Naredi sam gorivne celice doma. Gorivne celice: tipi, principi delovanja in značilnosti DIY vodikova baterija

Želel bi vas takoj opozoriti, da ta tema ni povsem predmet Habra, vendar se je v komentarjih na objavo o elementu, razvitem na MIT, zdelo, da je ideja podprta, zato bom spodaj opisal nekaj misli o biogorivu elementi.
Delo, na katerem je napisana ta tema, sem opravil v 11. razredu in zasedel drugo mesto na mednarodni konferenci INTEL ISEF.

Gorivna celica je kemični vir toka, v katerem se kemična energija reducenta (goriva) in oksidanta, neprekinjeno in ločeno dovajana elektrodam, neposredno pretvori v električno energijo.
energija. Shematski diagram gorivne celice (FC) je predstavljen spodaj:

Gorivno celico sestavljajo anoda, katoda, ionski prevodnik, anodna in katodna komora. Moč biogorivnih celic trenutno ni dovolj za uporabo v industrijskem obsegu, vendar pa se BFC nizke moči lahko uporabljajo v medicinske namene kot občutljivi senzorji, saj je jakost toka v njih sorazmerna s količino goriva, ki se predeluje.
Do danes je bilo predlaganih veliko število konstrukcijskih različic gorivnih celic. V vsakem konkretnem primeru je izvedba gorivne celice odvisna od namena gorivne celice, vrste reagenta in ionskega prevodnika. V posebno skupino spadajo biogorivne celice, ki uporabljajo biološke katalizatorje. Pomembna značilnost bioloških sistemov je njihova sposobnost selektivne oksidacije različnih goriv pri nizkih temperaturah.
V večini primerov se pri bioelektrokatalizi uporabljajo imobilizirani encimi, tj. encimi, izolirani iz živih organizmov in pritrjeni na nosilec, vendar ohranijo katalitično aktivnost (delno ali v celoti), kar omogoča njihovo ponovno uporabo. Oglejmo si primer biogorivne celice, v kateri je encimska reakcija povezana z elektrodno reakcijo z uporabo mediatorja. Shema biogorivne celice na osnovi glukozne oksidaze:

Biogorivna celica je sestavljena iz dveh inertnih elektrod iz zlata, platine ali ogljika, potopljenih v pufrsko raztopino. Elektrodi sta ločeni z ionsko izmenjevalno membrano: anodni predel je prečiščen z zrakom, katodni prostor pa z dušikom. Membrana omogoča prostorsko ločevanje reakcij, ki potekajo v elektrodnih predelih celice, in hkrati zagotavlja izmenjavo protonov med njimi. Membrane različnih tipov, primerne za biosenzorje, v Veliki Britaniji proizvajajo številna podjetja (VDN, VIROKT).
Vnos glukoze v biogorivno celico, ki vsebuje glukozno oksidazo in topni mediator, pri 20 °C povzroči pretok elektronov od encima do anode skozi mediator. Elektroni potujejo po zunanjem krogu do katode, kjer v idealnih pogojih ob prisotnosti protonov in kisika nastane voda. Nastali tok (v odsotnosti saturacije) je sorazmeren z dodatkom komponente, ki določa hitrost (glukoza). Z merjenjem stacionarnih tokov lahko hitro (5 s) določite tudi nizke koncentracije glukoze – do 0,1 mM. Kot senzor ima opisana biogorivna celica določene omejitve, povezane s prisotnostjo mediatorja in določenimi zahtevami za kisikovo katodo in membrano. Slednji mora zadržati encim in hkrati omogočiti prehod nizkomolekularnih komponent: plin, mediator, substrat. Membrane za ionsko izmenjavo na splošno izpolnjujejo te zahteve, čeprav so njihove difuzijske lastnosti odvisne od pH pufrske raztopine. Difuzija komponent skozi membrano vodi do zmanjšanja učinkovitosti prenosa elektronov zaradi stranskih reakcij.
Danes obstajajo laboratorijski modeli gorivnih celic z encimskimi katalizatorji, katerih lastnosti ne ustrezajo zahtevam njihove praktične uporabe. Glavna prizadevanja v naslednjih nekaj letih bodo usmerjena v rafiniranje biogorivnih celic, nadaljnja uporaba biogorivnih celic pa bo bolj povezana z medicino, na primer: vsadljiva biogorivna celica, ki uporablja kisik in glukozo.
Pri uporabi encimov v elektrokatalizi je glavni problem, ki ga je treba rešiti, problem spajanja encimske reakcije z elektrokemično, to je zagotavljanje učinkovitega transporta elektronov od aktivnega centra encima do elektrode, kar je mogoče doseči v naslednje načine:
1. Prenos elektronov iz aktivnega centra encima na elektrodo z uporabo nizkomolekularnega nosilca - mediatorja (mediatorska bioelektrokataliza).
2. Direktna, direktna oksidacija in redukcija aktivnih mest encima na elektrodi (direktna bioelektrokataliza).
V tem primeru se mediatorsko spajanje encimskih in elektrokemičnih reakcij lahko izvede na štiri načine:
1) encim in mediator sta v glavnini raztopine in mediator difundira na površino elektrode;
2) encim je na površini elektrode, mediator pa v volumnu raztopine;
3) encim in mediator sta imobilizirana na površini elektrode;
4) mediator je prišit na površino elektrode, encim pa je v raztopini.

V tem delu je lakaza služila kot katalizator za katodno reakcijo redukcije kisika, glukoza oksidaza (GOD) pa je služila kot katalizator za anodno reakcijo oksidacije glukoze. Encimi so bili uporabljeni kot del kompozitnih materialov, katerih izdelava je ena najpomembnejših faz pri izdelavi biogorivnih celic, ki hkrati služijo kot analitični senzor. V tem primeru morajo biokompozitni materiali zagotavljati selektivnost in občutljivost za določanje substrata in hkrati imeti visoko bioelektrokatalitsko aktivnost, ki se približuje encimski aktivnosti.
Lakaza je oksidoreduktaza, ki vsebuje baker, katere glavna funkcija v naravnih pogojih je oksidacija organskih substratov (fenolov in njihovih derivatov) s kisikom, ki se reducira v vodo. Molekulska masa encima je 40.000 g/mol.

Do danes je bilo dokazano, da je lakaza najaktivnejši elektrokatalizator za redukcijo kisika. V njegovi prisotnosti na elektrodi v atmosferi kisika se vzpostavi potencial, ki je blizu ravnotežnega kisikovega potenciala, in pride do redukcije kisika neposredno v vodo.
Kot katalizator za katodno reakcijo (redukcijo kisika) smo uporabili kompozitni material na osnovi lakaze, acetilenske črne AD-100 in nafiona. Posebnost kompozita je njegova struktura, ki zagotavlja orientacijo encimske molekule glede na elektronsko prevodno matrico, potrebno za neposredni prenos elektronov. Specifična bioelektrokatalitična aktivnost lakaze v kompozitnih pristopih, ki so jih opazili pri encimski katalizi. Metoda spajanja encimskih in elektrokemijskih reakcij v primeru lakaze, tj. metoda prenosa elektrona s substrata skozi aktivno središče encima lakaze na elektrodo - direktna bielektrokataliza.

Glukoza oksidaza (GOD) je encim iz razreda oksidoreduktaz, ima dve podenoti, od katerih ima vsaka svoj aktivni center - (flavin adenin dinukleotid) FAD. GOD je encim, selektiven za darovalca elektronov, glukozo, in lahko uporablja številne substrate kot akceptorje elektronov. Molekulska masa encima je 180.000 g/mol.

V tem delu smo uporabili kompozitni material na osnovi GOD in ferocena (FC) za anodno oksidacijo glukoze preko mediatorskega mehanizma. Kompozitni material vključuje GOD, visoko dispergiran koloidni grafit (HCG), Fc in Nafion, ki so omogočili pridobitev elektronsko prevodne matrike z visoko razvito površino, zagotavljajo učinkovit transport reagentov v reakcijsko cono in stabilne lastnosti kompozita. material. Metoda spajanja encimskih in elektrokemičnih reakcij, tj. zagotavljanje učinkovitega transporta elektronov iz aktivnega centra GOD do mediatorske elektrode, medtem ko sta encim in mediator imobilizirana na površini elektrode. Ferocen je bil uporabljen kot mediator - akceptor elektronov. Ko se organski substrat, glukoza, oksidira, se ferocen reducira in nato oksidira na elektrodi.

Če koga zanima, lahko podrobno opišem postopek pridobivanja elektrodnega premaza, vendar je za to bolje, da pišete v osebnem sporočilu. In v temi bom preprosto opisal nastalo strukturo.

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

Po sprejemu elektorjev smo prešli direktno v eksperimentalni del. Tako je izgledala naša delovna celica:

1. referenčna elektroda Ag/AgCl;
2. delovna elektroda;
3. pomožna elektroda - Рt.
V poskusu z glukozno oksidazo - čiščenje z argonom, z lakazo - s kisikom.

Redukcija kisika na sajah v odsotnosti lakaze poteka pri potencialih pod ničlo in poteka v dveh stopnjah: z vmesno tvorbo vodikovega peroksida. Slika prikazuje polarizacijsko krivuljo elektroredukcije kisika z lakazo, imobilizirano na AD-100, pridobljeno v atmosferi kisika v raztopini s pH 4,5. Pod temi pogoji se vzpostavi stacionarni potencial blizu ravnotežnega kisikovega potenciala (0,76 V). Pri katodnem potencialu 0,76 V opazimo katalitično redukcijo kisika na encimski elektrodi, ki poteka po mehanizmu direktne bioelektrokatalize direktno v vodo. V potencialnem območju pod katodo 0,55 V opazimo na krivulji plato, ki ustreza mejnemu kinetičnemu toku redukcije kisika. Mejna vrednost toka je bila približno 630 μA/cm2.

Elektrokemično obnašanje kompozitnega materiala na osnovi GOD Nafiona, ferocena in VKG smo proučevali s ciklično voltametrijo (CV). Stanje kompozitnega materiala v odsotnosti glukoze v raztopini fosfatnega pufra smo spremljali s pomočjo krivulj polnjenja. Na krivulji polnjenja pri potencialu (–0,40) V opazimo maksimume, povezane z redoks transformacijami aktivnega centra GOD - (FAD), pri 0,20-0,25 V pa maksimume oksidacije in redukcije ferocena.

Iz dobljenih rezultatov sledi, da na osnovi katode z lakazo kot katalizatorja za kisikovo reakcijo in anode na osnovi glukozooksidaze za oksidacijo glukoze obstaja temeljna možnost izdelave biogorivne celice. Res je, na tej poti je veliko ovir, na primer, konice encimske aktivnosti opazimo pri različnih ravneh pH. To je privedlo do potrebe po dodajanju ionske izmenjevalne membrane na BFC, ki omogoča prostorsko ločevanje reakcij, ki potekajo v elektrodnih predelih celice, in hkrati zagotavlja izmenjavo protonov med njimi. Zrak vstopa v anodni prostor.
Vnos glukoze v biogorivno celico, ki vsebuje glukozno oksidazo in mediator, povzroči pretok elektronov od encima do anode skozi mediator. Elektroni potujejo po zunanjem krogu do katode, kjer v idealnih pogojih ob prisotnosti protonov in kisika nastane voda. Nastali tok (v odsotnosti saturacije) je sorazmeren z dodatkom komponente, ki določa hitrost, glukoze. Z merjenjem stacionarnih tokov lahko hitro (5 s) določite tudi nizke koncentracije glukoze – do 0,1 mM.

Na žalost mi ideje o tem BFC ni uspelo prenesti v praktično izvedbo, ker Takoj po 11. razredu sem šel študirat za programerja, kar pridno opravljam še danes. Hvala vsem, ki ste ga dokončali.

Lastniki patenta RU 2379795:

Izum se nanaša na alkoholne gorivne celice z neposrednim delovanjem, ki uporabljajo trdne kislinske elektrolite in katalizatorje za notranji reforming. Tehnični rezultat izuma je povečana specifična moč in napetost elementa. Po izumu gorivna celica vključuje anodo, katodo, trden kisli elektrolit, plinsko difuzijsko plast in notranji reforming katalizator. Notranji reforming katalizator je lahko katerikoli primeren reformer in je nameščen poleg anode. V tej konfiguraciji sta toplota, ki nastane v eksotermnih reakcijah na katalizatorju v gorivni celici, in ohmsko segrevanje elektrolita gorivne celice gonilna sila za endotermno reakcijo reformiranja goriva, ki pretvarja alkoholno gorivo v vodik. Uporabite lahko katero koli alkoholno gorivo, na primer metanol ali etanol. 5 n. in 20 plače f-ly, 4 ilustr.

Področje tehnologije

Izum se nanaša na direktne alkoholne gorivne celice z uporabo trdnih kislinskih elektrolitov.

Stanje tehnike

Alkoholi so bili nedavno deležni intenzivnih raziskav kot možnih goriv. Še posebej zaželena goriva so alkoholi, kot sta metanol in etanol, ker imajo gostoto energije pet- do sedemkrat večjo od gostote standardnega stisnjenega vodika. Na primer, en liter metanola je energijsko enakovreden 5,2 litra vodika, stisnjenega na 320 atm. Poleg tega je en liter etanola energijsko enakovreden 7,2 litra vodika, stisnjenega na 350 atm. Takšni alkoholi so zaželeni tudi zato, ker so enostavni za rokovanje, shranjevanje in transport.

Metanol in etanol sta bila predmet številnih raziskav z vidika alkoholnih goriv. Etanol lahko proizvedemo s fermentacijo rastlin, ki vsebujejo sladkor in škrob. Metanol se lahko proizvede z uplinjanjem lesa ali lesnih/žitnih odpadkov (slama). Vendar pa je sinteza metanola učinkovitejša. Ti alkoholi so med drugim obnovljivi viri, zato naj bi imeli pomembno vlogo tako pri zmanjševanju izpustov toplogrednih plinov kot tudi pri zmanjševanju odvisnosti od fosilnih goriv.

Gorivne celice so bile predlagane kot naprave, ki pretvarjajo kemično energijo takšnih alkoholov v električno energijo. V zvezi s tem so bile gorivne celice z direktnim alkoholom, ki imajo membrane iz polimernega elektrolita, predmet intenzivnih raziskav. Natančneje, raziskava se je osredotočila na gorivne celice z neposrednim metanolom in gorivne celice z neposrednim etanolom. Vendar so bile raziskave gorivnih celic z neposrednim etanolom omejene zaradi relativne težave pri oksidaciji etanola v primerjavi z oksidacijo metanola.

Kljub tem obsežnim raziskovalnim prizadevanjem ostaja delovanje gorivnih celic z neposrednim alkoholom nezadovoljivo, predvsem zaradi kinetičnih omejitev, ki jih nalagajo elektrodni katalizatorji. Na primer, tipične gorivne celice z direktnim metanolom imajo gostoto moči približno 50 mW/cm 2 . Dosežene so bile višje gostote moči, na primer 335 mW/cm2, vendar le v izjemno težkih pogojih (Nafion®, 130 °C, 5 atm kisika in 1 M metanol za pretok 2 cc/min pri tlaku 1,8 atm ). Podobno ima direktna gorivna celica na etanol gostoto moči 110 mW/cm2 v podobnih izjemno težkih pogojih (Nafion® - silicijev dioksid, 140 °C, anoda 4 atm, kisik 5,5 atm). V skladu s tem obstaja potreba po neposrednih alkoholnih gorivnih celicah z visoko gostoto moči v odsotnosti takšnih ekstremnih pogojev.

Povzetek izuma

Predloženi izum se nanaša na alkoholne gorivne celice, ki vsebujejo trdne kislinske elektrolite in uporabljajo katalizator notranjega reformiranja. Gorivna celica na splošno vključuje anodo, katodo, trdni kislinski elektrolit in notranji reformer. Reformator zagotavlja reformiranje alkoholnega goriva za proizvodnjo vodika. Gonilna sila za reakcijo reformiranja je toplota, ki nastane med eksotermnimi reakcijami v gorivni celici.

Uporaba trdnih kislinskih elektrolitov v gorivni celici omogoča namestitev reformerja neposredno ob anodo. To prej ni bilo mogoče zaradi povišanih temperatur, potrebnih za učinkovito delovanje znanih materialov za reformiranje, in toplotne občutljivosti tipičnih polimernih elektrolitnih membran. Vendar pa lahko trdni kislinski elektroliti v primerjavi z običajnimi polimernimi elektrolitnimi membranami prenesejo veliko višje temperature, kar omogoča namestitev reformerja poleg anode in torej blizu elektrolita. V tej konfiguraciji odpadno toploto, ki jo ustvari elektrolit, absorbira reformer in služi kot gonilna sila za endotermno reakcijo reformiranja.

Kratek opis risb

Te in druge značilnosti in prednosti pričujočega izuma bomo bolje razumeli s sklicevanjem na naslednji podroben opis v povezavi s priloženimi risbami, v katerih:

Slika 1 je shematska ponazoritev gorivne celice po eni izvedbi pričujočega izuma;

Slika 2 je grafična primerjava krivulj med gostoto moči in napetostjo celice za gorivne celice, dobljenih v skladu s primeroma 1 in 2 ter primerjalnim primerom 1;

Slika 3 je grafična primerjava krivulj gostote moči in napetosti celice za gorivne celice, dobljene v skladu s primeri 3, 4 in 5 in primerjalnim primerom 2; in

Slika 4 je grafična primerjava krivulj gostote moči glede na napetost celice za gorivne celice, dobljene v skladu s primerjalnima primeroma 2 in 3.

Podroben opis izuma

Predloženi izum se nanaša na neposredne alkoholne gorivne celice, ki vsebujejo trdne kislinske elektrolite in uporabljajo notranji reforming katalizator v fizičnem stiku z membranskim elektrodnim sklopom (MEA), zasnovanim za reformiranje alkoholnega goriva za proizvodnjo vodika. Kot je navedeno zgoraj, je učinkovitost gorivnih celic, ki pretvarjajo kemično energijo v alkoholih neposredno v električno energijo, nezadovoljiva zaradi kinetičnih omejitev, ki jih nalagajo katalizatorji elektrod gorivnih celic. Vendar pa je dobro znano, da se te kinetične omejitve bistveno zmanjšajo, če se uporablja vodikovo gorivo. Skladno s tem pričujoči izum uporablja reforming katalizator ali reformer, zasnovan za reformiranje alkoholnega goriva za proizvodnjo vodika, s čimer se zmanjšajo ali odpravijo kinetične omejitve, povezane z alkoholnim gorivom. Alkoholna goriva se reformirajo s paro v skladu z naslednjimi reakcijskimi primeri:

Metanol v vodik: CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 ;

Etanol v vodik: C 2 H 5 OH+3H 2 O→6H 2 +2CO 2.

Vendar pa je reakcija reformiranja zelo endotermna. Zato je treba za pridobitev gonilne sile za reakcijo reformiranja reformer segreti. Količina zahtevane toplote je običajno približno 59 kJ na mol metanola (kar ustreza sežiganju približno 0,25 mola vodika) in približno 190 kJ na mol etanola (kar ustreza sežigu približno 0,78 mola vodika).

Zaradi prehajanja električnega toka med delovanjem gorivnih celic nastaja odpadna toplota, katere učinkovito odvajanje je problematično. Vendar je zaradi nastajanja te odpadne toplote postavitev reformerja neposredno ob gorivni celici naravna izbira. Ta konfiguracija omogoča dovajanje vodika iz reformerja v gorivno celico in hlajenje gorivne celice ter omogoča gorivni celici, da segreva reformer in zagotavlja gonilno silo za reakcije v njem. Ta konfiguracija se uporablja v gorivnih celicah iz staljenega karbonata in za reakcije reforminga metana, ki potekajo pri približno 650 °C. Vendar se reakcije alkoholnega reforminga na splošno odvijajo pri temperaturah v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C in še ni bila razvita nobena primerna gorivna celica, ki uporablja alkoholni reforming.

Predloženi izum se nanaša na takšno gorivno celico, ki uporablja reforming alkohola. Kot je prikazano na SLiki 1, gorivna celica 10 v skladu s pričujočim izumom na splošno vključuje prvi zbiralnik toka/plinsko difuzijsko plast 12, anodo 12a, drugi tokovni zbiralnik/plinsko difuzijsko plast 14, katodo 14a, elektrolit 16, in notranji reforming katalizator 18. Notranji reforming katalizator 18, ki se nahaja poleg anode 12a. Natančneje, reforming katalizator 18 je nameščen med prvo plinsko difuzijsko plast 12 in anodo 12a. Uporabimo lahko kateri koli znani primerni katalizator reformiranja 18. Neomejujoči primeri primernih katalizatorjev reformiranja vključujejo zmesi Cu-Zn-Al oksida, zmesi Cu-Co-Zn-Al oksida in zmesi Cu-Zn-Al-Zr oksida.

Uporabite lahko katero koli alkoholno gorivo, kot so metanol, etanol in propanol. Poleg tega se lahko kot gorivo uporablja dimetil eter.

V preteklosti ta konfiguracija ni veljala za možno za alkoholne gorivne celice zaradi endotermne narave reakcije reforminga in občutljivosti elektrolita na toploto. Tipične alkoholne gorivne celice uporabljajo membrane iz polimernega elektrolita, ki ne prenesejo toplote, potrebne za zagotavljanje gonilne sile za katalizator reformiranja. Vendar pa elektroliti, uporabljeni v gorivnih celicah tega izuma, vsebujejo trdne kislinske elektrolite, kot so tisti, opisani v patentu ZDA št. 6,468,684 z naslovom PROTON PREVODNA MEMBRANA, KI UPORABLJA TRDNO KISLINO, katerega celotna vsebina je vključena tukaj kot referenca, in na istočasno je v teku prijava patenta ZDA, serijska št. 10/139043 z naslovom PROTON PREVODNA MEMBRANA Z UPORABO TRDNE KISLINE, katere celotna vsebina je prav tako vključena tukaj z referenco. En neomejujoč primer trdne kisline, primerne za uporabo kot elektrolit v predloženem izumu, je CsH2P04. Trdni kislinski elektroliti, ki se uporabljajo v gorivnih celicah tega izuma, lahko prenesejo veliko višje temperature, kar omogoča namestitev katalizatorja za reformiranje neposredno ob anodo. Poleg tega endotermna reakcija reformiranja porabi toploto, ki nastane pri eksotermnih reakcijah v gorivni celici, in tako tvori toplotno uravnotežen sistem.

Te trdne kisline se uporabljajo v svojih superprotičnih fazah in delujejo kot protonsko prevodne membrane v temperaturnem območju od okoli 100 °C do okoli 350 °C. Zgornja meja tega temperaturnega območja je idealna za reforming metanola. Za zagotovitev proizvodnje toplote, ki zadostuje za zagotavljanje gonilne sile za reakcijo reformiranja, in za zagotovitev protonske prevodnosti trdnega kislinskega elektrolita, gorivna celica po predloženem izumu prednostno deluje pri temperaturah v območju od okoli 100 °C do okoli 500 °C. Vendar je bolje, da gorivna celica deluje pri temperaturah v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C. Poleg znatnega izboljšanja delovanja alkoholnih gorivnih celic lahko razmeroma visoke delovne temperature alkoholnih gorivnih celic po izumu omogočijo zamenjavo dragih kovinskih katalizatorjev, kot sta Pt/Ru in Pt na anodi oziroma katodi, z manj dragi katalizatorski materiali.

Naslednji primeri in primerjalni primeri ponazarjajo vrhunske karakteristike delovanja alkoholnih gorivnih celic po izumu. Vendar pa so ti primeri predstavljeni samo za namene ilustracije in jih ne smemo razumeti kot omejevanje izuma na te primere.

Primer 1: Gorivna celica z metanolom

Kot anodni elektrokatalizator smo uporabili 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30 % mas.) - Zn (20 % mas.) - Al je bil uporabljen kot katalizator za notranji reforming. Kot katodni elektrokatalizator smo uporabili 15 mg/cm 2 Pt. Kot elektrolit je bila uporabljena membrana CsH 2 PO 4 debeline 160 μm. Mešanice metanola in vode, pretvorjene v paro, so bile dovedene v anodni prostor s pretokom 100 μL/min. 30 % navlaženega kisika smo dovajali katodi s pretokom 50 cm 3 /min (standardna temperatura in tlak). Razmerje metanol:voda je bilo 25:75. Temperatura elementa je bila nastavljena na 260 °C.

Primer 2: Gorivna celica na etanol

Kot anodni elektrokatalizator smo uporabili 13 mg/cm2 Pt/Ru. Cu (30 % mas.) - Zn (20 % mas.) - Al je bil uporabljen kot katalizator za notranji reforming. Kot katodni elektrokatalizator smo uporabili 15 mg/cm 2 Pt. Kot elektrolit je bila uporabljena membrana CsH 2 PO 4 debeline 160 μm. Mešanice etanola in vode, pretvorjene v paro, so bile dovedene v anodni prostor s pretokom 100 μL/min. 30 % navlaženega kisika smo dovajali katodi s pretokom 50 cm 3 /min (standardna temperatura in tlak). Razmerje etanol:voda je bilo 15:85. Temperatura elementa je bila nastavljena na 260 °C.

Primerjalni primer 1 – Gorivna celica z uporabo čistega H 2

Kot anodni elektrokatalizator smo uporabili 13 mg/cm2 Pt/Ru. Kot katodni elektrokatalizator smo uporabili 15 mg/cm 2 Pt. Kot elektrolit je bila uporabljena membrana CsH 2 PO 4 debeline 160 μm. V anodni prostor je bil doveden 3% navlažen vodik s pretokom 100 μL/min. 30 % navlaženega kisika smo dovajali katodi s pretokom 50 cm 3 /min (standardna temperatura in tlak). Temperatura elementa je bila nastavljena na 260 °C.

Slika 2 prikazuje krivulje razmerja med specifično močjo in napetostjo celice za primera 1 in 2 ter primerjalni primer 1. Kot je prikazano, je za metanolno gorivno celico (primer 1) dosežena največja gostota moči 69 mW/cm 2, za celica z gorivno celico na etanol (primer 2) doseže največjo gostoto moči 53 mW/cm2, za vodikovo gorivno celico (primerjalni primer 1) pa je dosežena gostota največje moči 80

mW/cm2. Ti rezultati kažejo, da so gorivne celice, dobljene v skladu s primerom 1 in primerjalnim primerom 1, zelo podobne, kar kaže, da ima metanolna gorivna celica z reformerjem skoraj tako dobro delovanje kot vodikova gorivna celica, kar je znatno izboljšanje. Vendar, kot je prikazano v naslednjih primerih in primerjalnih primerih, z zmanjšanjem debeline elektrolita dosežemo dodatno povečanje gostote moči.

Gorivna celica je bila izdelana z odlaganjem CsH 2 PO 4 v suspenzijo na porozni nosilec iz nerjavečega jekla, ki je služil kot plinska difuzijska plast in tokovni zbiralnik. Plast katodnega elektrokatalizatorja je bila najprej nanesena na plast plinske difuzije in nato stisnjena pred nanosom plasti elektrolita. Po tem je bila odložena plast anodnega elektrokatalizatorja, čemur je sledila namestitev druge plinsko difuzijske elektrode kot končne plasti strukture.

Kot anodna elektroda je bila uporabljena zmes CsH 2 PO 4 , Pt (50 atomskih mas. %) Ru, Pt (40 mas. %) - Ru (20 mas. %), nanesenih na C (40 mas. %), in naftalena. Razmerje komponent v zmesi CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naftalen je bilo 3:3:1:0,5 (m). Zmes smo uporabili v skupni količini 50 mg. Obremenitvi Pt in Ru sta bili 5,6 mg/cm2 oziroma 2,9 mg/cm2. Površina anodne elektrode je bila 1,74 cm 2.

Kot katodno elektrodo smo uporabili mešanico CsH 2 PO 4 , Pt, Pt (50 mas. %), naneseno na C (50 mas. %) in naftalena. Razmerje komponent v zmesi CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C:naftalen je bilo 3:3:1:1 (mas). Zmes smo uporabili v skupni količini 50 mg. Obremenitve s Pt so bile 7,7 mg/cm 2 . Površina katode je bila 2,3-2,9 cm 1 .

CuO (30 mas. %) - ZnO (20 mas. %) - Al 2 O 3 smo uporabili kot reforming katalizator, to je CuO (31 mol. %) - ZnO (16 mol. %) - Al 2 O 3 . Reforming katalizator je bil pripravljen z metodo soprecipitacije z uporabo raztopine bakrovega, cinkovega in aluminijevega nitrata (skupna koncentracija kovin je bila 1 mol/L) in vodne raztopine natrijevih karbonatov (1,1 mol/L). Oborino smo sprali z deionizirano vodo, filtrirali in sušili na zraku pri 120 °C 12 ur. Posušen prah v količini 1 g rahlo stisnemo na debelino 3,1 mm in premer 15,6 mm ter nato 2 uri kalciniramo pri 350°C.

Kot elektrolit je bila uporabljena membrana CsH 2 PO 4 debeline 47 μm.

Raztopino metanola in vode (43 vol. % ali 37 mas. % ali 25 mol. % ali 1,85 M metanola) smo dovajali skozi stekleni uparjalnik (200 °C) pri pretoku 135 μL/min. Temperatura elementa je bila nastavljena na 260 °C.

Gorivna celica je bila pripravljena v skladu z zgornjim primerom 3, le da skozi uparjalnik (200 °C) ni bila dovedena mešanica metanola in vode, temveč mešanica etanola in vode (36 vol. % ali 31 mas. %). pretok 114 μl/min ali 15 mol. % ali 0,98 M etanola).

Gorivna celica je bila pripravljena v skladu z zgornjim primerom 3, le da je bila pri pretoku 100 μL/min namesto mešanice metanola in vode uporabljena vodka (Absolut Vodka, Švedska) (40 vol. % ali 34 mas. %, ali 17 % mol) je bil dobavljen etanol.

Primerjalni primer 2

Gorivna celica je bila pripravljena v skladu z zgornjim primerom 3, le da je bil namesto mešanice metanola in vode uporabljen posušen vodik v količini 100 standardnih kubičnih centimetrov na minuto, navlažen z vročo vodo (70 °C).

Primerjalni primer 3

Gorivno celico smo pripravili v skladu z zgornjim primerom 3, le da nismo uporabili katalizatorja za reforming in smo temperaturo celice nastavili na 240 °C.

Primerjalni primer 4

Gorivno celico smo pripravili v skladu s primerjalnim primerom 2, le da je bila temperatura celice nastavljena na 240 °C.

Slika 3 prikazuje krivulje gostote moči glede na napetost celice za primere 3, 4 in 5 ter primerjalni primer 2. Kot je prikazano, je metanolna gorivna celica (primer 3) dosegla največjo gostoto moči 224 mW/cm2, kar predstavlja znatno povečanje moči gostoto v primerjavi z gorivno celico, pridobljeno v skladu s primerom 1 in ki ima veliko gostejši elektrolit. Ta metanolna gorivna celica prav tako dokazuje dramatično izboljšanje učinkovitosti v primerjavi z metanolnimi gorivnimi celicami, ki ne uporabljajo notranjega reformerja, kot je bolje prikazano na sliki 4. Etanolska gorivna celica (primer 4) kaže tudi povečano gostoto moči in napetost celice v primerjavi z etanolska gorivna celica z debelejšo elektrolitsko membrano (primer 2). Vendar se je izkazalo, da gorivna celica na metanol (primer 3) deluje bolje kot gorivna celica na etanol (primer 4). Pri gorivni celici vodke (primer 5) so dosežene gostote moči, primerljive z gostoto moči gorivne celice etanola. Kot je prikazano na sliki 3, ima metanolna gorivna celica (primer 3) približno tako dobre karakteristike delovanja kot vodikova gorivna celica (primerjalni primer 2).

Slika 4 prikazuje krivulje gostote moči glede na napetost celice za primerjalna primera 3 in 4. Kot je prikazano, metanolna gorivna celica brez reformerja (primerjalni primer 3) dosega gostote moči, ki so znatno nižje od tistih, doseženih za vodikove gorivne celice (primerjalni primer 4). Poleg tega slike 2, 3 in 4 kažejo, da so v primerjavi z metanolno gorivno celico brez reformerja (primerjalni primer 3) dosežene znatno višje gostote moči za metanolne gorivne celice z reformerji (primera 1 in 3).

Zgornji opis je bil predstavljen za predstavitev trenutno prednostnih izvedb izuma. Strokovnjaki ustrezne tehnike in tehnologije, na katere se nanaša ta izum, bodo razumeli, da so lahko spremembe in modifikacije narejene na opisanih izvedbah, ne da bi bistveno odstopali od načel, obsega in duha pričujočega izuma. Skladno s tem se zgornji opis ne sme vzeti tako, da se nanaša samo na opisane posebne izvedbe, temveč ga je treba razumeti kot skladnega z naslednjimi zahtevki, ki vsebujejo najpopolnejši in najbolj objektiven obseg izuma, in jih podpira.

1. Gorivna celica, ki vključuje: anodno elektrokatalitsko plast, katodno elektrokatalitsko plast, elektrolitno plast, ki vsebuje trdno kislino, plinsko difuzijsko plast in notranji reforming katalizator, ki se nahaja poleg anodne elektrokatalitske plasti, tako da je notranji reforming katalizator ki se nahaja med anodno elektrokatalitsko plastjo in plinsko difuzijsko plastjo, je v fizičnem stiku z anodno elektrokatalitsko plastjo.

2. Gorivna celica po zahtevku 1, kjer trden kislinski elektrolit vsebuje CsH2PO4.

3. Gorivna celica po zahtevku 1, kjer je reforming katalizator izbran iz skupine, ki jo sestavljajo zmesi oksidov Cu-Zn-Al, zmesi oksidov Cu-Co-Zn-Al in zmesi oksidov Cu-Zn-Al-Zr.

4. Metoda delovanja gorivne celice, vključno z:





oskrba z gorivom; in delovanje gorivne celice pri temperaturi v območju od okoli 100 °C do okoli 500 °C.

5. Postopek po zahtevku 4, kjer je gorivo alkohol.

6. Postopek po zahtevku 4, kjer je gorivo izbrano iz skupine, ki jo sestavljajo metanol, etanol, propanol in dimetil eter.

7. Postopek po zahtevku 4, kjer gorivna celica deluje pri temperaturi v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C.

8. Postopek po zahtevku 4, kjer je reforming katalizator izbran iz skupine, ki jo sestavljajo zmesi oksidov Cu-Zn-Al, zmesi oksidov Cu-Co-Zn-Al in zmesi oksidov Cu-Zn-Al-Zr.

9. Postopek po zahtevku 4, kjer elektrolit vsebuje trdno kislino.

10. Postopek po zahtevku 9, kjer trdna kislina vsebuje CsH2P04.

11. Metoda delovanja gorivne celice, vključno z:
tvorba anodne elektrokatalitične plasti;
tvorba katodne elektrokatalitične plasti;
tvorjenje plasti elektrolita, ki vsebuje trdno kislino;
nastanek plinsko difuzijske plasti in
tvorjenje notranjega reforming katalizatorja poleg anodne elektrokatalitske plasti, tako da se notranji reforming katalizator nahaja med anodno elektrokatalitsko plastjo in plinsko difuzijsko plastjo in je v fizičnem stiku z anodno elektrokatalitsko plastjo;
oskrba z gorivom; in delovanje gorivne celice pri temperaturi v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C.

12. Postopek po zahtevku 11, kjer je gorivo alkohol.

13. Postopek po zahtevku 11, kjer je gorivo izbrano iz skupine, ki jo sestavljajo metanol, etanol, propanol in dimetil eter.

14. Postopek po zahtevku 11, kjer je reforming katalizator izbran iz skupine, ki jo sestavljajo zmesi oksidov Cu-Zn-Al, zmesi oksidov Cu-Co-Zn-Al in zmesi oksidov Cu-Zn-Al-Zr .

15. Postopek po zahtevku 11, kjer elektrolit vsebuje trdno kislino.

16. Postopek po zahtevku 15, kjer trdna kislina vsebuje CsH2P04.

17. Metoda delovanja gorivne celice, vključno z:
tvorba anodne elektrokatalitične plasti;
tvorba katodne elektrokatalitične plasti;
tvorjenje plasti elektrolita, ki vsebuje trdno kislino;
nastanek plinsko difuzijske plasti in
tvorjenje notranjega reforming katalizatorja poleg anodne elektrokatalitske plasti, tako da se notranji reforming katalizator nahaja med anodno elektrokatalitsko plastjo in plinsko difuzijsko plastjo in je v fizičnem stiku z anodno elektrokatalitsko plastjo;
dobava alkoholnega goriva; in delovanje gorivne celice pri temperaturi v območju od okoli 100 °C do okoli 500 °C.

18. Postopek po zahtevku 17, kjer je gorivo izbrano iz skupine, ki jo sestavljajo metanol, etanol, propanol in dimetil eter.

19. Postopek po zahtevku 17, kjer gorivna celica deluje pri temperaturi v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C.

20. Postopek po zahtevku 17, kjer je reforming katalizator izbran iz skupine, ki jo sestavljajo zmesi Cu-Zn-Al oksida, zmesi Cu-Co-Zn-Al oksida in zmesi Cu-Zn-Al-Zr oksida.

21. Postopek po zahtevku 17, kjer trden kislinski elektrolit vsebuje CsH2P04.

22. Metoda delovanja gorivne celice, vključno z:
tvorba anodne elektrokatalitične plasti;
tvorba katodne elektrokatalitične plasti;
tvorjenje plasti elektrolita, ki vsebuje trdno kislino;
nastanek plinsko difuzijske plasti in
tvorjenje notranjega reforming katalizatorja poleg anodne elektrokatalitske plasti, tako da se notranji reforming katalizator nahaja med anodno elektrokatalitsko plastjo in plinsko difuzijsko plastjo in je v fizičnem stiku z anodno elektrokatalitsko plastjo;
dobava alkoholnega goriva; in delovanje gorivne celice pri temperaturi v območju od okoli 200 °C do okoli 350 °C.

Izum se nanaša na alkoholne gorivne celice z neposrednim delovanjem, ki uporabljajo trdne kislinske elektrolite in katalizatorje za notranji reforming

Pripravite vse, kar potrebujete. Za izdelavo preproste gorivne celice boste potrebovali 12 palcev platinaste ali s platino prevlečene žice, palčko za sladoled, 9-voltno baterijo in držalo za baterijo, prozoren trak, kozarec vode, kuhinjsko sol (neobvezno), tanko kovinsko palica in voltmeter.

• 9-voltno baterijo in držalo baterije lahko kupite v trgovini z elektroniko ali strojno opremo.

Iz platine ali s platino prevlečene žice odrežite dva kosa dolžine 15 centimetrov. Platinasta žica se uporablja za posebne namene in jo je mogoče kupiti v trgovini z elektroniko. Služil bo kot katalizator za reakcijo.

Že srednjeveški znanstvenik Paracelsus je med enim od svojih poskusov opazil, da ko žveplova kislina pride v stik z železom, nastanejo zračni mehurčki. Pravzaprav je bil vodik (ne pa zrak, kot je verjel znanstvenik) - lahek, brezbarven plin brez vonja, ki pod določenimi pogoji postane eksploziven.

V sedanjem časuDIY ogrevanje na vodik - zelo pogosta stvar. Dejansko se lahko vodik proizvaja v skoraj neomejenih količinah, glavna stvar je, da sta voda in elektrika.

To metodo ogrevanja je razvilo eno od italijanskih podjetij. Vodikov kotel deluje brez nastajanja škodljivih odpadkov, zato velja za najbolj okolju prijazen in tih način ogrevanja doma. Inovacija razvoja je, da je znanstvenikom uspelo doseči zgorevanje vodika pri relativno nizki temperaturi (približno 300ᵒC), kar je omogočilo izdelavo podobnih ogrevalnih kotlov iz tradicionalnih materialov.

Pri delovanju kotel oddaja samo neškodljivo paro, edino, kar zahteva stroške, je elektrika. In če to kombinirate s solarnimi paneli (solarni sistem), potem se lahko ti stroški popolnoma zmanjšajo na nič.

Opomba! Vodikovi kotli se pogosto uporabljajo za ogrevanje sistemov talnega ogrevanja, ki jih je mogoče enostavno namestiti z lastnimi rokami.

Kako se vse to zgodi? Kisik reagira z vodikom in, kot se spomnimo iz lekcij kemije v srednji šoli, tvori molekule vode. Reakcijo izzovejo katalizatorji, posledično se sprosti toplotna energija, ki segreje vodo na približno 40ᵒC - idealna temperatura za "topla tla".

Prilagoditev moči kotla vam omogoča, da dosežete določeno temperaturo, potrebno za ogrevanje prostora določenega območja. Omeniti velja tudi, da se takšni kotli štejejo za modularne, saj so sestavljeni iz več kanalov, neodvisnih drug od drugega. V vsakem od kanalov je zgoraj omenjeni katalizator, zaradi česar hladilno sredstvo vstopi v toplotni izmenjevalnik, ki je že dosegel zahtevano vrednost 40ᵒC.

Opomba! Značilnost takšne opreme je, da lahko vsak kanal proizvede drugačno temperaturo. Tako je mogoče enega od njih napeljati v "topla tla", drugega v sosednjo sobo, tretjega na strop itd.

Glavne prednosti ogrevanja z vodikom

Ta način ogrevanja hiše ima več pomembnih prednosti, ki so odgovorne za vse večjo priljubljenost sistema.

1. Impresivna učinkovitost, ki pogosto doseže 96%.
2. Prijaznost do okolja. Edini stranski produkt, ki se sprosti v ozračje, je vodna para, ki načeloma ni sposobna škodovati okolju.
3. Ogrevanje na vodik postopoma nadomešča tradicionalne sisteme in osvobaja ljudi potrebe po črpanju naravnih virov - nafte, plina, premoga.
4. Vodik deluje brez ognja; toplotna energija nastane s katalitično reakcijo.

Ali je mogoče sami narediti ogrevanje na vodik?

Načeloma je to mogoče. Glavni element sistema - kotel - je mogoče ustvariti na osnovi generatorja NNO, to je običajnega elektrolizatorja. Vsi se spomnimo šolskih poskusov, ko smo gole žice, povezane z vtičnico s pomočjo usmernika, zataknili v posodo z vodo. Če želite zgraditi kotel, boste morali ta poskus ponoviti, vendar v večjem obsegu.

Opomba! Vodikov kotel se uporablja s "toplim podom", kot smo že omenili. Toda ureditev takšnega sistema je tema za drug članek, zato se bomo zanašali na dejstvo, da je "topla tla" že nameščena in pripravljena za uporabo.

Konstrukcija vodikovega gorilnika

Začnimo ustvarjati vodni gorilnik. Tradicionalno bomo začeli s pripravo potrebnih orodij in materialov.

Kaj bo potrebno pri delu

1. Pločevina iz nerjavečega jekla.
2. Kontrolni ventil.
3. Dva vijaka 6x150, matice in podložke zanje.
4. Pretočni filter (iz pralnega stroja).
5. Prozorna cev. Vodna gladina je idealna za to - v trgovinah z gradbenimi materiali se prodaja za 350 rubljev na 10 m.
6. Plastična zaprta posoda za hrano s prostornino 1,5 litra. Približni stroški: 150 rubljev.
7. Nastavki ribja kost ø8 mm (odlični za cev).
8. Brusilnik za žaganje kovine.

Zdaj pa ugotovimo, kakšno vrsto nerjavečega jekla uporabiti. V idealnem primeru bi morali vzeti jeklo 03Х16Н1. Toda nakup celega lista "nerjavečega jekla" je včasih zelo drag, saj izdelek debeline 2 mm stane več kot 5500 rubljev, poleg tega pa ga je treba nekako dostaviti. Torej, če imate nekje majhen kos takega jekla, ki leži (dovolj je 0,5 x 0,5 m), potem se lahko rešite z njim.

Uporabili bomo nerjavno jeklo, ker navadno jeklo, kot veste, v vodi začne rjaveti. Poleg tega nameravamo v našem dizajnu namesto vode uporabiti alkalije, to je okolje, ki je več kot agresivno, običajno jeklo pa pod vplivom električnega toka ne bo dolgo zdržalo.

Video – Generator rjavega plina preprost celični model iz 16 plošč iz nerjavečega jekla

Navodila za izdelavo

Prva stopnja. Za začetek vzemite jekleno pločevino in jo položite na ravno površino. Iz lista zgoraj navedenih dimenzij (0,5x0,5 m) morate dobiti 16 pravokotnikov za bodoči vodikov gorilnik, ki jih izrežite z brusilnikom.

Opomba! Vsakemu krožniku smo odžagali enega od štirih vogalov. To je potrebno za povezavo plošč v prihodnosti.

Druga faza. Na hrbtni strani plošč izvrtamo luknje za vijake. Če bi nameravali izdelati "suhi" elektrolizer, bi izvrtali luknje od spodaj, vendar v tem primeru to ni potrebno. Dejstvo je, da je "suha" zasnova veliko bolj zapletena in uporabna površina plošč v njej ne bi bila uporabljena 100%. Naredili bomo "mokri" elektrolizator - plošče bodo popolnoma potopljene v elektrolit, njihova celotna površina pa bo sodelovala v reakciji.

Tretja stopnja. Načelo delovanja opisanega gorilnika temelji na naslednjem: električni tok, ki teče skozi plošče, potopljene v elektrolit, povzroči razgradnjo vode (bi morala biti del elektrolita) na kisik (O) in vodik (H). Zato moramo imeti dve plošči hkrati - katodo in anodo.

Z večanjem površine teh plošč se povečuje prostornina plina, zato v tem primeru uporabimo osem kosov na katodo oziroma anodo.

Opomba! Gorilnik, ki si ga ogledujemo, je vzporedne izvedbe, ki pa resnici na ljubo ni najbolj učinkovit. Vendar je lažje izvajati.

Četrta stopnja. Nato moramo plošče namestiti v plastično posodo tako, da se izmenjujejo: plus, minus, plus, minus itd. Za izolacijo plošč uporabimo kose prozorne cevi (kupili smo je celih 10 m, tako da je dobava).

Iz cevi izrežemo majhne obročke, jih razrežemo in dobimo trakove debeline približno 1 mm. To je idealna razdalja za učinkovito generiranje vodika v strukturi.

Peta stopnja. Plošče med seboj pritrdimo s podložkami. To naredimo takole: na vijak namestimo podložko, nato ploščo, za njo tri podložke, drugo ploščo, spet tri podložke itd. Osem kosov obesimo na katodo, osem na anodo.

Opomba! To je treba storiti zrcalno, to je, da zavrtimo anodo za 180ᵒ. Torej bo "plus" šel v vrzeli med "minus" ploščami.

Šesta stopnja. Pogledamo, kje točno ležijo vijaki v posodi, in na tem mestu izvrtamo luknje. Če se vijaki nenadoma ne prilegajo v posodo, jih odrežemo na zahtevano dolžino. Nato vstavimo vijake v luknje, nanje namestimo podložke in jih zategnemo z maticami - za boljšo tesnost.

Nato naredimo luknjo v pokrovu za fiting, privijemo sam fiting (po možnosti s prekrivanjem spoja s silikonsko tesnilno maso). Pihajte v nastavek, da preverite tesnost pokrova. Če zrak še vedno prihaja izpod njega, potem to povezavo premažemo s tesnilno maso.

Sedma stopnja. Po končani montaži končni generator testiramo. Če želite to narediti, priključite kateri koli vir nanj, napolnite posodo z vodo in zaprite pokrov. Nato na nastavek nataknemo cev in jo spustimo v posodo z vodo (da vidimo zračne mehurčke). Če vir ni dovolj močan, jih ne bo v rezervoarju, vendar se bodo zagotovo pojavili v elektrolizatorju.

Nato moramo povečati intenzivnost izpusta plina s povečanjem napetosti v elektrolitu. Tukaj je treba omeniti, da voda v svoji čisti obliki ni prevodnik - tok teče skozi njo zaradi nečistoč in soli, ki so v njej. V vodi bomo razredčili malo alkalije (odličen je na primer natrijev hidroksid - prodaja se v trgovinah v obliki čistila "Mole").

Opomba! Na tej stopnji moramo ustrezno oceniti zmožnosti vira energije, zato pred vbrizgavanjem alkalije na elektrolizator priključimo ampermeter – tako lahko spremljamo naraščanje toka.

Video - Ogrevanje z vodikom. Vodikove celične baterije

Nato se pogovorimo o drugih komponentah vodikovega gorilnika - filtru za pralni stroj in ventilu. Oboje je za zaščito. Ventil ne bo dovolil, da bi vžgan vodik prodrl nazaj v strukturo in eksplodiral plin, nakopičen pod pokrovom elektrolizerja (tudi če ga je tam le malo). Če ventila ne vgradimo, se posoda poškoduje in lug bo iztekel.

Filter bo potreben za izdelavo vodnega tesnila, ki bo deloval kot pregrada pred eksplozijo. Obrtniki, ki iz prve roke poznajo zasnovo domačega vodikovega gorilnika, ta ventil imenujejo "bulbulator". Pravzaprav ustvarja le zračne mehurčke v vodi. Za sam gorilnik uporabljamo isto prozorno cev. To je to, vodikov gorilnik je pripravljen!

Ostaja le, da ga priključite na vhod sistema "topla tla", zatesnite povezavo in začnete neposredno delovati.

Kot zaključek. alternativa

Alternativa, čeprav zelo kontroverzna, je Brownov plin, kemična spojina, ki je sestavljena iz enega atoma kisika in dveh atomov vodika. Zgorevanje takšnega plina spremlja tvorba toplotne energije (poleg tega štirikrat močnejša kot v zgoraj opisani zasnovi).

Za ogrevanje hiše z rjavim plinom se uporabljajo tudi elektrolizerji, saj tudi ta način pridobivanja toplote temelji na elektrolizi. Ustvarjeni so posebni kotli, v katerih se pod vplivom izmeničnega toka ločijo molekule kemičnih elementov, ki tvorijo želeni Brownov plin.

Video – Obogateni rjavi plin

Povsem mogoče je, da bodo inovativni viri energije, katerih zaloge so skoraj neomejene, kmalu izpodrinili neobnovljive naravne vire in nas osvobodili potrebe po stalnem rudarjenju. Ta potek dogodkov bo pozitivno vplival ne le na okolje, ampak tudi na ekologijo planeta kot celote.

Preberite tudi naš članek - parno ogrevanje naredi sam.

Video - Ogrevanje na vodik

Kemično energijo pretvarjajo neposredno v električno, mimo predhodnih transformacij. Kljub očitnim prednostim zmogljivosti elementi zaradi svoje kompleksnosti niso uspeli narediti velikega odmeva na trgu takoj po izumu. Toda zelene tehnologije se razvijajo. Raziskovalci iz Vaillanta so razvili preprosto napravo, ki je na voljo za domačo uporabo.

"Vedno bi morali govoriti o sistemu gorivnih celic," pravi dr. Matthias Jahn,Vodja Oddelka za module in sistemeFraunhoferjev inštitut za keramične tehnologije in sisteme(Fraunhoferjev inštitut za keramične tehnologije in sisteme, IKTS) v Dresdnu. ena celica proizvaja majhno napetost, nezadostno za napajanje predmetov. Zato je po analogiji z baterijami več gorivnih celic združenih v en sam sistem. Vsaka gorivna celica je velika kot CD. "Kličemo skupine[elementi] nizov,« pojasnjuje dr. Yang.

Gorivne celice pretvarjajo zemeljski plin neposredno v elektriko. So veliko bolj učinkoviti kot instalacije z motorji z notranjim zgorevanjem, ki uporabljajo več stopenj predelave. Najprej se pretvori energija, ki se sprosti kot posledica zgorevanja goriva motorja v mehanskega, skozi ki vrti gred električnega generatorja. Zaradi verige transformacij se večina energije izgubi.

Skupaj z znanim proizvajalcem ogrevalne opreme Vaillant, Inštitut Fraunhofer je razvil kompakten, varen in zanesljiv sistem gorivnih celic, ki iz zemeljskega plina proizvaja elektriko in toploto za zasebna gospodinjstva.Trenutno imajo Gradnja je v testnem praktičnem delovanju v zasebnih gospodinjstvih.

Domača elektrarna na gorivne celice, prilagojena za stensko postavitev, se po velikosti ne razlikuje od klasičnih ogrevalnih kotlov, vendar ne proizvaja samo toplote, temveč tudi električno energijo. Izhodna moč je 1 kW,kar je dovolj za zadovoljitev potreb povprečno sedem in 4 osebe.

V okviru evropskega demonstracijskega projekta ene.field je bilo v številnih državah EU nameščenih okoli 150 tovrstnih energetskih enot. Poleg tega je v začetku leta 2014 Valliant začeli z njihovo maloserijsko proizvodnjo.

T Miniaturne gorivne celice so tehnološko drugačne od tistih, ki se primarno uporabljajo v avtomobilih. O Glavna operativna razlika je v stopnji ogrevanja. Če delovna temperatura avtomobilskih gorivnih celic na membrani za izmenjavo protonov doseže 80 stopinj, potem rabljeno Raziskovalci z inštituta Fraunhofer, tehnologija trdnih gorivnih celic vključuje segrevanje do 850 stopinj. Vendar so trdni elementi cenejši in preprostejši. Kot elektrolit uporabljajo keramiko, ki ne vsebuje plemenitih in redkih kovin.