზე წყალბადისა და ჟანგბადის გამოყენებით, არის იონგაცვლის მემბრანის უჯრედი. მიღებული წყალი არ ხსნის მყარ ელექტროლიტს, მიედინება ქვემოთ და ადვილად იშლება.

საწვავის უჯრედის პრობლემები

• საწვავის უჯრედების მთავარი პრობლემა დაკავშირებულია "შეფუთული" წყალბადის საჭიროებასთან, რომლის შეძენაც თავისუფლად შეიძლებოდა. ცხადია, პრობლემა დროთა განმავლობაში უნდა მოგვარდეს, მაგრამ ახლა სიტუაცია ოდნავ ღიმილს იწვევს: რა მოდის პირველ რიგში - ქათამი თუ კვერცხი? საწვავის უჯრედები ჯერ არ არის საკმარისად განვითარებული წყალბადის ქარხნების ასაშენებლად, მაგრამ მათი პროგრესი ამ ქარხნების გარეშე წარმოუდგენელია. აქვე აღვნიშნავთ წყალბადის წყაროს პრობლემას. ამჟამად წყალბადი ბუნებრივი აირისგან იწარმოება, მაგრამ ენერგეტიკული ხარჯების ზრდა წყალბადის ფასსაც გაზრდის. ამავდროულად, ბუნებრივი აირის წყალბადში გარდაუვალია CO და H 2 S (წყალბადის სულფიდი) არსებობა, რომლებიც წამლავს კატალიზატორს.
• ჩვეულებრივი პლატინის კატალიზატორები იყენებენ ძალიან ძვირადღირებულ და შეუცვლელ ლითონს - პლატინას. თუმცა, ამ პრობლემის მოგვარება იგეგმება ფერმენტებზე დაფუძნებული კატალიზატორების გამოყენებით, რომლებიც იაფი და ადვილად წარმოქმნილი ნივთიერებაა.
• ასევე პრობლემაა წარმოქმნილი სითბო. ეფექტურობა მკვეთრად გაიზრდება, თუ გამომუშავებული სითბო მიემართება სასარგებლო არხებში - გათბობის სისტემისთვის თერმული ენერგიის გამომუშავება, შთანთქმის სამაცივრო მანქანებში ნარჩენი სითბოს გამოყენება და ა.შ.

მეთანოლის საწვავის უჯრედები (DMFC): რეალური პროგრამები

ყველაზე დიდი პრაქტიკული ინტერესი დღეს მეთანოლზე დაფუძნებული პირდაპირი საწვავის უჯრედებია (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC). Portege M100 ლეპტოპი, რომელიც მუშაობს DMFC საწვავის უჯრედზე, ასე გამოიყურება:

ტიპიური DMFC უჯრედის წრე, ანოდის, კათოდისა და მემბრანის გარდა, შეიცავს რამდენიმე დამატებით კომპონენტს: საწვავის კარტრიჯს, მეთანოლის სენსორს, საწვავის ცირკულაციის ტუმბოს, ჰაერის ტუმბოს, სითბოს გადამცვლელს და ა.შ.

მაგალითად, ლეპტოპის მუშაობის დრო ბატარეებთან შედარებით დაგეგმილია 4-ჯერ (20 საათამდე), მობილური ტელეფონის - 100 საათამდე აქტიურ რეჟიმში და ექვს თვემდე ლოდინის რეჟიმში. დატენვა განხორციელდება თხევადი მეთანოლის ნაწილის დამატებით.

მთავარი ამოცანაა იპოვოთ მეთანოლის ხსნარის გამოყენების ვარიანტები მისი უმაღლესი კონცენტრაციით. პრობლემა ის არის, რომ მეთანოლი საკმაოდ ძლიერი შხამია, სასიკვდილო რამდენიმე ათეული გრამი დოზით. მაგრამ მეთანოლის კონცენტრაცია პირდაპირ გავლენას ახდენს მუშაობის ხანგრძლივობაზე. თუ ადრე გამოიყენებოდა 3-10% მეთანოლის ხსნარი, მაშინ უკვე გამოჩნდა მობილური ტელეფონები და PDA-ები, რომლებიც იყენებენ 50% ხსნარს, ხოლო 2008 წელს, ლაბორატორიულ პირობებში, MTI MicroFuel Cells-ის სპეციალისტებმა და ცოტა მოგვიანებით Toshiba-მ მიიღეს საწვავის უჯრედები, რომლებიც მუშაობენ. სუფთა მეთანოლზე.

საწვავის უჯრედები მომავალია!

და ბოლოს, საწვავის უჯრედების აშკარა მომავალი მოწმობს ის ფაქტი, რომ საერთაშორისო ორგანიზაცია IEC (International Electrotechnical Commission), რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონული მოწყობილობების ინდუსტრიულ სტანდარტებს, უკვე გამოაცხადა სამუშაო ჯგუფის შექმნა მინიატურული საწვავის უჯრედების საერთაშორისო სტანდარტის შემუშავებისთვის. .

ენერგიის უნივერსალური წყაროა ყველა ბიოქიმიური პროცესისთვის ცოცხალ ორგანიზმებში, ხოლო ერთდროულად ქმნის ელექტრულ პოტენციურ განსხვავებას მის შიდა მემბრანაზე. თუმცა, ამ პროცესის კოპირება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის ინდუსტრიული მასშტაბით რთულია, რადგან მიტოქონდრიის პროტონული ტუმბოები ცილოვანი ხასიათისაა.

TE მოწყობილობა

საწვავის უჯრედები არის ელექტროქიმიური მოწყობილობები, რომლებსაც თეორიულად შეუძლიათ ქიმიური ენერგიის ელექტროენერგიად გადაქცევის მაღალი მაჩვენებელი.

საწვავის და ოქსიდიზატორის ნაკადების გამიჯვნის პრინციპი

როგორც წესი, დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედები იყენებენ: წყალბადს ანოდის მხარეს და ჟანგბადს კათოდის მხარეს (წყალბადის უჯრედი) ან მეთანოლს და ატმოსფერულ ჟანგბადს. საწვავის უჯრედებისგან განსხვავებით, ერთჯერადი ვოლტაური უჯრედები და აკუმულატორები შეიცავს მოხმარებად მყარ ან თხევად რეაგენტებს, რომელთა მასა შემოიფარგლება ბატარეების მოცულობით და როდესაც ელექტროქიმიური რეაქცია შეჩერდება, ისინი უნდა შეიცვალოს ახლით ან ელექტრულად დამუხტვა, რათა დაიწყონ პირიქით. ქიმიური რეაქცია, ან სულ მცირე, მათ უნდა შეცვალონ დახარჯული ელექტროდები და დაბინძურებული ელექტროლიტები. საწვავის უჯრედში რეაგენტები შემოდიან, რეაქციის პროდუქტები გამოდიან და რეაქცია შეიძლება გაგრძელდეს მანამ, სანამ რეაგენტები შედიან მასში და შენარჩუნდება თავად საწვავის უჯრედის კომპონენტების რეაქტიულობა, რაც ყველაზე ხშირად განისაზღვრება მათი „მოწამვლით“ -არასაკმარისად სუფთა საწყისი ნივთიერებების პროდუქტები.

წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედის მაგალითი

პროტონების გაცვლის მემბრანა (მაგ., "პოლიმერული ელექტროლიტი") წყალბად-ჟანგბადის საწვავის უჯრედი შეიცავს პროტონგამტარ პოლიმერულ მემბრანას, რომელიც ჰყოფს ორ ელექტროდს, ანოდს და კათოდს. თითოეული ელექტროდი, როგორც წესი, არის ნახშირბადის ფირფიტა (მატრიცა), რომელიც დაფარულია კატალიზატორით - პლატინით ან პლატინის ჯგუფის ლითონებისა და სხვა კომპოზიციების შენადნობით.

საწვავის უჯრედებს არ შეუძლიათ ელექტროენერგიის შენახვა, როგორიცაა გალვანური ან დატენვის ბატარეები, მაგრამ ზოგიერთი აპლიკაციისთვის, როგორიცაა ელექტროსადგურები, რომლებიც მუშაობენ ელექტრული სისტემიდან იზოლირებულად, ენერგიის წყვეტილი წყაროების გამოყენებით (მზის, ქარი), ისინი შერწყმულია ელექტროლიზატორებთან, კომპრესორებთან და საწვავის ავზებთან (მაგ. წყალბადის ცილინდრები) ქმნიან ენერგიის შესანახ მოწყობილობას.

მემბრანა

მემბრანა იძლევა პროტონების, მაგრამ არა ელექტრონების გამტარობის საშუალებას. ეს შეიძლება იყოს პოლიმერი (ნაფიონი, პოლიბენზიმიდაზოლი და სხვ.) ან კერამიკული (ოქსიდი და ა.შ.). თუმცა, არის საწვავის უჯრედები მემბრანის გარეშე.

ანოდური და კათოდური მასალები და კატალიზატორები

ანოდი და კათოდი, როგორც წესი, უბრალოდ გამტარ კატალიზატორია - პლატინა დეპონირებულია მაღალგანვითარებულ ნახშირბადის ზედაპირზე.

საწვავის უჯრედების ტიპები

საწვავის უჯრედების ძირითადი ტიპები

საწვავის უჯრედის ტიპი	რეაქცია ანოდზე	ელექტროლიტი	რეაქცია კათოდზე	ტემპერატურა, °C
ტუტე საწვავის უჯრედები (AFC)	2H 2 + 4OH - → 2H 2 O + 4e -	KOH ხსნარი	O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH -	200
FC პროტონების გაცვლის მემბრანით პროტონგამცვლელი მემბრანის საწვავის უჯრედი - PEMFC)	2H 2 → 4H + + 4e -	პროტონების გაცვლის მემბრანა	O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O	80
მეთანოლი TE (ინგლ. პირდაპირი მეთანოლის საწვავის უჯრედი - DMFC)	2CH 3 OH + 2H 2 O → 2CO 2 + 12H + + 12e -	პროტონების გაცვლის მემბრანა	3O 2 + 12H + + 12e - → 6H 2 O	60
TE-ზე დაფუძნებული ორთოფოსფორულ მჟავაზე (ინგლ. ფოსფორმჟავას საწვავის უჯრედები - PAFC)	2H 2 → 4H + + 4e -	ფოსფორის მჟავას ხსნარი	O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O	200
FC დაფუძნებული გამდნარ კარბონატზე მდნარ-კარბონატული საწვავის უჯრედები - MCFC)	2H 2 + 2CO 3 2- → 2H 2 O + 2CO 2 + 4e -	გამდნარი კარბონატი	O 2 + 2CO 2 + 4e - → 2CO 3 2-	650
მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები (SOFC)	2H 2 + 2O 2 - → 2H 2 O + 4e -	ოქსიდების ნარევი	O 2 + 4e - → 2O 2 -	1000

ამბავი

პირველი აღმოჩენები

საწვავის უჯრედების მუშაობის პრინციპი 1839 წელს აღმოაჩინა ინგლისელმა მეცნიერმა W. Grove-მ, რომელმაც აღმოაჩინა, რომ ელექტროლიზის პროცესი შექცევადია, ანუ წყალბადი და ჟანგბადი შეიძლება გაერთიანდეს წყლის მოლეკულებში წვის გარეშე, მაგრამ სითბოს გამოყოფით და. ელექტროობა. მეცნიერმა თავის მოწყობილობას, სადაც მან შეძლო ამ რეაქციის განხორციელება, უწოდა "გაზის ბატარეა" და ეს იყო პირველი საწვავის უჯრედი. თუმცა, მომდევნო 100 წლის განმავლობაში ამ იდეას პრაქტიკული გამოყენება არ ჰპოვა.

1937 წელს პროფესორმა ფ. ბეკონმა დაიწყო მუშაობა საწვავის უჯრედზე. 1950-იანი წლების ბოლოს მან შეიმუშავა ბატარეა 40 საწვავის უჯრედისგან, 5 კვტ სიმძლავრით. ასეთი ბატარეა შეიძლება გამოყენებულ იქნას შედუღების აპარატის ან ჩანგალი ენერგიის უზრუნველსაყოფად. ბატარეა მუშაობდა მაღალ ტემპერატურაზე 200°C ან მეტი და წნევა 20-40 ბარი. გარდა ამისა, ის საკმაოდ მასიური იყო.

კვლევის ისტორია სსრკ-სა და რუსეთში

პირველი კვლევები 1930-იან წლებში დაიწყო. RSC Energia-მ (1966 წლიდან) შეიმუშავა PAFC ელემენტები საბჭოთა მთვარის პროგრამისთვის. 1987 წლიდან 1987 წლამდე Energia-მ აწარმოა დაახლოებით 100 საწვავის უჯრედი, რაც ჯამში დაახლოებით 80000 საათს მუშაობდა.

ბურანის პროგრამაზე მუშაობისას შეისწავლეს ტუტე AFC ელემენტები. ბურანზე დამონტაჟდა 10 კვტ საწვავის უჯრედები.

საწვავის უჯრედები თავდაპირველად მხოლოდ კოსმოსურ ინდუსტრიაში გამოიყენებოდა, მაგრამ ამჟამად მათი გამოყენების სფერო მუდმივად ფართოვდება. ისინი გამოიყენება სტაციონარული ელექტროსადგურებში, როგორც შენობების სითბოს და ელექტროენერგიის მიწოდების ავტონომიური წყაროები, მანქანების ძრავებში და როგორც ელექტროენერგიის წყაროები ლეპტოპებისა და მობილური ტელეფონებისთვის. ზოგიერთ ამ მოწყობილობას ჯერ არ დაუტოვებია ლაბორატორიების კედლები, ზოგი უკვე კომერციულად ხელმისაწვდომია და დიდი ხანია გამოიყენება.

საწვავის უჯრედების გამოყენების მაგალითები

განაცხადის არეალი	Ძალა	გამოყენების მაგალითები
სტაციონარული დანადგარები	5-250 კვტ და ზემოთ	სითბოს და ელექტრომომარაგების ავტონომიური წყაროები საცხოვრებელი, საზოგადოებრივი და სამრეწველო შენობებისთვის, უწყვეტი კვების წყაროები, სარეზერვო და გადაუდებელი ელექტრომომარაგების წყაროები
პორტატული დანადგარები	1-50 კვტ	საგზაო ნიშნები, სატვირთო და მაცივარი სარკინიგზო სატვირთო მანქანები, ინვალიდის ეტლები, გოლფის ეტლები, კოსმოსური ხომალდები და თანამგზავრები
ტრანსპორტი	25-150 კვტ	მანქანები და სხვა მანქანები, ხომალდები და წყალქვეშა ნავები
პორტატული მოწყობილობები	1-500 ვტ	მობილური ტელეფონები, ლეპტოპები, PDA, სხვადასხვა სამომხმარებლო ელექტრონული მოწყობილობები, თანამედროვე სამხედრო მოწყობილობები

საწვავის უჯრედებზე დაფუძნებული მაღალი სიმძლავრის ელექტროსადგურები ფართოდ გამოიყენება. ძირითადად, ასეთი მცენარეები მოქმედებენ გამდნარ კარბონატებზე, ფოსფორის მჟავასა და მყარ ოქსიდებზე დაფუძნებულ ელემენტებზე. როგორც წესი, ასეთი დანადგარები გამოიყენება არა მხოლოდ ელექტროენერგიის, არამედ სითბოს გამომუშავებისთვის.

დიდი ძალისხმევა კეთდება ჰიბრიდული ქარხნების შესაქმნელად, რომლებიც აერთიანებენ მაღალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედებს გაზის ტურბინებთან. ასეთი დანადგარების ეფექტურობამ შეიძლება მიაღწიოს 74,6%-ს გაზის ტურბინების გაუმჯობესებით.

ასევე აქტიურად იწარმოება საწვავის უჯრედებზე დაფუძნებული დაბალი სიმძლავრის დანადგარები.

ტექნიკური რეგულირება საწვავის უჯრედების წარმოებისა და გამოყენების სფეროში.

2004 წლის 19 აგვისტოს საერთაშორისო ელექტროტექნიკურმა კომისიამ (IEC) გამოსცა პირველი საერთაშორისო სტანდარტი, IEC 62282–2 “Fuel Cell Technologies. ნაწილი 2, საწვავის უჯრედის მოდულები“. ეს იყო IEC 62282 სერიების პირველი სტანდარტი, რომელიც შემუშავებულია საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიების ტექნიკური კომიტეტის მიერ (TC/IEC 105). ტექნიკური კომიტეტი TC/IEC 105 მოიცავს მუდმივ წარმომადგენლებს 17 ქვეყნიდან და დამკვირვებლებს 15 ქვეყნიდან.

TC/IEC 105-მა შეიმუშავა და გამოაქვეყნა 14 საერთაშორისო სტანდარტი IEC 62282 სერიაში, რომელიც მოიცავს თემების ფართო სპექტრს, რომლებიც დაკავშირებულია საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურების სტანდარტიზაციასთან. რუსეთის ფედერაციის ტექნიკური რეგულირებისა და მეტროლოგიის ფედერალური სააგენტო (ROSSTANDART) არის ტექნიკური კომიტეტის TC/IEC 105 კოლექტიური წევრი, როგორც დამკვირვებელი. IEC-თან კოორდინაციას რუსეთის ფედერაციის მხრიდან ახორციელებს RosMEK-ის სამდივნო (Rosstandart), ხოლო IEC სტანდარტების დანერგვაზე მუშაობას ახორციელებს სტანდარტიზაციის ეროვნული ტექნიკური კომიტეტი TC 029 "Hydrogen Technologies". წყალბადის ენერგიის ეროვნული ასოციაცია (NAVE) და შპს KVT. ამჟამად, ROSSTANDART-მა მიიღო შემდეგი ეროვნული და სახელმწიფოთაშორისი სტანდარტები, რომლებიც იდენტურია საერთაშორისო IEC სტანდარტებისა:

GOST R 56188.1-2014/IEC/TS 62282-1:2010 „საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიები. ნაწილი 1. ტერმინოლოგია“;

GOST R IEC 62282-2-2014 „საწვავის უჯრედების ტექნოლოგიები. ნაწილი 2. საწვავის უჯრედების მოდულები“;

GOST R IEC 62282-3-100-2014 „საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები. ნაწილი 3-100. სტაციონარული საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურები. Უსაფრთხოება";

GOST R IEC 62282-3-200-2014 „საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები. ნაწილი 3-200. სტაციონარული საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურები. შესრულების მახასიათებლების განსაზღვრის ტესტის მეთოდები“;

GOST IEC 62282–3–201–2016 „საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები. ნაწილი 3–201. სტაციონარული საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურები. დაბალი სიმძლავრის სისტემების შესრულების მახასიათებლების განსაზღვრის ტესტის მეთოდები“;

GOST IEC 62282–3–300–2016 „საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები. ნაწილი 3–300. სტაციონარული საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურები. ინსტალაცია";

GOST IEC 62282–5–1–2016 „საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები. ნაწილი 5–1 პორტატული საწვავის უჯრედების ელექტროსადგურები. Უსაფრთხოება"

GOST IEC 62282-7-1–2016 "საწვავის უჯრედის ტექნოლოგიები - ნაწილი 7-1: პოლიმერული ელექტროლიტური საწვავის უჯრედების ერთუჯრედიანი ტესტირების მეთოდები."

წყალბადის საწვავის უჯრედების უპირატესობები

საწვავის უჯრედებს აქვთ მრავალი ღირებული თვისება, მათ შორის

Მაღალი ეფექტურობის

გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა

უკან:ჰაერში გამოიყოფა მხოლოდ წყლის ორთქლი, რომელიც არ აზიანებს გარემოს.

Წინააღმდეგ:წყალბადის გაჟონვა როგორც ცილინდრიდან, ასევე საწვავის უჯრედიდან, ჰაერზე მსუბუქია, შეუქცევად ტოვებს დედამიწის ატმოსფეროს, რაც წყალბადის ტექნოლოგიების მასიური გამოყენებით, შეიძლება გამოიწვიოს წყლის გლობალური დაკარგვა, თუ წყალბადი წარმოიქმნება წყლის ელექტროლიზით. [ ]

კომპაქტური ზომები

საწვავის უჯრედები უფრო მსუბუქი და პატარაა, ვიდრე ტრადიციული ენერგიის წყაროები. საწვავის უჯრედები წარმოქმნიან ნაკლებ ხმაურს, ატარებენ ნაკლებ სითბოს და უფრო ეფექტურია საწვავის მოხმარების თვალსაზრისით. ეს განსაკუთრებით აქტუალური ხდება სამხედრო აპლიკაციებში. მაგალითად, აშშ-ს არმიის ჯარისკაცი ატარებს 22 სხვადასხვა ტიპის ბატარეას. [ ] ბატარეის საშუალო სიმძლავრე 20 ვატია. საწვავის უჯრედების გამოყენება შეამცირებს ლოგისტიკის ხარჯებს, შეამცირებს წონას და გაახანგრძლივებს მოწყობილობებისა და აღჭურვილობის მუშაობის ხანგრძლივობას.

საწვავის უჯრედის პრობლემები

საწვავის უჯრედების დანერგვას ტრანსპორტში აფერხებს წყალბადის ინფრასტრუქტურის ნაკლებობა. არის „ქათამისა და კვერცხის“ პრობლემა - რატომ აწარმოო წყალბადის მანქანები, თუ ინფრასტრუქტურა არ არის? რატომ ავაშენოთ წყალბადის ინფრასტრუქტურა, თუ არ არის წყალბადის ტრანსპორტი?

ელემენტების უმეტესობა ექსპლუატაციის დროს გამოყოფს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას. ეს მოითხოვს სითბოს აღდგენისთვის რთული ტექნიკური მოწყობილობების შექმნას (ორთქლის ტურბინები და ა. დაჟანგვა და სხვა ამოცანები. მაგრამ ამავდროულად, პროცესის მაღალი ტემპერატურა იძლევა თერმული ენერგიის წარმოების საშუალებას, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ელექტროსადგურის ეფექტურობას.

კატალიზატორის მოწამვლისა და მემბრანის გამძლეობის პრობლემა მოგვარებულია ელემენტის შექმნით თვითგანკურნების მექანიზმებით - ფერმენტული კატალიზატორების რეგენერაცია [ ] .

საწვავის უჯრედებს, ქიმიური რეაქციების დაბალი სიჩქარის გამო, აქვთ მნიშვნელოვანი [ ] ინერცია და პიკური ან იმპულსური დატვირთვის პირობებში მუშაობისთვის საჭიროა გარკვეული სიმძლავრის რეზერვი ან სხვა ტექნიკური გადაწყვეტილებების გამოყენება (სუპერკონდენსატორები, ბატარეები).

ასევე არის წყალბადის მოპოვებისა და შენახვის პრობლემა. ჯერ ერთი, ის საკმარისად სუფთა უნდა იყოს, რათა კატალიზატორის სწრაფი მოწამვლა არ მოხდეს და მეორეც, საკმარისად იაფი უნდა იყოს, რომ მისი ღირებულება მომგებიანი იყოს საბოლოო მომხმარებლისთვის.

მარტივი ქიმიური ელემენტებიდან წყალბადი და ნახშირბადი უკიდურესობაა. წყალბადს აქვს წვის ყველაზე მაღალი სპეციფიკური სითბო, მაგრამ ძალიან დაბალი სიმკვრივე და მაღალი ქიმიური რეაქტიულობა. ნახშირბადს აქვს წვის ყველაზე მაღალი სპეციფიკური სითბო მყარ ელემენტებს შორის, საკმაოდ მაღალი სიმკვრივე, მაგრამ დაბალი ქიმიური აქტივობა აქტივაციის ენერგიის გამო. ოქროს საშუალო არის ნახშირწყლები (შაქარი) ან მისი წარმოებულები (ეთანოლი) ან ნახშირწყალბადები (თხევადი და მყარი). გამოთავისუფლებული ნახშირორჟანგი უნდა მონაწილეობდეს პლანეტის ზოგად სუნთქვის ციკლში, მაქსიმალური დასაშვები კონცენტრაციების გადაჭარბების გარეშე.

წყალბადის წარმოების მრავალი გზა არსებობს, მაგრამ ამჟამად მსოფლიოში წარმოებული წყალბადის დაახლოებით 50% ბუნებრივ აირზე მოდის. ყველა სხვა მეთოდი ჯერ კიდევ ძალიან ძვირია. აშკარაა, რომ პირველადი ენერგიის მატარებლების მუდმივი ბალანსის პირობებში, წყალბადზე, როგორც მასობრივ საწვავზე მზარდი მოთხოვნილების და დაბინძურებისადმი მომხმარებელთა წინააღმდეგობის განვითარებით, წარმოების ზრდა გაიზრდება სწორედ ამ წილის გამო და ინფრასტრუქტურის განვითარებით, რომელიც საშუალებას იძლევა ხელმისაწვდომი რომ იყოს, უფრო ძვირი (მაგრამ ზოგიერთ სიტუაციაში უფრო მოსახერხებელი) მეთოდები დაიღუპება. სხვა გზები, რომლითაც წყალბადი ჩართულია, როგორც მეორადი ენერგიის გადამზიდავი, გარდაუვალია მისი როლი საწვავიდან ერთგვარ ქიმიურ ბატარეამდე. არსებობს მოსაზრება, რომ ენერგიის ფასების მატებასთან ერთად, წყალბადის ღირებულებაც გარდაუვლად იზრდება ამის გამო. მაგრამ განახლებადი წყაროებიდან წარმოებული ენერგიის ღირებულება მუდმივად მცირდება (იხ.

"მწვანე" ენერგიის თვალსაზრისით, წყალბადის საწვავის უჯრედებს აქვთ უკიდურესად მაღალი ეფექტურობა 60%. შედარებისთვის: საუკეთესო შიდა წვის ძრავების ეფექტურობა არის 35-40%. მზის ელექტროსადგურებისთვის კოეფიციენტი არის მხოლოდ 15-20%, მაგრამ დიდად არის დამოკიდებული ამინდის პირობებზე. საუკეთესო იმპულსური ქარის მეურნეობების ეფექტურობა აღწევს 40%-ს, რაც შედარებულია ორთქლის გენერატორებთან, მაგრამ ქარის ტურბინებს ასევე სჭირდებათ შესაბამისი ამინდის პირობები და ძვირადღირებული მოვლა.

როგორც ვხედავთ, ამ პარამეტრის თვალსაზრისით, წყალბადის ენერგია ენერგიის ყველაზე მიმზიდველი წყაროა, მაგრამ მაინც არსებობს მთელი რიგი პრობლემები, რომლებიც ხელს უშლის მის მასობრივ გამოყენებას. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია წყალბადის წარმოების პროცესი.

სამთო პრობლემები

წყალბადის ენერგია ეკოლოგიურად სუფთაა, მაგრამ არა ავტონომიური. საწვავის უჯრედს ფუნქციონირებისთვის სჭირდება წყალბადი, რომელიც დედამიწაზე არ არის მისი სუფთა სახით. საჭიროა წყალბადის წარმოება, მაგრამ ყველა არსებული მეთოდი ან ძალიან ძვირია ან არაეფექტური.

დახარჯული ენერგიის ერთეულზე წარმოებული წყალბადის მოცულობის თვალსაზრისით ყველაზე ეფექტურ მეთოდად ითვლება ბუნებრივი აირის ორთქლის რეფორმირების მეთოდი. მეთანი შერწყმულია წყლის ორთქლთან 2 მპა წნევით (დაახლოებით 19 ატმოსფერო, ანუ წნევა დაახლოებით 190 მ სიღრმეზე) და დაახლოებით 800 გრადუს ტემპერატურაზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება გარდაქმნილი აირი წყალბადის შემცველობით 55-75%. ორთქლის რეფორმირება მოითხოვს უზარმაზარ ინსტალაციას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მხოლოდ წარმოებაში.

ორთქლის მეთანის რეფორმირების მილის ღუმელი არ არის წყალბადის წარმოების ყველაზე ერგონომიული გზა. წყარო: CTK-Euro

უფრო მოსახერხებელი და მარტივი მეთოდია წყლის ელექტროლიზი. როდესაც ელექტრული დენი გადის დამუშავებულ წყალში, ხდება ელექტროქიმიური რეაქციების სერია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება წყალბადი. ამ მეთოდის მნიშვნელოვანი მინუსი არის ენერგიის მაღალი მოხმარება, რომელიც საჭიროა რეაქციის განსახორციელებლად. ანუ ჩნდება გარკვეულწილად უცნაური სიტუაცია: წყალბადის ენერგიის მისაღებად საჭიროა... ენერგია. ელექტროლიზის დროს ზედმეტი ხარჯების თავიდან ასაცილებლად და ღირებული რესურსების დაზოგვის მიზნით, ზოგიერთი კომპანია ცდილობს განავითაროს სრული ციკლის "ელექტროენერგია - წყალბადი - ელექტროენერგია" სისტემები, რომლებშიც ენერგიის წარმოება შესაძლებელი ხდება გარე დატენვის გარეშე. ასეთი სისტემის მაგალითია Toshiba H2One-ის განვითარება.

მობილური ელექტროსადგური Toshiba H2One

ჩვენ შევიმუშავეთ H2One მობილური მინი ელექტროსადგური, რომელიც წყალს გარდაქმნის წყალბადად და წყალბადს ენერგიად. ელექტროლიზის შესანარჩუნებლად ის იყენებს მზის პანელებს და ჭარბი ენერგია ინახება ბატარეებში და უზრუნველყოფს სისტემის მუშაობას მზის სინათლის არარსებობის პირობებში. მიღებული წყალბადი ან პირდაპირ მიეწოდება საწვავის უჯრედებს ან იგზავნება შესანახად ინტეგრირებულ ავზში. ერთ საათში H2One ელექტროლიზატორი გამოიმუშავებს 2 მ 3 წყალბადს და უზრუნველყოფს გამომავალი სიმძლავრეს 55 კვტ-მდე. 1 მ 3 წყალბადის წარმოებისთვის სადგურს სჭირდება 2,5 მ 3-მდე წყალი.

მიუხედავად იმისა, რომ H2One სადგურს არ შეუძლია ელექტროენერგიის მიწოდება დიდ საწარმოს ან მთელ ქალაქს, მისი ენერგია საკმაოდ საკმარისი იქნება მცირე ტერიტორიების ან ორგანიზაციების ფუნქციონირებისთვის. მისი პორტაბელურობის წყალობით, ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დროებითი გამოსავალი სტიქიური უბედურებების ან ელექტროენერგიის გადაუდებელი გათიშვის დროს. გარდა ამისა, დიზელის გენერატორისგან განსხვავებით, რომელიც საჭიროებს საწვავს გამართულად ფუნქციონირებისთვის, წყალბადის ელექტროსადგურს მხოლოდ წყალი სჭირდება.

ამჟამად Toshiba H2One გამოიყენება იაპონიის მხოლოდ რამდენიმე ქალაქში – მაგალითად, ის ელექტროენერგიით და ცხელი წყლით აწვდის რკინიგზის სადგურს ქალაქ კავასაკიში.

H2One სისტემის ინსტალაცია Kawasaki-ში

წყალბადის მომავალი

დღესდღეობით, წყალბადის საწვავის უჯრედები უზრუნველყოფენ ენერგიას პორტატული ელექტრო ბანკებისთვის, საქალაქო ავტობუსებისთვის მანქანებით და სარკინიგზო ტრანსპორტისთვის. (ავტოინდუსტრიაში წყალბადის გამოყენებაზე მეტს ვისაუბრებთ ჩვენს შემდეგ პოსტში).წყალბადის საწვავის უჯრედები მოულოდნელად აღმოჩნდა შესანიშნავი გამოსავალი კვადკოპტერებისთვის - ბატარეის მსგავსი მასით, წყალბადის მიწოდება უზრუნველყოფს ფრენის ხუთჯერ მეტ დროს. თუმცა, ყინვა არანაირად არ მოქმედებს ეფექტურობაზე. სოჭის ოლიმპიადაზე გადასაღებად გამოიყენეს რუსული კომპანია AT Energy-ის მიერ წარმოებული ექსპერიმენტული საწვავის უჯრედების დრონები.

ცნობილი გახდა, რომ ტოკიოს მომავალ ოლიმპიურ თამაშებზე წყალბადი გამოყენებული იქნება მანქანებში, ელექტროენერგიის და სითბოს წარმოებაში და ასევე გახდება ენერგიის მთავარი წყარო ოლიმპიური სოფლისთვის. ამ მიზნით, Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. იაპონიის ქალაქ ნამიში მსოფლიოში წყალბადის წარმოების ერთ-ერთი უდიდესი სადგური შენდება. სადგური მოიხმარს „მწვანე“ წყაროებიდან მიღებულ 10 მეგავატამდე ენერგიას, რაც ელექტროლიზის გზით გამოიმუშავებს წელიწადში 900 ტონამდე წყალბადს.

წყალბადის ენერგია ჩვენი „რეზერვია მომავლისთვის“, როდესაც წიაღისეული საწვავი მთლიანად უნდა იყოს მიტოვებული და განახლებადი ენერგიის წყაროები ვერ დააკმაყოფილებენ კაცობრიობის საჭიროებებს. Markets&Markets-ის პროგნოზის მიხედვით, გლობალური წყალბადის წარმოების მოცულობა, რომელიც ამჟამად 115 მილიარდ დოლარს შეადგენს, 2022 წლისთვის 154 მილიარდ დოლარამდე გაიზრდება სპეციალური ელექტროსადგურების წარმოება და ექსპლუატაცია ჯერ კიდევ მოსაგვარებელია და მათი ღირებულების შემცირება. როდესაც ტექნოლოგიური ბარიერები გადაილახება, წყალბადის ენერგია ახალ დონეს მიაღწევს და შეიძლება ისეთივე გავრცელებული იყოს, როგორც დღეს ტრადიციული ან ჰიდროენერგია.

როგორც შიდა წვის ძრავების სხვადასხვა სახეობაა, ასევე არსებობს სხვადასხვა ტიპის საწვავის უჯრედები - საწვავის უჯრედის სწორი ტიპის არჩევა დამოკიდებულია მის გამოყენებაზე.

საწვავის უჯრედები იყოფა მაღალ და დაბალ ტემპერატურად. დაბალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედებიმოითხოვს შედარებით სუფთა წყალბადს, როგორც საწვავს. ეს ხშირად ნიშნავს, რომ საწვავის დამუშავება საჭიროა პირველადი საწვავის (როგორიცაა ბუნებრივი აირი) სუფთა წყალბადად გადაქცევისთვის. ეს პროცესი მოიხმარს დამატებით ენერგიას და მოითხოვს სპეციალურ აღჭურვილობას. მაღალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედებიარ სჭირდებათ ეს დამატებითი პროცედურა, რადგან მათ შეუძლიათ განახორციელონ საწვავის "შიდა კონვერტაცია" ამაღლებულ ტემპერატურაზე, რაც იმას ნიშნავს, რომ არ არის საჭირო წყალბადის ინფრასტრუქტურაში ინვესტირება.

მდნარი კარბონატის საწვავის უჯრედები (MCFC)

გამდნარი კარბონატის ელექტროლიტის საწვავის უჯრედები მაღალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედებია. მაღალი სამუშაო ტემპერატურა საშუალებას იძლევა ბუნებრივი აირის პირდაპირი გამოყენება საწვავის პროცესორის გარეშე და დაბალი კალორიული ღირებულების საწვავი გაზი სამრეწველო პროცესებიდან და სხვა წყაროებიდან. ეს პროცესი განვითარდა 1960-იანი წლების შუა ხანებში. მას შემდეგ გაუმჯობესდა წარმოების ტექნოლოგია, შესრულება და საიმედოობა.

RCFC-ის მოქმედება განსხვავდება სხვა საწვავის უჯრედებისგან. ეს უჯრედები იყენებენ ელექტროლიტს, რომელიც მიიღება გამდნარი კარბონატის მარილების ნარევიდან. ამჟამად გამოიყენება ორი სახის ნარევები: ლითიუმის კარბონატი და კალიუმის კარბონატი ან ლითიუმის კარბონატი და ნატრიუმის კარბონატი. კარბონატული მარილების დნობისთვის და ელექტროლიტში იონის მობილობის მაღალი ხარისხის მისაღწევად, გამდნარი კარბონატის ელექტროლიტით საწვავის უჯრედები მუშაობენ მაღალ ტემპერატურაზე (650°C). ეფექტურობა მერყეობს 60-80% შორის.

650°C ტემპერატურამდე გაცხელებისას მარილები იქცევა კარბონატული იონების გამტარებად (CO 3 2-). ეს იონები კათოდიდან ანოდში გადადიან, სადაც წყალბადთან ერთად ქმნიან წყალს, ნახშირორჟანგს და თავისუფალ ელექტრონებს. ეს ელექტრონები იგზავნება გარე ელექტრული სქემით უკან კათოდში, წარმოქმნის ელექტრო დენს და სითბოს, როგორც ქვეპროდუქტს.

რეაქცია ანოდზე: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
რეაქცია კათოდზე: CO 2 + 1/2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
ელემენტის ზოგადი რეაქცია: H 2 (გ) + 1/2 O 2 (გ) + CO 2 (კათოდი) => H 2 O (გ) + CO 2 (ანოდი)

გამდნარი კარბონატის ელექტროლიტის საწვავის უჯრედების მაღალ სამუშაო ტემპერატურას აქვს გარკვეული უპირატესობები. მაღალ ტემპერატურაზე ბუნებრივი აირი შიგადაშიგ რეფორმირებულია, რაც გამორიცხავს საწვავის პროცესორის საჭიროებას. გარდა ამისა, უპირატესობებში შედის სტანდარტული სამშენებლო მასალების გამოყენების შესაძლებლობა, როგორიცაა უჟანგავი ფოლადის ფურცლები და ნიკელის კატალიზატორი ელექტროდებზე. ნარჩენი სითბო შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალი წნევის ორთქლის შესაქმნელად სხვადასხვა სამრეწველო და კომერციული მიზნებისთვის.

ელექტროლიტში რეაქციის მაღალ ტემპერატურას ასევე აქვს თავისი უპირატესობები. მაღალი ტემპერატურის გამოყენებას მნიშვნელოვანი დრო სჭირდება ოპტიმალური სამუშაო პირობების მისაღწევად და სისტემა უფრო ნელა რეაგირებს ენერგიის მოხმარების ცვლილებებზე. ეს მახასიათებლები საშუალებას იძლევა გამოიყენონ საწვავის უჯრედების დანადგარები გამდნარი კარბონატის ელექტროლიტით მუდმივი სიმძლავრის პირობებში. მაღალი ტემპერატურა ხელს უშლის საწვავის უჯრედის დაზიანებას ნახშირორჟანგით, „მოწამვლა“ და ა.შ.

საწვავის უჯრედები გამდნარი კარბონატის ელექტროლიტით შესაფერისია დიდი სტაციონარული დანადგარების გამოსაყენებლად. კომერციულად იწარმოება თბოელექტროსადგურები 2,8 მგვტ სიმძლავრის ელექტროსადგურებით. მუშავდება 100 მგვტ-მდე გამომავალი სიმძლავრის დანადგარები.

ფოსფორის მჟავას საწვავის უჯრედები (PAFC)

ფოსფორის (ორთოფოსფორის) მჟავას საწვავის უჯრედები იყო პირველი საწვავის უჯრედები კომერციული გამოყენებისთვის. პროცესი შემუშავდა 1960-იანი წლების შუა ხანებში და ტესტირება დაიწყო 1970-იანი წლებიდან. მას შემდეგ, სტაბილურობა და შესრულება გაიზარდა და ღირებულება შემცირდა.

ფოსფორის (ორთოფოსფორის) მჟავას საწვავის უჯრედები იყენებენ ელექტროლიტს, რომელიც დაფუძნებულია ორთოფოსფორის მჟავაზე (H 3 PO 4), კონცენტრაციით 100% -მდე. ფოსფორის მჟავას იონური გამტარობა დაბალია დაბალ ტემპერატურაზე, ამიტომ ეს საწვავის უჯრედები გამოიყენება 150-220°C-მდე ტემპერატურაზე.

ამ ტიპის საწვავის უჯრედებში მუხტის მატარებელია წყალბადი (H+, პროტონი). მსგავსი პროცესი ხდება პროტონების გაცვლის მემბრანის საწვავის უჯრედებში (PEMFC), რომელშიც ანოდში მიწოდებული წყალბადი იყოფა პროტონებად და ელექტრონებად. პროტონები მოძრაობენ ელექტროლიტის მეშვეობით და კათოდში ჰაერიდან ჟანგბადთან ერთად ქმნიან წყალს. ელექტრონები იგზავნება გარე ელექტრული წრეში, რითაც წარმოქმნის ელექტრო დენს. ქვემოთ მოცემულია რეაქციები, რომლებიც წარმოქმნიან ელექტრო დენსა და სითბოს.

რეაქცია ანოდზე: 2H 2 => 4H + + 4e -
რეაქცია კათოდზე: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2H 2 O
ელემენტის ზოგადი რეაქცია: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

ფოსფორის (ორთოფოსფორის) მჟავაზე დაფუძნებული საწვავის უჯრედების ეფექტურობა ელექტროენერგიის გამომუშავებისას 40%-ზე მეტია. სითბოს და ელექტროენერგიის კომბინირებული წარმოებით, საერთო ეფექტურობა არის დაახლოებით 85%. გარდა ამისა, სამუშაო ტემპერატურის გათვალისწინებით, ნარჩენი სითბო შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის გასათბობად და ატმოსფერული წნევის ორთქლის წარმოქმნისთვის.

თბოელექტროსადგურების მაღალი ეფექტურობა ფოსფორის (ორთოფოსფორის) მჟავაზე დაფუძნებული საწვავის უჯრედების გამოყენებით თერმული და ელექტრო ენერგიის კომბინირებულ წარმოებაში არის ამ ტიპის საწვავის უჯრედების ერთ-ერთი უპირატესობა. დანაყოფები იყენებენ ნახშირბადის მონოქსიდს კონცენტრაციით დაახლოებით 1,5%, რაც მნიშვნელოვნად აფართოებს საწვავის არჩევანს. გარდა ამისა, CO 2 არ მოქმედებს ელექტროლიტზე და საწვავის უჯრედის მუშაობაზე მუშაობს რეფორმირებული ბუნებრივი საწვავი. მარტივი დიზაინი, ელექტროლიტების არასტაბილურობის დაბალი ხარისხი და გაზრდილი სტაბილურობა ასევე ამ ტიპის საწვავის უჯრედის უპირატესობაა.

კომერციულად იწარმოება თბოელექტროსადგურები 400 კვტ-მდე ელექტრო გამომავალი სიმძლავრით. 11 მგვტ სიმძლავრის დანადგარებმა გაიარა შესაბამისი ტესტები. მუშავდება 100 მგვტ-მდე გამომავალი სიმძლავრის დანადგარები.

პროტონების გაცვლის მემბრანის საწვავის უჯრედები (PEMFC)

პროტონების გაცვლის მემბრანის საწვავის უჯრედები ითვლება საწვავის უჯრედების საუკეთესო ტიპად ავტომობილის ენერგიის წარმოქმნისთვის, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს ბენზინისა და დიზელის შიდა წვის ძრავები. ეს საწვავის უჯრედები პირველად გამოიყენა ნასამ Gemini პროგრამისთვის. დღეს შემუშავებული და დემონსტრირებულია MOPFC დანადგარები 1 W-დან 2 კვტ-მდე სიმძლავრით.

ეს საწვავის უჯრედები ელექტროლიტად იყენებენ მყარ პოლიმერულ მემბრანას (პლასტმასის თხელი ფილმი). წყლით გაჯერებისას ეს პოლიმერი პროტონებს საშუალებას აძლევს გაიარონ, მაგრამ არ ატარებს ელექტრონებს.

საწვავი არის წყალბადი, ხოლო მუხტის მატარებელი არის წყალბადის იონი (პროტონი). ანოდზე წყალბადის მოლეკულა იყოფა წყალბადის იონად (პროტონად) და ელექტრონებად. წყალბადის იონები ელექტროლიტის გავლით კათოდში გადადიან, ხოლო ელექტრონები მოძრაობენ გარე წრის გარშემო და წარმოქმნიან ელექტრო ენერგიას. ჟანგბადი, რომელიც მიიღება ჰაერიდან, მიეწოდება კათოდს და ერწყმის ელექტრონებსა და წყალბადის იონებს და წარმოქმნის წყალს. შემდეგი რეაქციები ხდება ელექტროდებზე:

რეაქცია ანოდზე: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
რეაქცია კათოდზე: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
ელემენტის ზოგადი რეაქცია: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

საწვავის უჯრედების სხვა ტიპებთან შედარებით, პროტონების გაცვლის მემბრანის საწვავის უჯრედები აწარმოებენ მეტ ენერგიას საწვავის უჯრედის მოცემული მოცულობის ან წონისთვის. ეს ფუნქცია საშუალებას აძლევს მათ იყოს კომპაქტური და მსუბუქი. გარდა ამისა, სამუშაო ტემპერატურა 100°C-ზე ნაკლებია, რაც საშუალებას გაძლევთ სწრაფად დაიწყოთ მუშაობა. ეს მახასიათებლები, ისევე როგორც ენერგიის გამომუშავების სწრაფად შეცვლის შესაძლებლობა, მხოლოდ რამდენიმე მახასიათებელია, რაც ამ საწვავის უჯრედებს სატრანსპორტო საშუალებებში გამოყენების მთავარ კანდიდატად აქცევს.

კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ელექტროლიტი არის მყარი და არა თხევადი. კათოდსა და ანოდში გაზების შეკავება უფრო ადვილია მყარი ელექტროლიტის გამოყენებით და, შესაბამისად, ასეთი საწვავის უჯრედების წარმოება უფრო იაფია. სხვა ელექტროლიტებთან შედარებით, მყარი ელექტროლიტები არ წარმოადგენენ რაიმე ორიენტაციის პრობლემას, ნაკლებ კოროზიის პრობლემებს, რაც იწვევს უჯრედისა და მისი კომპონენტების უფრო მეტ ხანგრძლივობას.

მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები (SOFC)

მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები ყველაზე მაღალი სამუშაო ტემპერატურის საწვავის უჯრედებია. სამუშაო ტემპერატურა შეიძლება განსხვავდებოდეს 600°C-დან 1000°C-მდე, რაც საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ სხვადასხვა ტიპის საწვავი სპეციალური წინასწარი დამუშავების გარეშე. ასეთი მაღალი ტემპერატურის მოსაგვარებლად გამოყენებული ელექტროლიტი არის თხელი მყარი ლითონის ოქსიდი კერამიკულ ბაზაზე, ხშირად იტრიუმის და ცირკონიუმის შენადნობი, რომელიც არის ჟანგბადის იონების გამტარებელი (O 2 -). მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედების ტექნოლოგია განვითარდა 1950-იანი წლების ბოლოდან. და აქვს ორი კონფიგურაცია: ბრტყელი და მილისებური.

მყარი ელექტროლიტი უზრუნველყოფს გაზის დალუქულ გადასვლას ერთი ელექტროდიდან მეორეზე, ხოლო თხევადი ელექტროლიტები განლაგებულია ფოროვან სუბსტრატში. ამ ტიპის საწვავის უჯრედებში მუხტის მატარებელია ჟანგბადის იონი (O 2 -). კათოდზე ჰაერიდან ჟანგბადის მოლეკულები იყოფა ჟანგბადის იონად და ოთხ ელექტრონად. ჟანგბადის იონები გადის ელექტროლიტში და ერწყმის წყალბადს და ქმნის ოთხ თავისუფალ ელექტრონს. ელექტრონები იგზავნება გარე ელექტრული წრეში, წარმოქმნის ელექტრო დენს და ნარჩენ სითბოს.

რეაქცია ანოდზე: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
რეაქცია კათოდზე: O 2 + 4e - => 2O 2 -
ელემენტის ზოგადი რეაქცია: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

წარმოებული ელექტროენერგიის ეფექტურობა ყველაზე მაღალია საწვავის უჯრედებს შორის - დაახლოებით 60%. გარდა ამისა, მაღალი ოპერაციული ტემპერატურა იძლევა თერმული და ელექტრო ენერგიის კომბინირებულ წარმოებას მაღალი წნევის ორთქლის წარმოქმნით. მაღალი ტემპერატურის საწვავის უჯრედის ტურბინასთან შერწყმა შესაძლებელს ხდის ჰიბრიდული საწვავის უჯრედის შექმნას, რათა გაზარდოს ელექტროენერგიის გამომუშავების ეფექტურობა 70%-მდე.

მყარი ოქსიდის საწვავის უჯრედები ფუნქციონირებს ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე (600°C–1000°C), რის შედეგადაც მნიშვნელოვანი დროა ოპტიმალური სამუშაო პირობების მისაღწევად და სისტემის ნელი რეაგირება ენერგიის მოხმარების ცვლილებებზე. ასეთ მაღალ ოპერაციულ ტემპერატურაზე არ არის საჭირო გადამყვანი საწვავიდან წყალბადის აღსადგენად, რაც საშუალებას აძლევს თბოელექტროსადგურს იმუშაოს შედარებით უწმინდური საწვავებით, რომლებიც წარმოიქმნება ქვანახშირის ან ნარჩენი აირების გაზიფიცირების შედეგად და ა.შ. საწვავის უჯრედი ასევე შესანიშნავია მაღალი სიმძლავრის გამოყენებისთვის, მათ შორის სამრეწველო და დიდი ცენტრალური ელექტროსადგურებისთვის. 100 კვტ სიმძლავრის მქონე მოდულები იწარმოება კომერციულად.

პირდაპირი მეთანოლის დაჟანგვის საწვავის უჯრედები (DOMFC)

საწვავის უჯრედების გამოყენების ტექნოლოგია პირდაპირი მეთანოლის დაჟანგვით გადის აქტიური განვითარების პერიოდს. მან წარმატებით დაამტკიცა თავი მობილური ტელეფონების, ლეპტოპების კვების, ასევე პორტატული ენერგიის წყაროების შექმნის სფეროში. სწორედ ეს არის მიმართული ამ ელემენტების სამომავლო გამოყენებაზე.

საწვავის უჯრედების დიზაინი მეთანოლის პირდაპირი დაჟანგვით მსგავსია საწვავის უჯრედების პროტონების გაცვლის მემბრანით (MEPFC), ე.ი. პოლიმერი გამოიყენება ელექტროლიტად, ხოლო წყალბადის იონი (პროტონი) გამოიყენება მუხტის მატარებლად. თუმცა, თხევადი მეთანოლი (CH 3 OH) იჟანგება წყლის თანდასწრებით ანოდში, ათავისუფლებს CO 2, წყალბადის იონებს და ელექტრონებს, რომლებიც იგზავნება გარე ელექტრული წრეში, რითაც წარმოქმნის ელექტრო დენს. წყალბადის იონები გადიან ელექტროლიტში და რეაგირებენ ჟანგბადთან ჰაერიდან და ელექტრონებით გარე წრედიდან ანოდში წყლის წარმოქმნით.

რეაქცია ანოდზე: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
რეაქცია კათოდზე: 3 / 2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
ელემენტის ზოგადი რეაქცია: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O

ამ საწვავის უჯრედების განვითარება დაიწყო 1990-იანი წლების დასაწყისში. გაუმჯობესებული კატალიზატორებისა და სხვა ბოლო ინოვაციების შემუშავებით, სიმძლავრის სიმჭიდროვე და ეფექტურობა გაიზარდა 40%-მდე.

ამ ელემენტების ტესტირება მოხდა 50-120°C ტემპერატურის დიაპაზონში. დაბალი ოპერაციული ტემპერატურით და კონვერტორის საჭიროების გარეშე, მეთანოლის პირდაპირი დაჟანგვის საწვავის უჯრედები არის მთავარი კანდიდატი როგორც მობილურ ტელეფონებში, ასევე სხვა სამომხმარებლო პროდუქტებში და საავტომობილო ძრავებში. ამ ტიპის საწვავის უჯრედების უპირატესობა არის მათი მცირე ზომა, თხევადი საწვავის გამოყენების გამო და კონვერტორის გამოყენების საჭიროების არარსებობა.

ტუტე საწვავის უჯრედები (ALFC)

ტუტე საწვავის უჯრედები (AFC) არის ერთ-ერთი ყველაზე შესწავლილი ტექნოლოგია, რომელიც გამოიყენება 1960-იანი წლების შუა პერიოდიდან. NASA-ს მიერ Apollo-სა და Space Shuttle-ის პროგრამებში. ამ კოსმოსურ ხომალდზე საწვავის უჯრედები აწარმოებენ ელექტრო ენერგიას და სასმელ წყალს. ტუტე საწვავის უჯრედები არის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური უჯრედი, რომელიც გამოიყენება ელექტროენერგიის წარმოებისთვის, ელექტროენერგიის გამომუშავების ეფექტურობა 70% -მდე აღწევს.

ტუტე საწვავის უჯრედები იყენებენ ელექტროლიტს, კალიუმის ჰიდროქსიდის წყალხსნარს, რომელიც შეიცავს ფოროვან, სტაბილიზებულ მატრიცას. კალიუმის ჰიდროქსიდის კონცენტრაცია შეიძლება განსხვავდებოდეს საწვავის უჯრედის მუშაობის ტემპერატურის მიხედვით, რომელიც მერყეობს 65°C-დან 220°C-მდე. SHTE-ში მუხტის მატარებელია ჰიდროქსილის იონი (OH -), რომელიც გადადის კათოდიდან ანოდში, სადაც ის რეაგირებს წყალბადთან, წარმოქმნის წყალს და ელექტრონებს. ანოდზე წარმოქმნილი წყალი უკან გადადის კათოდში და იქ კვლავ წარმოქმნის ჰიდროქსილის იონებს. საწვავის უჯრედში მიმდინარე რეაქციების ამ სერიის შედეგად წარმოიქმნება ელექტროენერგია და, როგორც გვერდითი პროდუქტი, სითბო:

რეაქცია ანოდზე: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
რეაქცია კათოდზე: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
სისტემის ზოგადი რეაქცია: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SHTE-ს უპირატესობა ის არის, რომ ეს საწვავის უჯრედები წარმოებისთვის ყველაზე იაფია, რადგან ელექტროდებზე საჭირო კატალიზატორი შეიძლება იყოს ნებისმიერი ნივთიერება, რომელიც უფრო იაფია, ვიდრე სხვა საწვავის უჯრედების კატალიზატორად გამოყენებული. გარდა ამისა, SFC-ები მოქმედებენ შედარებით დაბალ ტემპერატურაზე და არიან ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური საწვავის უჯრედები - ასეთმა მახასიათებლებმა შეიძლება, შესაბამისად, ხელი შეუწყოს ენერგიის უფრო სწრაფ გამომუშავებას და საწვავის მაღალ ეფექტურობას.

SHTE-ის ერთ-ერთი დამახასიათებელი მახასიათებელია მისი მაღალი მგრძნობელობა CO 2-ის მიმართ, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს საწვავს ან ჰაერს. CO 2 რეაგირებს ელექტროლიტთან, სწრაფად წამლავს მას და მნიშვნელოვნად ამცირებს საწვავის უჯრედის ეფექტურობას. ამიტომ, SHTE-ის გამოყენება შემოიფარგლება მხოლოდ დახურული სივრცეებით, როგორიცაა სივრცე და წყალქვეშა მანქანები, ისინი უნდა მუშაობდნენ სუფთა წყალბადზე და ჟანგბადზე. უფრო მეტიც, მოლეკულები, როგორიცაა CO, H 2 O და CH 4, რომლებიც უსაფრთხოა სხვა საწვავის უჯრედებისთვის და ზოგიერთი მათგანისთვის საწვავადაც კი მოქმედებს, საზიანოა SHFC-სთვის.

პოლიმერული ელექტროლიტური საწვავის უჯრედები (PEFC)

პოლიმერული ელექტროლიტის საწვავის უჯრედების შემთხვევაში, პოლიმერული მემბრანა შედგება პოლიმერული ბოჭკოებისგან წყლის რეგიონებით, რომლებშიც გამტარი წყლის იონები H2O+ (პროტონი, წითელი) ერთვის წყლის მოლეკულას. წყლის მოლეკულები პრობლემას უქმნის ნელი იონების გაცვლის გამო. ამიტომ საჭიროა წყლის მაღალი კონცენტრაცია როგორც საწვავში, ასევე გამოსასვლელ ელექტროდებში, რაც ზღუდავს სამუშაო ტემპერატურას 100°C-მდე.

მყარი მჟავა საწვავის უჯრედები (SFC)

მყარი მჟავა საწვავის უჯრედებში ელექტროლიტი (C s HSO 4) არ შეიცავს წყალს. შესაბამისად, სამუშაო ტემპერატურაა 100-300°C. ჟანგბადის ანიონების ბრუნვა SO 4 2- საშუალებას აძლევს პროტონებს (წითელი) იმოძრაონ, როგორც ნაჩვენებია სურათზე. როგორც წესი, მყარი მჟავა საწვავის უჯრედი არის სენდვიჩი, რომელშიც მყარი მჟავა ნაერთის ძალიან თხელი ფენა მოთავსებულია ორ ელექტროდს შორის, რომლებიც მჭიდროდ არის დაჭერილი ერთმანეთთან კარგი კონტაქტის უზრუნველსაყოფად. როდესაც გაცხელდება, ორგანული კომპონენტი აორთქლდება, გამოდის ელექტროდების ფორებიდან, ინარჩუნებს მრავალჯერადი კონტაქტის უნარს საწვავს (ან ჟანგბადს ელემენტის მეორე ბოლოში), ელექტროლიტსა და ელექტროდებს შორის.

საწვავის უჯრედის ტიპი	სამუშაო ტემპერატურა	ენერგიის გამომუშავების ეფექტურობა	საწვავის ტიპი	განაცხადის არეალი
RKTE	550–700°C	50-70%		საშუალო და დიდი დანადგარები
FCTE	100–220°C	35-40%	სუფთა წყალბადი	დიდი დანადგარები
MOPTE	30-100°C	35-50%	სუფთა წყალბადი	მცირე დანადგარები
SOFC	450–1000°C	45-70%	ნახშირწყალბადის საწვავის უმეტესობა	მცირე, საშუალო და დიდი დანადგარები
PEMFC	20-90°C	20-30%	მეთანოლი	პორტატული ერთეულები
შტე	50–200°C	40-65%	სუფთა წყალბადი	კოსმოსური კვლევა
პეტი	30-100°C	35-50%	სუფთა წყალბადი	მცირე დანადგარები

დიდი ხანია მინდოდა გითხრათ კომპანია Alfaintek-ის სხვა მიმართულების შესახებ. ეს არის წყალბადის საწვავის უჯრედების განვითარება, გაყიდვა და მომსახურება. მსურს დაუყოვნებლივ ავუხსნა სიტუაცია ამ საწვავის უჯრედებთან დაკავშირებით რუსეთში.

საკმაოდ მაღალი ღირებულებისა და ამ საწვავის უჯრედების დატენვის წყალბადის სადგურების სრული არარსებობის გამო, რუსეთში მათი გაყიდვა მოსალოდნელი არ არის. მიუხედავად ამისა, ევროპაში, განსაკუთრებით ფინეთში, ეს საწვავის უჯრედები ყოველწლიურად იძენს პოპულარობას. რა არის საიდუმლო? მოდით შევხედოთ. ეს მოწყობილობა არის ეკოლოგიურად სუფთა, მარტივი გამოსაყენებელი და ეფექტური. ის ეხმარება ადამიანს, სადაც მას ელექტრო ენერგია სჭირდება. თქვენ შეგიძლიათ თან წაიღოთ გზაზე, ლაშქრობაში, ან გამოიყენოთ იგი თქვენს აგარაკზე ან ბინაში, როგორც ელექტროენერგიის ავტონომიური წყარო.

საწვავის უჯრედში ელექტროენერგია წარმოიქმნება ავზიდან წყალბადის ქიმიური რეაქციით ლითონის ჰიდრიდთან და ჰაერის ჟანგბადთან. ცილინდრი არ არის ფეთქებადი და შეიძლება ინახებოდეს თქვენს კარადაში წლების განმავლობაში, ფრთებში მოლოდინში. ეს არის ალბათ წყალბადის შენახვის ტექნოლოგიის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა. წყალბადის საწვავის განვითარების ერთ-ერთი მთავარი პრობლემა სწორედ წყალბადის შენახვაა. უნიკალური ახალი მსუბუქი საწვავის უჯრედები, რომლებიც წყალბადს ჩვეულებრივ ელექტროენერგიად გარდაქმნის უსაფრთხოდ, ჩუმად და ემისიების გარეშე.

ამ ტიპის ელექტროენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმ ადგილებში, სადაც არ არის ცენტრალური ელექტროენერგია, ან როგორც გადაუდებელი ენერგიის წყარო.

ჩვეულებრივი ბატარეებისგან განსხვავებით, რომლებიც დამუხტვა და ელექტრომომხმარებლისგან გათიშვაა საჭირო დატენვის პროცესში, საწვავის უჯრედი მუშაობს როგორც „ჭკვიანი“ მოწყობილობა. ეს ტექნოლოგია უზრუნველყოფს უწყვეტ ენერგიას გამოყენების მთელი პერიოდის განმავლობაში ენერგიის დაზოგვის უნიკალური ფუნქციის წყალობით საწვავის კონტეინერის შეცვლისას, რაც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს არასოდეს გამორთოს მომხმარებელი. დახურულ შემთხვევაში, საწვავის უჯრედები შეიძლება ინახებოდეს რამდენიმე წლის განმავლობაში წყალბადის მოცულობის დაკარგვისა და მათი სიმძლავრის შემცირების გარეშე.

საწვავის უჯრედი განკუთვნილია მეცნიერებისა და მკვლევარებისთვის, სამართალდამცავებისთვის, სასწრაფო დახმარების თანამშრომლებისთვის, ნავებისა და მარინას მფლობელებისთვის და ყველასთვის, ვისაც სჭირდება სანდო დენის წყარო საგანგებო სიტუაციებში.
შეგიძლიათ მიიღოთ 12 ვოლტი ან 220 ვოლტი და მაშინ გექნებათ საკმარისი ენერგია ტელევიზორის, სტერეოს, მაცივრის, ყავის მადუღარას, ჩაიდანი, მტვერსასრუტი, საბურღი, მიკროღუმელი და სხვა ელექტრომოწყობილობა.

Hydrocell საწვავის უჯრედები შეიძლება გაიყიდოს როგორც ერთეული ან 2-4 უჯრედის ბატარეებში. ორი ან ოთხი ელემენტი შეიძლება გაერთიანდეს სიმძლავრის გასაზრდელად ან ამპერაჟის გასაზრდელად.

საყოფაცხოვრებო ტექნიკის მუშაობის დრო საწვავის უჯრედებით

	Ელექტრო ტექნიკა	სამუშაო დრო დღეში (მინ.)	საჭირო სიმძლავრე დღეში (Wh)	საწვავის უჯრედებით მუშაობის დრო
	ელექტრო ქვაბი
	ყავის მადუღარა
	მიკროსლაბი
	სატელევიზიო
	1 ნათურა 60 ვტ
	1 ნათურა 75 ვტ
	3 ნათურა 60 ვტ
	კომპიუტერული ლეპტოპი
	მაცივარი
	ენერგიის დაზოგვის ნათურა

* - უწყვეტი ოპერაცია

საწვავის უჯრედები სრულად იტენება წყალბადის სპეციალურ სადგურებზე. მაგრამ რა მოხდება, თუ მათგან შორს იმოგზაურებთ და დატენვის საშუალება არ გაქვთ? განსაკუთრებით ასეთი შემთხვევებისთვის Alfaintek-ის სპეციალისტებმა შეიმუშავეს წყალბადის შესანახი ცილინდრები, რომლითაც საწვავის უჯრედები გაცილებით დიდხანს იმუშავებენ.

იწარმოება ორი ტიპის ცილინდრი: NS-MN200 და NS-MN1200.
აწყობილი NS-MH200 ოდნავ აღემატება კოკა-კოლას ქილას, იტევს 230 ლიტრ წყალბადს, რაც უდრის 40Ah (12V) და იწონის მხოლოდ 2,5 კგ.
NS-MN1200 ლითონის ჰიდრიდის ცილინდრი შეიცავს 1200 ლიტრ წყალბადს, რაც შეესაბამება 220Ah (12V). ცილინდრის წონაა 11 კგ.

ლითონის ჰიდრიდის ტექნიკა არის უსაფრთხო და მარტივი გზა წყალბადის შესანახად, ტრანსპორტირებისთვის და გამოყენებისთვის. როდესაც ინახება ლითონის ჰიდრიდად, წყალბადი არის ქიმიური ნაერთის სახით, ვიდრე აირისებრი. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის საკმარისად მაღალი ენერგიის სიმკვრივის მიღებას. ლითონის ჰიდრიდის გამოყენების უპირატესობა ის არის, რომ ცილინდრის შიგნით წნევა მხოლოდ 2-4 ბარია.

ცილინდრი არ არის ფეთქებადი და შეიძლება ინახებოდეს წლების განმავლობაში ნივთიერების მოცულობის შემცირების გარეშე. ვინაიდან წყალბადი ინახება ლითონის ჰიდრიდად, ცილინდრიდან მიღებული წყალბადის სისუფთავე ძალიან მაღალია - 99,999%. ლითონის ჰიდრიდის წყალბადის შესანახი ცილინდრები შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ HC 100,200,400 საწვავის უჯრედებით, არამედ სხვა შემთხვევებში, როდესაც საჭიროა სუფთა წყალბადი. ცილინდრები შეიძლება ადვილად იყოს დაკავშირებული საწვავის უჯრედთან ან სხვა მოწყობილობასთან სწრაფი შეერთების კონექტორისა და მოქნილი შლანგის გამოყენებით.

სამწუხაროა, რომ ეს საწვავის უჯრედები არ იყიდება რუსეთში. მაგრამ ჩვენს მოსახლეობაში იმდენი ადამიანია, ვისაც ეს სჭირდება. კარგი, ჩვენ დაველოდებით და ვნახავთ, და თქვენ ნახავთ, ჩვენ გვექნება. ამასობაში სახელმწიფოს მიერ დაწესებულ ეკონომიურ ნათურებს შევიძენთ.

P.S. როგორც ჩანს, თემა საბოლოოდ დაივიწყა. ამ სტატიის დაწერიდან ამდენი წლის შემდეგ არაფერი გამოვიდა. შეიძლება, რა თქმა უნდა, ყველგან არ ვიყურები, მაგრამ ის, რაც თვალში მომხვდება, სულაც არ მსიამოვნებს. ტექნოლოგია და იდეა კარგია, მაგრამ მათ ჯერ ვერ უპოვიათ რაიმე განვითარება.