DIY վառելիքի բջիջ տանը: Վառելիքի բջիջներ. տեսակներ, շահագործման սկզբունքներ և առանձնահատկություններ DIY ջրածնային մարտկոց

Անմիջապես ուզում եմ զգուշացնել, որ այս թեման ամբողջությամբ չի վերաբերում Հաբրի թեմային, բայց MIT-ում մշակված տարրի մասին գրառման մեկնաբանություններում, թվում էր, թե գաղափարը պաշտպանված է, ուստի ստորև ես կնկարագրեմ որոշ մտքեր կենսավառելիքի մասին: տարրեր.
Աշխատանքը, որի վրա գրված է այս թեման, կատարվել է իմ կողմից 11-րդ դասարանում, INTEL ISEF միջազգային գիտաժողովում զբաղեցրել է երկրորդ տեղը։

Վառելիքի բջիջը քիմիական հոսանքի աղբյուր է, որտեղ էլեկտրոդներին անընդհատ և առանձին մատակարարվող վերականգնող նյութի (վառելիքի) և օքսիդացնող նյութի քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածվում է էլեկտրական էներգիայի։
էներգիա. Վառելիքի բջիջի (FC) սխեմատիկ դիագրամը ներկայացված է ստորև.

Վառելիքի բջիջը բաղկացած է անոդից, կաթոդից, իոնային հաղորդիչից, անոդից և կաթոդից: Այս պահին կենսավառելիքի բջիջների հզորությունը բավարար չէ արդյունաբերական մասշտաբով օգտագործելու համար, սակայն ցածր էներգիայի BFC-ները կարող են օգտագործվել բժշկական նպատակներով որպես զգայուն սենսորներ, քանի որ դրանց ներկայիս ուժը համաչափ է վերամշակվող վառելիքի քանակին:
Մինչ օրս առաջարկվել են վառելիքի բջիջների մեծ թվով նախագծային տեսակներ: Յուրաքանչյուր կոնկրետ դեպքում վառելիքի բջիջի դիզայնը կախված է վառելիքի բջիջի նպատակից, ռեագենտի տեսակից և իոնային հաղորդիչից: Հատուկ խումբը ներառում է կենսավառելիքի բջիջներ, որոնք օգտագործում են կենսաբանական կատալիզատորներ: Կենսաբանական համակարգերի կարևոր տարբերակիչ հատկանիշը ցածր ջերմաստիճաններում տարբեր վառելիքներ ընտրողաբար օքսիդացնելու նրանց կարողությունն է:
Շատ դեպքերում, անշարժացված ֆերմենտները օգտագործվում են բիոէլեկտրոկատալիզի մեջ, այսինքն. ֆերմենտներ, որոնք մեկուսացված են կենդանի օրգանիզմներից և ամրագրված կրիչի վրա, սակայն պահպանում են կատալիտիկ ակտիվությունը (մասնակի կամ ամբողջությամբ), ինչը թույլ է տալիս դրանք կրկին օգտագործել: Եկեք դիտարկենք կենսավառելիքի բջիջի օրինակը, որտեղ ֆերմենտային ռեակցիան զուգակցվում է էլեկտրոդի ռեակցիայի հետ՝ օգտագործելով միջնորդ: Գլյուկոզա օքսիդազի վրա հիմնված կենսավառելիքի բջիջի սխեման.

Կենսավառելիքի բջիջը բաղկացած է ոսկուց, պլատինից կամ ածխածնից պատրաստված երկու իներտ էլեկտրոդներից, որոնք ընկղմված են բուֆերային լուծույթի մեջ: Էլեկտրոդները բաժանված են իոնափոխանակման թաղանթով. անոդային խցիկը մաքրվում է օդով, կաթոդը՝ ազոտով: Մեմբրանը թույլ է տալիս տարածական տարանջատել բջջի էլեկտրոդների բաժանմունքներում տեղի ունեցող ռեակցիաները և միևնույն ժամանակ ապահովում է պրոտոնների փոխանակումը դրանց միջև։ Բիոսենսորների համար հարմար տարբեր տեսակի թաղանթներ արտադրվում են Մեծ Բրիտանիայում բազմաթիվ ընկերությունների կողմից (VDN, VIROKT):
Գլյուկոզայի ներմուծումը կենսավառելիքի բջիջ, որը պարունակում է գլյուկոզա օքսիդազ և լուծվող միջնորդ 20 °C ջերմաստիճանում, հանգեցնում է էլեկտրոնների հոսքի ֆերմենտից դեպի անոդ միջնորդի միջոցով: Էլեկտրոնները արտաքին շղթայով շարժվում են դեպի կաթոդ, որտեղ իդեալական պայմաններում ջուր է գոյանում պրոտոնների և թթվածնի առկայության դեպքում։ Ստացված հոսանքը (հագեցվածության բացակայության դեպքում) համաչափ է արագությունը որոշող բաղադրիչի (գլյուկոզա) ավելացմանը։ Չափելով ստացիոնար հոսանքները՝ կարող եք արագ (5 վրկ) որոշել գլյուկոզայի նույնիսկ ցածր կոնցենտրացիաները՝ մինչև 0,1 մՄ: Որպես սենսոր՝ նկարագրված կենսավառելիքի բջիջն ունի որոշակի սահմանափակումներ՝ կապված միջնորդի առկայության և թթվածնի կաթոդի և թաղանթի որոշակի պահանջների հետ: Վերջինս պետք է պահպանի ֆերմենտը և միևնույն ժամանակ թույլ տա ցածր մոլեկուլային քաշով բաղադրիչների միջով անցնել՝ գազ, միջնորդ, սուբստրատ։ Իոնափոխանակման թաղանթները հիմնականում բավարարում են այս պահանջները, թեև դրանց դիֆուզիոն հատկությունները կախված են բուֆերային լուծույթի pH-ից։ Մեմբրանի միջոցով բաղադրիչների տարածումը հանգեցնում է էլեկտրոնների փոխանցման արդյունավետության նվազմանը կողմնակի ռեակցիաների պատճառով:
Այսօր գոյություն ունեն ֆերմենտային կատալիզատորներով վառելիքի բջիջների լաբորատոր մոդելներ, որոնց բնութագրերը չեն համապատասխանում դրանց գործնական կիրառման պահանջներին։ Առաջիկա մի քանի տարիների հիմնական ջանքերը ուղղված կլինեն կենսավառելիքի բջիջների վերամշակմանը, իսկ կենսավառելիքի բջիջների հետագա կիրառումը ավելի շատ կապված կլինի բժշկության հետ, օրինակ՝ թթվածին և գլյուկոզա օգտագործող կենսավառելիքի իմպլանտացվող բջիջ:
Էլեկտրական կատալիզում ֆերմենտներ օգտագործելիս հիմնական խնդիրը, որը պետք է լուծվի, ֆերմենտային ռեակցիան էլեկտրաքիմիականի հետ զուգակցելու խնդիրն է, այսինքն՝ ապահովելով արդյունավետ էլեկտրոնների տեղափոխում ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնից դեպի էլեկտրոդ, ինչը կարելի է հասնել հետևյալ ուղիները.
1. Էլեկտրոնների փոխանցում ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնից դեպի էլեկտրոդ՝ օգտագործելով ցածր մոլեկուլային կրիչ՝ միջնորդ (միջնորդային բիոէլեկտրոկատալիզի):
2. Ուղիղ, ուղղակի օքսիդացում և էլեկտրոդի վրա ֆերմենտի ակտիվ տեղամասերի կրճատում (ուղղակի բիոէլեկտրոկատալիզ):
Այս դեպքում ֆերմենտային և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների միջնորդային զուգավորումն իր հերթին կարող է իրականացվել չորս եղանակով.
1) ֆերմենտը և միջնորդը գտնվում են լուծույթի մեծ մասում, և միջնորդը ցրվում է էլեկտրոդի մակերեսին.
2) ֆերմենտը գտնվում է էլեկտրոդի մակերեսին, իսկ միջնորդը՝ լուծույթի ծավալի մեջ.
3) ֆերմենտը և միջնորդը անշարժացված են էլեկտրոդի մակերեսին.
4) միջնորդը կարվում է էլեկտրոդի մակերեսին, իսկ ֆերմենտը լուծույթի մեջ է։

Այս աշխատանքում լակազը ծառայել է որպես թթվածնի վերականգնման կաթոդիկ ռեակցիայի կատալիզատոր, իսկ գլյուկոզա օքսիդազը (GOD) ծառայել է որպես գլյուկոզայի օքսիդացման անոդային ռեակցիայի կատալիզատոր։ Որպես կոմպոզիտային նյութերի մաս օգտագործվել են ֆերմենտներ, որոնց ստեղծումը կենսավառելիքի բջիջների ստեղծման կարևորագույն փուլերից է, որոնք միաժամանակ ծառայում են որպես անալիտիկ սենսոր։ Այս դեպքում կենսակոմպոզիտային նյութերը պետք է ապահովեն ընտրողականություն և զգայունություն սուբստրատի որոշման համար և միևնույն ժամանակ ունենան բարձր բիոէլեկտրոկատալիտիկ ակտիվություն՝ մոտենալով ֆերմենտային ակտիվությանը:
Լակազը Cu պարունակող օքսիդորեդուկտազ է, որի հիմնական գործառույթը բնածին պայմաններում օրգանական սուբստրատների (ֆենոլների և դրանց ածանցյալների) օքսիդացումն է թթվածնով, որը վերածվում է ջրի։ Ֆերմենտի մոլեկուլային զանգվածը 40000 գ/մոլ է։

Մինչ օրս ցույց է տրվել, որ լակազը թթվածնի նվազեցման ամենաակտիվ էլեկտրակատալիզատորն է: Թթվածնային մթնոլորտում էլեկտրոդի վրա դրա առկայության դեպքում ստեղծվում է թթվածնի հավասարակշռության ներուժին մոտ պոտենցիալ, և թթվածնի կրճատումը տեղի է ունենում անմիջապես ջրի մեջ:
Լակկազի, ացետիլեն սև AD-100-ի և Նաֆիոնի վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութը օգտագործվել է որպես կաթոդիկ ռեակցիայի կատալիզատոր (թթվածնի նվազեցում): Կոմպոզիտի առանձնահատուկ առանձնահատկությունը նրա կառուցվածքն է, որն ապահովում է ֆերմենտի մոլեկուլի կողմնորոշումը էլեկտրոն հաղորդիչ մատրիցի նկատմամբ, որն անհրաժեշտ է ուղղակի էլեկտրոնների փոխանցման համար: Լակկազի հատուկ բիոէլեկտրոկատալիտիկ ակտիվությունը կոմպոզիտային մոտեցումներում, որոնք դիտվում են ֆերմենտային կատալիզում: Լակկազի դեպքում ֆերմենտային և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների միացման մեթոդը, այսինքն. Էլեկտրոնը սուբստրատից լակկազի ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնով դեպի էլեկտրոդ փոխանցելու մեթոդ՝ ուղղակի բիէլեկտրոկատալիզի:

Գլյուկոզա օքսիդազը (GOD) օքսիդորեդուկտազի դասի ֆերմենտ է, ունի երկու ենթամիավորներ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր ակտիվ կենտրոնը՝ (ֆլավին ադենին դինուկլեոտիդ) FAD։ GOD-ը էլեկտրոն դոնորի՝ գլյուկոզայի համար ընտրող ֆերմենտ է և կարող է օգտագործել բազմաթիվ սուբստրատներ որպես էլեկտրոն ընդունողներ: Ֆերմենտի մոլեկուլային զանգվածը 180000 գ/մոլ է։

Այս աշխատանքում մենք օգտագործեցինք GOD-ի և ֆերոցենի (FC) վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութ՝ միջնորդ մեխանիզմի միջոցով գլյուկոզայի անոդային օքսիդացման համար: Կոմպոզիտային նյութը ներառում է GOD, բարձր ցրված կոլոիդային գրաֆիտ (HCG), Fc և Nafion, ինչը հնարավորություն է տվել ստանալ բարձր զարգացած մակերեսով էլեկտրոնհաղորդիչ մատրիցա, ապահովել ռեակտիվների արդյունավետ տեղափոխումը ռեակցիայի գոտի և կոմպոզիտի կայուն բնութագրերը: նյութական. Ֆերմենտային և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների միացման մեթոդ, այսինքն. ապահովելով էլեկտրոնների արդյունավետ տեղափոխում ԱՍՏԾՈ ակտիվ կենտրոնից դեպի միջնորդ էլեկտրոդ, մինչդեռ ֆերմենտը և միջնորդը անշարժացած էին էլեկտրոդի մակերեսին: Որպես միջնորդ՝ էլեկտրոն ընդունող, օգտագործվել է ֆերոցենը։ Երբ օրգանական ենթաշերտը` գլյուկոզան, օքսիդացվում է, ֆերոցինը կրճատվում է, այնուհետև օքսիդանում է էլեկտրոդում:

Եթե ​​որևէ մեկին հետաքրքրում է, կարող եմ մանրամասն նկարագրել էլեկտրոդի ծածկույթի ստացման գործընթացը, բայց դրա համար ավելի լավ է գրել անձնական նամակով։ Իսկ թեմայում ուղղակի կնկարագրեմ ստացված կառուցվածքը։

1. AD-100.
2. լակաս.
3. հիդրոֆոբ ծակոտկեն սուբստրատ.
4. Նաֆիոն.

Ընտրողներին ընդունելուց հետո մենք անմիջապես անցանք փորձարարական մաս։ Ահա թե ինչ տեսք ուներ մեր աշխատանքային բջիջը.

1. Ag/AgCl տեղեկատու էլեկտրոդ;
2. աշխատանքային էլեկտրոդ;
3. օժանդակ էլեկտրոդ - Рt.
Գլյուկոզա օքսիդազի հետ փորձի ժամանակ՝ մաքրում արգոնով, լակազով՝ թթվածնով։

Լակկազի բացակայության դեպքում մուրի վրա թթվածնի նվազումը տեղի է ունենում զրոյից ցածր պոտենցիալներում և տեղի է ունենում երկու փուլով՝ ջրածնի պերօքսիդի միջանկյալ ձևավորման միջոցով: Նկարը ցույց է տալիս AD-100-ի վրա անշարժացված լակկազի կողմից թթվածնի էլեկտրանվազեցման բևեռացման կորը, որը ստացվել է թթվածնային մթնոլորտում՝ pH 4,5 լուծույթում: Այս պայմաններում հաստատվում է կայուն պոտենցիալ թթվածնի հավասարակշռության ներուժին մոտ (0,76 Վ): 0,76 Վ կաթոդիկ պոտենցիալների դեպքում ֆերմենտային էլեկտրոդում նկատվում է թթվածնի կատալիտիկ կրճատում, որն անցնում է ուղղակի բիոէլեկտրոկատալիզի մեխանիզմով անմիջապես դեպի ջուր: 0,55 Վ կաթոդից ցածր պոտենցիալ շրջանում կորի վրա նկատվում է սարահարթ, որը համապատասխանում է թթվածնի կրճատման սահմանափակող կինետիկ հոսանքին։ Սահմանափակող ընթացիկ արժեքը մոտ 630 μA/cm2 էր:

GOD Nafion-ի, ferrocene-ի և VKG-ի վրա հիմնված կոմպոզիտային նյութի էլեկտրաքիմիական վարքագիծը ուսումնասիրվել է ցիկլային վոլտամետրիայով (CV): Կոմպոզիտային նյութի վիճակը ֆոսֆատային բուֆերային լուծույթում գլյուկոզայի բացակայության դեպքում վերահսկվել է լիցքավորման կորերի միջոցով: Լիցքավորման կորի վրա (–0,40) Վ պոտենցիալով նկատվում են մաքսիմումներ՝ կապված ԱՍՏԾՈ ակտիվ կենտրոնի ռեդոքս փոխակերպումների հետ՝ (FAD), իսկ 0,20-0,25 Վ-ում՝ ֆերոցենի օքսիդացման և նվազեցման մաքսիմումներ։

Ստացված արդյունքներից հետևում է, որ լակազով կաթոդի հիման վրա՝ որպես թթվածնի ռեակցիայի կատալիզատոր, և գլյուկոզա օքսիդազի վրա հիմնված անոդի հիման վրա՝ գլյուկոզայի օքսիդացման համար, կա կենսավառելիքի բջիջ ստեղծելու հիմնարար հնարավորություն։ Ճիշտ է, այս ճանապարհին բազմաթիվ խոչընդոտներ կան, օրինակ, ֆերմենտների ակտիվության գագաթնակետերը նկատվում են տարբեր pH մակարդակներում։ Սա հանգեցրեց BFC-ին իոնափոխանակման թաղանթ ավելացնելու անհրաժեշտությանը: Մեմբրանը թույլ է տալիս բջջի էլեկտրոդների բաժանմունքներում տեղի ունեցող ռեակցիաների տարածական բաժանումը և միևնույն ժամանակ ապահովում է պրոտոնների փոխանակումը: Օդը մտնում է անոդային խցիկ:
Գլյուկոզայի ներմուծումը կենսավառելիքի բջիջ, որը պարունակում է գլյուկոզա օքսիդազ և միջնորդ, հանգեցնում է էլեկտրոնների հոսքի ֆերմենտից դեպի անոդ միջնորդի միջոցով: Էլեկտրոնները արտաքին շղթայով շարժվում են դեպի կաթոդ, որտեղ իդեալական պայմաններում ջուր է գոյանում պրոտոնների և թթվածնի առկայության դեպքում։ Ստացված հոսանքը (հագեցվածության բացակայության դեպքում) համաչափ է արագությունը որոշող բաղադրիչի՝ գլյուկոզայի ավելացմանը։ Չափելով ստացիոնար հոսանքները՝ կարող եք արագ (5 վրկ) որոշել գլյուկոզայի նույնիսկ ցածր կոնցենտրացիաները՝ մինչև 0,1 մՄ:

Ցավոք սրտի, ես չկարողացա այս BFC-ի գաղափարը գործնական կյանքի կոչել, քանի որ 11-րդ դասարանից անմիջապես հետո գնացի սովորելու՝ ծրագրավորող դառնալու համար, ինչն այսօր էլ ջանասիրաբար անում եմ։ Շնորհակալություն բոլորին, ովքեր ավարտեցին այն:

RU 2379795 արտոնագրի սեփականատերերը.

Գյուտը վերաբերում է ուղղակի գործող ալկոհոլային վառելիքի բջիջներին՝ օգտագործելով պինդ թթվային էլեկտրոլիտներ և ներքին բարեփոխող կատալիզատորներ: Գյուտի տեխնիկական արդյունքը տարրի հատուկ հզորության և լարման բարձրացումն է: Ըստ գյուտի՝ վառելիքի բջիջը ներառում է անոդ, կաթոդ, պինդ թթվային էլեկտրոլիտ, գազի դիֆուզիոն շերտ և ներքին բարեփոխող կատալիզատոր։ Ներքին բարեփոխիչ կատալիզատորը կարող է լինել ցանկացած հարմար ռեֆորմատոր և գտնվում է անոդին կից: Այս կոնֆիգուրացիայի մեջ վառելիքի բջիջում կատալիզատորի վրա էկզոթերմիկ ռեակցիաներում առաջացող ջերմությունը և վառելիքի բջիջի էլեկտրոլիտի օմմիկ ջեռուցումը շարժիչ ուժն են էնդոթերմ վառելիքի բարեփոխման ռեակցիայի համար, որը ալկոհոլային վառելիքը վերածում է ջրածնի: Ցանկացած ալկոհոլային վառելիք կարող է օգտագործվել, օրինակ՝ մեթանոլ կամ էթանոլ: 5 n. և 20 աշխատավարձ f-ly, 4 հիվանդ.

Տեխնիկայի ոլորտ

Գյուտը վերաբերում է պինդ թթվային էլեկտրոլիտների օգտագործմամբ ուղղակի ալկոհոլային վառելիքի բջիջներին:

Արվեստի վիճակը

Ալկոհոլները վերջերս ստացել են ինտենսիվ հետազոտություններ որպես պոտենցիալ վառելիք: Հատկապես ցանկալի վառելիքներ են սպիրտները, ինչպիսիք են մեթանոլը և էթանոլը, քանի որ դրանք ունեն էներգիայի խտություն հինգից յոթ անգամ ավելի, քան ստանդարտ սեղմված ջրածնի խտությունը: Օրինակ, մեկ լիտր մեթանոլը էներգետիկորեն համարժեք է 5,2 լիտր ջրածնի սեղմված 320 ատմ: Բացի այդ, մեկ լիտր էթանոլը էներգետիկորեն համարժեք է 350 ատմ սեղմված 7,2 լիտր ջրածնի: Նման սպիրտները նույնպես ցանկալի են, քանի որ դրանք հեշտ է մշակել, պահել և տեղափոխել:

Մեթանոլը և էթանոլը ալկոհոլային վառելիքի տեսանկյունից շատ հետազոտության առարկա են դարձել: Էթանոլը կարող է արտադրվել շաքարավազ և օսլա պարունակող բույսերի ֆերմենտացման միջոցով: Մեթանոլը կարող է արտադրվել փայտի կամ փայտի/հացահատիկի թափոնների (ծղոտ) գազաֆիկացման միջոցով: Այնուամենայնիվ, մեթանոլի սինթեզն ավելի արդյունավետ է: Այս սպիրտները, ի թիվս այլ բաների, վերականգնվող ռեսուրսներ են և, հետևաբար, համարվում է, որ նրանք կարևոր դեր են խաղում ինչպես ջերմոցային գազերի արտանետումների, այնպես էլ հանածո վառելիքից կախվածությունը նվազեցնելու գործում:

Վառելիքի բջիջները առաջարկվել են որպես սարքեր, որոնք նման սպիրտների քիմիական էներգիան վերածում են էլեկտրական էներգիայի։ Այս առումով ինտենսիվ հետազոտության են ենթարկվել ուղղակի ալկոհոլային վառելիքի բջիջներ, որոնք ունեն պոլիմերային էլեկտրոլիտային թաղանթներ: Մասնավորապես, հետազոտությունը կենտրոնացել է ուղղակի մեթանոլի վառելիքի բջիջների և ուղղակի էթանոլի վառելիքի բջիջների վրա: Այնուամենայնիվ, ուղղակի էթանոլի վառելիքի բջիջների վերաբերյալ հետազոտությունները սահմանափակվել են էթանոլի օքսիդացման հարաբերական դժվարության պատճառով՝ համեմատած օքսիդացող մեթանոլի հետ:

Չնայած այս լայնածավալ հետազոտական ​​ջանքերին, ուղղակի ալկոհոլային վառելիքի բջիջների աշխատանքը մնում է անբավարար՝ հիմնականում էլեկտրոդների կատալիզատորների կողմից պարտադրված կինետիկ սահմանափակումների պատճառով: Օրինակ, տիպիկ ուղղակի մեթանոլային վառելիքի բջիջները ունեն մոտավորապես 50 մՎտ/սմ 2 հզորության խտություն: Հզորության ավելի մեծ խտություն է ձեռք բերվել, օրինակ՝ 335 մՎտ/սմ2, բայց միայն ծայրահեղ ծանր պայմաններում (Nafion®, 130°C, 5 ատմ թթվածին և 1 Մ մեթանոլ՝ 2 սմ/րոպե հոսքի արագության համար 1,8 ատմ ճնշման դեպքում։ ) Նմանապես, ուղղակի էթանոլային վառելիքի բջիջը ունի 110 մՎտ/սմ2 հզորության խտություն նմանատիպ ծայրահեղ ծանր պայմաններում (Nafion® - սիլիցիում, 140°C, անոդ 4 ատմ, թթվածին 5,5 ատմ): Համապատասխանաբար, նման ծայրահեղ պայմանների բացակայության դեպքում անհրաժեշտ է ուղղակի ալկոհոլային վառելիքի բջիջներ, որոնք ունեն բարձր հզորության խտություն:

Գյուտի ամփոփում

Սույն գյուտը վերաբերում է ալկոհոլային վառելիքի բջիջներին, որոնք պարունակում են պինդ թթու էլեկտրոլիտներ և օգտագործում են ներքին բարեփոխող կատալիզատոր: Վառելիքի բջիջը սովորաբար ներառում է անոդ, կաթոդ, պինդ թթու էլեկտրոլիտ և ներքին ռեֆորմատոր: Բարեփոխիչը ապահովում է ալկոհոլային վառելիքի բարեփոխումը ջրածնի արտադրության համար: Բարեփոխման ռեակցիայի շարժիչ ուժը վառելիքի բջիջում էկզոթերմիկ ռեակցիաների ժամանակ առաջացած ջերմությունն է:

Վառելիքի բջիջում պինդ թթվային էլեկտրոլիտների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս ռեֆորմատորը անմիջապես անոդին կից տեղադրել: Սա նախկինում հնարավոր չէր համարվում, քանի որ հայտնի բարեփոխիչ նյութերի արդյունավետ գործելու համար պահանջվող բարձր ջերմաստիճանը և բնորոշ պոլիմերային էլեկտրոլիտային թաղանթների ջերմային զգայունությունը: Այնուամենայնիվ, սովորական պոլիմերային էլեկտրոլիտային թաղանթների համեմատ, պինդ թթվային էլեկտրոլիտները կարող են դիմակայել շատ ավելի բարձր ջերմաստիճանների, ինչը հնարավորություն է տալիս տեղակայել ռեֆորմատորը անոդին կից և, հետևաբար, էլեկտրոլիտին մոտ: Այս կոնֆիգուրացիայի դեպքում էլեկտրոլիտի կողմից առաջացած թափոնային ջերմությունը կլանվում է ռեֆորմատորի կողմից և ծառայում է որպես էնդոթերմային բարեփոխման ռեակցիայի շարժիչ ուժ:

Գծագրերի համառոտ նկարագրություն

Սույն գյուտի այս և այլ առանձնահատկություններն ու առավելությունները ավելի լավ կհասկանան՝ հղում անելով հետևյալ մանրամասն նկարագրությանը, որը վերցված է կից գծագրերի հետ միասին, որտեղ.

Նկար 1-ը վառելիքի բջիջի սխեմատիկ պատկերն է՝ համաձայն սույն գյուտի մեկ մարմնավորման.

Նկար 2-ը վառելիքի բջիջների համար էներգիայի խտության և բջջի լարման կորերի գրաֆիկական համեմատությունն է, որը ստացվել է օրինակ 1 և 2 և Համեմատական ​​օրինակ 1-ի համաձայն.

Նկար 3-ը վառելիքի բջիջների համար էներգիայի խտության-բջջի լարման կորերի գրաֆիկական համեմատությունն է, որը ստացվել է օրինակ 3, 4 և 5 և Համեմատական ​​օրինակ 2-ի համաձայն. Եվ

Նկար 4-ը 2-րդ և 3-րդ Համեմատական ​​Օրինակների համաձայն ձեռք բերված վառելիքի բջիջների էներգիայի խտության և բջջային լարման կորերի գրաֆիկական համեմատությունն է:

Գյուտի մանրամասն նկարագրությունը

Սույն գյուտը վերաբերում է պինդ թթվային էլեկտրոլիտներ պարունակող ուղղակի ալկոհոլային վառելիքի բջիջներին և օգտագործելով ներքին բարեփոխող կատալիզատոր՝ ֆիզիկական շփման մեջ մեմբրանի էլեկտրոդների հավաքման (MEA) հետ, որը նախատեսված է ալկոհոլային վառելիքը ջրածին արտադրելու համար: Ինչպես նշվեց վերևում, վառելիքի բջիջների աշխատանքը, որոնք սպիրտների քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրական էներգիայի, մնում են անբավարար՝ վառելիքի բջիջների էլեկտրոդների կատալիզատորների կողմից պարտադրված կինետիկ սահմանափակումների պատճառով: Այնուամենայնիվ, հայտնի է, որ այս կինետիկ սահմանափակումները զգալիորեն կրճատվում են, երբ օգտագործվում է ջրածնային վառելիք: Համապատասխանաբար, սույն գյուտն օգտագործում է բարեփոխիչ կատալիզատոր կամ բարեփոխիչ, որը նախատեսված է ալկոհոլային վառելիքը ջրածին արտադրելու համար՝ դրանով իսկ նվազեցնելով կամ վերացնելով ալկոհոլային վառելիքի հետ կապված կինետիկ սահմանափակումները։ Ալկոհոլային վառելիքները գոլորշու ձևափոխվում են հետևյալ ռեակցիաների օրինակների համաձայն.

Մեթանոլից դեպի ջրածին. CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2;

Էթանոլից ջրածնի՝ C 2 H 5 OH + 3H 2 O→ 6H 2 + 2CO 2:

Այնուամենայնիվ, բարեփոխման ռեակցիան խիստ էնդոթերմիկ է: Հետևաբար, բարեփոխիչ ռեակցիայի շարժիչ ուժը ստանալու համար բարեփոխիչը պետք է տաքացվի: Պահանջվող ջերմության քանակը սովորաբար մոտավորապես 59 կՋ է մեկ մոլ մեթանոլի համար (համարժեք է մոտավորապես 0,25 մոլ ջրածնի այրմանը) և մոտավորապես 190 կՋ մեկ մոլ էթանոլի համար (համարժեք է մոտավորապես 0,78 մոլ ջրածնի այրմանը):

Վառելիքային բջիջների շահագործման ընթացքում էլեկտրական հոսանքի անցման արդյունքում առաջանում է թափոնային ջերմություն, որի արդյունավետ հեռացումը խնդրահարույց է։ Այնուամենայնիվ, այս թափոնային ջերմության առաջացումը բնական ընտրություն է դարձնում ռեֆորմատորի ուղղակիորեն վառելիքի բջիջին կից տեղադրումը: Այս կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս ջրածին մատակարարել ռեֆորմատորից վառելիքի բջիջ և սառեցնել վառելիքի բջիջը, և թույլ է տալիս վառելիքի բջիջին տաքացնել ռեֆորմատորը և ապահովել դրա մեջ ռեակցիաների շարժիչ ուժը: Այս կոնֆիգուրացիան օգտագործվում է հալված կարբոնատային վառելիքի բջիջներում և մեթանի բարեփոխման ռեակցիաների համար, որոնք տեղի են ունենում մոտավորապես 650°C ջերմաստիճանում: Այնուամենայնիվ, ալկոհոլի վերափոխման ռեակցիաները սովորաբար տեղի են ունենում մոտավորապես 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճաններում, և դեռևս չի ստեղծվել համապատասխան վառելիքի բջիջ, որն օգտագործում է ալկոհոլային ռեֆորմավորում:

Սույն գյուտը վերաբերում է նման վառելիքի բջիջին, որն օգտագործում է ալկոհոլային ռեֆորմ: Ինչպես ցույց է տրված ՆԿԱՐ 1-ում, վառելիքի բջիջը 10, համաձայն սույն գյուտի, սովորաբար ներառում է առաջին հոսանքի կոլեկտոր/գազի դիֆուզիոն շերտ 12, անոդ 12ա, երկրորդ հոսանքի կոլեկտոր/գազի դիֆուզիոն շերտ 14, կաթոդ 14ա, էլեկտրոլիտ 16, և ներքին բարեփոխիչ կատալիզատոր 18. Ներքին բարեփոխող կատալիզատոր 18, որը գտնվում է անոդ 12ա-ի հարևանությամբ: Ավելի կոնկրետ, բարեփոխիչ կատալիզատոր 18-ը տեղադրված է գազի առաջին դիֆուզիոն շերտի 12-ի և անոդի 12ա-ի միջև: Ցանկացած հայտնի հարմար բարեփոխիչ կատալիզատոր 18 կարող է օգտագործվել համապատասխան բարեփոխիչ կատալիզատորների ոչ սահմանափակող օրինակներ, որոնք ներառում են Cu-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներ, Cu-Co-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներ և Cu-Zn-Al-Zr օքսիդային խառնուրդներ:

Ցանկացած ալկոհոլային վառելիք, ինչպիսիք են մեթանոլը, էթանոլը և պրոպանոլը, կարող են օգտագործվել: Բացի այդ, դիմեթիլ եթերը կարող է օգտագործվել որպես վառելիք:

Պատմականորեն այս կոնֆիգուրացիան հնարավոր չէր համարվում ալկոհոլային վառելիքի բջիջների համար՝ բարեփոխիչ ռեակցիայի էնդոթերմային բնույթի և էլեկտրոլիտի ջերմության նկատմամբ զգայունության պատճառով։ Սպիրտային վառելիքի բջիջները օգտագործում են պոլիմերային էլեկտրոլիտային թաղանթներ, որոնք չեն կարող դիմակայել ջերմությանը, որն անհրաժեշտ է բարեփոխիչ կատալիզատորի շարժիչ ուժ ապահովելու համար: Այնուամենայնիվ, սույն գյուտի վառելիքի բջիջներում օգտագործվող էլեկտրոլիտները պարունակում են պինդ թթվային էլեկտրոլիտներ, ինչպիսիք են նկարագրված ԱՄՆ արտոնագրում No. 6,468,684 վերնագրված ՊՐՈՏՈՆ հաղորդող թաղանթ՝ օգտագործելով պինդ թթու, որի ամբողջ բովանդակությունը ներառված է այստեղ՝ հղումով և միևնույն ժամանակ Սերիական թիվ 10/139043 ԱՄՆ արտոնագրային հայտը, որը վերնագրված է ՊՐՈՏՈՆ հաղորդող թաղանթ, որն օգտագործում է պինդ թթու, որի ամբողջ բովանդակությունը նույնպես ներառված է այստեղ՝ հղումով: Սույն գյուտի մեջ որպես էլեկտրոլիտ օգտագործելու համար պիտանի պինդ թթվի ոչ սահմանափակող օրինակ է CsH 2 PO 4-ը: Սույն գյուտի վառելիքի բջիջներում օգտագործվող պինդ թթվային էլեկտրոլիտները կարող են դիմակայել շատ ավելի բարձր ջերմաստիճանների, ինչը հնարավոր է դարձնում բարեփոխիչ կատալիզատորը անմիջապես անոդին կից տեղադրելը: Բացի այդ, էնդոթերմային բարեփոխման ռեակցիան սպառում է վառելիքի բջիջում էկզոթերմային ռեակցիաների արդյունքում առաջացած ջերմությունը՝ ձևավորելով ջերմային հավասարակշռված համակարգ։

Այս պինդ թթուները օգտագործվում են իրենց գերպրոտիկ փուլերում և գործում են որպես պրոտոն հաղորդող թաղանթներ մոտավորապես 100°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճանի միջակայքում։ Այս ջերմաստիճանի միջակայքի վերին ծայրը իդեալական է մեթանոլը վերամշակելու համար: Որպեսզի ռեֆորմացիոն ռեակցիայի շարժիչ ուժը ապահովելու համար բավարար ջերմություն ապահովվի, և պինդ թթվային էլեկտրոլիտի պրոտոնային հաղորդունակությունը ապահովելու համար, սույն գյուտի վառելիքի մարտկոցը գերադասելի է աշխատեցնել մոտավորապես 100°C-ից մինչև մոտ 500°C ջերմաստիճաններում: Այնուամենայնիվ, ավելի նախընտրելի է վառելիքի բջիջը աշխատել մոտավորապես 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճաններում: Ալկոհոլային վառելիքի բջիջների աշխատանքը զգալիորեն բարելավելուց բացի, գյուտի սպիրտային վառելիքի բջիջների համեմատաբար բարձր աշխատանքային ջերմաստիճանները կարող են թույլ տալ փոխարինել թանկարժեք մետաղական կատալիզատորները, ինչպիսիք են Pt/Ru և Pt, համապատասխանաբար, անոդի և կաթոդի վրա: թանկարժեք կատալիզատոր նյութեր.

Հետևյալ օրինակները և համեմատական ​​օրինակները ցույց են տալիս գյուտի ալկոհոլային վառելիքի բջիջների բարձր կատարողական բնութագրերը: Այնուամենայնիվ, այս օրինակները ներկայացված են միայն նկարազարդման նպատակով և չպետք է մեկնաբանվեն որպես գյուտը սահմանափակող այս օրինակներով:

Օրինակ 1. մեթանոլի վառելիքի բջիջ

Որպես անոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 13 մգ/սմ2 Pt/Ru: Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al-ն օգտագործվել է որպես ներքին բարեփոխող կատալիզատոր: Որպես կաթոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 15 մգ/սմ 2 Pt: Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվել է 160 մկմ հաստությամբ CsH 2 PO 4 թաղանթ։ Մեթանոլի և գոլորշու վերածված ջրի խառնուրդները սնվում են անոդային տարածություն 100 մկլ/րոպե հոսքի արագությամբ: 30% խոնավացված թթվածին կաթոդին մատակարարվել է 50 սմ 3/րոպե հոսքի արագությամբ (ստանդարտ ջերմաստիճան և ճնշում): Մեթանոլ-ջուր հարաբերակցությունը եղել է 25:75: Տարրի ջերմաստիճանը սահմանվել է 260°C:

Օրինակ 2. Էթանոլի վառելիքի բջիջ

Որպես անոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 13 մգ/սմ2 Pt/Ru: Cu (30% wt.) - Zn (20% wt.) - Al-ն օգտագործվել է որպես ներքին բարեփոխող կատալիզատոր: Որպես կաթոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 15 մգ/սմ 2 Pt: Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվել է 160 մկմ հաստությամբ CsH 2 PO 4 թաղանթ։ Էթանոլի և ջրի խառնուրդները, որոնք վերածվում են գոլորշու, սնվում են անոդային տարածություն 100 մկլ/րոպե հոսքի արագությամբ: 30% խոնավացված թթվածին կաթոդին մատակարարվել է 50 սմ 3/րոպե հոսքի արագությամբ (ստանդարտ ջերմաստիճան և ճնշում): Էթանոլ-ջուր հարաբերակցությունը եղել է 15:85: Տարրի ջերմաստիճանը սահմանվել է 260°C:

Համեմատական ​​օրինակ 1 - Վառելիքի բջիջ օգտագործելով մաքուր H 2

Որպես անոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 13 մգ/սմ2 Pt/Ru: Որպես կաթոդային էլեկտրակատալիզատոր օգտագործվել է 15 մգ/սմ 2 Pt: Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվել է 160 մկմ հաստությամբ CsH 2 PO 4 թաղանթ: 3% խոնավացված ջրածին մատակարարվել է անոդային տարածություն 100 μL/min հոսքի արագությամբ: 30% խոնավացված թթվածին կաթոդին մատակարարվել է 50 սմ 3/րոպե հոսքի արագությամբ (ստանդարտ ջերմաստիճան և ճնշում): Տարրի ջերմաստիճանը սահմանվել է 260°C:

Նկար 2-ը ցույց է տալիս հատուկ հզորության և բջջի լարման միջև կապի կորերը 1-ին և 2-րդ օրինակների և համեմատական ​​օրինակ 1-ի համար: Ինչպես ցույց է տրված, մեթանոլի վառելիքի բջիջի համար (օրինակ 1) ձեռք է բերվել 69 մՎտ/սմ 2 հզորության առավելագույն խտություն, էթանոլի (օրինակ 2) վառելիքի բջիջը հասնում է 53 մՎտ/սմ2 հզորության առավելագույն խտության, իսկ ջրածնի վառելիքի մարտկոցի համար (համեմատական ​​օրինակ 1) ձեռք է բերվում 80 հզորության առավելագույն խտություն

մՎտ/սմ2: Այս արդյունքները ցույց են տալիս, որ վառելիքի բջիջները, որոնք ստացվել են օրինակ 1-ին և համեմատական ​​օրինակ 1-ին, շատ նման են, ինչը ցույց է տալիս, որ մեթանոլի վառելիքի բջիջը բարեփոխիչ ունի գրեթե նույնքան լավ, որքան ջրածնի վառելիքի բջիջը, ինչը զգալի բարելավում է: Այնուամենայնիվ, ինչպես ցույց է տրված հաջորդ օրինակներում և համեմատական ​​օրինակներում, էլեկտրոլիտի հաստությունը նվազեցնելով, ձեռք է բերվում հզորության խտության լրացուցիչ աճ:

Վառելիքի բջիջը արտադրվել է CsH 2 PO 4-ի ցեխի նստեցման միջոցով ծակոտկեն չժանգոտվող պողպատից հենարանի վրա, որը ծառայել է և որպես գազի դիֆուզիոն շերտ և որպես ընթացիկ կոլեկտոր: Կաթոդային էլեկտրակատալիզատորի շերտը սկզբում տեղադրվել է գազի դիֆուզիոն շերտի վրա, այնուհետև խտացվել է մինչև էլեկտրոլիտային շերտի նստեցումը: Դրանից հետո տեղադրվեց անոդային էլեկտրակատալիստի շերտ, որին հաջորդեց գազի դիֆուզիոն երկրորդ էլեկտրոդը որպես կառուցվածքի վերջնական շերտ:

Որպես անոդ էլեկտրոդ օգտագործվել է CsH 2 PO 4, Pt (50 ատոմ wt %) Ru, Pt (40 wt %) - Ru (20 wt %) խառնուրդ C (40 wt %) և նաֆթալին: Բաղադրիչների հարաբերակցությունը CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:նաֆթալինի խառնուրդում եղել է 3:3:1:0.5 (wt): Խառնուրդն օգտագործվել է 50 մգ ընդհանուր քանակով։ Pt և Ru բեռնումները համապատասխանաբար կազմել են 5,6 մգ/սմ2 և 2,9 մգ/սմ2: Անոդի էլեկտրոդի մակերեսը 1,74 սմ 2 էր:

Որպես կաթոդային էլեկտրոդ օգտագործվել է CsH 2 PO 4, Pt, Pt (50 wt.%) խառնուրդ C (50 wt.%) և նաֆթալինի խառնուրդ: Բաղադրիչների հարաբերակցությունը CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C:նաֆթալինի խառնուրդում եղել է 3:3:1:1 (wt): Խառնուրդն օգտագործվել է 50 մգ ընդհանուր քանակով։ Pt բեռնումները 7,7 մգ/սմ2 էին: Կաթոդի մակերեսը կազմում էր 2,3-2,9 սմ 1:

CuO (30 wt. %) - ZnO (20 wt. %) - Al 2 O 3 օգտագործվել է որպես բարեփոխիչ կատալիզատոր, այսինքն ՝ CuO (31 մոլ. %) - ZnO (16 մոլ. %) - Al 2 O 3 . Բարեփոխիչ կատալիզատորը պատրաստվել է համատեղադրման մեթոդով՝ օգտագործելով պղնձի, ցինկի և ալյումինի նիտրատի լուծույթ (մետաղների ընդհանուր կոնցենտրացիան 1 մոլ/լ) և նատրիումի կարբոնատների ջրային լուծույթ (1,1 մոլ/լ): Նստվածքը լվացվել է դեոնացված ջրով, ֆիլտրվել և չորացվել օդում 120°C ջերմաստիճանում 12 ժամ: Չորացրած փոշին 1 գ քանակով թեթեւ սեղմել են 3,1 մմ հաստությամբ և 15,6 մմ տրամագծով, այնուհետև 2 ժամ կալցինացրել 350°C-ում։

Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործվել է 47 մկմ հաստությամբ CsH 2 PO 4 թաղանթ։

Մեթանոլ-ջուր լուծույթը (43% vol. կամ 37% wt. կամ 25% mol. կամ 1.85 M մեթանոլ) սնվել է ապակե գոլորշիչով (200°C) 135 μL/min հոսքի արագությամբ: Տարրի ջերմաստիճանը սահմանվել է 260°C:

Վառելիքի բջիջը պատրաստվել է վերը նշված օրինակ 3-ի համաձայն, բացառությամբ, որ ոչ թե մեթանոլ-ջուր խառնուրդ, այլ էթանոլ-ջուր խառնուրդ (36% ծավալ կամ 31% wt.) սնվում է գոլորշիչով (200°C) ջերմաստիճանում: հոսքի արագությունը 114 μl/min կամ 15 մոլ.%, կամ 0,98 M էթանոլ):

Վառելիքի բջիջը պատրաստվել է վերը նշված օրինակ 3-ի համաձայն, բացառությամբ, որ 100 մկլ/րոպե հոսքի արագությամբ, մեթանոլ-ջուր խառնուրդի փոխարեն, օղի (Absolut Vodka, Շվեդիա) (40% vol. կամ 34% wt., կամ 17% մոլ) մատակարարվել է էթանոլ):

Համեմատական ​​օրինակ 2

Վառելիքի բջիջը պատրաստվել է վերը նշված օրինակ 3-ի համաձայն, բացառությամբ, որ մեթանոլ-ջուր խառնուրդի փոխարեն օգտագործվել է չորացած ջրածին րոպեում 100 ստանդարտ խորանարդ սանտիմետր քանակությամբ՝ խոնավացված տաք ջրով (70°C):

Համեմատական ​​օրինակ 3

Վառելիքի բջիջը պատրաստվել է վերը նշված օրինակ 3-ի համաձայն, բացառությամբ, որ ոչ մի բարեփոխիչ կատալիզատոր չի օգտագործվել, և բջիջի ջերմաստիճանը սահմանվել է 240°C:

Համեմատական ​​օրինակ 4

Վառելիքի բջիջը պատրաստվել է Համեմատական ​​Օրինակ 2-ի համաձայն, բացառությամբ, որ բջիջի ջերմաստիճանը սահմանվել է 240°C:

Նկար 3-ը ցույց է տալիս հզորության խտությունը բջջային լարման կորերի համեմատ՝ օրինակ 3, 4 և 5 և համեմատական ​​օրինակ 2-ի համար: Ինչպես ցույց է տրված, մեթանոլի վառելիքի բջիջը (Օրինակ 3) հասել է 224 մՎտ/սմ2 հզորության առավելագույն խտության, որը ներկայացնում է հզորության զգալի աճ: խտությունը՝ համեմատած օրինակ 1-ի համաձայն ստացված վառելիքի բջիջի հետ և ունի շատ ավելի հաստ էլեկտրոլիտ: Այս մեթանոլի վառելիքի բջիջը նաև ցույց է տալիս կատարողականի կտրուկ բարելավում, համեմատած մեթանոլային վառելիքի բջիջների հետ, որոնք չեն օգտագործում ներքին ռեֆորմատոր, ինչպես ավելի լավ է ցույց տրված Նկար 4-ում: Էթանոլի վառելիքի բջիջը (Օրինակ 4) ցույց է տալիս նաև հզորության խտության և բջիջի լարման ավելացում՝ համեմատած էթանոլի վառելիքի բջիջ, որն ունի ավելի հաստ էլեկտրոլիտային թաղանթ (օրինակ 2): Այնուամենայնիվ, ցույց է տրվել, որ մեթանոլի վառելիքի բջիջը (Օրինակ 3) ավելի լավ է աշխատում, քան էթանոլի վառելիքի բջիջը (Օրինակ 4): Օղու վառելիքի մարտկոցի համար (օրինակ 5) ձեռք են բերվում էթանոլային վառելիքի մարտկոցի համեմատելի հզորության խտություն: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, մեթանոլի վառելիքի բջիջը (Օրինակ 3) ցուցադրում է արդյունավետության բնութագրերը մոտավորապես նույնքան լավ, որքան ջրածնի վառելիքի բջիջը (Համեմատական ​​օրինակ 2):

Նկար 4-ը ցույց է տալիս էներգիայի խտությունը՝ ընդդեմ բջջի լարման կորերի Համեմատական ​​Օրինակներ 3-ի և 4-ի համար: Ինչպես ցույց է տրված, առանց բարեփոխիչ մեթանոլի վառելիքի բջիջը (Համեմատական ​​օրինակ 3) հասնում է էներգիայի խտությունների, որոնք զգալիորեն ցածր են ջրածնային վառելիքի բջիջների համար ձեռք բերվածներից (Համեմատական ​​օրինակ 4): Բացի այդ, 2-րդ, 3-րդ և 4-րդ նկարները ցույց են տալիս, որ առանց ռեֆորմատորի մեթանոլի վառելիքի բջիջի համեմատ (համեմատական ​​օրինակ 3), մեթանոլի վառելիքի բջիջների համար ձեռք են բերվել զգալիորեն ավելի մեծ հզորության խտություններ ռեֆորմատորներով (Օրինակներ 1 և 3):

Վերոնշյալ նկարագրությունը ներկայացվել է գյուտի ներկայումս նախընտրելի մարմնավորումները ներկայացնելու համար: Նրանք, ովքեր տիրապետում են համապատասխան արվեստին և տեխնոլոգիաներին, որոնց վերաբերում է այս գյուտը, կհասկանան, որ նկարագրված մարմնավորումներում կարող են կատարվել փոփոխություններ և փոփոխություններ՝ առանց էականորեն շեղվելու սույն գյուտի սկզբունքներից, շրջանակից և ոգուց: Հետևաբար, վերոհիշյալ նկարագրությունը չպետք է վերաբերվի միայն նկարագրված կոնկրետ մարմնավորումներին, այլ պետք է հասկանալ, որ այն համապատասխանում է և սատարում է հետևյալ պնդումներին, որոնք պարունակում են գյուտի առավելագույն և օբյեկտիվ շրջանակը:

1. Վառելիքի բջիջ, որը ներառում է՝ անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտ, կաթոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտ, պինդ թթու պարունակող էլեկտրոլիտային շերտ, գազի դիֆուզիոն շերտ և ներքին բարեփոխիչ կատալիզատոր, որը գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտին կից, այնպես, որ ներքին բարեփոխիչ կատալիզատորը գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի և գազի դիֆուզիոն շերտի միջև և գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի հետ:

2. Վառելիքի բջիջը ըստ պահանջի 1-ի, որտեղ պինդ թթու էլեկտրոլիտը պարունակում է CsH 2 PO 4:

3. 1-ին պահանջի վառելիքի բջիջը, որտեղ բարեփոխիչ կատալիզատորն ընտրվում է Cu-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից, Cu-Co-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից և Cu-Zn-Al-Zr օքսիդային խառնուրդներից բաղկացած խմբից:

4. Վառելիքային բջիջի շահագործման մեթոդ, ներառյալ.





վառելիքի մատակարարում; և վառելիքի բջիջը աշխատեցնել մոտավորապես 100°C-ից մինչև մոտ 500°C ջերմաստիճանում:

5. Մեթոդը համաձայն 4-րդ պահանջի, որտեղ վառելիքը սպիրտ է:

6. Մեթոդը համաձայն 4-րդ պահանջի, որտեղ վառելիքն ընտրվում է մեթանոլից, էթանոլից, պրոպանոլից և դիմեթիլ եթերից բաղկացած խմբից:

7. 4-րդ պահանջի մեթոդը, որտեղ վառելիքի բջիջը աշխատում է մոտ 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճանում:

8. 4-րդ պահանջի մեթոդը, որտեղ բարեփոխիչ կատալիզատորն ընտրվում է Cu-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից, Cu-Co-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից և Cu-Zn-Al-Zr օքսիդային խառնուրդներից բաղկացած խմբից:

9. Մեթոդը համաձայն 4-րդ պահանջի, որտեղ էլեկտրոլիտը պարունակում է պինդ թթու:

10. Մեթոդը համաձայն 9-րդ պահանջի, որտեղ պինդ թթուն պարունակում է CsH 2 PO 4:

11. Վառելիքային մարտկոցի շահագործման մեթոդ, ներառյալ.
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
կաթոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
պինդ թթու պարունակող էլեկտրոլիտային շերտի ձևավորում;
գազի դիֆուզիոն շերտի առաջացում և
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտին կից ներքին բարեփոխող կատալիզատորի ձևավորում, այնպես որ ներքին բարեփոխիչ կատալիզատորը գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի և գազի դիֆուզիոն շերտի միջև և ֆիզիկական շփման մեջ է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի հետ.
վառելիքի մատակարարում; և վառելիքի բջիջը աշխատեցնել 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճանում:

12. Մեթոդ 11-րդ պահանջի համաձայն, որտեղ վառելիքը սպիրտ է:

13. Մեթոդը համաձայն 11-րդ պահանջի, որտեղ վառելիքն ընտրվում է մեթանոլից, էթանոլից, պրոպանոլից և դիմեթիլ եթերից բաղկացած խմբից:

14. 11-րդ պահանջի մեթոդը, որտեղ բարեփոխող կատալիզատորն ընտրվում է Cu-Zn-Al օքսիդների, Cu-Co-Zn-Al օքսիդների և Cu-Zn-Al-Zr օքսիդների խառնուրդներից բաղկացած խմբից։ .

15. Մեթոդը ըստ պահանջի 11-ի, որտեղ էլեկտրոլիտը պարունակում է պինդ թթու:

16. Մեթոդը ըստ պահանջի 15-ի, որտեղ պինդ թթուն պարունակում է CsH 2 PO 4:

17. Վառելիքային մարտկոցի շահագործման մեթոդ, ներառյալ.
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
կաթոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
պինդ թթու պարունակող էլեկտրոլիտային շերտի ձևավորում;
գազի դիֆուզիոն շերտի առաջացում և
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտին կից ներքին բարեփոխող կատալիզատորի ձևավորում, այնպես որ ներքին բարեփոխիչ կատալիզատորը գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի և գազի դիֆուզիոն շերտի միջև և ֆիզիկական շփման մեջ է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի հետ.
ալկոհոլային վառելիքի մատակարարում; և վառելիքի բջիջը աշխատեցնել մոտավորապես 100°C-ից մինչև մոտ 500°C ջերմաստիճանում:

18. Մեթոդը ըստ պահանջի 17-ի, որտեղ վառելիքն ընտրվում է մեթանոլից, էթանոլից, պրոպանոլից և դիմեթիլ եթերից բաղկացած խմբից:

19. 17-րդ պահանջի մեթոդը, որտեղ վառելիքի բջիջը աշխատում է մոտավորապես 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճանում:

20. 17-րդ պահանջի մեթոդը, որտեղ բարեփոխիչ կատալիզատորն ընտրվում է Cu-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից, Cu-Co-Zn-Al օքսիդային խառնուրդներից և Cu-Zn-Al-Zr օքսիդային խառնուրդներից բաղկացած խմբից:

21. Մեթոդը ըստ պահանջի 17-ի, որտեղ պինդ թթվային էլեկտրոլիտը պարունակում է CsH 2 PO 4:

22. Վառելիքային մարտկոցի շահագործման մեթոդ, ներառյալ.
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
կաթոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի ձևավորում;
պինդ թթու պարունակող էլեկտրոլիտային շերտի ձևավորում;
գազի դիֆուզիոն շերտի առաջացում և
անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտին կից ներքին բարեփոխող կատալիզատորի ձևավորում, այնպես որ ներքին բարեփոխիչ կատալիզատորը գտնվում է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի և գազի դիֆուզիոն շերտի միջև և ֆիզիկական շփման մեջ է անոդային էլեկտրակատալիտիկ շերտի հետ.
ալկոհոլային վառելիքի մատակարարում; և վառելիքի բջիջը աշխատեցնել 200°C-ից մինչև մոտ 350°C ջերմաստիճանում:

Գյուտը վերաբերում է ուղղակի գործող ալկոհոլային վառելիքի բջիջներին՝ օգտագործելով պինդ թթվային էլեկտրոլիտներ և ներքին բարեփոխող կատալիզատորներ

Պատրաստեք այն ամենը, ինչ ձեզ հարկավոր է:Պարզ վառելիքի բջիջ պատրաստելու համար ձեզ հարկավոր է 12 դյույմ պլատինե կամ պլատինե ծածկույթով մետաղալար, ձողիկ, 9 վոլտ մարտկոց և մարտկոցի պահարան, թափանցիկ ժապավեն, մի բաժակ ջուր, ճաշի աղ (ըստ ցանկության), բարակ մետաղ։ ձող և վոլտմետր:

• 9 վոլտ լարման մարտկոց և մարտկոցի պահարան կարելի է ձեռք բերել էլեկտրոնիկայի կամ տեխնիկայի խանութում:

Պլատինից կամ պլատինե պատված մետաղալարից կտրեք երկու կտոր 15 սանտիմետր երկարությամբ:Պլատինե մետաղալարն օգտագործվում է հատուկ նպատակների համար և կարելի է գնել էլեկտրոնիկայի խանութում: Այն կծառայի որպես ռեակցիայի կատալիզատոր։

Նույնիսկ միջնադարյան գիտնական Պարասելսուսը իր փորձերից մեկի ժամանակ նկատել է, որ երբ ծծմբաթթուն շփվում է երկաթի հետ, առաջանում են օդային պղպջակներ։ Իրականում դա ջրածին էր (բայց ոչ օդը, ինչպես կարծում էր գիտնականը)՝ թեթև, անգույն, առանց հոտի գազ, որը որոշակի պայմաններում դառնում է պայթուցիկ։

Ներկա պահինDIY ջրածնի ջեռուցում - շատ սովորական բան. Իսկապես, ջրածինը կարելի է արտադրել գրեթե անսահմանափակ քանակությամբ, գլխավորն այն է, որ կա ջուր և էլեկտրականություն։

Ջեռուցման այս մեթոդը մշակվել է իտալական ընկերություններից մեկի կողմից։ Ջրածնի կաթսան աշխատում է առանց վնասակար թափոններ առաջացնելու, այդ իսկ պատճառով այն համարվում է էկոլոգիապես մաքուր և անաղմուկ տունը տաքացնելու միջոցը: Մշակման նորամուծությունն այն է, որ գիտնականներին հաջողվել է հասնել ջրածնի այրման համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանում (մոտ 300°C), և դա հնարավորություն է տվել նմանատիպ ջեռուցման կաթսաներ արտադրել ավանդական նյութերից:

Շահագործման ընթացքում կաթսան արտանետում է միայն անվնաս գոլորշի, իսկ ծախսեր պահանջող միակ բանը էլեկտրաէներգիան է։ Եվ եթե դա համատեղեք արևային մարտկոցների (արևային համակարգ) հետ, ապա այդ ծախսերը կարող են ամբողջությամբ զրոյացվել:

Նշում! Ջրածնային կաթսաները հաճախ օգտագործվում են հատակային ջեռուցման համակարգերը տաքացնելու համար, որոնք հեշտությամբ կարելի է տեղադրել ձեր սեփական ձեռքերով:

Ինչպե՞ս է այդ ամենը տեղի ունենում: Թթվածինը փոխազդում է ջրածնի հետ և, ինչպես հիշում ենք միջին դպրոցի քիմիայի դասերից, ձևավորում է ջրի մոլեկուլներ։ Ռեակցիան հրահրվում է կատալիզատորների կողմից, արդյունքում ջերմային էներգիա է անջատվում՝ ջուրը տաքացնելով մինչև մոտավորապես 40°C՝ իդեալական ջերմաստիճան «տաք հատակի» համար։

Կաթսայի հզորության կարգավորումը թույլ է տալիս հասնել որոշակի ջերմաստիճանի, որն անհրաժեշտ է տվյալ տարածքի սենյակի ջեռուցման համար: Հարկ է նաև նշել, որ նման կաթսաները համարվում են մոդուլային, քանի որ դրանք բաղկացած են միմյանցից անկախ մի քանի ալիքներից: Կապուղիներից յուրաքանչյուրում կա վերը նշված կատալիզատորը, արդյունքում հովացուցիչը մտնում է ջերմափոխանակիչ, որն արդեն հասել է պահանջվող 40ⵒC արժեքին:

Նշում! Նման սարքավորումների առանձնահատկությունն այն է, որ յուրաքանչյուր ալիք կարող է արտադրել տարբեր ջերմաստիճան: Այսպիսով, դրանցից մեկը կարող է ուղղորդվել դեպի «տաք հատակ», երկրորդը՝ հարակից սենյակ, երրորդը՝ առաստաղ և այլն։

Ջրածնի ջեռուցման հիմնական առավելությունները

Տան ջեռուցման այս մեթոդը ունի մի քանի նշանակալի առավելություններ, որոնք պատասխանատու են համակարգի աճող ժողովրդականության համար։

1. Տպավորիչ արդյունավետություն՝ հաճախ հասնելով 96%-ի։
2. Շրջակա միջավայրի բարեկեցություն. Մթնոլորտ արտանետվող միակ կողմնակի արտադրանքը ջրային գոլորշիներն են, որոնք սկզբունքորեն ի վիճակի չեն վնասել շրջակա միջավայրը։
3. Ջրածնային ջեռուցումն աստիճանաբար փոխարինում է ավանդական համակարգերին՝ մարդկանց ազատելով բնական ռեսուրսների՝ նավթ, գազ, ածուխ արդյունահանելու անհրաժեշտությունից։
4. Ջրածինը գործում է առանց կրակի, ջերմային էներգիան առաջանում է կատալիտիկ ռեակցիայի միջոցով։

Հնարավո՞ր է ինքնուրույն ջրածնային ջեռուցում անել:

Սկզբունքորեն դա հնարավոր է։ Համակարգի հիմնական տարրը՝ կաթսան, կարող է ստեղծվել NNO գեներատորի, այսինքն՝ սովորական էլեկտրոլիզատորի հիման վրա։ Մենք բոլորս հիշում ենք դպրոցական փորձերը, երբ ջրով տարայի մեջ խրում էինք մերկ լարերը, որոնք միացված էին վարդակից՝ օգտագործելով ուղղիչ: Այսպիսով, կաթսա կառուցելու համար անհրաժեշտ կլինի կրկնել այս փորձը, բայց ավելի մեծ մասշտաբով:

Նշում! Ջրածնի կաթսան օգտագործվում է «տաք հատակով», ինչպես մենք արդեն քննարկել ենք: Բայց նման համակարգի դասավորությունը մեկ այլ հոդվածի թեմա է, ուստի մենք կհիմնվենք այն փաստի վրա, որ «տաք հատակն» արդեն տեղադրված է և պատրաստ է օգտագործման:

Ջրածնային այրիչի կառուցում

Սկսենք ստեղծել ջրի այրիչ: Ավանդաբար մենք կսկսենք պատրաստել անհրաժեշտ գործիքներն ու նյութերը:

Ինչ կպահանջվի աշխատանքի ժամանակ

1. Չժանգոտվող պողպատից թերթ:
2. Ստուգիչ փական.
3. Երկու պտուտակ 6x150, ընկույզներ և լվացքի մեքենաներ նրանց համար:
4. Հոսող ֆիլտր (լվացքի մեքենայից):
5. Թափանցիկ խողովակ: Դրա համար ջրի մակարդակը իդեալական է. շինանյութերի խանութներում այն ​​վաճառվում է 10 մ-ի համար 350 ռուբլով:
6. Պլաստիկ փակված սննդի տարա՝ 1,5լ տարողությամբ։ Մոտավոր արժեքը՝ 150 ռուբլի։
7. Ծովատառեխի կցամասեր ø8 մմ (սրանք կատարյալ են գուլպաների համար):
8. Մետաղ սղոցելու համար սրճաղաց:

Հիմա եկեք պարզենք, թե ինչ տեսակի չժանգոտվող պողպատ օգտագործել: Իդեալում, դրա համար դուք պետք է վերցնեք պողպատ 03Х16Н1: Բայց «չժանգոտվող պողպատի» մի ամբողջ թերթ գնելը երբեմն շատ թանկ է, քանի որ 2 մմ հաստությամբ ապրանքն արժե ավելի քան 5500 ռուբլի, և բացի այդ, այն պետք է ինչ-որ կերպ առաքվի: Հետևաբար, եթե ինչ-որ տեղ պառկած ունեք նման պողպատի փոքր կտոր (0,5 x 0,5 մ բավական է), ապա կարող եք դրանով գլուխ հանել:

Մենք կօգտագործենք չժանգոտվող պողպատ, քանի որ սովորական պողպատը, ինչպես գիտեք, սկսում է ժանգոտել ջրի մեջ։ Ավելին, մեր դիզայնում մենք մտադիր ենք ջրի փոխարեն օգտագործել ալկալի, այսինքն՝ միջավայրն ավելի քան ագրեսիվ է, և նույնիսկ էլեկտրական հոսանքի ազդեցության տակ սովորական պողպատը երկար չի դիմանա։

Տեսանյութ - Շագանակագույն գազի գեներատորի 16 չժանգոտվող պողպատից սալերի պարզ բջջային մոդել

Արտադրության հրահանգներ

Առաջին փուլ. Սկսելու համար վերցրեք պողպատե թերթ և դրեք այն հարթ մակերեսի վրա: Վերևում նշված չափերի թերթիկից (0,5x0,5 մ) դուք պետք է ստանաք 16 ուղղանկյուն ապագա ջրածնի այրիչի համար, կտրեք դրանք սրճաղացով:

Նշում! Մենք տեսանք յուրաքանչյուր ափսեի չորս անկյուններից մեկը: Սա անհրաժեշտ է ապագայում թիթեղները միացնելու համար։

Երկրորդ փուլ. Թիթեղների հետևի մասում մենք անցքեր ենք փորում պտուտակի համար: Եթե ​​պլանավորեինք «չոր» էլեկտրոլիզատոր պատրաստել, ապա ներքևից անցքեր կփակեինք, բայց այս դեպքում դա անհրաժեշտ չէ։ Փաստն այն է, որ «չոր» դիզայնը շատ ավելի բարդ է, և դրա մեջ ափսեների օգտակար տարածքը 100% չի օգտագործվի: Մենք կպատրաստենք «խոնավ» էլեկտրոլիզատոր - թիթեղները ամբողջությամբ կխորտակվեն էլեկտրոլիտի մեջ, և դրանց ամբողջ տարածքը կմասնակցի ռեակցիային:

Երրորդ փուլ. Նկարագրված այրիչի շահագործման սկզբունքը հիմնված է հետևյալի վրա. էլեկտրական հոսանքը, որն անցնում է էլեկտրոլիտի մեջ ընկղմված թիթեղներով, կհանգեցնի ջրի (այն պետք է լինի էլեկտրոլիտի մաս) քայքայվի թթվածնի (O) և ջրածնի (H): Հետեւաբար, մենք պետք է միաժամանակ երկու թիթեղ ունենանք՝ կաթոդը և անոդը։

Քանի որ այս թիթեղների տարածքը մեծանում է, գազի ծավալն ավելանում է, ուստի այս դեպքում յուրաքանչյուր կաթոդի և անոդի համար օգտագործում ենք համապատասխանաբար ութ կտոր:

Նշում! Այրիչը, որը մենք դիտարկում ենք, զուգահեռ դիզայն է, որն, անկեղծ ասած, ամենաարդյունավետը չէ: Բայց դա ավելի հեշտ է իրականացնել:

Չորրորդ փուլ. Այնուհետև մենք պետք է թիթեղները տեղադրենք պլաստիկ տարայի մեջ այնպես, որ դրանք հերթափոխով լինեն՝ գումարած, մինուս, պլյուս, մինուս և այլն: Թիթեղները մեկուսացնելու համար մենք օգտագործում ենք թափանցիկ խողովակի կտորներ (մենք գնել ենք դրա մի ամբողջ 10 մ, ուստի այնտեղ մատակարարում է):

Խողովակից կտրում ենք փոքր օղակներ, կտրում և ստանում մոտավորապես 1 մմ հաստությամբ շերտեր։ Սա կառուցվածքում ջրածնի արդյունավետ առաջացման իդեալական հեռավորությունն է:

Հինգերորդ փուլ. Մենք ափսեները միմյանց ամրացնում ենք լվացքի մեքենաների միջոցով: Մենք դա անում ենք հետևյալ կերպ՝ պտուտակին դնում ենք լվացքի մեքենա, հետո ափսե, դրանից հետո՝ երեք լվացքի մեքենա, մեկ այլ ափսե, կրկին երեք լվացքի մեքենա և այլն։ Կաթոդից ութ կտոր ենք կախում, ութը՝ անոդից։

Նշում! Դա պետք է արվի հայելային եղանակով, այսինքն՝ մենք պտտում ենք անոդը 180ᵒ: Այսպիսով, «գումարածը» կմտնի «մինուս» թիթեղների միջև եղած բացերը:

Վեցերորդ փուլ. Մենք նայում ենք, թե կոնկրետ որտեղ են պտուտակները պահվում տարայի մեջ և անցքեր ենք փորում այդ տեղում: Եթե ​​հանկարծ պտուտակները չեն տեղավորվում տարայի մեջ, ապա կտրում ենք դրանք անհրաժեշտ երկարությամբ։ Այնուհետև պտուտակները տեղադրում ենք անցքերի մեջ, դրանց վրա լվացող մեքենաներ ենք դնում և դրանք ամրացնում ընկույզներով `ավելի լավ խստության համար:

Այնուհետև կցամասի համար կափարիչի վրա անցք ենք բացում, պտտում ենք հենց կցամասը (ցանկալի է հանգույցը սիլիկոնե հերմետիկով ծածկելով): Փչեք կցամասի մեջ՝ կափարիչի խստությունը ստուգելու համար: Եթե ​​տակից դեռ օդ է դուրս գալիս, ապա այս կապը պատում ենք հերմետիկով։

Յոթերորդ փուլ. Հավաքման ավարտից հետո մենք փորձարկում ենք պատրաստի գեներատորը: Դա անելու համար դրան միացրեք ցանկացած աղբյուր, տարայի մեջ լցրեք ջրով և փակեք կափարիչը։ Այնուհետև մենք գուլպան ենք դնում կցամասի վրա և իջեցնում այն ​​ջրով տարայի մեջ (օդային փուչիկները տեսնելու համար): Եթե ​​աղբյուրը բավականաչափ հզոր չէ, ուրեմն տանկի մեջ չեն լինի, բայց անպայման կհայտնվեն էլեկտրոլիզատորում։

Հաջորդը, մենք պետք է մեծացնենք գազի ելքի ինտենսիվությունը՝ ավելացնելով էլեկտրոլիտի լարումը: Այստեղ հարկ է նշել, որ ջուրն իր մաքուր տեսքով հաղորդիչ չէ. հոսանքն անցնում է դրա միջով կեղտերի և աղի պատճառով: Մենք ջրի մեջ մի քիչ ալկալի ենք նոսրացնելու (օրինակ, նատրիումի հիդրօքսիդը գերազանց է. այն վաճառվում է խանութներում «Մոլ» մաքրող միջոցի տեսքով):

Նշում! Այս փուլում մենք պետք է համարժեք գնահատենք էներգիայի աղբյուրի հնարավորությունները, ուստի նախքան ալկալի ներարկումը, մենք միացնում ենք ամպաչափը էլեկտրոլիզատորին. այս կերպ մենք կարող ենք վերահսկել հոսանքի աճը:

Տեսանյութ - Ջրածնով ջեռուցում. Ջրածնի բջջային մարտկոցներ

Հաջորդը, եկեք խոսենք ջրածնի այրիչի այլ բաղադրիչների մասին՝ լվացքի մեքենայի և փականի ֆիլտրի մասին: Երկուսն էլ պաշտպանության համար են։ Փականը թույլ չի տա, որ բռնկված ջրածինը հետ ներթափանցի կառուցվածք և պայթի էլեկտրոլիզատորի կափարիչի տակ կուտակված գազը (նույնիսկ եթե այնտեղ դրա մի փոքր մասը կա): Եթե ​​փականը չտեղադրենք, ապա տարան կվնասվի, և ալկալիները դուրս կհոսեն:

Ջրի կնիք պատրաստելու համար կպահանջվի զտիչ, որը կգործի որպես պայթյունը կանխող արգելք: Արհեստավորները, ովքեր անմիջականորեն ծանոթ են տնական ջրածնային այրիչի դիզայնին, այս փականը անվանում են «բուլբուլյատոր»։ Իրոք, այն ըստ էության միայն օդային փուչիկներ է ստեղծում ջրի մեջ: Ինքն այրիչի համար մենք օգտագործում ենք նույն թափանցիկ գուլպանը: Վերջ, ջրածնի այրիչը պատրաստ է:

Մնում է այն միացնել «տաք հատակ» համակարգի մուտքին, կնքել կապը և սկսել ուղղակի շահագործումը:

Որպես եզրակացություն. Այլընտրանք

Այլընտրանք, թեև խիստ հակասական, Բրաունի գազն է՝ քիմիական միացություն, որը բաղկացած է մեկ թթվածնի ատոմից և երկու ջրածնի ատոմից։ Նման գազի այրումը ուղեկցվում է ջերմային էներգիայի ձևավորմամբ (ավելին, չորս անգամ ավելի հզոր, քան վերը նկարագրված նախագծում):

Էլեկտրոլիզատորները օգտագործվում են նաև շագանակագույն գազով տունը տաքացնելու համար, քանի որ ջերմություն արտադրելու այս մեթոդը նույնպես հիմնված է էլեկտրոլիզի վրա։ Ստեղծվում են հատուկ կաթսաներ, որոնցում փոփոխական հոսանքի ազդեցությամբ առանձնանում են քիմիական տարրերի մոլեկուլները՝ առաջացնելով Բրաունի բաղձալի գազը։

Տեսանյութ – Հարստացված շագանակագույն գազ

Միանգամայն հնարավոր է, որ նորարարական էներգետիկ ռեսուրսները, որոնց պաշարները գրեթե անսահմանափակ են, շուտով տեղահանեն ոչ վերականգնվող բնական ռեսուրսները՝ մեզ ազատելով մշտական ​​հանքարդյունաբերության անհրաժեշտությունից։ Իրադարձությունների այս ընթացքը դրական ազդեցություն կունենա ոչ միայն շրջակա միջավայրի, այլև ամբողջ մոլորակի էկոլոգիայի վրա։

Կարդացեք նաև մեր հոդվածը՝ գոլորշով ջեռուցում ինքներդ:

Տեսանյութ - Ջրածնի ջեռուցում

Նրանք քիմիական էներգիան ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրաէներգիայի՝ շրջանցելով նախնական փոխակերպումները։ Չնայած կատարողականի ակնհայտ առավելություններին, տարրերը չկարողացան շաղ տալ շուկայում իրենց գյուտից անմիջապես հետո՝ իրենց բարդության պատճառով: Բայց կանաչ տեխնոլոգիաները զարգանում են։ Հետազոտողները Vaillant-ից մշակել են տնային օգտագործման համար հասանելի պարզ սարք:

«Մենք միշտ պետք է խոսենք վառելիքի բջիջների համակարգի մասին», - ասում է դոկտոր Մաթիաս Յանը:Մոդուլների և համակարգերի ամբիոնի վարիչFraunhofer ինստիտուտ Կերամիկական տեխնոլոգիաների և համակարգերի համար(Ֆրաունհոֆեր Կերամիկական տեխնոլոգիաների և համակարգերի ինստիտուտ, IKTS)Դրեզդենում։ Մեկը բջիջը արտադրում է փոքր լարում, որն անբավարար է օբյեկտները սնուցելու համար: Հետևաբար, մարտկոցների անալոգիայի համաձայն, մի քանի վառելիքի բջիջներ միավորվում են մեկ համակարգում: Յուրաքանչյուր վառելիքի բջիջ ունի CD-ի չափ: «Մենք խմբեր ենք կանչում[տարրեր] կույտեր», - բացատրում է դոկտոր Յանգը:

Վառելիքի բջիջները բնական գազն ուղղակիորեն վերածում են էլեկտրականության: Նրանք շատ ավելի արդյունավետ են, քանտեղակայանքներ ներքին այրման շարժիչներով, որոնք օգտագործում են փոխակերպման մի քանի փուլ: Նախ, վառելիքի այրման արդյունքում արձակված էներգիան փոխակերպվում էշարժիչը վերածվել է մեխանիկականի, միջով որը պտտում է էլեկտրական գեներատորի լիսեռը։ Փոխակերպումների շղթայի արդյունքում կորչում է էներգիայի մեծ մասը։

Ջեռուցման սարքավորումների հայտնի արտադրողի հետ միասինՎայլանտ, Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտը մշակել է վառելիքի բջիջների կոմպակտ, անվտանգ և հուսալի համակարգ, որը բնական գազից արտադրում է էլեկտրականություն և ջերմություն մասնավոր տնային տնտեսությունների համար:Ներկայումս ունենշինարարություն փորձնական վիրահատություն է անցնում մասնավոր տնային տնտեսություններում։

Չափերով, պատի տեղադրման համար հարմարեցված տնային վառելիքի բջիջների էլեկտրակայանը չի տարբերվում սովորական ջեռուցման կաթսաներից, այնուամենայնիվ, այն արտադրում է ոչ միայն ջերմություն, այլև էլեկտրական էներգիա: Ելքային հզորությունը 1 կՎտ է,ինչը բավարար է կարիքները բավարարելու համարմիջինը յոթ և 4 մարդ:

Եվրոպական ցուցադրական ene.field նախագծի շրջանակներում մոտ 150 նման էներգաբլոկ է տեղադրվել ԵՄ մի շարք երկրներում։ Բացի այդ, սկզբին 2014թՔաջարի սկսեցին իրենց փոքրածավալ արտադրությունը:

Տ Մանրանկարչական վառելիքի բջիջները տեխնոլոգիապես տարբերվում են ավտոմեքենաներում հիմնականում օգտագործվողներից:ՄԱՍԻՆ Հիմնական գործառնական տարբերությունը ջեռուցման աստիճանի մեջ է: Եթե ​​պրոտոնափոխանակման մեմբրանի վրա ավտոմոբիլային վառելիքի բջիջների աշխատանքային ջերմաստիճանը հասնում է 80 աստիճանի, ապաօգտագործված Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտի հետազոտողների կողմից պինդ վառելիքի բջիջների տեխնոլոգիան ներառում է մինչև 850 աստիճան տաքացում: Այնուամենայնիվ, ամուր տարրերն ավելի էժան են և պարզ: Որպես էլեկտրոլիտ օգտագործում են կերամիկա, որը չի պարունակում թանկարժեք և հազվագյուտ մետաղներ։