Evdə DIY yanacaq hüceyrəsi. Yanacaq hüceyrələri: növləri, iş prinsipləri və xüsusiyyətləri DIY hidrogen batareyası

Dərhal xəbərdar etmək istərdim ki, bu mövzu tamamilə Habr mövzusuna aid deyil, lakin MIT-də hazırlanmış element haqqında yazıya verilən şərhlərdə, fikir dəstəkləndiyi görünürdü, ona görə də aşağıda bioyanacaq haqqında bəzi fikirləri təsvir edəcəyəm. elementləri.
Bu mövzunun yazıldığı işi mən 11-ci sinifdə görmüşəm, INTEL ISEF beynəlxalq konfransında ikinci yeri tutmuşam.

Yanacaq elementi, elektrodlara davamlı və ayrı-ayrılıqda verilən reduksiyaedici (yanacaq) və oksidləşdirici maddənin kimyəvi enerjisinin birbaşa elektrik enerjisinə çevrildiyi kimyəvi cərəyan mənbəyidir.
enerji. Yanacaq elementinin (FC) sxematik diaqramı aşağıda təqdim olunur:

Yanacaq elementi anod, katod, ion keçiricisi, anod və katod kameralarından ibarətdir. Hal-hazırda, bioyanacaq hüceyrələrinin gücü sənaye miqyasında istifadə üçün kifayət deyil, lakin aşağı güclü BFC-lər tibbi məqsədlər üçün həssas sensorlar kimi istifadə edilə bilər, çünki onlarda cari güc emal olunan yanacağın miqdarı ilə mütənasibdir.
Bu günə qədər yanacaq elementlərinin çoxlu dizayn növləri təklif edilmişdir. Hər bir konkret halda yanacaq elementinin dizaynı yanacaq elementinin məqsədindən, reagentin növündən və ion keçiricisindən asılıdır. Xüsusi qrupa bioloji katalizatorlardan istifadə edən bioyanacaq hüceyrələri daxildir. Bioloji sistemlərin mühüm fərqləndirici xüsusiyyəti onların aşağı temperaturda müxtəlif yanacaqları selektiv oksidləşdirmək qabiliyyətidir.
Əksər hallarda immobilizasiya olunmuş fermentlər bioelektrokatalizdə istifadə olunur, yəni. canlı orqanizmlərdən təcrid olunmuş və daşıyıcıya bərkidilmiş, lakin katalitik aktivliyi (qismən və ya tamamilə) saxlayaraq, onların təkrar istifadəsinə imkan verən fermentlər. Enzimatik reaksiyanın bir vasitəçidən istifadə edərək elektrod reaksiyası ilə birləşdirildiyi bioyanacaq hüceyrəsi nümunəsini nəzərdən keçirək. Qlükoza oksidaza əsaslanan bioyanacaq hüceyrəsinin sxemi:

Bioyanacaq hüceyrəsi tampon məhluluna batırılmış qızıl, platin və ya karbondan hazırlanmış iki inert elektroddan ibarətdir. Elektrodlar ion mübadiləsi membranı ilə ayrılır: anod bölməsi hava ilə, katod bölməsi azotla təmizlənir. Membran hüceyrənin elektrod bölmələrində baş verən reaksiyaların məkanda ayrılmasına imkan verir və eyni zamanda onlar arasında proton mübadiləsini təmin edir. Böyük Britaniyada biosensorlar üçün uyğun olan müxtəlif növ membranlar bir çox şirkətlər (VDN, VIROKT) tərəfindən istehsal olunur.
Qlükozanın 20 °C-də qlükoza oksidazı və həll olunan vasitəçi olan bioyanacaq hüceyrəsinə daxil edilməsi vasitəçi vasitəsilə fermentdən anoda elektron axını ilə nəticələnir. Elektronlar xarici dövrə vasitəsilə katoda gedir, burada ideal şəraitdə protonların və oksigenin iştirakı ilə su əmələ gəlir. Nəticədə cərəyan (doyma olmadıqda) sürəti təyin edən komponentin (qlükoza) əlavə edilməsi ilə mütənasibdir. Stasionar cərəyanları ölçməklə siz tez (5 s) hətta aşağı qlükoza konsentrasiyalarını - 0,1 mM-ə qədər müəyyən edə bilərsiniz. Bir sensor olaraq, təsvir olunan bioyanacaq hüceyrəsi bir vasitəçinin olması və oksigen katodu və membranı üçün müəyyən tələblər ilə əlaqəli müəyyən məhdudiyyətlərə malikdir. Sonuncu fermenti saxlamalı və eyni zamanda aşağı molekulyar çəki komponentlərinin keçməsinə imkan verməlidir: qaz, vasitəçi, substrat. İon mübadilə membranları ümumiyyətlə bu tələbləri ödəyir, baxmayaraq ki, onların diffuziya xassələri tampon məhlulunun pH-dan asılıdır. Komponentlərin membran vasitəsilə yayılması yan reaksiyalar səbəbindən elektron ötürülməsinin səmərəliliyinin azalmasına səbəb olur.
Bu gün ferment katalizatorları olan yanacaq hüceyrələrinin laboratoriya modelləri mövcuddur ki, onların xüsusiyyətləri praktik tətbiqinin tələblərinə cavab vermir. Növbəti bir neçə ildə əsas səylər bioyanacaq hüceyrələrinin təmizlənməsinə yönəldiləcək və bioyanacaq hüceyrəsinin gələcək tətbiqləri daha çox tibblə əlaqəli olacaq, məsələn: oksigen və qlükoza istifadə edərək implantasiya edilə bilən bioyanacaq hüceyrəsi.
Elektrokatalizdə fermentlərdən istifadə edərkən həll edilməli olan əsas problem fermentativ reaksiyanın elektrokimyəvi reaksiya ilə əlaqələndirilməsi, yəni fermentin aktiv mərkəzindən elektroda effektiv elektron nəqlini təmin etməkdir ki, bu da əldə edilə bilər. aşağıdakı yollar:
1. Elektronların fermentin aktiv mərkəzindən aşağı molekulyar daşıyıcıdan - mediatordan (mediator bioelektrokataliz) istifadə edərək elektroda ötürülməsi.
2. Birbaşa, birbaşa oksidləşmə və fermentin aktiv sahələrinin elektrodda azaldılması (birbaşa bioelektrokataliz).
Bu halda, enzimatik və elektrokimyəvi reaksiyaların vasitəçi birləşməsi, öz növbəsində, dörd yolla həyata keçirilə bilər:
1) ferment və mediator məhlulun böyük hissəsindədir və vasitəçi elektrodun səthinə yayılır;
2) ferment elektrodun səthində, vasitəçi isə məhlulun həcmindədir;
3) ferment və vasitəçi elektrodun səthində immobilizasiya edilir;
4) vasitəçi elektrodun səthinə tikilir, ferment isə məhluldadır.

Bu işdə lakkaz oksigen reduksiyasının katodik reaksiyası üçün katalizator, qlükoza oksidaz (GOD) isə qlükoza oksidləşməsinin anodik reaksiyası üçün katalizator kimi xidmət etmişdir. Fermentlər kompozit materialların bir hissəsi kimi istifadə edilmişdir, onların yaradılması eyni zamanda analitik sensor kimi xidmət edən bioyanacaq hüceyrələrinin yaradılmasında ən vacib mərhələlərdən biridir. Bu halda biokompozit materiallar substratı təyin etmək üçün seçicilik və həssaslıq təmin etməli və eyni zamanda fermentativ aktivliyə yaxınlaşaraq yüksək bioelektrokatalitik aktivliyə malik olmalıdır.
Lakkaza Cu tərkibli oksidoreduktazadır, onun əsas funksiyası təbii şəraitdə üzvi substratların (fenolların və onların törəmələrinin) suya çevrilən oksigenlə oksidləşməsidir. Fermentin molekulyar çəkisi 40.000 q/mol-dur.

Bu günə qədər lakkazın oksigenin azaldılması üçün ən aktiv elektrokatalizator olduğu göstərilmişdir. Bir oksigen atmosferində elektrodda mövcud olduqda, tarazlıq oksigen potensialına yaxın bir potensial qurulur və oksigenin azalması birbaşa suya baş verir.
Katod reaksiyası (oksigenin azaldılması) üçün katalizator kimi lakkaz, asetilen qara AD-100 və Nafion əsasında hazırlanmış kompozit materialdan istifadə edilmişdir. Kompozitin xüsusi bir xüsusiyyəti, birbaşa elektron ötürülməsi üçün zəruri olan ferment molekulunun elektron keçirici matrisə nisbətən istiqamətini təmin edən quruluşudur. Fermentativ katalizdə müşahidə olunan kompozit yanaşmalarda lakkazın spesifik bioelektrokatalitik aktivliyi. Lakkaz vəziyyətində enzimatik və elektrokimyəvi reaksiyaların birləşmə üsulu, yəni. bir elektronun substratdan lakkaz fermentinin aktiv mərkəzindən elektroda ötürülməsi üsulu - birbaşa bielektrokataliz.

Qlükoza oksidaz (GOD) oksidoreduktaza sinfinin bir fermentidir, hər birinin öz aktiv mərkəzinə - (flavin adenin dinukleotid) FAD olan iki alt bölməyə malikdir. GOD elektron donoru, qlükoza üçün seçici bir fermentdir və bir çox substratdan elektron qəbulediciləri kimi istifadə edə bilər. Fermentin molekulyar çəkisi 180.000 q/mol-dur.

Bu işdə vasitəçi mexanizm vasitəsilə qlükozanın anodik oksidləşməsi üçün GOD və ferrosene (FC) əsaslanan kompozit materialdan istifadə etdik. Kompozit materiala GOD, yüksək dispersli kolloid qrafit (HCG), Fc və Nafion daxildir ki, bu da yüksək inkişaf etmiş səthə malik elektron keçirici matrisi əldə etməyə, reagentlərin reaksiya zonasına səmərəli nəqlini və kompozitin sabit xüsusiyyətlərini təmin etməyə imkan verdi. material. Enzimatik və elektrokimyəvi reaksiyaların birləşdirilməsi üsulu, yəni. elektronların ALLAH-ın aktiv mərkəzindən vasitəçi elektroda səmərəli nəqlini təmin etmək, ferment və vasitəçi isə elektrodun səthində immobilizasiya edilmişdir. Ferrosen vasitəçi - elektron qəbuledici kimi istifadə edilmişdir. Üzvi bir substrat olan qlükoza oksidləşdikdə, ferrosen azalır və sonra elektrodda oksidləşir.

Kimsə maraqlanırsa, elektrod örtüyünün əldə edilməsi prosesini ətraflı təsvir edə bilərəm, lakin bunun üçün şəxsi mesajda yazmaq daha yaxşıdır. Və mövzuda mən sadəcə yaranan quruluşu təsvir edəcəyəm.

1. AD-100.
2. lakkaz.
3. hidrofobik məsaməli substrat.
4. Nafion.

Seçicilər qəbul edildikdən sonra birbaşa eksperimental hissəyə keçdik. İş hüceyrəmiz belə görünürdü:

1. Ag/AgCl istinad elektrodu;
2. işləyən elektrod;
3. köməkçi elektrod - Рt.
Qlükoza oksidaz ilə təcrübədə - arqonla, lakkazla - oksigenlə təmizləmə.

Lakkazın olmaması ilə hisdə oksigenin azalması sıfırdan aşağı potensiallarda baş verir və iki mərhələdə baş verir: hidrogen peroksidin aralıq əmələ gəlməsi ilə. Şəkildə pH 4.5 olan məhlulda oksigen atmosferində alınan AD-100-də immobilizasiya olunmuş lakkazla oksigenin elektroreduksiyasının qütbləşmə əyrisi göstərilir. Bu şəraitdə tarazlıq oksigen potensialına (0,76 V) yaxın stasionar potensial qurulur. 0,76 V-lik katod potensiallarında, birbaşa suya birbaşa bioelektrokataliz mexanizmi ilə gedən ferment elektrodunda oksigenin katalitik azalması müşahidə olunur. 0,55 V katoddan aşağı potensial bölgədə əyri üzərində oksigen reduksiyasının məhdudlaşdırıcı kinetik cərəyanına uyğun gələn yayla müşahidə olunur. Məhdud cərəyan dəyəri təxminən 630 μA/sm2 idi.

GOD Nafion, ferrocene və VKG əsasında kompozit materialın elektrokimyəvi davranışı siklik voltammetriya (CV) ilə tədqiq edilmişdir. Bir fosfat tampon məhlulunda qlükoza olmadıqda kompozit materialın vəziyyəti doldurma əyrilərindən istifadə edərək nəzarət edildi. (–0,40) V potensialında yüklənmə əyrisində ALLAH-ın aktiv mərkəzinin redoks çevrilmələri ilə bağlı maksimallar müşahidə olunur - (FAD), 0,20-0,25 V-də isə ferrosenin oksidləşməsi və reduksiyası maksimumları müşahidə olunur.

Əldə edilən nəticələrdən belə çıxır ki, oksigen reaksiyasının katalizatoru kimi lakkazı olan katod və qlükoza oksidləşməsi üçün qlükoza oksidaz əsasında anoda əsaslanaraq bioyanacaq hüceyrəsi yaratmaq üçün fundamental imkanlar mövcuddur. Düzdür, bu yolda çoxlu maneələr var, məsələn, müxtəlif pH səviyyələrində ferment aktivliyinin zirvələri müşahidə olunur. Bu, BFC-yə ion dəyişdirici membranın əlavə edilməsi zərurətinə səbəb oldu.Membran hüceyrənin elektrod bölmələrində baş verən reaksiyaların məkanda ayrılmasına imkan verir və eyni zamanda onlar arasında proton mübadiləsini təmin edir. Hava anod bölməsinə daxil olur.
Tərkibində qlükoza oksidaz və vasitəçi olan bioyanacaq hüceyrəsinə qlükozanın daxil edilməsi vasitəçi vasitəsilə fermentdən anoda elektron axını ilə nəticələnir. Elektronlar xarici dövrə vasitəsilə katoda gedir, burada ideal şəraitdə protonların və oksigenin iştirakı ilə su əmələ gəlir. Nəticədə cərəyan (doyma olmadıqda) sürəti təyin edən komponentin, qlükoza əlavə edilməsi ilə mütənasibdir. Stasionar cərəyanları ölçməklə siz tez (5 s) hətta aşağı qlükoza konsentrasiyalarını - 0,1 mM-ə qədər müəyyən edə bilərsiniz.

Təəssüf ki, bu BFC ideyasını praktiki həyata keçirə bilmədim, çünki 11-ci sinifdən dərhal sonra proqramçı olmaq üçün oxumağa getdim və bu gün də səylə edirəm. Tamamlayan hər kəsə təşəkkür edirəm.

RU 2379795 patentinin sahibləri:

İxtira bərk turşu elektrolitləri və daxili islahedici katalizatorlardan istifadə edərək birbaşa təsir göstərən spirt yanacaq elementlərinə aiddir. İxtiranın texniki nəticəsi elementin xüsusi gücü və gərginliyinin artırılmasıdır. İxtiraya görə, yanacaq elementinə anod, katod, bərk turşu elektroliti, qaz diffuziya təbəqəsi və daxili reforminq katalizatoru daxildir. Daxili reforminq katalizatoru istənilən uyğun reformator ola bilər və anodun yanında yerləşir. Bu konfiqurasiyada yanacaq hüceyrəsindəki katalizatorda ekzotermik reaksiyalarda yaranan istilik və yanacaq hüceyrəsi elektrolitinin ohmik istiləşməsi spirt yanacağını hidrogenə çevirən endotermik yanacaq islahetmə reaksiyasının hərəkətverici qüvvəsidir. Metanol və ya etanol kimi hər hansı bir spirt yanacağı istifadə edilə bilər. 5 n. və 20 maaş f-ly, 4 xəstə.

Texnologiya sahəsi

İxtira bərk turşu elektrolitlərindən istifadə edərək birbaşa spirt yanacaq hüceyrələrinə aiddir.

Ən müasir

Alkoqollar potensial yanacaq kimi bu yaxınlarda intensiv tədqiqatlar aparmışdır. Xüsusilə arzuolunan yanacaqlar metanol və etanol kimi spirtlərdir, çünki onların enerji sıxlığı standart sıxılmış hidrogendən beş-yeddi dəfə çoxdur. Məsələn, bir litr metanol enerji baxımından 320 atm-ə qədər sıxılmış 5,2 litr hidrogenə bərabərdir. Bundan əlavə, bir litr etanol enerji baxımından 350 atm-ə qədər sıxılmış 7,2 litr hidrogenə bərabərdir. Belə spirtlər həm də arzuolunandır, çünki onları idarə etmək, saxlamaq və daşımaq asandır.

Metanol və etanol spirt yanacağı baxımından bir çox araşdırmanın mövzusu olmuşdur. Etanol şəkər və nişasta olan bitkilərin fermentasiyası yolu ilə istehsal edilə bilər. Metanol odun və ya odun/taxıl tullantılarının (saman) qazlaşdırılması yolu ilə istehsal oluna bilər. Bununla belə, metanol sintezi daha effektivdir. Bu spirtlər, başqa şeylər arasında, bərpa olunan mənbələrdir və buna görə də həm istixana qazı emissiyalarının azaldılmasında, həm də qalıq yanacaqlardan asılılığın azaldılmasında mühüm rol oynadığına inanılır.

Belə spirtlərin kimyəvi enerjisini elektrik enerjisinə çevirən qurğular kimi yanacaq elementləri təklif edilmişdir. Bu baxımdan polimer elektrolit membranlara malik birbaşa spirt yanacaq elementləri intensiv tədqiqatlara məruz qalmışdır. Xüsusilə, tədqiqat birbaşa metanol yanacaq hüceyrələrinə və birbaşa etanol yanacaq hüceyrələrinə yönəldilmişdir. Bununla belə, birbaşa etanol yanacaq hüceyrələri üzərində tədqiqatlar, oksidləşdirici metanolla müqayisədə etanolun oksidləşməsinin nisbi çətinliyi səbəbindən məhduddur.

Bu geniş tədqiqat səylərinə baxmayaraq, birbaşa spirt yanacaq hüceyrələrinin performansı, əsasən elektrod katalizatorları tərəfindən qoyulan kinetik məhdudiyyətlər səbəbindən qeyri-qənaətbəxş olaraq qalır. Məsələn, tipik birbaşa metanol yanacaq hüceyrələri təxminən 50 mVt/sm 2 güc sıxlığına malikdir. 335 mVt/sm2 kimi daha yüksək güc sıxlıqları əldə edilmişdir, lakin yalnız son dərəcə sərt şəraitdə (Nafion®, 130°C, 5 atm oksigen və 1,8 atm təzyiqdə 2 cc/dəq axın sürəti üçün 1 M metanol) ). Eynilə, birbaşa etanol yanacaq elementi oxşar son dərəcə sərt şəraitdə (Nafion® - silisium oksidi, 140°C, anod 4 atm, oksigen 5,5 atm) 110 mVt/sm2 güc sıxlığına malikdir. Müvafiq olaraq, bu cür ekstremal şərait olmadığı təqdirdə yüksək güc sıxlığına malik birbaşa spirt yanacaq hüceyrələrinə ehtiyac var.

İxtiranın xülasəsi

Hazırkı ixtira bərk turşu elektrolitləri olan və daxili islahedici katalizatordan istifadə edən spirt yanacaq elementlərinə aiddir. Yanacaq hüceyrəsi ümumiyyətlə anod, katod, bərk turşu elektrolit və daxili reformatordan ibarətdir. İslahatçı, hidrogen istehsal etmək üçün spirt yanacağının islah edilməsini təmin edir. Reforminq reaksiyasının hərəkətverici qüvvəsi yanacaq hüceyrəsindəki ekzotermik reaksiyalar zamanı yaranan istilikdir.

Yanacaq hüceyrəsində bərk turşu elektrolitlərinin istifadəsi islahatçını birbaşa anoda bitişik yerləşdirməyə imkan verir. Məlum islahedici materialların effektiv işləməsi üçün tələb olunan yüksək temperatur və tipik polimer elektrolit membranlarının istiliyə həssaslığı səbəbindən bu, əvvəllər mümkün hesab edilmirdi. Bununla belə, adi polimer elektrolit membranları ilə müqayisədə, bərk turşu elektrolitləri daha yüksək temperaturlara tab gətirə bilir, bu da reformatoru anoda bitişik və buna görə də elektrolitə yaxın yerləşdirməyə imkan verir. Bu konfiqurasiyada elektrolit tərəfindən yaranan tullantı istilik reformator tərəfindən udulur və endotermik reformasiya reaksiyası üçün hərəkətverici qüvvə kimi xidmət edir.

Rəsmlərin qısa təsviri

Hazırkı ixtiranın bu və digər xüsusiyyətləri və üstünlükləri, müşayiət olunan təsvirlərlə birlikdə götürülmüş aşağıdakı ətraflı təsvirə istinad etməklə daha yaxşı başa düşüləcəkdir.

Şəkil 1 hazırkı ixtiranın bir təcəssümünə uyğun olaraq yanacaq elementinin sxematik təsviridir;

Şəkil 2, 1 və 2 Nümunələrə və Müqayisəli Nümunə 1-ə uyğun olaraq əldə edilmiş yanacaq elementləri üçün enerji sıxlığı və hüceyrə gərginliyi arasındakı əyrilərin qrafik müqayisəsidir;

Şəkil 3, Nümunə 3, 4 və 5-ə və Müqayisəli Nümunə 2-yə uyğun olaraq əldə edilmiş yanacaq elementləri üçün enerji sıxlığı hüceyrə gərginlik əyrilərinin qrafik müqayisəsidir; Və

Şəkil 4 Müqayisəli Nümunələr 2 və 3-ə uyğun olaraq əldə edilmiş yanacaq elementləri üçün enerji sıxlığı ilə hüceyrə gərginliyi əyrilərinin qrafik müqayisəsidir.

İxtiranın ətraflı təsviri

Bu ixtira bərk turşu elektrolitləri olan və hidrogen hasil etmək üçün spirt yanacağının islah edilməsi üçün nəzərdə tutulmuş membran elektrod qurğusu (MEA) ilə fiziki təmasda daxili islahedici katalizatordan istifadə edən birbaşa spirt yanacaq hüceyrələrinə aiddir. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, spirtlərdəki kimyəvi enerjini birbaşa elektrik enerjisinə çevirən yanacaq elementlərinin fəaliyyəti yanacaq hüceyrəsi elektrod katalizatorları tərəfindən qoyulan kinetik məhdudiyyətlər səbəbindən qeyri-qənaətbəxş olaraq qalır. Lakin məlumdur ki, hidrogen yanacağı istifadə edildikdə bu kinetik məhdudiyyətlər əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Müvafiq olaraq, hazırkı ixtira hidrogen hasil etmək üçün spirt yanacağını islahat etmək və bununla da spirt yanacağı ilə bağlı kinetik məhdudiyyətləri azaltmaq və ya aradan qaldırmaq üçün nəzərdə tutulmuş islahedici katalizatordan və ya reformatordan istifadə edir. Alkoqollu yanacaqlar aşağıdakı reaksiya nümunələrinə uyğun olaraq buxarlanır:

Metanoldan hidrogenə: CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2;

Etanoldan hidrogenə: C 2 H 5 OH+3H 2 O→6H 2 +2CO 2.

Bununla belə, islahat reaksiyası yüksək endotermikdir. Buna görə də, islahat reaksiyası üçün hərəkətverici qüvvə əldə etmək üçün islahatçı qızdırılmalıdır. Tələb olunan istilik miqdarı adətən hər mol metanol üçün təxminən 59 kJ (təxminən 0,25 mol hidrogenin yanmasına bərabərdir) və hər mol etanol üçün təxminən 190 kJ (təxminən 0,78 mol hidrogenin yanmasına bərabərdir) təşkil edir.

Yanacaq hüceyrələrinin istismarı zamanı elektrik cərəyanının keçməsi nəticəsində tullantı istilik əmələ gəlir, bunun effektiv şəkildə çıxarılması problemlidir. Bununla belə, bu tullantı istiliyinin yaranması reformatorun birbaşa yanacaq elementinə bitişik yerləşdirilməsini təbii seçim edir. Bu konfiqurasiya hidrogenin reformatordan yanacaq elementinə verilməsinə və yanacaq elementinin soyumasına imkan verir və yanacaq hüceyrəsinə reformatoru qızdırmağa və orada reaksiyalar üçün hərəkətverici qüvvə təmin etməyə imkan verir. Bu konfiqurasiya ərimiş karbonat yanacaq hüceyrələrində və təxminən 650°C-də baş verən metan reforminq reaksiyaları üçün istifadə olunur. Bununla belə, spirtin reformasiyası reaksiyaları ümumiyyətlə təxminən 200°C ilə təxminən 350°C arasında dəyişən temperaturlarda baş verir və spirtin reformasiyasından istifadə edən uyğun yanacaq elementi hələ hazırlanmamışdır.

Hazırkı ixtira spirt islahından istifadə edən belə yanacaq elementinə aiddir. ŞƏKİL 1-də göstərildiyi kimi, hazırkı ixtiraya uyğun yanacaq elementi 10, ümumiyyətlə, birinci cərəyan kollektoru/qaz diffuziya təbəqəsi 12, anod 12a, ikinci cərəyan kollektoru/qaz diffuziya təbəqəsi 14, katod 14a, elektrolit 16, və daxili reforminq katalizatoru 18. 12a anoduna bitişik yerləşən daxili reforminq katalizatoru 18. Daha dəqiq desək, reforminq katalizatoru 18 birinci qaz diffuziya təbəqəsi 12 və anod 12a arasında yerləşdirilir. İstənilən məlum uyğun reforminq katalizatoru 18 istifadə edilə bilər.Müvafiq reforminq katalizatorlarının qeyri-məhdud nümunələrinə Cu-Zn-Al oksid qarışıqları, Cu-Co-Zn-Al oksid qarışıqları və Cu-Zn-Al-Zr oksid qarışıqları daxildir.

Metanol, etanol və propanol kimi istənilən spirt yanacağı istifadə edilə bilər. Bundan əlavə, dimetil eter yanacaq kimi istifadə edilə bilər.

Tarixən bu konfiqurasiya, islahedici reaksiyanın endotermik təbiətinə və elektrolitin istiliyə həssaslığına görə spirt yanacaq hüceyrələri üçün mümkün hesab edilməmişdir. Tipik spirt yanacaq elementləri islahedici katalizatorun hərəkətverici qüvvəsini təmin etmək üçün tələb olunan istiliyə tab gətirə bilməyən polimer elektrolit membranlarından istifadə edir. Bununla belə, hazırkı ixtiranın yanacaq elementlərində istifadə olunan elektrolitlər bərk turşu elektrolitlərini ehtiva edir, məsələn, ABŞ Patenti № 6,468,684 BƏT KİŞİDƏN İSTİFADƏ EDİLƏN PROTON KEÇİRİCİ MEMBRANDA təsvir olunanlar kimi, bütün məzmunu buraya istinadla daxil edilmişdir və burada eyni zamanda, bütün məzmunu da buraya istinadla daxil edilmiş, BƏK TURŞUDAN İSTİFADƏ EDİLƏN PROTON KEÇİRƏN MEMBRAN adlı 10/139043 nömrəli ABŞ Patent Müraciətinin Gözləmədə olan Seriyası. Bu ixtirada elektrolit kimi istifadə üçün uyğun olan bərk turşunun qeyri-məhdud nümunəsi CsH 2 PO 4-dür. Hazırkı ixtiranın yanacaq elementlərində istifadə olunan bərk turşu elektrolitləri daha yüksək temperaturlara tab gətirə bilir və bu, islahedici katalizatoru bilavasitə anoda bitişik yerləşdirməyə imkan verir. Bundan əlavə, endotermik reforminq reaksiyası yanacaq hüceyrəsindəki ekzotermik reaksiyalar nəticəsində yaranan istiliyi istehlak edərək, termal balanslaşdırılmış bir sistem meydana gətirir.

Bu bərk turşular öz superprotik fazalarında istifadə olunur və təxminən 100°C-dən təxminən 350°C-yə qədər olan temperatur intervalında proton keçirici membran kimi fəaliyyət göstərir. Bu temperatur diapazonunun yuxarı ucu metanolun reformasiyası üçün idealdır. Reforminq reaksiyasının hərəkətverici qüvvəsini təmin etmək üçün kifayət qədər istilik əmələ gəlməsini təmin etmək və bərk turşu elektrolitinin proton keçiriciliyini təmin etmək üçün bu ixtiranın yanacaq elementi tercihen təxminən 100°C ilə təxminən 500°C arasında dəyişən temperaturlarda işlədilir. Bununla belə, yanacaq elementini təxminən 200°C ilə təxminən 350°C arasında dəyişən temperaturlarda işləmək daha üstündür. Spirtli yanacaq elementlərinin işini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaqla yanaşı, ixtiranın spirt yanacaq elementlərinin nisbətən yüksək işləmə temperaturları müvafiq olaraq anodda və katodda Pt/Ru və Pt kimi bahalı metal katalizatorları daha az enerji ilə əvəz etməyə imkan verə bilər. bahalı katalizator materialları.

Aşağıdakı nümunələr və müqayisəli nümunələr ixtiranın spirt yanacaq elementlərinin üstün performans xüsusiyyətlərini göstərir. Bununla belə, bu nümunələr yalnız təsvir məqsədləri üçün təqdim olunur və ixtiranı bu nümunələrlə məhdudlaşdıran kimi təfsir edilməməlidir.

Nümunə 1: Metanol Yanacaq Hüceyrəsi

Anodik elektrokatalizator kimi 13 mq/sm2 Pt/Ru istifadə edilmişdir. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al daxili reforminq katalizatoru kimi istifadə edilmişdir. Katod elektrokatalizatoru kimi 15 mq/sm 2 Pt istifadə edilmişdir. Elektrolit kimi qalınlığı 160 μm olan CsH 2 PO 4 membranı istifadə edilmişdir. Buxara çevrilmiş metanol və su qarışıqları 100 μL/dəq axın sürətində anod boşluğuna verildi. 30% nəmləndirilmiş oksigen 50 sm 3 / dəq (standart temperatur və təzyiq) bir axın sürətində katoda verildi. Metanol:su nisbəti 25:75 idi. Elementin temperaturu 260 ° C-ə təyin edildi.

Nümunə 2: Etanol Yanacaq Hüceyrəsi

Anodik elektrokatalizator kimi 13 mq/sm2 Pt/Ru istifadə edilmişdir. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al daxili reforminq katalizatoru kimi istifadə edilmişdir. Katod elektrokatalizatoru kimi 15 mq/sm 2 Pt istifadə edilmişdir. Elektrolit kimi qalınlığı 160 μm olan CsH 2 PO 4 membranı istifadə edilmişdir. Buxara çevrilmiş etanol və su qarışıqları 100 μL/dəq axın sürətində anod boşluğuna verildi. 30% nəmləndirilmiş oksigen 50 sm 3 / dəq (standart temperatur və təzyiq) bir axın sürətində katoda verildi. Etanol:su nisbəti 15:85 idi. Elementin temperaturu 260 ° C-ə təyin edildi.

Müqayisəli Nümunə 1 - Saf H 2 istifadə edən yanacaq elementi

Anodik elektrokatalizator kimi 13 mq/sm2 Pt/Ru istifadə edilmişdir. Katod elektrokatalizatoru kimi 15 mq/sm 2 Pt istifadə edilmişdir. Elektrolit kimi qalınlığı 160 μm olan CsH 2 PO 4 membranı istifadə edilmişdir. 3% nəmləndirilmiş hidrogen anod sahəsinə 100 μL/dəq axın sürətində verildi. 30% nəmləndirilmiş oksigen 50 sm 3 / dəq (standart temperatur və təzyiq) bir axın sürətində katoda verildi. Elementin temperaturu 260 ° C-ə təyin edildi.

Şəkil 2, 1 və 2 nümunələri və müqayisəli nümunə 1 üçün xüsusi güc və hüceyrə gərginliyi arasındakı əlaqənin əyrilərini göstərir. Şəkildə göstərildiyi kimi, metanol yanacaq elementi (nümunə 1) üçün 69 mVt/sm 2 pik güc sıxlığına nail olunur. etanol (nümunə 2) yanacaq hüceyrəsi hüceyrəsi 53 mVt/sm2 maksimum güc sıxlığına nail olur və hidrogen yanacaq elementi üçün (Müqayisəli Nümunə 1) 80 pik güc sıxlığına nail olur.

mVt/sm2. Bu nəticələr göstərir ki, Nümunə 1 və Müqayisəli Nümunə 1-ə uyğun olaraq əldə edilmiş yanacaq elementləri çox oxşardır və islahedicisi olan metanol yanacaq elementinin demək olar ki, hidrogen yanacaq elementi kimi yaxşı performans nümayiş etdirdiyini göstərir ki, bu da əhəmiyyətli irəliləyişdir. Bununla belə, aşağıdakı nümunələrdə və müqayisəli nümunələrdə göstərildiyi kimi, elektrolitin qalınlığını azaltmaqla, güc sıxlığında əlavə bir artım əldə edilir.

Yanacaq elementi həm qaz diffuziya təbəqəsi, həm də cərəyan kollektoru kimi xidmət edən məsaməli paslanmayan polad dayağın üzərinə CsH 2 PO 4 şlamının çökməsi ilə istehsal edilmişdir. Katod elektrokatalizator təbəqəsi əvvəlcə qaz diffuziya layının üzərinə çökdürülmüş, sonra isə elektrolit təbəqəsinin çökməsindən əvvəl sıxılmışdır. Bundan sonra, anod elektrokatalizatorunun bir təbəqəsi qoyuldu, sonra strukturun son təbəqəsi olaraq ikinci qaz diffuziya elektrodu yerləşdirildi.

Anod elektrodu kimi CsH 2 PO 4, Pt (50 atom kütləsi %), Ru, Pt (40 ağırlıq %) - Ru (20 wt %) C (40 wt %) və naftalin qarışığından istifadə edilmişdir. CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C: naftalin qarışığında komponentlərin nisbəti 3:3:1:0,5 (ağırlıq) olmuşdur. Qarışıq ümumi 50 mq miqdarında istifadə edilmişdir. Pt və Ru yükləri müvafiq olaraq 5,6 mq/sm2 və 2,9 mq/sm2 olmuşdur. Anod elektrodunun sahəsi 1,74 sm 2 idi.

Katod elektrod kimi Cs (50 wt.%) və naftalin üzərində çökdürülmüş CsH 2 PO 4, Pt, Pt (50 wt.%) qarışığı istifadə edilmişdir. CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C: naftalin qarışığında komponentlərin nisbəti 3:3:1:1 (ağırlıq) olmuşdur. Qarışıq ümumi 50 mq miqdarında istifadə edilmişdir. Pt yükləmələri 7,7 mq/sm 2 olmuşdur. Katod sahəsi 2,3-2,9 sm 1 idi.

CuO (30 ağırlıq %) - ZnO (20 wt. %) - Al 2 O 3 islahedici katalizator kimi istifadə edilmişdir, yəni CuO (31 mol. %) - ZnO (16 mol. %) - Al 2 O 3 . Reforminq katalizatoru mis, sink və alüminium nitrat məhlulundan (ümumi metal konsentrasiyası 1 mol/L) və natrium karbonatların sulu məhlulundan (1,1 mol/L) istifadə etməklə birgə çökdürmə üsulu ilə hazırlanmışdır. Çöküntü deionlaşdırılmış su ilə yuyulur, süzülür və havada 120°C temperaturda 12 saat qurudulur. 1 q miqdarında qurudulmuş toz 3,1 mm qalınlığa və 15,6 mm diametrə qədər yüngülcə sıxılmış və sonra 2 saat ərzində 350 ° C-də kalsine edilmişdir.

Elektrolit kimi qalınlığı 47 μm olan CsH 2 PO 4 membranı istifadə edilmişdir.

Metanol-su məhlulu (43% həcm və ya 37% ağırlıq və ya 25% mol və ya 1,85 M metanol) 135 μL/dəq axın sürətində şüşə buxarlandırıcıdan (200°C) qidalandı. Elementin temperaturu 260 ° C-ə təyin edildi.

Yanacaq elementi yuxarıdakı Nümunə 3-ə uyğun olaraq hazırlanmışdır, istisna olmaqla, metanol-su qarışığı deyil, etanol-su qarışığı (36% həcm və ya 31% ağırlıq) buxarlandırıcıdan (200°C) qidalanır. axın sürəti 114 μl/dəq və ya 15 mol%, yaxud 0,98 M etanol).

Metanol-su qarışığı əvəzinə araq (Absolut Vodka, İsveç) (40% həcm və ya 34% ağırlıq, və ya 17% mol) tədarük edilmişdir. etanol).

Müqayisəli nümunə 2

Yanacaq elementi yuxarıdakı 3-cü Nümunəyə uyğun olaraq hazırlanmışdır, istisna olmaqla, metanol-su qarışığı əvəzinə, isti su ilə (70 ° C) nəmləndirilmiş dəqiqədə 100 standart kub santimetr həcmində qurudulmuş hidrogen istifadə edilmişdir.

Müqayisəli nümunə 3

Heç bir reforminq katalizatorunun istifadə edilməməsi və kameranın temperaturunun 240°C-yə təyin edilməsi istisna olmaqla, yanacaq elementi yuxarıdakı Misal 3-ə uyğun olaraq hazırlanmışdır.

Müqayisəli nümunə 4

Yanacaq elementi Müqayisəli Nümunə 2-yə uyğun olaraq hazırlanmışdır, yalnız kameranın temperaturu 240°C-ə təyin edilmişdir.

Şəkil 3 Nümunələr 3, 4 və 5 və Müqayisəli Nümunə 2 üçün enerji sıxlığına qarşı hüceyrə gərginliyi əyrilərini göstərir. Göstərildiyi kimi, metanol yanacaq elementi (Nümunə 3) 224 mVt/sm2 maksimum güc sıxlığına nail olub ki, bu da gücün əhəmiyyətli artımını əks etdirir. Nümunə 1-ə uyğun olaraq əldə edilən və daha qalın elektrolitə malik yanacaq elementi ilə müqayisədə sıxlıq. Bu metanol yanacaq elementi, həmçinin Şəkil 4-də daha yaxşı nümayiş etdirildiyi kimi, daxili islahatçıdan istifadə etməyən metanol yanacaq elementləri ilə müqayisədə performansda dramatik irəliləyiş nümayiş etdirir. etanol yanacaq elementi.daha qalın elektrolit membranına malik olan (misal 2). Bununla belə, metanol yanacaq elementinin (Nümunə 3) etanol yanacaq elementindən (Nümunə 4) daha yaxşı işləməsi göstərilmişdir. Votka yanacaq elementi üçün (nümunə 5) etanol yanacaq elementi ilə müqayisə edilə bilən güc sıxlığı əldə edilir. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, metanol yanacaq elementi (Nümunə 3) təxminən hidrogen yanacaq elementi kimi yaxşı performans xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir (Müqayisəli Nümunə 2).

Şəkil 4 Müqayisəli Nümunələr 3 və 4 üçün enerji sıxlığına qarşı hüceyrə gərginliyi əyrilərini göstərir. Şəkildə göstərildiyi kimi, reformersiz metanol yanacaq elementi (Müqayisəli Nümunə 3) hidrogen yanacaq elementi üçün əldə edilənlərdən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olan güc sıxlıqlarına nail olur (Müqayisəli Nümunə 4). Bundan əlavə, Şəkil 2, 3 və 4 göstərir ki, reformatoru olmayan metanol yanacaq elementi ilə müqayisədə (Müqayisəli Nümunə 3), islahatçıları olan metanol yanacaq elementləri üçün əhəmiyyətli dərəcədə yüksək güc sıxlıqlarına nail olunur (Nümunələr 1 və 3).

Yuxarıdakı təsvir ixtiranın hazırda üstünlük verilən təcəssümlərini təqdim etmək üçün təqdim edilmişdir. Bu ixtiranın aid olduğu müvafiq sənət və texnologiya sahəsində bacarıqlı olanlar başa düşəcəklər ki, bu ixtiranın prinsiplərindən, əhatə dairəsindən və ruhundan əhəmiyyətli dərəcədə kənara çıxmadan təsvir edilən təcəssümlərə dəyişikliklər və modifikasiyalar edilə bilər. Müvafiq olaraq, yuxarıdakı təsvir yalnız təsvir edilən xüsusi təcəssümlərə istinad edilməməlidir, əksinə ixtiranın ən dolğun və ən obyektiv əhatəsini özündə əks etdirən aşağıdakı iddialarla uyğunluq və onları dəstəkləmək üçün başa düşülməlidir.

1. Yanacaq elementi, o cümlədən: anod elektrokatalitik təbəqəsi, katod elektrokatalitik təbəqəsi, bərk turşusu olan elektrolit təbəqəsi, qaz diffuziya təbəqəsi və anod elektrokatalitik təbəqəsinə bitişik olan daxili reforminq katalizatoru, beləliklə daxili reforminq katalizatoru anod elektrokatalitik təbəqəsi ilə qaz diffuziya təbəqəsi arasında yerləşir və anod elektrokatalitik təbəqəsi ilə fiziki təmasdadır.

2. İddia 1-ə uyğun yanacaq elementi, burada bərk turşu elektrolitində CsH 2 PO 4 var.

3. 1-ci bəndin yanacaq elementi, burada reforminq katalizatoru Cu-Zn-Al oksid qarışıqlarından, Cu-Co-Zn-Al oksid qarışıqlarından və Cu-Zn-Al-Zr oksid qarışıqlarından ibarət qrupdan seçilir.

4. Yanacaq elementinin işləmə üsulu, o cümlədən:





yanacaq təchizatı; və yanacaq elementinin təxminən 100°C ilə təxminən 500°C arasında dəyişən temperaturda işləməsi.

5. 4-cü bəndə uyğun üsul, burada yanacaq spirtdir.

6. İstem 4-ə uyğun üsul, burada yanacaq metanol, etanol, propanol və dimetil efirdən ibarət qrupdan seçilir.

7. Yanacaq elementinin təxminən 200°C-dən təxminən 350°C-dək olan temperaturda işlədilməsi ilə bağlı 4-cü bəndin üsulu.

8. 4-cü bəndin metodu, burada reforminq katalizatoru Cu-Zn-Al oksid qarışıqlarından, Cu-Co-Zn-Al oksid qarışıqlarından və Cu-Zn-Al-Zr oksid qarışıqlarından ibarət qrupdan seçilir.

9. 4-cü bəndə uyğun üsul, burada elektrolit bərk turşudan ibarətdir.

10. Bərk turşunun tərkibində CsH 2 PO 4 olan 9-cu bəndə uyğun üsul.

11. Yanacaq elementinin istismar üsulu, o cümlədən:
anodik elektrokatalitik təbəqənin əmələ gəlməsi;
katod elektrokatalitik təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
bərk turşusu olan elektrolit təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
qaz diffuziya qatının əmələ gəlməsi və
daxili reforminq katalizatorunun anodik elektrokatalitik təbəqə ilə qaz diffuziya təbəqəsi arasında yerləşməsi və anodik elektrokatalitik təbəqə ilə fiziki təmasda olması üçün anodik elektrokatalitik təbəqəyə bitişik daxili reforminq katalizatorunun formalaşdırılması;
yanacaq təchizatı; və yanacaq elementini təxminən 200°C ilə təxminən 350°C arasında dəyişən temperaturda işlətmək.

12. İstem 11-ə uyğun üsul, burada yanacaq spirtdir.

13. İstem 11-ə uyğun üsul, burada yanacaq metanol, etanol, propanol və dimetil efirdən ibarət qrupdan seçilir.

14. 11-ci bəndin metodu, burada reforminq katalizatoru Cu-Zn-Al oksidlərinin qarışığından, Cu-Co-Zn-Al oksidlərinin qarışıqlarından və Cu-Zn-Al-Zr oksidlərinin qarışıqlarından ibarət qrupdan seçilir. .

15. 11-ci bəndə uyğun üsul, burada elektrolit bərk turşudan ibarətdir.

16. Bərk turşunun tərkibində CsH 2 PO 4 olduğu 15-ci bəndə uyğun üsul.

17. Yanacaq elementinin istismar üsulu, o cümlədən:
anodik elektrokatalitik təbəqənin əmələ gəlməsi;
katod elektrokatalitik təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
bərk turşusu olan elektrolit təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
qaz diffuziya qatının əmələ gəlməsi və
daxili reforminq katalizatorunun anodik elektrokatalitik təbəqə ilə qaz diffuziya təbəqəsi arasında yerləşməsi və anodik elektrokatalitik təbəqə ilə fiziki təmasda olması üçün anodik elektrokatalitik təbəqəyə bitişik daxili reforminq katalizatorunun formalaşdırılması;
alkoqollu yanacaq təchizatı; və yanacaq elementinin təxminən 100°C ilə təxminən 500°C arasında dəyişən temperaturda işləməsi.

18. İstem 17-yə uyğun üsul, burada yanacaq metanol, etanol, propanol və dimetil efirdən ibarət qrupdan seçilir.

19. Yanacaq elementinin təxminən 200°C ilə 350°C arasında dəyişən temperaturda işlədilməsi ilə bağlı 17-ci bəndin üsulu.

20. İslahedici katalizatorun Cu-Zn-Al oksid qarışıqlarından, Cu-Co-Zn-Al oksid qarışıqlarından və Cu-Zn-Al-Zr oksid qarışıqlarından ibarət qrupdan seçildiyi 17-ci bəndin metodu.

21. 17-ci bəndə uyğun üsul, burada bərk turşu elektrolitinin tərkibində CsH 2 PO 4 var.

22. Yanacaq elementinin istismar üsulu, o cümlədən:
anodik elektrokatalitik təbəqənin əmələ gəlməsi;
katod elektrokatalitik təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
bərk turşusu olan elektrolit təbəqəsinin əmələ gəlməsi;
qaz diffuziya qatının əmələ gəlməsi və
daxili reforminq katalizatorunun anodik elektrokatalitik təbəqə ilə qaz diffuziya təbəqəsi arasında yerləşməsi və anodik elektrokatalitik təbəqə ilə fiziki təmasda olması üçün anodik elektrokatalitik təbəqəyə bitişik daxili reforminq katalizatorunun formalaşdırılması;
alkoqollu yanacaq təchizatı; və yanacaq elementini təxminən 200°C ilə təxminən 350°C arasında dəyişən temperaturda işlətmək.

İxtira bərk turşu elektrolitləri və daxili islahedici katalizatorlardan istifadə edərək birbaşa təsir göstərən spirt yanacaq elementlərinə aiddir.

Lazım olan hər şeyi hazırlayın. Sadə bir yanacaq elementi hazırlamaq üçün sizə 12 düymlük platin və ya platinlə örtülmüş məftil, dondurma çubuğu, 9 voltluq batareya və batareya tutacağı, şəffaf lent, bir stəkan su, xörək duzu (isteğe bağlı), nazik metal lazımdır. çubuq və voltmetr.

• 9 voltluq batareya və batareya tutacağı elektronika və ya hardware mağazasından alına bilər.

Platin və ya platin örtüklü teldən 15 santimetr uzunluğunda iki parça kəsin. Platin tel xüsusi məqsədlər üçün istifadə olunur və onu elektronika mağazasında almaq olar. Reaksiya üçün katalizator rolunu oynayacaq.

Hətta orta əsr alimi Paracelsus təcrübələrinin birində sulfat turşusu dəmir ilə təmasda olduqda hava qabarcıqlarının əmələ gəldiyini qeyd etdi. Əslində bu, hidrogen idi (amma alimin hesab etdiyi kimi hava deyil) - yüngül, rəngsiz, qoxusuz qaz, müəyyən şəraitdə partlayıcı olur.

Hal-hazırdaDIY hidrogen istiləşməsi - çox adi bir şey. Həqiqətən, hidrogen demək olar ki, qeyri-məhdud miqdarda istehsal edilə bilər, əsas odur ki, su və elektrik var.

Bu istilik üsulu İtalyan şirkətlərindən biri tərəfindən hazırlanmışdır. Hidrogen qazanı heç bir zərərli tullantı yaratmadan işləyir, buna görə də evi qızdırmaq üçün ən ekoloji cəhətdən təmiz və səssiz üsul hesab olunur. İnkişafın yeniliyi ondan ibarətdir ki, elm adamları hidrogenin nisbətən aşağı temperaturda (təxminən 300ᵒC) yanmasına nail ola bildilər və bu, ənənəvi materiallardan oxşar qızdırıcı qazanlar istehsal etməyə imkan verdi.

İşləyərkən qazan yalnız zərərsiz buxar verir və xərc tələb edən yeganə şey elektrik enerjisidir. Və bunu günəş panelləri (günəş sistemi) ilə birləşdirsəniz, bu xərclər tamamilə sıfıra endirilə bilər.

Qeyd! Hidrogen qazanları tez-tez öz əlləri ilə asanlıqla quraşdırıla bilən yeraltı istilik sistemlərini qızdırmaq üçün istifadə olunur.

Bütün bunlar necə baş verir? Oksigen hidrogenlə reaksiya verir və orta məktəb kimya dərslərindən xatırladığımız kimi su molekullarını əmələ gətirir. Reaksiya katalizatorlar tərəfindən təhrik edilir, nəticədə istilik enerjisi ayrılır, suyu təxminən 40ᵒC-ə qədər qızdırır - "isti mərtəbə" üçün ideal temperatur.

Qazan gücünün tənzimlənməsi müəyyən bir ərazinin bir otağının istiləşməsi üçün tələb olunan müəyyən bir temperatur əldə etməyə imkan verir. Həm də qeyd etmək lazımdır ki, bu cür qazanlar modul hesab olunur, çünki onlar bir-birindən müstəqil bir neçə kanaldan ibarətdir. Kanalların hər birində yuxarıda göstərilən katalizator var, nəticədə soyuducu artıq tələb olunan 40ᵒC dəyərinə çatmış istilik dəyişdiricisinə daxil olur.

Qeyd! Bu cür avadanlıqların bir xüsusiyyəti, hər bir kanalın fərqli bir temperatur istehsal edə bilməsidir. Beləliklə, onlardan biri "isti mərtəbə", ikincisi bitişik otağa, üçüncüsü tavana və s.

Hidrogen istiliyinin əsas üstünlükləri

Evin istiləşməsinin bu üsulu sistemin artan populyarlığından məsul olan bir sıra əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir.

1. Çox vaxt 96% -ə çatan təsirli səmərəlilik.
2. Ətraf mühitə uyğunluq. Atmosferə buraxılan yeganə əlavə məhsul, prinsipcə ətraf mühitə zərər verməyə qadir olmayan su buxarıdır.
3. Hidrogenlə isitmə tədricən ənənəvi sistemləri əvəz edir, insanları təbii ehtiyatları - neft, qaz, kömür çıxarmaq ehtiyacından azad edir.
4. Hidrogen odsuz fəaliyyət göstərir, istilik enerjisi katalitik reaksiya nəticəsində yaranır.

Hidrogen istiliyini özünüz etmək mümkündürmü?

Prinsipcə, bu mümkündür. Sistemin əsas elementi - qazan - bir NNO generatoru, yəni şərti elektrolizator əsasında yaradıla bilər. Biz hamımız məktəb təcrübələrini xatırlayırıq, biz bir rektifikatordan istifadə edərək bir çıxışa qoşulmuş çılpaq naqilləri su qabına yapışdırırıq. Beləliklə, bir qazan qurmaq üçün bu təcrübəni təkrarlamaq lazımdır, lakin daha geniş miqyasda.

Qeyd! Hidrogen qazanı artıq müzakirə etdiyimiz kimi "isti mərtəbə" ilə istifadə olunur. Ancaq belə bir sistemin təşkili başqa bir məqalənin mövzusudur, buna görə də "isti mərtəbə" nin artıq quraşdırıldığına və istifadəyə hazır olduğuna inanacağıq.

Hidrogen ocağının tikintisi

Su ocağı yaratmağa başlayaq. Ənənəvi olaraq, lazımi alətləri və materialları hazırlamaqla başlayacağıq.

İşdə nə tələb olunacaq

1. Paslanmayan polad təbəqə.
2. Yoxlama klapan.
3. İki bolt 6x150, onlar üçün qoz-fındıq və yuyucu.
4. Axın filtri (paltaryuyan maşından).
5. Şəffaf boru. Bunun üçün suyun səviyyəsi idealdır - tikinti materialları mağazalarında 10 m üçün 350 rubla satılır.
6. 1,5 litr tutumu olan plastik möhürlənmiş qida qabı. Təxmini dəyəri: 150 rubl.
7. Herringbone fitinqlər ø8 mm (bunlar şlanq üçün mükəmməldir).
8. Metal kəsmək üçün dəyirman.

İndi hansı paslanmayan poladdan istifadə edəcəyimizi anlayaq. İdeal olaraq, bunun üçün 03Х16Н1 polad götürməlisiniz. Ancaq "paslanmayan poladdan" bütöv bir təbəqə almaq bəzən çox baha başa gəlir, çünki 2 mm qalınlığında bir məhsulun qiyməti 5500 rubldan çoxdur və bundan əlavə, bir şəkildə çatdırılmalıdır. Buna görə də, əgər bir yerdə belə bir poladdan kiçik bir parça varsa (0,5 x 0,5 m kifayətdir), onda bununla məşğul ola bilərsiniz.

Paslanmayan poladdan istifadə edəcəyik, çünki adi polad, bildiyiniz kimi, suda paslanmağa başlayır. Üstəlik, dizaynımızda su əvəzinə qələvi istifadə etmək niyyətindəyik, yəni ətraf mühit daha aqressivdir və adi polad elektrik cərəyanının təsiri altında uzun müddət dayanmayacaq.

Video - Qəhvəyi qaz generatoru 16 paslanmayan polad lövhədən ibarət sadə hüceyrə modeli

İstehsal təlimatları

Birinci mərhələ. Başlamaq üçün bir polad təbəqə götürün və düz bir səthə qoyun. Yuxarıda göstərilən ölçülərin vərəqindən (0,5x0,5 m) gələcək hidrogen ocağı üçün 16 düzbucaqlı almalı, onları bir öğütücü ilə kəsməlisiniz.

Qeyd! Hər boşqabın dörd küncündən birini yola saldıq. Bu, gələcəkdə plitələri birləşdirmək üçün lazımdır.

İkinci mərhələ. Plitələrin arxa tərəfində bolt üçün deliklər qazırıq. "Quru" elektrolizator hazırlamağı planlaşdırsaydıq, dibdən deliklər qazardıq, lakin bu vəziyyətdə bu lazım deyil. Fakt budur ki, "quru" dizayn daha mürəkkəbdir və içindəki plitələrin faydalı sahəsi 100% istifadə edilməyəcəkdir. Biz "yaş" elektrolizator edəcəyik - plitələr tamamilə elektrolitə batırılacaq və onların bütün sahəsi reaksiyada iştirak edəcəkdir.

Üçüncü mərhələ. Təsvir edilən burnerin iş prinsipi aşağıdakılara əsaslanır: elektrolitə batırılmış plitələrdən keçən elektrik cərəyanı suyun (elektrolitin bir hissəsi olmalıdır) oksigen (O) və hidrogenə (H) parçalanmasına səbəb olacaqdır. Buna görə də, eyni anda iki plitə - katod və anod olmalıdır.

Bu plitələrin sahəsi artdıqca qazın həcmi artır, buna görə də bu vəziyyətdə müvafiq olaraq hər bir katod və anod üçün səkkiz ədəd istifadə edirik.

Qeyd! Baxdığımız ocaq paralel dizayndır, düzünü desək, ən səmərəli deyil. Ancaq həyata keçirmək daha asandır.

Dördüncü mərhələ. Sonra plitələri plastik bir qaba quraşdırmalıyıq ki, onlar bir-birini əvəz etsinlər: üstəlik, mənfi, üstəgəl, mənfi və s. Plitələri izolyasiya etmək üçün şəffaf boru parçalarından istifadə edirik (bütün 10 m aldıq, buna görə orada təchizatdır).

Borudan kiçik üzükləri kəsdik, kəsdik və təxminən 1 mm qalınlığında zolaqlar alırıq. Bu, hidrogenin strukturda səmərəli şəkildə əmələ gəlməsi üçün ideal məsafədir.

Beşinci mərhələ. Yuyuculardan istifadə edərək plitələri bir-birinə bağlayırıq. Bunu aşağıdakı kimi edirik: boltda bir yuyucu, sonra bir boşqab, ondan sonra üç yuyucu, başqa bir boşqab, yenə üç yuyucu və s. Səkkiz parçanı katodda, səkkizini anodda asırıq.

Qeyd! Bunu güzgü şəklində etmək lazımdır, yəni anodu 180ᵒ döndəririk. Beləliklə, "artı" "minus" plitələr arasındakı boşluqlara girəcəkdir.

Altıncı mərhələ. Boltların konteynerdə tam olaraq harada dayandığına baxırıq və həmin yerdə deliklər qazırıq. Birdən boltlar konteynerə uyğun gəlmirsə, onda biz onları lazımi uzunluğa kəsirik. Sonra boltları deliklərə daxil edirik, onlara yuyucuları qoyuruq və qoz-fındıq ilə sıxırıq - daha yaxşı möhkəmlik üçün.

Sonra, fitinq üçün qapaqda bir deşik açırıq, fitinqin özünə vida edirik (tercihen birləşməni silikon mastik ilə örtməklə). Qapağın sıxlığını yoxlamaq üçün fitinqə üfürün. Hava hələ də altından çıxırsa, bu əlaqəni mastik ilə örtürük.

Yeddinci mərhələ. Montaj başa çatdıqdan sonra hazır generatoru sınaqdan keçiririk. Bunu etmək üçün ona hər hansı bir mənbə birləşdirin, konteyneri su ilə doldurun və qapağı bağlayın. Sonra, fitinqə bir şlanq qoyduq və onu bir su qabına endirdik (hava kabarcıklarını görmək üçün). Mənbə kifayət qədər güclü deyilsə, onlar tankda olmayacaqlar, lakin elektrolizatorda mütləq görünəcəklər.

Bundan sonra, elektrolitdəki gərginliyi artırmaqla qaz çıxışının intensivliyini artırmalıyıq. Burada qeyd etmək lazımdır ki, təmiz formada su keçirici deyil - tərkibindəki çirklər və duzlar səbəbindən cərəyan ondan keçir. Suda bir az qələvi sulandıracağıq (məsələn, natrium hidroksid əladır - mağazalarda "Mole" təmizləyici vasitə şəklində satılır).

Qeyd! Bu mərhələdə enerji mənbəyinin imkanlarını adekvat qiymətləndirməliyik, buna görə qələvi yeritməzdən əvvəl bir ampermetri elektrolizatora bağlayırıq - bu şəkildə cərəyanın artmasına nəzarət edə bilərik.

Video - Hidrogenlə qızdırma. Hidrogen batareyaları

Sonra, hidrogen brülörünün digər komponentləri - paltaryuyan maşın üçün filtr və klapan haqqında danışaq. Hər ikisi müdafiə üçündür. Vana alovlanmış hidrogenin yenidən struktura daxil olmasına və elektrolizatorun qapağının altında yığılmış qazın partlamasına imkan verməyəcək (hətta az olsa belə). Klapanı quraşdırmasaq, konteyner zədələnəcək və qələvi sızacaq.

Su möhürünü hazırlamaq üçün bir filtr tələb olunacaq, bu da partlayışın qarşısını alan bir maneə rolunu oynayacaq. Evdə hazırlanmış hidrogen brülörünün dizaynı ilə əvvəlcədən tanış olan sənətkarlar bu klapanı "bulbulator" adlandırırlar. Həqiqətən, o, mahiyyətcə yalnız suda hava qabarcıqları yaradır. Brülörün özü üçün eyni şəffaf şlanqdan istifadə edirik. Budur, hidrogen ocağı hazırdır!

Qalan şey onu "isti mərtəbə" sisteminin girişinə qoşmaq, əlaqəni möhürləmək və birbaşa işə başlamaqdır.

Nəticə olaraq. Alternativ

Alternativ, olduqca mübahisəli olsa da, bir oksigen atomu və iki hidrogen atomundan ibarət kimyəvi birləşmə olan Braun qazıdır. Belə bir qazın yanması istilik enerjisinin meydana gəlməsi ilə müşayiət olunur (üstəlik, yuxarıda təsvir edilən dizayndan dörd dəfə daha güclü).

Evi qəhvəyi qazla qızdırmaq üçün elektrolizatorlar da istifadə olunur, çünki bu istilik istehsal üsulu da elektrolizə əsaslanır. Xüsusi qazanlar yaradılır ki, burada alternativ cərəyanın təsiri altında kimyəvi elementlərin molekulları ayrılır və arzu edilən Brown qazını əmələ gətirir.

Video - Zənginləşdirilmiş Qəhvəyi qaz

Tamamilə mümkündür ki, ehtiyatı demək olar ki, qeyri-məhdud olan innovativ enerji resursları tezliklə bərpa olunmayan təbii ehtiyatları sıxışdırıb çıxararaq bizi daimi mədən işlərinə ehtiyacdan azad edəcək. Hadisələrin bu gedişatı təkcə ətraf mühitə deyil, bütövlükdə planetin ekologiyasına da müsbət təsir göstərəcək.

Məqaləmizi də oxuyun - öz əlinizlə buxar isitmə.

Video - Hidrogen istiləşməsi

Onlar ilkin çevrilmələrdən yan keçərək kimyəvi enerjini birbaşa elektrik enerjisinə çevirirlər. Aşkar performans üstünlüklərinə baxmayaraq, elementlər mürəkkəbliyi səbəbindən ixtiralarından dərhal sonra bazarda sıçrayış edə bilmədi. Ancaq yaşıl texnologiyalar inkişaf edir. Vaillantdan olan tədqiqatçılar məişət istifadəsi üçün sadə bir cihaz hazırladılar.

"Biz həmişə yanacaq hüceyrəsi sistemi haqqında danışmalıyıq" deyir Dr. Matthias Jahn,Modullar və sistemlər şöbəsinin müdiriFraunhofer Keramika Texnologiyaları və Sistemləri İnstitutu(Fraunhofer Keramika Texnologiyaları və Sistemləri İnstitutu, IKTS) Drezdendə. bir hüceyrə kiçik bir gərginlik yaradır, cisimləri enerji ilə təmin etmək üçün kifayət deyil. Buna görə də, batareyalara bənzətməklə, bir neçə yanacaq elementi vahid sistemdə birləşdirilir. Hər bir yanacaq elementi CD ölçüsündədir. "Qruplara zəng edirik[elementlər] yığınlar,” Dr. Yang izah edir.

Yanacaq hüceyrələri təbii qazı birbaşa elektrik enerjisinə çevirir. Onlardan daha təsirli olurlar qurğular bir neçə çevrilmə mərhələsindən istifadə edən daxili yanma mühərrikləri ilə. Birincisi, yanacağın yanması nəticəsində ayrılan enerji çevrilir vasitəsilə mexaniki mühərrikə elektrik generatorunun şaftını döndərən. Çevrilmələr zənciri nəticəsində enerjinin çox hissəsi itir.

Tanınmış istilik avadanlığı istehsalçısı ilə birlikdə Vaillant, Fraunhofer İnstitutu təbii qazdan fərdi ev təsərrüfatları üçün elektrik və istilik istehsal edən yığcam, təhlükəsiz və etibarlı yanacaq hüceyrəsi sistemini işləyib hazırlayıb.Hal-hazırda var Tikinti fərdi ev təsərrüfatlarında sınaq praktiki istismarı keçirilir.

Ölçü baxımından, divar quraşdırılması üçün uyğunlaşdırılmış bir ev yanacaq hüceyrəsi elektrik stansiyası adi istilik qazanlarından fərqlənmir, lakin yalnız istilik deyil, həm də elektrik enerjisi istehsal edir. Çıxış gücü 1 kVt,ehtiyaclarını ödəmək üçün kifayətdir orta hesabla yeddi və 4 nəfər.

ene.field Avropa nümayiş layihəsi çərçivəsində Aİ-nin bir sıra ölkələrində 150-yə yaxın belə enerji bloku quraşdırılıb. Bundan əlavə, 2014-cü ilin əvvəlində cəsur kiçik həcmli istehsalına başladılar.

T Miniatür yanacaq hüceyrələri texnoloji cəhətdən əsasən avtomobillərdə istifadə olunanlardan fərqlidir. HAQQINDA Əsas əməliyyat fərqi istilik dərəcəsindədir. Proton mübadiləsi membranında avtomobil yanacaq hüceyrələrinin işləmə temperaturu 80 dərəcəyə çatırsa, o zaman istifadə olunur Fraunhofer İnstitutunun tədqiqatçıları tərəfindən bərk yanacaq hüceyrəsi texnologiyası 850 dərəcəyə qədər qızdırılır. Bununla belə, bərk elementlər daha ucuz və sadədir. Onlar elektrolit kimi keramikadan istifadə edirlər, tərkibində qiymətli və nadir metallar yoxdur.