DIY gorive ćelije kod kuće. Gorivne ćelije: vrste, načela rada i značajke DIY vodikova baterija

Želio bih vas odmah upozoriti da ova tema nije u potpunosti tema Habra, ali u komentarima na post o elementu razvijenom na MIT-u, činilo se da je ideja podržana, pa ću u nastavku opisati neka razmišljanja o biogorivu elementi.
Rad na kojem je pisana ova tema izradio sam u 11. razredu, te je zauzeo drugo mjesto na međunarodnoj konferenciji INTEL ISEF.

Gorivna ćelija je kemijski izvor struje u kojem se kemijska energija redukcijskog agensa (goriva) i oksidacionog agensa, kontinuirano i odvojeno dovedena do elektroda, izravno pretvara u električnu energiju
energije. Shematski dijagram gorive ćelije (FC) prikazan je u nastavku:

Goriva ćelija sastoji se od anode, katode, ionskog vodiča, anodne i katodne komore. Trenutačno snaga biogorivnih ćelija nije dovoljna za korištenje u industrijskim razmjerima, ali BFC-i male snage mogu se koristiti u medicinske svrhe kao osjetljivi senzori budući da je snaga struje u njima proporcionalna količini goriva koje se obrađuje.
Do danas je predložen veliki broj konstrukcijskih varijanti gorivih ćelija. U svakom konkretnom slučaju izvedba gorive ćelije ovisi o namjeni gorive ćelije, vrsti reagensa i ionskog vodiča. Posebnu skupinu čine biogorivne ćelije koje koriste biološke katalizatore. Važna značajka razlikovanja bioloških sustava je njihova sposobnost da selektivno oksidiraju različita goriva na niskim temperaturama.
U većini slučajeva u bioelektrokatalizi se koriste imobilizirani enzimi, tj. enzimi izolirani iz živih organizama i fiksirani na nosač, ali zadržavaju katalitičku aktivnost (djelomično ili potpuno), što im omogućuje ponovnu upotrebu. Razmotrimo primjer ćelije biogoriva u kojoj je enzimska reakcija spojena s reakcijom elektrode pomoću posrednika. Shema biogorivne ćelije na bazi glukoza-oksidaze:

Ćelija za biogorivo sastoji se od dvije inertne elektrode izrađene od zlata, platine ili ugljika, uronjene u pufersku otopinu. Elektrode su odvojene membranom za ionsku izmjenu: anodni odjeljak se pročišćava zrakom, katodni odjeljak dušikom. Membrana omogućuje prostorno odvajanje reakcija koje se odvijaju u elektrodnim odjeljcima ćelije, a istovremeno osigurava izmjenu protona među njima. Membrane različitih tipova pogodnih za biosenzore proizvode u Velikoj Britaniji mnoge tvrtke (VDN, VIROKT).
Uvođenje glukoze u ćeliju biogoriva koja sadrži glukoznu oksidazu i topljivi medijator na 20 °C rezultira protokom elektrona od enzima do anode kroz medijator. Elektroni putuju vanjskim strujnim krugom do katode, gdje se u idealnim uvjetima stvara voda u prisutnosti protona i kisika. Rezultirajuća struja (u nedostatku zasićenja) proporcionalna je dodatku komponente koja određuje brzinu (glukoze). Mjerenjem stacionarnih struja možete brzo (5 s) odrediti čak i niske koncentracije glukoze - do 0,1 mM. Kao senzor, opisana biogorivna ćelija ima određena ograničenja povezana s prisutnošću posrednika i određenim zahtjevima za kisikovu katodu i membranu. Potonji mora zadržati enzim i istovremeno omogućiti prolaz komponentama niske molekularne težine: plin, medijator, supstrat. Membrane za ionsku izmjenu općenito zadovoljavaju ove zahtjeve, iako njihova difuzijska svojstva ovise o pH puferske otopine. Difuzija komponenti kroz membranu dovodi do smanjenja učinkovitosti prijenosa elektrona zbog nuspojava.
Danas postoje laboratorijski modeli gorivih ćelija s enzimskim katalizatorima, čije karakteristike ne zadovoljavaju zahtjeve njihove praktične primjene. Glavni napori u sljedećih nekoliko godina bit će usmjereni na rafiniranje biogorivnih ćelija, a daljnje primjene biogorivnih ćelija bit će više vezane uz medicinu, na primjer: implantabilna biogorivna ćelija koja koristi kisik i glukozu.
Kod primjene enzima u elektrokatalizi glavni problem koji treba riješiti je problem sprezanja enzimske reakcije s elektrokemijskom, odnosno osiguravanja učinkovitog transporta elektrona od aktivnog centra enzima do elektrode, što se može postići sljedeće načine:
1. Prijenos elektrona iz aktivnog središta enzima na elektrodu pomoću niskomolekularnog nosača – medijatora (medijatorska bioelektrokataliza).
2. Izravna, izravna oksidacija i redukcija aktivnih mjesta enzima na elektrodi (izravna bioelektrokataliza).
U ovom slučaju, posredničko spajanje enzimskih i elektrokemijskih reakcija može se izvesti na četiri načina:
1) enzim i medijator su u masi otopine i medijator difundira na površinu elektrode;
2) enzim je na površini elektrode, a medijator je u volumenu otopine;
3) enzim i medijator su imobilizirani na površini elektrode;
4) medijator je ušiven na površinu elektrode, a enzim je u otopini.

U ovom radu lakaza je poslužila kao katalizator katodne reakcije redukcije kisika, a glukoza oksidaza (GOD) kao katalizator anodne reakcije oksidacije glukoze. Enzimi su korišteni kao dio kompozitnih materijala čija je izrada jedna od najvažnijih faza u stvaranju biogorivnih ćelija koje ujedno služe i kao analitički senzor. U tom slučaju biokompozitni materijali moraju osigurati selektivnost i osjetljivost za određivanje supstrata te istovremeno imati visoku bioelektrokatalitičku aktivnost, približavajući se enzimskoj aktivnosti.
Lakaza je oksidoreduktaza koja sadrži Cu, čija je glavna funkcija u prirodnim uvjetima oksidacija organskih supstrata (fenola i njihovih derivata) s kisikom, koji se reducira u vodu. Molekularna težina enzima je 40 000 g/mol.

Do danas je pokazano da je lakaza najaktivniji elektrokatalizator redukcije kisika. U njegovoj prisutnosti na elektrodi u atmosferi kisika uspostavlja se potencijal blizak ravnotežnom potencijalu kisika, a redukcija kisika dolazi izravno u vodu.
Kao katalizator za katodnu reakciju (redukcija kisika) korišten je kompozitni materijal na bazi lakaze, acetilenske čađe AD-100 i Nafiona. Posebnost kompozita je njegova struktura, koja osigurava orijentaciju molekule enzima u odnosu na matricu koja vodi elektron, neophodnu za izravan prijenos elektrona. Specifična bioelektrokatalitička aktivnost lakaze u kompozitnim pristupima koji se promatraju u enzimskoj katalizi. Metoda spajanja enzimatskih i elektrokemijskih reakcija u slučaju lakaze, tj. metoda prijenosa elektrona sa supstrata kroz aktivno središte enzima lakaze na elektrodu – izravna bielektrokataliza.

Glukoza oksidaza (GOD) je enzim iz klase oksidoreduktaza, ima dvije podjedinice od kojih svaka ima svoj aktivni centar - (flavin adenin dinukleotid) FAD. GOD je enzim selektivan za donora elektrona, glukozu, i može koristiti mnoge supstrate kao akceptore elektrona. Molekularna težina enzima je 180 000 g/mol.

U ovom radu koristili smo kompozitni materijal na bazi GOD-a i ferocena (FC) za anodnu oksidaciju glukoze posredničkim mehanizmom. Kompozitni materijal uključuje GOD, visoko dispergirani koloidni grafit (HCG), Fc i Nafion, koji su omogućili dobivanje elektron vodljive matrice s visoko razvijenom površinom, osigurali učinkovit transport reagensa u reakcijsku zonu i stabilne karakteristike kompozita. materijal. Metoda spajanja enzimskih i elektrokemijskih reakcija, tj. osiguravajući učinkovit transport elektrona od aktivnog centra GOD do elektrode medijatora, dok su enzim i medijator imobilizirani na površini elektrode. Kao posrednik – akceptor elektrona korišten je ferocen. Kada se organski supstrat, glukoza, oksidira, ferocen se reducira i potom oksidira na elektrodi.

Ako je netko zainteresiran, mogu detaljno opisati postupak dobivanja premaza elektroda, ali za to je bolje pisati u osobnoj poruci. A u temi ću jednostavno opisati dobivenu strukturu.

1. AD-100.
2. lakaza.
3. hidrofobna porozna podloga.
4. Nafion.

Nakon što su elektori primljeni, prešlo se izravno na eksperimentalni dio. Ovako je izgledala naša radna ćelija:

1. Ag/AgCl referentna elektroda;
2. radna elektroda;
3. pomoćna elektroda - Rt.
U pokusu s glukoza-oksidazom - pročišćavanje argonom, s lakazom - kisikom.

Redukcija kisika na čađi u nedostatku lakaze događa se pri potencijalima ispod nule i odvija se u dva stupnja: posrednim stvaranjem vodikovog peroksida. Na slici je prikazana polarizacijska krivulja elektroredukcije kisika lakazom imobiliziranom na AD-100, dobivena u atmosferi kisika u otopini pH 4,5. Pod tim uvjetima uspostavlja se stacionarni potencijal blizu ravnotežnog potencijala kisika (0,76 V). Pri katodnom potencijalu od 0,76 V uočava se katalitička redukcija kisika na enzimskoj elektrodi, koja se odvija mehanizmom izravne bioelektrokatalize izravno u vodu. U području potencijala ispod katode od 0,55 V na krivulji se uočava plato koji odgovara graničnoj kinetičkoj struji redukcije kisika. Granična vrijednost struje bila je oko 630 μA/cm2.

Elektrokemijsko ponašanje kompozitnog materijala na bazi GOD Nafiona, ferocena i VKG proučavano je cikličkom voltametrijom (CV). Stanje kompozitnog materijala u odsutnosti glukoze u otopini fosfatnog pufera praćeno je pomoću krivulja naboja. Na krivulji naboja pri potencijalu (–0,40) V uočavaju se maksimumi vezani uz redoks transformacije aktivnog centra GOD - (FAD), a pri 0,20-0,25 V maksimumi oksidacije i redukcije ferocena.

Iz dobivenih rezultata proizlazi da na temelju katode s lakazom kao katalizatorom za reakciju kisika, te anode na bazi glukoza-oksidaze za oksidaciju glukoze, postoji temeljna mogućnost stvaranja biogorivne ćelije. Istina, na tom putu postoje mnoge prepreke, na primjer, vrhovi aktivnosti enzima opažaju se na različitim razinama pH. To je dovelo do potrebe za dodavanjem membrane za ionsku izmjenu BFC-u.Membrana omogućuje prostorno odvajanje reakcija koje se odvijaju u odjeljcima elektrode ćelije, a istovremeno osigurava izmjenu protona između njih. Zrak ulazi u odjeljak anode.
Uvođenje glukoze u ćeliju biogoriva koja sadrži glukoznu oksidazu i medijator rezultira protokom elektrona od enzima do anode kroz medijator. Elektroni putuju vanjskim strujnim krugom do katode, gdje se u idealnim uvjetima stvara voda u prisutnosti protona i kisika. Rezultirajuća struja (u nedostatku zasićenja) proporcionalna je dodatku komponente koja određuje brzinu, glukoze. Mjerenjem stacionarnih struja možete brzo (5 s) odrediti čak i niske koncentracije glukoze - do 0,1 mM.

Nažalost, nisam uspio dovesti ideju ovog BFC-a u praktičnu primjenu, jer Odmah nakon 11. razreda krenula sam učiti za programera, što i danas marljivo radim. Hvala svima koji su ga dovršili.

Vlasnici patenta RU 2379795:

Izum se odnosi na alkoholne gorive ćelije s izravnim djelovanjem koje koriste čvrste kisele elektrolite i katalizatore za unutarnji reforming. Tehnički rezultat izuma je povećana specifična snaga i napon elementa. Prema izumu, gorivna ćelija uključuje anodu, katodu, kruti kiseli elektrolit, plinski difuzijski sloj i unutarnji katalizator za reformiranje. Unutarnji reforming katalizator može biti bilo koji odgovarajući reformer i nalazi se uz anodu. U ovoj konfiguraciji, toplina nastala u egzotermnim reakcijama na katalizatoru u gorivoj ćeliji i omsko zagrijavanje elektrolita gorivne ćelije pokretačka su snaga za endotermnu reakciju reformiranja goriva pretvarajući alkoholno gorivo u vodik. Može se koristiti bilo koje alkoholno gorivo, poput metanola ili etanola. 5 n. i 20 plaća f-li, 4 ilustr.

Područje tehnologije

Izum se odnosi na direktne alkoholne gorivne ćelije koje koriste krute kisele elektrolite.

Vrhunac umjetnosti

Alkoholi su nedavno podvrgnuti intenzivnim istraživanjima kao potencijalna goriva. Posebno poželjna goriva su alkoholi kao što su metanol i etanol jer imaju energetsku gustoću pet do sedam puta veću od one standardnog komprimiranog vodika. Na primjer, jedna litra metanola energetski je ekvivalentna 5,2 litre vodika komprimiranog na 320 atm. Osim toga, jedna litra etanola energetski je ekvivalentna 7,2 litre vodika komprimiranog na 350 atm. Takvi alkoholi su također poželjni jer su laki za rukovanje, skladištenje i transport.

Metanol i etanol bili su predmet mnogih istraživanja iz perspektive alkoholnog goriva. Etanol se može proizvesti fermentacijom biljaka koje sadrže šećer i škrob. Metanol se može proizvesti rasplinjavanjem drva ili drvnog/žitarnog otpada (slama). Međutim, sinteza metanola je učinkovitija. Ti su alkoholi, između ostalog, obnovljivi izvori i stoga se vjeruje da igraju važnu ulogu u smanjenju emisije stakleničkih plinova i smanjenju ovisnosti o fosilnim gorivima.

Gorivne ćelije su predložene kao uređaji koji pretvaraju kemijsku energiju takvih alkohola u električnu energiju. U tom smislu, gorivne ćelije s direktnim alkoholom koje imaju polimerne elektrolitske membrane podvrgnute su intenzivnom istraživanju. Konkretno, istraživanje se usredotočilo na gorive ćelije s izravnim metanolom i gorive ćelije s izravnim etanolom. Međutim, istraživanja gorivnih ćelija s izravnim etanolom bila su ograničena zbog relativnih poteškoća oksidacije etanola u usporedbi s oksidacijom metanola.

Unatoč ovim opsežnim istraživačkim naporima, izvedba izravnih alkoholnih gorivih ćelija ostaje nezadovoljavajuća, uglavnom zbog kinetičkih ograničenja nametnutih elektrodnim katalizatorima. Na primjer, tipične gorivne ćelije s direktnim metanolom imaju gustoću snage od približno 50 mW/cm 2 . Postignute su veće gustoće snage, kao što je 335 mW/cm2, ali samo pod izuzetno teškim uvjetima (Nafion®, 130°C, 5 atm kisika i 1 M metanol za protok od 2 cc/min pri tlaku od 1,8 atm ). Slično tome, izravna goriva ćelija s etanolom ima gustoću snage od 110 mW/cm2 pod sličnim ekstremno teškim uvjetima (Nafion® - silika, 140°C, anoda 4 atm, kisik 5,5 atm). U skladu s tim, postoji potreba za izravnim alkoholnim gorivim ćelijama koje imaju visoke gustoće snage u odsutnosti takvih ekstremnih uvjeta.

Sažetak izuma

Predmetni izum odnosi se na alkoholne gorive ćelije koje sadrže krute kisele elektrolite i koriste katalizator za unutarnji reforming. Goriva ćelija općenito uključuje anodu, katodu, čvrsti kiseli elektrolit i unutarnji reformer. Reformator osigurava reformiranje alkoholnog goriva za proizvodnju vodika. Pokretačka snaga za reakciju reforminga je toplina koja se stvara tijekom egzotermnih reakcija u gorivnoj ćeliji.

Korištenje čvrstih kiselih elektrolita u gorivnoj ćeliji omogućuje postavljanje reformatora neposredno uz anodu. Prije se to nije smatralo mogućim zbog povišenih temperatura potrebnih za učinkovito funkcioniranje poznatih materijala za reformiranje i toplinske osjetljivosti tipičnih polimernih elektrolitnih membrana. Međutim, u usporedbi s konvencionalnim polimernim elektrolitnim membranama, kruti kiseli elektroliti mogu izdržati puno više temperature, što omogućuje postavljanje reformatora uz anodu i stoga blizu elektrolita. U ovoj konfiguraciji, otpadnu toplinu koju stvara elektrolit apsorbira reformer i služi kao pokretačka snaga za endotermnu reakciju reformiranja.

Kratak opis crteža

Ove i druge značajke i prednosti ovog izuma će se bolje razumjeti pozivanjem na sljedeći detaljan opis uzet zajedno s pratećim crtežima, u kojima:

Slika 1 je shematski prikaz gorive ćelije prema jednoj izvedbi ovog izuma;

Slika 2 je grafička usporedba krivulja između gustoće snage i napona ćelije za gorive ćelije dobivene u skladu s Primjerima 1 i 2 i Usporednim Primjerom 1;

Slika 3 je grafička usporedba krivulja gustoća snage-napon ćelija za gorive ćelije dobivena u skladu s Primjerima 3, 4 i 5 i Usporednim primjerom 2; I

Slika 4 je grafička usporedba krivulja gustoće snage u odnosu na napon ćelije za gorive ćelije dobivene u skladu s usporednim primjerima 2 i 3.

Detaljan opis izuma

Predmetni izum odnosi se na gorive ćelije s direktnim alkoholom koje sadrže krute kisele elektrolite i koriste katalizator za internu reformu u fizičkom kontaktu sa sklopom membranske elektrode (MEA) dizajniranom za reformu alkoholnog goriva za proizvodnju vodika. Kao što je gore navedeno, izvedba gorivih ćelija, koje pretvaraju kemijsku energiju u alkoholima izravno u električnu energiju, ostaje nezadovoljavajuća zbog kinetičkih ograničenja koja nameću katalizatori elektroda gorivih ćelija. Međutim, dobro je poznato da su ta kinetička ograničenja značajno smanjena kada se koristi vodikovo gorivo. Sukladno tome, ovaj izum koristi katalizator reformiranja ili reformator dizajniran za reformiranje alkoholnog goriva za proizvodnju vodika, čime se smanjuju ili eliminiraju kinetička ograničenja povezana s alkoholnim gorivom. Alkoholna goriva su reformirana parom prema sljedećim primjerima reakcija:

Metanol u vodik: CH3OH + H2O → 3H2 + CO2;

Etanol u vodik: C2H5OH+3H2O→6H2+2CO2.

Međutim, reakcija reforminga je visoko endotermna. Stoga, da bi se dobila pokretačka snaga za reakciju reformiranja, reformer se mora zagrijati. Potrebna količina topline obično je približno 59 kJ po molu metanola (što odgovara izgaranju približno 0,25 mola vodika) i približno 190 kJ po molu etanola (ekvivalentno izgaranju približno 0,78 mola vodika).

Kao rezultat prolaska električne struje tijekom rada gorivih ćelija stvara se otpadna toplina čije je učinkovito odvođenje problematično. Međutim, stvaranje te otpadne topline čini postavljanje reformatora neposredno uz gorivu ćeliju prirodnim izborom. Ova konfiguracija omogućuje dovod vodika iz reformatora u gorivu ćeliju i hladi gorivu ćeliju, te omogućuje gorivoj ćeliji da zagrijava reformer i daje pokretačku silu za reakcije u njemu. Ova se konfiguracija koristi u rastaljenim karbonatnim gorivim ćelijama i za reakcije reformiranja metana koje se odvijaju na približno 650°C. Međutim, reakcije alkoholnog reformiranja općenito se odvijaju na temperaturama u rasponu od oko 200°C do oko 350°C, a još uvijek nije razvijena prikladna goriva ćelija koja koristi alkoholni reforming.

Predmetni izum odnosi se na takvu gorivu ćeliju koja koristi reforming alkohola. Kao što je prikazano na SLICI 1, goriva ćelija 10 u skladu s ovim izumom općenito uključuje prvi kolektor struje/plinski difuzijski sloj 12, anodu 12a, drugi strujni kolektor/plinski difuzijski sloj 14, katodu 14a, elektrolit 16, i katalizator unutrašnjeg reformiranja 18. Katalizator unutrašnjeg reformiranja 18 smješten uz anodu 12a. Točnije, katalizator reforminga 18 je postavljen između prvog sloja difuzije plina 12 i anode 12a. Može se koristiti bilo koji poznati pogodni katalizator za reformiranje 18. Neograničavajući primjeri pogodnih katalizatora za reformiranje uključuju smjese Cu-Zn-Al oksida, smjese Cu-Co-Zn-Al oksida i smjese Cu-Zn-Al-Zr oksida.

Može se koristiti bilo koje alkoholno gorivo poput metanola, etanola i propanola. Osim toga, dimetil eter se može koristiti kao gorivo.

Povijesno gledano, ova se konfiguracija nije smatrala mogućom za alkoholne gorive ćelije zbog endotermne prirode reakcije reforminga i osjetljivosti elektrolita na toplinu. Tipične alkoholne gorivne ćelije koriste polimerne elektrolitske membrane koje ne mogu izdržati toplinu potrebnu da osiguraju pogonsku snagu katalizatora reformiranja. Međutim, elektroliti korišteni u gorivim ćelijama ovog izuma sadrže čvrste kisele elektrolite, kao što su oni opisani u U.S. patentu br. 6,468,684 pod naslovom PROTON VODILNA MEMBRANA KORIŠĆENJEM ČVRSTE KISELINE, čiji je cijeli sadržaj uključen ovdje referencom, i na u isto vrijeme U.S. patentna prijava na čekanju serijski br. 10/139043 pod naslovom PROTONSKA VODLJIVA MEMBRANA KORIŠTENJEM ČVRSTE KISELINE, čiji je cijeli sadržaj također uključen ovdje referencom. Jedan neograničavajući primjer čvrste kiseline pogodne za upotrebu kao elektrolita u ovom izumu je CsH2PO4. Čvrsti kiseli elektroliti korišteni u gorivim ćelijama ovog izuma mogu izdržati mnogo više temperature, što omogućuje postavljanje katalizatora za reformiranje izravno uz anodu. Osim toga, endotermna reakcija reforminga troši toplinu generiranu egzotermnim reakcijama u gorivnoj ćeliji, tvoreći toplinski uravnotežen sustav.

Ove čvrste kiseline se koriste u svojim superprotonskim fazama i djeluju kao membrane koje provode proton u temperaturnom rasponu od oko 100°C do oko 350°C. Gornja granica ovog temperaturnog raspona idealna je za reforming metanola. Da bi se osiguralo stvaranje topline dovoljno da se osigura pogonska snaga za reakciju reforminga, i da se osigura protonska vodljivost čvrstog kiselog elektrolita, goriva ćelija ovog izuma poželjno radi na temperaturama u rasponu od oko 100°C do oko 500°C. Međutim, poželjnije je raditi s gorivnom ćelijom na temperaturama u rasponu od oko 200°C do oko 350°C. Osim značajnog poboljšanja performansi alkoholnih gorivih ćelija, relativno visoke radne temperature alkoholnih gorivih ćelija iz izuma mogu omogućiti zamjenu skupih metalnih katalizatora kao što su Pt/Ru i Pt na anodi i katodi, s manje skupi katalizatorski materijali.

Sljedeći primjeri i usporedni primjeri ilustriraju superiorne karakteristike performansi alkoholnih gorivih ćelija izuma. Međutim, ovi primjeri su prikazani samo u svrhu ilustracije i ne bi se trebali tumačiti kao ograničavanje izuma na ove primjere.

Primjer 1: Goriva ćelija s metanolom

Kao anodni elektrokatalizator korišteno je 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al korišten je kao katalizator za unutarnji reforming. Kao katodni elektrokatalizator korišteno je 15 mg/cm 2 Pt. Kao elektrolit korištena je membrana CsH 2 PO 4 debljine 160 μm. Smjese metanola i vode pretvorene u paru dovedene su u anodni prostor brzinom protoka od 100 μL/min. 30% ovlaženog kisika dovedeno je na katodu pri protoku od 50 cm3/min (standardna temperatura i tlak). Omjer metanol:voda bio je 25:75. Temperatura elementa je postavljena na 260°C.

Primjer 2: Goriva ćelija s etanolom

Kao anodni elektrokatalizator korišteno je 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al korišten je kao katalizator za unutarnji reforming. Kao katodni elektrokatalizator korišteno je 15 mg/cm 2 Pt. Kao elektrolit korištena je membrana CsH 2 PO 4 debljine 160 μm. Smjese etanola i vode pretvorene u paru dovedene su u anodni prostor brzinom protoka od 100 μL/min. 30% ovlaženog kisika dovedeno je na katodu pri protoku od 50 cm3/min (standardna temperatura i tlak). Omjer etanol:voda bio je 15:85. Temperatura elementa je postavljena na 260°C.

Usporedni primjer 1 - Goriva ćelija koja koristi čisti H 2

Kao anodni elektrokatalizator korišteno je 13 mg/cm2 Pt/Ru. Kao katodni elektrokatalizator korišteno je 15 mg/cm 2 Pt. Kao elektrolit korištena je membrana CsH 2 PO 4 debljine 160 μm. 3% ovlaženi vodik doveden je u anodni prostor brzinom protoka od 100 μL/min. 30% ovlaženog kisika dovedeno je na katodu pri protoku od 50 cm3/min (standardna temperatura i tlak). Temperatura elementa je postavljena na 260°C.

Slika 2 prikazuje krivulje odnosa između specifične snage i napona ćelije za primjere 1 i 2 i usporedni primjer 1. Kao što je prikazano, za gorivnu ćeliju s metanolom (primjer 1) postiže se vršna gustoća snage od 69 mW/cm 2, za ćelija gorive ćelije na etanol (primjer 2) postiže vršnu gustoću snage od 53 mW/cm2, a za vodikovu gorivnu ćeliju (usporedni primjer 1) postiže se vršna gustoća snage od 80

mW/cm2. Ovi rezultati pokazuju da su gorivne ćelije dobivene u skladu s Primjerom 1 i Usporednim primjerom 1 vrlo slične, što ukazuje da metanolna gorivna ćelija koja ima reformer pokazuje performanse gotovo jednako dobre kao i vodikova gorivna ćelija, što je značajno poboljšanje. Međutim, kao što je prikazano u sljedećim primjerima i usporednim primjerima, smanjenjem debljine elektrolita postiže se dodatno povećanje gustoće snage.

Goriva ćelija proizvedena je taloženjem CsH 2 PO 4 u suspenziji na poroznu podlogu od nehrđajućeg čelika, koja je služila i kao sloj za difuziju plina i kao sakupljač struje. Sloj katodnog elektrokatalizatora prvo je nanesen na sloj plinske difuzije, a zatim je zbijen prije nanošenja sloja elektrolita. Nakon toga je nanesen sloj anodnog elektrokatalizatora, nakon čega je postavljena druga elektroda za difuziju plina kao završni sloj strukture.

Mješavina CsH 2 PO 4 , Pt (50 atomskih wt %) Ru, Pt (40 wt %) - Ru (20 wt %) nanesenih na C (40 wt %) i naftalena korištena je kao anodna elektroda. Omjer komponenata u smjesi CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naftalen bio je 3:3:1:0,5 (tež.). Smjesa je korištena u ukupnoj količini od 50 mg. Opterećenja Pt i Ru bila su 5,6 mg/cm2 odnosno 2,9 mg/cm2. Površina anodne elektrode bila je 1,74 cm 2 .

Kao katodna elektroda korištena je mješavina CsH 2 PO 4 , Pt, Pt (50 tež. %) nanesenog na C (50 tež. %) i naftalena. Omjer komponenata u smjesi CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C:naftalen bio je 3:3:1:1 (tež.). Smjesa je korištena u ukupnoj količini od 50 mg. Pt opterećenja su bila 7,7 mg/cm2. Površina katode bila je 2,3-2,9 cm 1 .

Kao katalizator reforminga korišten je CuO (30 tež. %) - ZnO (20 tež. %) - Al 2 O 3, odnosno CuO (31 mol. %) - ZnO (16 mol. %) - Al 2 O 3 . Katalizator za reforming pripremljen je metodom koprecipitacije pomoću otopine bakrenog, cinkovog i aluminijevog nitrata (ukupna koncentracija metala bila je 1 mol/L) i vodene otopine natrijevih karbonata (1,1 mol/L). Talog je ispran deioniziranom vodom, filtriran i sušen na zraku na 120°C 12 sati. Osušeni prah u količini od 1 g lagano je prešan na debljinu od 3,1 mm i promjer od 15,6 mm, a zatim kalciniran na 350°C 2 sata.

Kao elektrolit korištena je membrana CsH 2 PO 4 debljine 47 μm.

Otopina metanol-voda (43% vol. ili 37% wt. ili 25% mol. ili 1,85 M metanol) je stavljena kroz stakleni isparivač (200°C) pri brzini protoka od 135 μL/min. Temperatura elementa je postavljena na 260°C.

Goriva ćelija je pripremljena u skladu s gornjim primjerom 3, osim što nije smjesa metanol-voda, već smjesa etanol-voda (36% vol. ili 31% wt.) uvedena kroz isparivač (200°C) na protok od 114 μl/min ili 15 mol.%, ili 0,98 M etanola).

Goriva ćelija je pripremljena u skladu s gornjim primjerom 3, osim što je pri brzini protoka od 100 μL/min, umjesto smjese metanol-voda, votka (Absolut Vodka, Švedska) (40 % vol. ili 34 % wt., ili 17% mol).etanol).

Usporedni primjer 2

Goriva ćelija je pripremljena u skladu s gornjim primjerom 3, osim što je umjesto smjese metanol-voda korišten osušeni vodik u količini od 100 standardnih kubičnih centimetara po minuti, ovlažen vrućom vodom (70°C).

Usporedni primjer 3

Goriva ćelija je pripremljena u skladu s gornjim primjerom 3, osim što nije korišten katalizator za reformiranje i temperatura ćelije je postavljena na 240°C.

Usporedni primjer 4

Goriva ćelija je pripremljena u skladu s usporednim primjerom 2, osim što je temperatura ćelije postavljena na 240°C.

Slika 3 prikazuje krivulje gustoće snage u odnosu na napon ćelije za Primjere 3, 4 i 5 i Usporedni primjer 2. Kao što je prikazano, goriva ćelija s metanolom (Primjer 3) postigla je vršnu gustoću snage od 224 mW/cm2, što predstavlja značajno povećanje snage gustoće u usporedbi s gorivnom ćelijom dobivenom u skladu s primjerom 1 i koja ima mnogo gušći elektrolit. Ova goriva ćelija s metanolom također pokazuje dramatično poboljšanje performansi u usporedbi s gorivnim ćelijama s metanolom koje ne koriste unutarnji reformator, kao što je bolje prikazano na slici 4. Goriva ćelija s etanolom (Primjer 4) također pokazuje povećanu gustoću snage i napon ćelije u usporedbi s etanol gorive ćelije.imaju deblju elektrolitsku membranu (primjer 2). Međutim, pokazala se bolja izvedba gorivne ćelije na metanol (Primjer 3) od gorivne ćelije na etanol (Primjer 4). Za gorivu ćeliju s votkom (primjer 5) postižu se gustoće snage usporedive s onima gorivne ćelije s etanolom. Kao što je prikazano na slici 3, metanolska gorivna ćelija (Primjer 3) pokazuje karakteristike performansi približno jednako dobre kao i vodikova gorivna ćelija (Usporedni primjer 2).

Slika 4 prikazuje krivulje gustoće snage u odnosu na napon ćelije za usporedne primjere 3 i 4. Kao što je prikazano, metanolna goriva ćelija bez reformatora (usporedni primjer 3) postiže gustoće snage koje su znatno niže od onih postignutih za vodikove gorive ćelije (usporedni primjer 4). Osim toga, slike 2, 3 i 4 pokazuju da se, u usporedbi s metanolnom gorivnom ćelijom bez reformatora (Usporedni primjer 3), postižu značajno veće gustoće snage za metanolne gorivne ćelije s reformatorom (Primjeri 1 i 3).

Prethodni opis je predstavljen da predstavi trenutno poželjna ostvarenja izuma. Stručnjaci relevantne tehnike i tehnologije na koje se ovaj izum odnosi će razumjeti da se promjene i modifikacije mogu napraviti na opisanim utjelovljenjima bez značajnog odstupanja od principa, opsega i duha ovog izuma. U skladu s tim, prethodni opis ne bi trebalo shvatiti da se odnosi samo na specifične opisane izvedbe, već bi se trebao razumjeti kao dosljedan i kao podrška sljedećim zahtjevima, koji sadrže najpotpuniji i najobjektivniji opseg izuma.

1. Gorivna ćelija koja uključuje: anodni elektrokatalitički sloj, katodni elektrokatalitički sloj, sloj elektrolita koji sadrži krutu kiselinu, sloj za difuziju plina i unutarnji katalizator za reformiranje koji se nalazi uz anodni elektrokatalitički sloj, tako da je katalizator za unutarnje reformiranje nalazi se između anodnog elektrokatalitičkog sloja i sloja za difuziju plina te je u fizičkom kontaktu s anodnim elektrokatalitičkim slojem.

2. Goriva ćelija prema zahtjevu 1, naznačena time što čvrsti kiseli elektrolit sadrži CsH2PO4.

3. Goriva ćelija prema zahtjevu 1, naznačena time što je katalizator za reformiranje odabran iz skupine koju čine smjese Cu-Zn-Al oksida, smjese Cu-Co-Zn-Al oksida i smjese Cu-Zn-Al-Zr oksida.

4. Metoda rada gorive ćelije, uključujući:





opskrba gorivom; i rad gorive ćelije na temperaturi u rasponu od oko 100°C do oko 500°C.

5. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time što je gorivo alkohol.

6. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time što je gorivo odabrano iz skupine koju čine metanol, etanol, propanol i dimetil eter.

7. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time, da goriva ćelija radi na temperaturi u rasponu od oko 200°C do oko 350°C.

8. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time što je katalizator reforminga odabran iz skupine koja se sastoji od smjesa Cu-Zn-Al oksida, smjesa Cu-Co-Zn-Al oksida i smjesa Cu-Zn-Al-Zr oksida.

9. Metoda prema zahtjevu 4, naznačena time što elektrolit sadrži čvrstu kiselinu.

10. Metoda prema zahtjevu 9, naznačena time što čvrsta kiselina sadrži CsH2P04.

11. Metoda rada gorive ćelije, uključujući:
stvaranje anodnog elektrokatalitičkog sloja;
stvaranje katodnog elektrokatalitičkog sloja;
formiranje sloja elektrolita koji sadrži čvrstu kiselinu;
stvaranje plinodifuzijskog sloja i
formiranje unutarnjeg katalizatora za reformiranje uz anodni elektrokatalitički sloj tako da je katalizator za unutarnje reformiranje smješten između anodnog elektrokatalitičkog sloja i sloja difuzije plina i u fizičkom je kontaktu s anodnim elektrokatalitičkim slojem;
opskrba gorivom; i rad gorive ćelije na temperaturi u rasponu od oko 200°C do oko 350°C.

12. Metoda prema zahtjevu 11, naznačena time što je gorivo alkohol.

13. Metoda prema zahtjevu 11, naznačena time što je gorivo odabrano iz skupine koju čine metanol, etanol, propanol i dimetil eter.

14. Metoda prema zahtjevu 11, naznačena time što je katalizator za reformiranje odabran iz skupine koja se sastoji od smjese Cu-Zn-Al oksida, smjese Cu-Co-Zn-Al oksida i smjese Cu-Zn-Al-Zr oksida .

15. Metoda prema zahtjevu 11, naznačena time što elektrolit sadrži čvrstu kiselinu.

16. Metoda prema zahtjevu 15, naznačena time što čvrsta kiselina sadrži CsH2P04.

17. Metoda rada gorive ćelije, uključujući:
stvaranje anodnog elektrokatalitičkog sloja;
stvaranje katodnog elektrokatalitičkog sloja;
formiranje sloja elektrolita koji sadrži čvrstu kiselinu;
stvaranje plinodifuzijskog sloja i
formiranje unutarnjeg katalizatora za reformiranje uz anodni elektrokatalitički sloj tako da je katalizator za unutarnje reformiranje smješten između anodnog elektrokatalitičkog sloja i sloja difuzije plina i u fizičkom je kontaktu s anodnim elektrokatalitičkim slojem;
opskrba alkoholnim gorivom; i rad gorive ćelije na temperaturi u rasponu od oko 100°C do oko 500°C.

18. Metoda prema zahtjevu 17, naznačena time što je gorivo odabrano iz skupine koju čine metanol, etanol, propanol i dimetil eter.

19. Metoda prema zahtjevu 17, naznačena time što goriva ćelija radi na temperaturi u rasponu od oko 200°C do oko 350°C.

20. Metoda prema zahtjevu 17, naznačena time što je katalizator za reformiranje odabran iz skupine koju čine smjese Cu-Zn-Al oksida, smjese Cu-Co-Zn-Al oksida i smjese Cu-Zn-Al-Zr oksida.

21. Metoda prema zahtjevu 17, naznačena time što čvrsti kiseli elektrolit sadrži CsH2P04.

22. Metoda rada gorive ćelije, uključujući:
stvaranje anodnog elektrokatalitičkog sloja;
stvaranje katodnog elektrokatalitičkog sloja;
formiranje sloja elektrolita koji sadrži čvrstu kiselinu;
stvaranje plinodifuzijskog sloja i
formiranje unutarnjeg katalizatora za reformiranje uz anodni elektrokatalitički sloj tako da je katalizator za unutarnje reformiranje smješten između anodnog elektrokatalitičkog sloja i sloja difuzije plina i u fizičkom je kontaktu s anodnim elektrokatalitičkim slojem;
opskrba alkoholnim gorivom; i rad gorive ćelije na temperaturi u rasponu od oko 200°C do oko 350°C.

Izum se odnosi na alkoholne gorivne ćelije izravnog djelovanja koje koriste krute kisele elektrolite i katalizatore za unutarnji reforming

Pripremite sve što vam treba. Za izradu jednostavne gorive ćelije trebat će vam 12 inča platine ili žice presvučene platinom, štapić za sladoled, baterija od 9 volti i držač baterije, prozirna traka, čaša vode, kuhinjska sol (po izboru), tanki metal šipka i voltmetar.

• 9-voltna baterija i držač baterije mogu se kupiti u trgovini elektroničkom opremom ili hardverom.

Izrežite dva komada duljine 15 centimetara od platine ili žice presvučene platinom. Platinasta žica koristi se za posebne namjene i može se kupiti u trgovini elektroničkom opremom. On će poslužiti kao katalizator reakcije.

Čak je i srednjovjekovni znanstvenik Paracelsus, tijekom jednog od svojih eksperimenata, primijetio da kada sumporna kiselina dođe u kontakt sa željezom, nastaju mjehurići zraka. Zapravo, to je bio vodik (ali ne zrak, kako je znanstvenik vjerovao) - lagani plin bez boje i mirisa, koji pod određenim uvjetima postaje eksplozivan.

U sadašnje vrijemeDIY grijanje na vodik - vrlo uobičajena stvar. Doista, vodik se može proizvoditi u gotovo neograničenim količinama, glavno je da ima vode i struje.

Ovu metodu grijanja razvila je jedna od talijanskih tvrtki. Kotao na vodik radi bez stvaranja štetnog otpada, zbog čega se smatra ekološki najtišim načinom grijanja doma. Inovacija razvoja je u tome što su znanstvenici uspjeli postići izgaranje vodika na relativno niskoj temperaturi (oko 300ᵒC), što je omogućilo proizvodnju sličnih kotlova za grijanje od tradicionalnih materijala.

Prilikom rada kotao ispušta samo neškodljivu paru, a jedino što iziskuje troškove je struja. A ako to kombinirate sa solarnim panelima (solarni sustav), onda se ti troškovi mogu potpuno svesti na nulu.

Bilješka! Za grijanje sustava podnog grijanja često se koriste vodikovi kotlovi, koji se lako mogu instalirati vlastitim rukama.

Kako se to sve događa? Kisik reagira s vodikom i, kao što se sjećamo iz lekcija kemije u srednjoj školi, tvori molekule vode. Reakcija je izazvana katalizatorima, kao rezultat, oslobađa se toplinska energija, zagrijavajući vodu na približno 40ᵒC - idealna temperatura za "topli pod".

Podešavanje snage kotla omogućuje vam postizanje određene temperature potrebne za grijanje prostorije određenog područja. Također je vrijedno napomenuti da se takvi kotlovi smatraju modularnim, jer se sastoje od nekoliko kanala neovisnih jedan o drugom. U svakom od kanala nalazi se gore spomenuti katalizator, kao rezultat, rashladna tekućina ulazi u izmjenjivač topline, koji je već dosegao potrebnu vrijednost od 40ᵒC.

Bilješka! Značajka takve opreme je da svaki kanal može proizvesti različitu temperaturu. Tako se jedan od njih može usmjeriti na "topli pod", drugi u susjednu sobu, treći na strop itd.

Glavne prednosti grijanja vodikom

Ova metoda grijanja kuće ima nekoliko značajnih prednosti, koje su odgovorne za sve veću popularnost sustava.

1. Impresivna učinkovitost, često doseže 96%.
2. Ekološka prihvatljivost. Jedini nusproizvod koji se ispušta u atmosferu je vodena para, koja načelno ne može štetiti okolišu.
3. Grijanje na vodik postupno zamjenjuje tradicionalne sustave, oslobađajući ljude potrebe za vađenjem prirodnih resursa - nafte, plina, ugljena.
4. Vodik djeluje bez vatre; toplinska energija nastaje katalitičkom reakcijom.

Je li moguće sami napraviti grijanje na vodik?

U principu, to je moguće. Glavni element sustava - kotao - može se stvoriti na temelju NNO generatora, odnosno konvencionalnog elektrolizera. Svi se sjećamo školskih eksperimenata kada smo gole žice spojene na utičnicu pomoću ispravljača zabijali u posudu s vodom. Dakle, da biste izgradili kotao, morat ćete ponoviti ovaj eksperiment, ali u većoj mjeri.

Bilješka! Vodikov kotao koristi se s "toplim podom", kao što smo već razgovarali. Ali raspored takvog sustava je tema za drugi članak, pa ćemo se osloniti na činjenicu da je „topli pod“ već instaliran i spreman za upotrebu.

Konstrukcija vodikovog plamenika

Počnimo stvarati vodeni plamenik. Tradicionalno, započet ćemo s pripremom potrebnih alata i materijala.

Što će se tražiti na poslu?

1. Lim od nehrđajućeg čelika.
2. Provjeriti ventil.
3. Dva vijka 6x150, matice i podloške za njih.
4. Protočni filtar (iz perilice).
5. Prozirna cijev. Vodena razina je idealna za to - u trgovinama građevinskog materijala prodaje se za 350 rubalja po 10 m.
6. Plastična zatvorena posuda za hranu kapaciteta 1,5 litara. Približni trošak: 150 rubalja.
7. Priključci u obliku riblje kosti ø8 mm (savršeni su za crijevo).
8. Brusilica za piljenje metala.

Sada shvatimo koju vrstu nehrđajućeg čelika koristiti. U idealnom slučaju, za to biste trebali uzeti čelik 03H16N1. Ali kupnja cijelog lista "nehrđajućeg čelika" ponekad je vrlo skupa, jer proizvod debljine 2 mm košta više od 5500 rubalja, a osim toga, treba ga nekako isporučiti. Stoga, ako negdje leži mali komad takvog čelika (dovoljno je 0,5 x 0,5 m), možete se snaći s njim.

Koristit ćemo nehrđajući čelik, jer obični čelik, kao što znate, počinje hrđati u vodi. Štoviše, u našem dizajnu namjeravamo koristiti alkalije umjesto vode, odnosno okolina je više nego agresivna, a obični čelik neće dugo trajati pod utjecajem električne struje.

Video - Generator smeđeg plina s jednostavnim ćelijskim modelom od 16 ploča od nehrđajućeg čelika

Upute za proizvodnju

Prva razina. Za početak uzmite čelični list i stavite ga na ravnu površinu. Iz lista gore navedenih dimenzija (0,5x0,5 m) trebali biste dobiti 16 pravokutnika za budući plamenik vodika, izrezati ih brusilicom.

Bilješka! Odrezali smo jedan od četiri kuta svake ploče. Ovo je neophodno kako bi se ploče u budućnosti spojile.

Druga faza. Na stražnjoj strani ploča izbušimo rupe za vijak. Da smo planirali napraviti "suhi" elektrolizer, bušili bismo rupe s dna, ali u ovom slučaju to nije potrebno. Činjenica je da je "suhi" dizajn mnogo složeniji, a korisna površina ploča u njemu ne bi se koristila 100%. Napravit ćemo "mokri" elektrolizator - ploče će biti potpuno uronjene u elektrolit, a cijelo će njihovo područje sudjelovati u reakciji.

Treća faza. Princip rada opisanog plamenika temelji se na sljedećem: električna struja koja prolazi kroz ploče uronjene u elektrolit uzrokovat će razgradnju vode (ona bi trebala biti dio elektrolita) na kisik (O) i vodik (H). Dakle, moramo imati dvije ploče u isto vrijeme - katodu i anodu.

Kako se površina ovih ploča povećava, volumen plina se povećava, tako da u ovom slučaju koristimo osam komada po katodi, odnosno po anodi.

Bilješka! Plamenik koji gledamo je paralelni dizajn, koji, da budemo iskreni, nije najučinkovitiji. Ali lakše ga je implementirati.

Četvrta faza. Zatim ploče moramo postaviti u plastičnu posudu tako da se izmjenjuju: plus, minus, plus, minus, itd. Za izolaciju ploča koristimo komade prozirne cijevi (kupili smo je cijelih 10 m, pa je je opskrba).

Iz cijevi izrežemo male kolutove, izrežemo ih i dobijemo trake debljine otprilike 1 mm. Ovo je idealna udaljenost za učinkovito generiranje vodika u strukturi.

Peta faza. Ploče pričvršćujemo jednu na drugu pomoću podloški. To radimo na sljedeći način: na vijak stavimo podlošku, zatim pločicu, nakon nje tri podloške, drugu pločicu, opet tri podloške itd. Osam komada objesimo na katodu, osam na anodu.

Bilješka! To treba učiniti zrcalno, odnosno zakrenuti anodu za 180ᵒ. Dakle, "plus" će ići u praznine između "minus" ploča.

Šesta faza. Gledamo gdje točno vijci leže u posudi i na tom mjestu izbušimo rupe. Ako iznenada vijci ne stanu u spremnik, tada ih odrežemo na potrebnu duljinu. Zatim umetnemo vijke u rupe, stavimo podloške na njih i zategnemo ih maticama - za bolju nepropusnost.

Zatim napravimo rupu u poklopcu za spojnicu, uvrnemo sam spoj (po mogućnosti pokrivanjem spoja silikonskim brtvilom). Puhnite u priključak kako biste provjerili nepropusnost poklopca. Ako zrak i dalje izlazi ispod njega, tada ovaj spoj premažemo brtvilom.

Sedma faza. Po završetku montaže testiramo gotov generator. Da biste to učinili, spojite bilo koji izvor na njega, napunite posudu vodom i zatvorite poklopac. Zatim na spojnicu stavimo crijevo i spustimo ga u posudu s vodom (da se vide mjehurići zraka). Ako izvor nije dovoljno snažan, tada ih neće biti u spremniku, ali će se sigurno pojaviti u elektrolizeru.

Zatim, moramo povećati intenzitet izlaza plina povećanjem napona u elektrolitu. Ovdje je vrijedno napomenuti da voda u svom čistom obliku nije vodič - struja prolazi kroz nju zbog nečistoća i soli prisutnih u njoj. Razrijedit ćemo malo lužine u vodi (na primjer, natrijev hidroksid je odličan - prodaje se u trgovinama u obliku sredstva za čišćenje "Mole").

Bilješka! U ovoj fazi moramo adekvatno procijeniti mogućnosti izvora energije, pa prije ubrizgavanja lužine, spojimo ampermetar na elektrolizer - na taj način možemo pratiti povećanje struje.

Video - Grijanje vodikom. Vodikove ćelijske baterije

Zatim, razgovarajmo o drugim komponentama vodikovog plamenika - filtru za perilicu i ventilu. Oba su za zaštitu. Ventil neće dopustiti da zapaljeni vodik prodre natrag u strukturu i eksplodira plin nakupljen ispod poklopca elektrolizera (čak i ako ga tamo ima samo malo). Ako ne ugradimo ventil, spremnik će se oštetiti i lužina će iscuriti.

Za izradu vodene brtve bit će potreban filtar, koji će djelovati kao barijera koja sprječava eksploziju. Obrtnici koji su iz prve ruke upoznati s dizajnom domaćeg vodikovog plamenika nazivaju ovaj ventil "bulbulatorom". Doista, u biti samo stvara mjehuriće zraka u vodi. Za sam plamenik koristimo isto prozirno crijevo. To je to, vodikov plamenik je spreman!

Ostaje samo spojiti ga na ulaz sustava "toplog poda", zapečatiti vezu i započeti izravni rad.

Kao zaključak. Alternativa

Alternativa, iako vrlo kontroverzna, je Brownov plin, kemijski spoj koji se sastoji od jednog atoma kisika i dva atoma vodika. Izgaranje takvog plina prati stvaranje toplinske energije (štoviše, četiri puta jače nego u gore opisanom dizajnu).

Za grijanje kuće smeđim plinom koriste se i elektrolizeri, jer se i ovaj način dobivanja topline temelji na elektrolizi. Stvoreni su posebni kotlovi u kojima se pod utjecajem izmjenične struje odvajaju molekule kemijskih elemenata, tvoreći željeni Brownov plin.

Video – Obogaćeni smeđi plin

Vrlo je moguće da će inovativni izvori energije, čije su zalihe gotovo neograničene, uskoro istisnuti neobnovljive prirodne resurse, oslobodivši nas potrebe za stalnim rudarenjem. Ovakav tijek događaja pozitivno će utjecati ne samo na okoliš, već i na ekologiju planeta u cjelini.

Pročitajte i naš članak - parno grijanje "uradi sam".

Video - Grijanje na vodik

Oni pretvaraju kemijsku energiju izravno u električnu, zaobilazeći preliminarne transformacije. Unatoč očitim prednostima izvedbe, elementi nisu uspjeli napraviti senzaciju na tržištu odmah nakon izuma zbog svoje složenosti. Ali zelene tehnologije se razvijaju. Istraživači iz Vaillanta razvili su jednostavan uređaj dostupan za kućnu upotrebu.

"Uvijek bismo trebali razgovarati o sustavu gorivih ćelija", kaže dr. Matthias Jahn,Voditelj Odjela za module i sustaveFraunhofer institut za keramičke tehnologije i sustave(Fraunhofer institut za keramičke tehnologije i sustave, IKTS) u Dresdenu. Jedan ćelija proizvodi mali napon, nedovoljan za napajanje objekata. Stoga se, analogno baterijama, nekoliko gorivih ćelija spaja u jedan sustav. Svaka goriva ćelija je veličine CD-a. "Pozivamo grupe[elementi] hrpe”, objašnjava dr. Yang.

Gorivne ćelije pretvaraju prirodni plin izravno u električnu energiju. Oni su mnogo učinkovitiji od instalacije s motorima s unutarnjim izgaranjem koji koriste nekoliko stupnjeva pretvorbe. Prvo se pretvara energija koja se oslobađa kao rezultat izgaranja goriva motor u mehanički, kroz koji okreće osovinu električnog generatora. Kao rezultat lanca transformacija gubi se najveći dio energije.

Zajedno s poznatim proizvođačem opreme za grijanje Vaillant, Institut Fraunhofer razvio je kompaktan, siguran i pouzdan sustav gorivih ćelija koji proizvodi električnu energiju i toplinu za privatna kućanstva iz prirodnog plina.Trenutno imaju konstrukcija prolazi probni praktični rad u privatnim kućanstvima.

Kućna elektrana na gorivne ćelije, prilagođena zidnoj ugradnji, svojom veličinom ne razlikuje se od konvencionalnih kotlova za grijanje, no proizvodi ne samo toplinsku, već i električnu energiju. Izlazna snaga je 1 kW,što je dovoljno za zadovoljenje potreba prosječno sedam i 4 osobe.

U sklopu europskog demonstracijskog projekta ene.field instalirano je oko 150 takvih energetskih jedinica u nizu zemalja Europske unije. Osim toga, početkom 2014 Valliant započeli njihovu proizvodnju u malim serijama.

T Minijaturne gorivne ćelije tehnološki se razlikuju od onih koje se prvenstveno koriste u automobilima. OKO Glavna operativna razlika je u stupnju zagrijavanja. Ako radna temperatura automobilskih gorivih ćelija na membrani za izmjenu protona dosegne 80 stupnjeva, tada koristi se Istraživači s Fraunhofer instituta, tehnologija čvrstih gorivih ćelija uključuje zagrijavanje do 850 stupnjeva. Međutim, čvrsti elementi su jeftiniji i jednostavniji. Kao elektrolit koriste keramiku koja ne sadrži plemenite i rijetke metale.