Varolu? gibi ?e?itli t?rler i?ten yanmal? motorlarda farkl? tipte yak?t h?cresi vard?r; uygun yak?t h?cresi tipinin se?imi uygulamaya ba?l?d?r.

Yak?t h?creleri y?ksek s?cakl?k ve d???k s?cakl?k olarak ikiye ayr?l?r. D???k s?cakl?k yak?t h?creleri yak?t olarak nispeten saf hidrojen gerektirir. Bu genellikle birincil yak?t? (do?al gaz gibi) saf hidrojene d?n??t?rmek i?in yak?t i?lemenin gerekli oldu?u anlam?na gelir. Bu i?lem ek enerji t?ketir ve ?zel ekipman. Y?ksek S?cakl?k Yak?t H?creleri yak?t?n “i? d?n???m?n?” ger?ekle?tirebildikleri i?in bu ek prosed?re ihtiya? duymazlar. y?ksek s?cakl?klar Bu da hidrojen altyap?s?na para yat?rmaya gerek olmad??? anlam?na geliyor.

Erimi? karbonat yak?t h?creleri (MCFC)

Erimi? karbonat elektrolit yak?t h?creleri y?ksek s?cakl?ktaki yak?t h?creleridir. Y?ksek ?al??ma s?cakl???, do?al gaz?n yak?t i?lemcisi olmadan do?rudan kullan?lmas?na ve end?striyel proseslerden ve di?er kaynaklardan elde edilen d???k kalorifik de?ere sahip yak?t gaz?na olanak sa?lar. Bu s?re? 1960'lar?n ortas?nda geli?tirildi. O zamandan bu yana ?retim teknolojisi, performans ve g?venilirlik geli?tirildi.

RCFC'nin ?al??mas? di?er yak?t h?crelerinden farkl?d?r. Bu h?creler, erimi? karbonat tuzlar?n?n kar???m?ndan yap?lm?? bir elektrolit kullan?r. ?u anda iki t?r kar???m kullan?lmaktad?r: lityum karbonat ve potasyum karbonat veya lityum karbonat ve sodyum karbonat. Karbonat tuzlar?n? eritmek ve elektrolitte y?ksek derecede iyon hareketlili?i elde etmek i?in, erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?creleri y?ksek s?cakl?klarda (650°C) ?al???r. Verimlilik %60-80 aras?nda de?i?mektedir.

Tuzlar 650°C s?cakl??a ?s?t?ld???nda karbonat iyonlar? (CO 3 2-) i?in iletken hale gelir. Bu iyonlar katottan anoda ge?er ve burada hidrojenle birle?erek su, karbondioksit ve serbest elektronlar? olu?tururlar. Bu elektronlar d?? tarafa do?ru y?nlendirilir. elektrik devresi?reten katoda geri d?n?n elektrik ak?m? ve yan ?r?n olarak ?s?.

Anottaki reaksiyon: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Katottaki reaksiyon: CO 2 + 1/2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
Elementin genel reaksiyonu: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) + CO 2 (katot) => H 2 O (g) + CO 2 (anot)

Erimi? karbonat elektrolit yak?t h?crelerinin y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?n?n baz? avantajlar? vard?r. Y?ksek s?cakl?klarda i? reformasyon meydana gelir. do?al gaz yak?t i?lemcisine olan ihtiyac? ortadan kald?r?r. Ayr?ca elektrotlarda paslanmaz ?elik levhalar ve nikel kataliz?r? gibi standart yap? malzemelerinin kullan?labilmesi de avantajlar aras?ndad?r. At?k ?s?, ?e?itli end?striyel ve ticari ama?lar i?in y?ksek bas?n?l? buhar ?retmek i?in kullan?labilir.

Elektrolitteki y?ksek reaksiyon s?cakl?klar?n?n da avantajlar? vard?r. Y?ksek s?cakl?klar?n kullan?lmas?, optimum ?al??ma ko?ullar?na ula?mak i?in ?nemli miktarda zaman gerektirir ve sistem, enerji t?ketimindeki de?i?ikliklere daha yava? yan?t verir. Bu ?zellikler, sabit g?? ko?ullar? alt?nda erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?cresi tesisatlar?n?n kullan?lmas?na izin verir. Y?ksek s?cakl?klar, karbon monoksit, "zehirlenme" vb. nedeniyle yak?t h?cresinin zarar g?rmesini ?nler.

Erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?creleri b?y?k sabit tesislerde kullan?ma uygundur. ??k??l? termik santraller elektrik g?c? 2,8 MW. ??k?? g?c? 100 MW'a kadar olan tesisler geli?tirilmektedir.

Fosforik asit yak?t h?creleri (PAFC)

Fosforik (ortofosforik) asit yak?t h?creleri ticari kullan?ma y?nelik ilk yak?t h?creleriydi. S?re? 1960'lar?n ortas?nda geli?tirildi ve 1970'lerden beri test ediliyor. O zamandan bu yana kararl?l?k ve performans art?r?ld? ve maliyet d???r?ld?.

Fosforik (ortofosforik) asit yak?t h?creleri, %100'e kadar konsantrasyona sahip ortofosforik asit (H3PO4) bazl? bir elektrolit kullan?r. Ortofosforik asidin iyonik iletkenli?i d???kt?r. d???k s?cakl?klar Bu nedenle bu yak?t h?creleri 150–220°C'ye kadar s?cakl?klarda kullan?l?r.

Yak?t h?crelerinde ?arj ta??y?c?s? bu t?rden hidrojendir (H+, proton). Benzer bir s?re?, anoda sa?lanan hidrojenin protonlara ve elektronlara b?l?nd??? proton de?i?im membranl? yak?t h?crelerinde (PEMFC'ler) meydana gelir. Protonlar elektrolit i?erisinden ge?erek katottaki havadaki oksijenle birle?erek su olu?turur. Elektronlar harici bir elektrik devresi arac?l???yla g?nderilir, b?ylece bir elektrik ak?m? ?retilir. A?a??da elektrik ak?m? ve ?s? ?reten reaksiyonlar bulunmaktad?r.

Anottaki reaksiyon: 2H 2 => 4H + + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2H 2 O
Elementin genel reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Fosforik (ortofosforik) asit bazl? yak?t h?crelerinin verimlili?i, ?retim s?ras?nda %40'tan fazlad?r. elektrik enerjisi. Is? ve elektri?in kombine ?retimiyle genel verimlilik yakla??k %85'tir. Ayr?ca, belirli ?al??ma s?cakl?klar?nda at?k ?s?, suyu ?s?tmak ve atmosferik bas?n?l? buhar ?retmek i?in kullan?labilir.

Termal ve elektrik enerjisinin kombine ?retiminde fosforik (ortofosforik) asit bazl? yak?t h?crelerini kullanan termik santrallerin y?ksek performans?, bu tip yak?t h?crelerinin avantajlar?ndan biridir. ?niteler, yakla??k% 1,5 konsantrasyonda karbon monoksit kullan?yor ve bu da yak?t se?imini ?nemli ?l??de geni?letiyor. Ayr?ca CO 2, elektroliti ve yak?t h?cresinin ?al??mas?n? etkilemez; bu tip h?cre, d?n??t?r?lm?? do?al yak?tla ?al???r. Basit tasar?m D???k derecede elektrolit u?uculu?u ve artan stabilite de bu tip yak?t h?cresinin avantajlar?d?r.

Elektrik ??k?? g?c? 400 kW'a kadar olan termik santraller ticari olarak ?retilmektedir. 11 MW'l?k tesisler uygun testlerden ge?mi?tir. ??k?? g?c? 100 MW'a kadar olan tesisler geli?tirilmektedir.

Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri (PEMFC'ler)

Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri, benzinli ve dizel i?ten yanmal? motorlar?n yerini alabilecek, ara? g?c? ?retmek i?in en iyi yak?t h?cresi t?r? olarak kabul edilir. Bu yak?t h?creleri ilk olarak NASA taraf?ndan Gemini program? i?in kullan?ld?. G?n?m?zde 1 W'tan 2 kW'a kadar g?ce sahip MOPFC kurulumlar? geli?tirilmekte ve tan?t?lmaktad?r.

Bu yak?t h?creleri, elektrolit olarak kat? bir polimer membran (ince bir plastik film) kullan?r. Su ile doyuruldu?unda bu polimer protonlar?n ge?mesine izin verir ancak elektronlar? iletmez.

Yak?t hidrojendir ve y?k ta??y?c?s? bir hidrojen iyonudur (proton). Anotta, hidrojen molek?l? bir hidrojen iyonuna (proton) ve elektronlara b?l?n?r. Hidrojen iyonlar? elektrolitten katoda ge?er ve elektronlar d?? ?emberin etraf?nda hareket ederek elektrik enerjisi ?retir. Havadan al?nan oksijen katoda verilir ve elektronlar ve hidrojen iyonlar?yla birle?erek su olu?turur. Elektrotlarda a?a??daki reaksiyonlar meydana gelir:

Anottaki reaksiyon: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Elementin genel reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Di?er yak?t h?cresi t?rleriyle kar??la?t?r?ld???nda proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri, belirli bir yak?t h?cresi hacmi veya a??rl??? i?in daha fazla enerji ?retir. Bu ?zellik kompakt ve hafif olmalar?n? sa?lar. Ayr?ca ?al??ma s?cakl??? 100°C'nin alt?ndad?r, bu da h?zl? bir ?ekilde ?al??maya ba?laman?za olanak tan?r. Bu ?zelliklerin yan? s?ra enerji ??k???n? h?zl? bir ?ekilde de?i?tirebilme yetene?i, bu yak?t h?crelerini end?stride kullan?m i?in ba?l?ca aday haline getiren ?zelliklerden sadece birka??d?r. Ara?lar.

Di?er bir avantaj ise elektrolitin s?v? yerine kat? olmas?d?r. Kat? elektrolit kullan?larak gazlar?n katot ve anotta tutulmas? daha kolayd?r ve bu nedenle bu t?r yak?t h?crelerinin ?retimi daha ucuzdur. Di?er elektrolitlerle kar??la?t?r?ld???nda kat? elektrolit kullan?ld???nda oryantasyon, daha az sorun eleman?n ve bile?enlerinin daha fazla dayan?kl?l???na yol a?an korozyon olu?mas? nedeniyle.

Kat? oksit yak?t h?creleri (SOFC)

Kat? oksit yak?t h?creleri en y?ksek ?al??ma s?cakl???na sahip yak?t h?creleridir. ?al??ma s?cakl??? 600°C ile 1000°C aras?nda de?i?ebilmekte, farkl? yak?t t?rlerinin ?zel gereksinimler gerektirmeden kullan?lmas?na olanak sa?lamaktad?r. ?n ar?tma. Bu t?r y?ksek s?cakl?klarla ba?a ??kmak i?in kullan?lan elektrolit, seramik bazl? ince bir kat? metal oksittir; genellikle oksijen iyonlar?n?n (O2-) iletkeni olan itriyum ve zirkonyum ala??m?d?r. Kat? oksit yak?t h?cresi teknolojisi 1950'lerin sonlar?ndan bu yana geli?mektedir. ve iki konfig?rasyona sahiptir: d?z ve boru ?eklinde.

Kat? elektrolit, gaz?n bir elektrottan di?erine s?zd?rmaz ge?i?ini sa?larken, s?v? elektrolitler g?zenekli bir alt katmanda bulunur. Bu tip yak?t h?crelerindeki y?k ta??y?c? oksijen iyonudur (O2-). Katotta havadaki oksijen molek?lleri bir oksijen iyonuna ve d?rt elektrona ayr?l?r. Oksijen iyonlar? elektrolitten ge?erek hidrojenle birle?erek d?rt serbest elektron olu?turur. Elektronlar harici bir elektrik devresi ?zerinden g?nderilerek elektrik ak?m? ve at?k ?s? ?retilir.

Anottaki reaksiyon: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 4e - => 2O 2 -
Elementin genel reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

?retilen elektrik enerjisinin verimlili?i t?m yak?t h?creleri aras?nda en y?ksek olan?d?r - yakla??k %60. Ayr?ca y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?, kombine ?retim Y?ksek bas?n?l? buhar ?retmek i?in termal ve elektrik enerjisi. Y?ksek s?cakl?ktaki bir yak?t h?cresini bir t?rbinle birle?tirmek, elektrik enerjisi ?retim verimlili?ini %70'e kadar art?racak hibrit bir yak?t h?cresi olu?turmay? m?mk?n k?l?yor.

Kat? oksit yak?t h?creleri ?ok y?ksek s?cakl?klarda (600°C–1000°C) ?al???r, bu da optimum ?al??ma ko?ullar?na ula?mak i?in ?nemli bir s?reye ve enerji t?ketimindeki de?i?ikliklere daha yava? sistem tepkisine neden olur. Bu kadar y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?nda, yak?ttan hidrojeni geri kazanmak i?in herhangi bir d?n??t?r?c?ye ihtiya? duyulmamas?, termik santralin k?m?r?n veya at?k gazlar?n vb. gazla?t?r?lmas?ndan kaynaklanan nispeten saf olmayan yak?tlarla ?al??mas?na olanak tan?r. Yak?t h?cresi ayr?ca end?striyel ve b?y?k merkezi enerji santralleri de dahil olmak ?zere y?ksek g??l? uygulamalar i?in m?kemmeldir. Elektrik ??k?? g?c? 100 kW olan mod?ller ticari olarak ?retilmektedir.

Do?rudan metanol oksidasyonlu yak?t h?creleri (DOMFC)

Do?rudan metanol oksidasyonu ile yak?t h?crelerinin kullan?lmas? teknolojisi aktif bir geli?me d?neminden ge?mektedir. Beslenme alan?nda kendini ba?ar?yla kan?tlad? cep telefonlar?, diz?st? bilgisayarlar ve ta??nabilir elektrik kaynaklar? olu?turmak i?in. Bu unsurlar?n gelecekteki kullan?m?n?n ama?land??? ?ey budur.

Metanol?n do?rudan oksidasyonuna sahip yak?t h?crelerinin tasar?m?, proton de?i?im membran?na (MEPFC) sahip yak?t h?crelerine benzer; Elektrolit olarak bir polimer kullan?l?r ve y?k ta??y?c? olarak bir hidrojen iyonu (proton) kullan?l?r. Bununla birlikte, s?v? metanol (CH3OH), anotta su varl???nda oksitlenerek CO2'yi, hidrojen iyonlar?n? ve elektronlar? serbest b?rak?r ve bunlar harici bir elektrik devresi arac?l???yla g?nderilir ve b?ylece bir elektrik ak?m? ?retilir. Hidrojen iyonlar? elektrolitten ge?er ve havadaki oksijenle ve d?? devredeki elektronlarla reaksiyona girerek anotta su olu?turur.

Anottaki reaksiyon: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e -
Katottaki reaksiyon: 3/2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
Elementin genel reaksiyonu: CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + 2H2O

Bu yak?t h?crelerinin geli?imi 1990'lar?n ba??nda ba?lad?. Geli?tirilmi? kataliz?rlerin ve di?er son yeniliklerin geli?tirilmesiyle g?? yo?unlu?u ve verimlili?i %40'a ??kar?ld?.

Bu elemanlar 50-120°C s?cakl?k aral???nda test edildi. D???k ?al??ma s?cakl?klar? ve d?n??t?r?c?ye gerek olmamas? nedeniyle do?rudan metanol oksidasyonlu yak?t h?creleri, hem cep telefonlar? hem de di?er t?ketici ?r?nleri ve otomobil motorlar?ndaki uygulamalar i?in ba?l?ca adayd?r. Bu tip yak?t h?crelerinin avantaj?, s?v? yak?t kullan?m?na ba?l? olarak boyutlar?n?n k???k olmas? ve d?n??t?r?c? kullan?m?na ihtiya? duyulmamas?d?r.

Alkali yak?t h?creleri (ALFC)

Alkalin yak?t h?creleri (AFC), 1960'lar?n ortalar?ndan bu yana kullan?lan ve ?zerinde en ?ok ?al???lan teknolojilerden biridir. NASA taraf?ndan Apollo ve Uzay Meki?i programlar?nda. Bu uzay gemilerindeki yak?t h?creleri elektrik enerjisi ve i?me suyu ?retiyor. Alkali yak?t h?creleri en ?ok kullan?lanlar aras?ndad?r. etkili unsurlar Elektrik ?retmek i?in kullan?ld???nda elektrik ?retiminin verimlili?i %70'e ula??r.

Alkali yak?t h?creleri, g?zenekli, stabilize bir matris i?inde bulunan sulu bir potasyum hidroksit ??zeltisi olan bir elektrolit kullan?r. Potasyum hidroksit konsantrasyonu, yak?t h?cresinin 65°C ila 220°C aras?ndaki ?al??ma s?cakl???na ba?l? olarak de?i?ebilir. SHTE'deki y?k ta??y?c?, katottan anoda hareket eden ve burada hidrojen ile reaksiyona girerek su ve elektronlar ?reten hidroksil iyonudur (OH -). Anotta ?retilen su katoda geri d?ner ve orada yine hidroksil iyonlar? olu?ur. Yak?t h?cresinde meydana gelen bu dizi reaksiyon sonucunda elektrik ve yan ?r?n olarak ?s? ?retilir:

Anottaki reaksiyon: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Katottaki reaksiyon: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
Sistemin genel reaksiyonu: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SHTE'nin avantaj?, elektrotlarda gerekli olan kataliz?r di?er yak?t h?creleri i?in kataliz?r olarak kullan?lan maddelerden herhangi biri olabilece?inden, bu yak?t h?crelerinin ?retimi en ucuz olan?d?r. Ek olarak, SFC'ler nispeten d???k s?cakl?klarda ?al???r ve en verimli yak?t h?creleri aras?ndad?r; bu t?r ?zellikler sonu? olarak daha h?zl? enerji ?retimine ve y?ksek yak?t verimlili?ine katk?da bulunabilir.

Bir tanesi karakteristik ?zellikler SHTE – yak?tta veya havada bulunabilen CO2'ye kar?? y?ksek hassasiyet. CO 2 elektrolitle reaksiyona girer, onu h?zla zehirler ve yak?t h?cresinin verimlili?ini b?y?k ?l??de azalt?r. Bu nedenle SHTE'nin kullan?m? uzay ve su alt? ara?lar? gibi kapal? alanlarla s?n?rl? olup, saf hidrojen ve oksijenle ?al??mas? gerekmektedir. ?stelik di?er yak?t h?creleri i?in g?venli olan, hatta baz?lar? i?in yak?t g?revi g?ren CO, H 2 O ve CH 4 gibi molek?ller de SHFC'ye zarar veriyor.

Polimer Elektrolit Yak?t H?creleri (PEFC)

Polimer elektrolit yak?t pilleri durumunda, polimer membran, H2O+ (proton, k?rm?z?) iletimli su iyonlar?n?n bir su molek?l?ne ba?land??? su b?lgelerine sahip polimer fiberlerden olu?ur. Su molek?lleri yava? iyon de?i?imi nedeniyle sorun yarat?r. Bu nedenle hem yak?tta hem de ??k?? elektrotlar?nda y?ksek konsantrasyonda su gerekir, bu da ?al??ma s?cakl???n? 100°C ile s?n?rland?r?r.

Kat? asit yak?t h?creleri (SFC)

Kat? asit yak?t h?crelerinde elektrolit (Cs HSO 4) su i?ermez. Bu nedenle ?al??ma s?cakl??? 100-300°C'dir. Oksi anyonlar? SO 4 2-'nin d?nmesi, protonlar?n (k?rm?z?) ?ekilde g?sterildi?i gibi hareket etmesini sa?lar. Tipik olarak, bir kat? asit yak?t h?cresi, ?ok ince bir kat? asit bile?i?i tabakas?n?n, iki s?k? ?ekilde s?k??t?r?lm?? elektrot aras?na s?k??t?r?ld??? bir sandvi?tir. iyi temas. Is?t?ld???nda organik bile?en buharla??r, elektrotlardaki g?zeneklerden ??kar ve yak?t (veya eleman?n di?er ucundaki oksijen), elektrolit ve elektrotlar aras?ndaki ?oklu temas yetene?ini korur.

Yak?t h?cresi galvanik h?creye benzer bir elektrokimyasal cihazd?r, ancak galvanik h?crede veya pilde depolanan s?n?rl? miktardaki enerjinin aksine, elektrokimyasal reaksiyona y?nelik maddelerin kendisine d??ar?dan beslenmesi bak?m?ndan farkl?l?k g?sterir.

Pirin?. 1. Baz? yak?t h?creleri

Yak?t h?creleri, b?y?k kay?plarla meydana gelen etkisiz yanma s?re?lerini atlayarak yak?t?n kimyasal enerjisini elektri?e d?n??t?r?r. Hidrojen ve oksijeni kimyasal reaksiyonla elektri?e d?n??t?r?rler. Bu i?lem sonucunda su olu?ur ve b?y?k miktarda ?s? a???a ??kar. Yak?t h?cresi, ?arj edilebilen ve daha sonra depolanan elektrik enerjisini kullanabilen bir bataryaya ?ok benzer. Yak?t h?cresinin mucidinin, onu 1839'da icat eden William R. Grove oldu?u d???n?l?yor. Bu yak?t h?cresinde, elektrolit olarak s?lf?rik asit ??zeltisi ve yak?t olarak da hidrojen kullan?ld?; bu, oksitleyici bir madde i?inde oksijenle birle?tirildi. Yak?n zamana kadar yak?t h?creleri yaln?zca laboratuvarlarda ve uzay gemilerinde kullan?l?yordu.

Pirin?. 2.

??ten yanmal? motorlar veya gaz, k?m?r, akaryak?t vb. ile ?al??an t?rbinler gibi di?er g?? jenerat?rlerinin aksine, yak?t h?creleri yak?t yakmaz. Bu, g?r?lt?l? y?ksek bas?n?l? rotorlar?n, y?ksek egzoz g?r?lt?s?n?n ve titre?imlerin olmad??? anlam?na gelir. Yak?t h?creleri sessiz bir elektrokimyasal reaksiyon yoluyla elektrik ?retir. Yak?t h?crelerinin bir di?er ?zelli?i de yak?t?n kimyasal enerjisini do?rudan elektrik, ?s? ve suya d?n??t?rmeleridir.

Yak?t h?creleri olduk?a verimlidir ve yak?t ?retmezler. b?y?k miktar karbondioksit, metan ve azot oksit gibi sera gazlar?. Yak?t h?crelerinden ??kan tek emisyon, buhar formundaki su ve az miktarda karbondioksittir; yak?t olarak saf hidrojen kullan?ld???nda bu emisyonlar hi? a???a ??kmaz. Yak?t h?creleri ?nce gruplara, sonra da bireysel fonksiyonel mod?llere monte edilir.

Yak?t h?crelerinin hareketli par?alar? yoktur (en az?ndan h?crenin kendi i?inde) ve bu nedenle Carnot kanununa uymazlar. Yani %50'den fazla verimlili?e sahip olacaklar ve ?zellikle d???k y?klerde etkili olacaklar. B?ylece yak?t h?creli ara?lar, ger?ek d?nyadaki s?r?? ko?ullar?nda geleneksel ara?lara g?re yak?t a??s?ndan daha verimli hale gelebilir (ve zaten kan?tlanm??t?r).

Yak?t h?cresi, bir elektrik motorunu, ayd?nlatma sistemi cihazlar?n? ve di?erlerini ?al??t?rmak i?in kullan?labilen do?ru voltajl? elektrik ak?m?n?n ?retilmesini sa?lar. elektrik sistemleri arabada.

Kullan?lan kimyasal i?lemlerde farkl?l?k g?steren ?e?itli yak?t h?cresi t?rleri vard?r. Yak?t h?creleri genellikle kulland?klar? elektrolit t?r?ne g?re s?n?fland?r?l?r.

Baz? yak?t h?cresi t?rleri enerji santrallerinin tahriki i?in umut vericiyken, di?erleri ta??nabilir cihazlar veya araba s?rmek i?in umut vericidir.

1. Alkali yak?t h?creleri (ALFC)

Alkali yak?t h?cresi- Bu geli?tirilen ilk unsurlardan biridir. Alkalin yak?t h?creleri (AFC), yirminci y?zy?l?n 60'l? y?llar?n ortalar?ndan beri NASA taraf?ndan Apollo ve Uzay Meki?i programlar?nda kullan?lan, en ?ok ?al???lan teknolojilerden biridir. Bu uzay gemilerindeki yak?t h?creleri elektrik enerjisi ve i?me suyu ?retiyor.

Pirin?. 3.

Alkali yak?t h?creleri, %70'lere varan enerji ?retim verimlili?iyle elektrik ?retiminde kullan?lan en verimli h?crelerden biridir.

Alkali yak?t h?creleri, g?zenekli, stabilize bir matris i?inde bulunan sulu bir potasyum hidroksit ??zeltisi olan bir elektrolit kullan?r. Potasyum hidroksit konsantrasyonu, yak?t h?cresinin 65°C ila 220°C aras?ndaki ?al??ma s?cakl???na ba?l? olarak de?i?ebilir. SHTE'deki y?k ta??y?c?, katottan anoda hareket eden ve burada hidrojen ile reaksiyona girerek su ve elektronlar ?reten hidroksil iyonudur (OH-). Anotta ?retilen su katoda geri d?ner ve orada yine hidroksil iyonlar? olu?ur. Yak?t h?cresinde meydana gelen bu dizi reaksiyon sonucunda elektrik ve yan ?r?n olarak ?s? ?retilir:

Anottaki reaksiyon: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

Katottaki reaksiyon: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

Sistemin genel reaksiyonu: 2H2 + O2 => 2H2O

SHTE'nin avantaj?, elektrotlarda ihtiya? duyulan kataliz?r di?er yak?t h?creleri i?in kataliz?r olarak kullan?lan maddelerden herhangi biri olabilece?inden, bu yak?t h?crelerinin ?retimi en ucuz olan?d?r. Ayr?ca SHTE'ler nispeten d???k s?cakl?klarda ?al???r ve en verimli olanlar aras?ndad?r.

SHTE'nin karakteristik ?zelliklerinden biri, yak?tta veya havada bulunabilen CO2'ye kar?? y?ksek duyarl?l???d?r. CO2 elektrolitle reaksiyona girer, onu h?zla zehirler ve yak?t h?cresinin verimlili?ini b?y?k ?l??de azalt?r. Bu nedenle SHTE'nin kullan?m? uzay ve su alt? ara?lar? gibi kapal? alanlarla s?n?rl?d?r; saf hidrojen ve oksijenle ?al???rlar.

2. Erimi? karbonat yak?t h?creleri (MCFC)

Erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?creleri y?ksek s?cakl?ktaki yak?t h?creleridir. Y?ksek ?al??ma s?cakl???, do?al gaz?n yak?t i?lemcisi olmadan do?rudan kullan?lmas?na ve end?striyel proseslerden ve di?er kaynaklardan elde edilen d???k kalorifik de?ere sahip yak?t gaz?na olanak sa?lar. Bu s?re? yirminci y?zy?l?n 60'l? y?llar?n ortalar?nda geli?tirildi. O zamandan bu yana ?retim teknolojisi, performans ve g?venilirlik geli?tirildi.

Pirin?. 4.

RCFC'nin ?al??mas? di?er yak?t h?crelerinden farkl?d?r. Bu h?creler, erimi? karbonat tuzlar?n?n kar???m?ndan yap?lm?? bir elektrolit kullan?r. ?u anda iki t?r kar???m kullan?lmaktad?r: lityum karbonat ve potasyum karbonat veya lityum karbonat ve sodyum karbonat. Karbonat tuzlar?n? eritmek ve elektrolitte y?ksek derecede iyon hareketlili?i elde etmek i?in, erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?creleri y?ksek s?cakl?klarda (650°C) ?al???r. Verimlilik %60-80 aras?nda de?i?mektedir.

Tuzlar 650°C s?cakl??a ?s?t?ld???nda karbonat iyonlar? (CO32-) i?in iletken hale gelir. Bu iyonlar katottan anoda ge?er ve burada hidrojenle birle?erek su, karbondioksit ve serbest elektronlar? olu?tururlar. Bu elektronlar harici bir elektrik devresi ?zerinden katoda geri g?nderilir ve yan ?r?n olarak elektrik ak?m? ve ?s? ?retilir.

Anottaki reaksiyon: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

Katottaki reaksiyon: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

Elementin genel reaksiyonu: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(katot) => H2O(g) + CO2(anot)

Erimi? karbonat elektrolit yak?t h?crelerinin y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?n?n baz? avantajlar? vard?r. Avantaj?, standart malzemeleri (levha) kullanma yetene?idir. paslanmaz ?elik ve elektrotlardaki nikel kataliz?r?). At?k ?s?, y?ksek bas?n?l? buhar ?retmek i?in kullan?labilir. Elektrolitteki y?ksek reaksiyon s?cakl?klar?n?n da avantajlar? vard?r. Y?ksek s?cakl?klar?n kullan?lmas?, optimum ?al??ma ko?ullar?na ula?mak i?in uzun bir s?re gerektirir ve sistem, enerji t?ketimindeki de?i?ikliklere daha yava? yan?t verir. Bu ?zellikler, sabit g?? ko?ullar? alt?nda erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?cresi tesisatlar?n?n kullan?lmas?na izin verir. Y?ksek s?cakl?klar, karbon monoksit, "zehirlenme" vb. nedeniyle yak?t h?cresinin zarar g?rmesini ?nler.

Erimi? karbonat elektrolitli yak?t h?creleri b?y?k sabit tesislerde kullan?ma uygundur. Elektrik ??k?? g?c? 2,8 MW olan termik santraller ticari olarak ?retilmektedir. ??k?? g?c? 100 MW'a kadar olan tesisler geli?tirilmektedir.

3. Fosforik asit yak?t h?creleri (PAFC)

Fosforik (ortofosforik) asit bazl? yak?t h?creleri ticari kullan?ma y?nelik ilk yak?t h?creleri oldu. Bu s?re? yirminci y?zy?l?n 60'l? y?llar?n?n ortas?nda geli?tirildi, yirminci y?zy?l?n 70'li y?llar?ndan beri testler yap?l?yor. Sonu?, stabilite ve performans?n artmas? ve maliyetin azalmas?yd?.

Pirin?. 5.

Fosforik (ortofosforik) asit yak?t h?creleri, %100'e kadar konsantrasyonlarda ortofosforik asit (H3PO4) bazl? bir elektrolit kullan?r. Fosforik asidin iyonik iletkenli?i d???k s?cakl?klarda d???kt?r, dolay?s?yla bu yak?t h?creleri 150-220 °C'ye kadar s?cakl?klarda kullan?l?r.

Bu tip yak?t h?crelerindeki y?k ta??y?c?s? hidrojendir (H+, proton). Benzer bir s?re?, anoda sa?lanan hidrojenin protonlara ve elektronlara b?l?nd??? proton de?i?im membranl? yak?t h?crelerinde (PEMFC'ler) meydana gelir. Protonlar elektrolit i?erisinden ge?erek katottaki havadaki oksijenle birle?erek su olu?turur. Elektronlar harici bir elektrik devresi arac?l???yla g?nderilir, b?ylece bir elektrik ak?m? ?retilir. A?a??da elektrik ak?m? ve ?s? ?reten reaksiyonlar bulunmaktad?r.

Anottaki reaksiyon: 2H2 => 4H+ + 4e

Katottaki reaksiyon: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

Elementin genel reaksiyonu: 2H2 + O2 => 2H2O

Fosforik (ortofosforik) asit bazl? yak?t h?crelerinin elektrik enerjisi ?retiminde verimlili?i %40'?n ?zerindedir. Is? ve elektri?in kombine ?retimiyle genel verimlilik yakla??k %85'tir. Ayr?ca, belirli ?al??ma s?cakl?klar?nda at?k ?s?, suyu ?s?tmak ve atmosferik bas?n?l? buhar ?retmek i?in kullan?labilir.

Termal ve elektrik enerjisinin kombine ?retiminde fosforik (ortofosforik) asit bazl? yak?t h?crelerini kullanan termik santrallerin y?ksek performans?, bu tip yak?t h?crelerinin avantajlar?ndan biridir. ?niteler, yakla??k% 1,5 konsantrasyonda karbon monoksit kullan?yor ve bu da yak?t se?imini ?nemli ?l??de geni?letiyor. Basit tasar?m, d???k derecede elektrolit u?uculu?u ve artan stabilite de bu t?r yak?t h?crelerinin avantajlar?d?r.

Elektrik ??k?? g?c? 400 kW'a kadar olan termik santraller ticari olarak ?retilmektedir. 11 MW kapasiteli tesisler uygun testlerden ge?mi?tir. ??k?? g?c? 100 MW'a kadar olan tesisler geli?tirilmektedir.

4. Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri (PEMFC)

Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri Benzinli ve dizel i?ten yanmal? motorlar?n yerini alabilecek, ara?lara g?? ?retmek i?in en iyi yak?t h?cresi t?r? olarak kabul edilmektedir. Bu yak?t h?creleri ilk olarak NASA taraf?ndan Gemini program? i?in kullan?ld?. 1 W'tan 2 kW'a kadar g?ce sahip MOPFC bazl? kurulumlar geli?tirilmi? ve g?sterilmi?tir.

Pirin?. 6.

Bu yak?t h?crelerindeki elektrolit kat? bir polimer membrand?r (ince bir plastik film). Su ile doyuruldu?unda bu polimer protonlar?n ge?mesine izin verir ancak elektronlar? iletmez.

Yak?t hidrojendir ve y?k ta??y?c?s? bir hidrojen iyonudur (proton). Anotta, hidrojen molek?l? bir hidrojen iyonuna (proton) ve elektronlara b?l?n?r. Hidrojen iyonlar? elektrolitten katoda ge?er ve elektronlar d?? ?emberin etraf?nda hareket ederek elektrik enerjisi ?retir. Havadan al?nan oksijen katoda verilir ve elektronlar ve hidrojen iyonlar?yla birle?erek su olu?turur. Elektrotlarda a?a??daki reaksiyonlar meydana gelir: Anotta reaksiyon: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e Katotta reaksiyon: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH Genel h?cre reaksiyonu: 2H2 + O2 => 2H2O Di?er tiplerle kar??la?t?r?ld???nda Yak?t h?creleri, proton de?i?im membran?na sahip yak?t h?creleri, yak?t h?cresinin belirli bir hacmi veya a??rl??? i?in daha fazla enerji ?retir. Bu ?zellik kompakt ve hafif olmalar?n? sa?lar. Ayr?ca ?al??ma s?cakl??? 100°C'nin alt?ndad?r, bu da ?al??maya h?zl? bir ?ekilde ba?laman?za olanak tan?r. Bu ?zelliklerin yan? s?ra enerji ??k???n? h?zl? bir ?ekilde de?i?tirebilme yetene?i, bu yak?t h?crelerini ara?larda kullan?m i?in ba?l?ca aday haline getiren sadece birka??d?r.

Di?er bir avantaj ise elektrolitin s?v? yerine kat? olmas?d?r. Kat? bir elektrolit kullanarak gazlar? katot ve anotta tutmak daha kolayd?r, dolay?s?yla bu t?r yak?t h?crelerinin ?retimi daha ucuzdur. Kat? bir elektrolit kullan?ld???nda y?nlenme sorunlar? olmaz ve korozyon sorunlar? azal?r, bu da h?crenin ve bile?enlerinin ?mr?n? uzat?r.

Pirin?. 7.

5. Kat? oksit yak?t h?creleri (SOFC)

Kat? oksit yak?t h?creleri En y?ksek ?al??ma s?cakl???na sahip yak?t h?creleridir. ?al??ma s?cakl??? 600°C ila 1000°C aras?nda de?i?ebilir ve bu da ?zel ?n i?lem gerektirmeden farkl? yak?t t?rlerinin kullan?lmas?na olanak tan?r. Bu t?r y?ksek s?cakl?klarla ba?a ??kmak i?in kullan?lan elektrolit, seramik bazl? ince bir kat? metal oksittir; genellikle oksijen iyonlar?n? (O2-) ileten itriyum ve zirkonyum ala??m?d?r. Kat? oksit yak?t h?crelerini kullanma teknolojisi yirminci y?zy?l?n 50'li y?llar?n?n sonlar?ndan beri geli?mektedir ve iki konfig?rasyona sahiptir: d?zlemsel ve boru ?eklinde.

Kat? elektrolit, gaz?n bir elektrottan di?erine s?zd?rmaz ge?i?ini sa?larken, s?v? elektrolitler g?zenekli bir alt katmanda bulunur. Bu tip yak?t h?crelerindeki y?k ta??y?c? oksijen iyonudur (O2-). Katotta havadaki oksijen molek?lleri bir oksijen iyonuna ve d?rt elektrona ayr?l?r. Oksijen iyonlar? elektrolitten ge?erek hidrojenle birle?erek d?rt serbest elektron olu?turur. Elektronlar harici bir elektrik devresi ?zerinden g?nderilerek elektrik ak?m? ve at?k ?s? ?retilir.

Pirin?. 8.

Anottaki reaksiyon: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Katottaki reaksiyon: O2 + 4e- => 2O2-

Elementin genel reaksiyonu: 2H2 + O2 => 2H2O

Elektrik enerjisi ?retiminin verimlili?i t?m yak?t h?creleri aras?nda en y?ksek olan?d?r - yakla??k %60. Ek olarak, y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?, y?ksek bas?n?l? buhar ?retmek i?in termal ve elektrik enerjisinin birlikte ?retilmesine olanak tan?r. Y?ksek s?cakl?ktaki bir yak?t h?cresini bir t?rbinle birle?tirmek, elektrik enerjisi ?retim verimlili?ini %70'e kadar art?racak hibrit bir yak?t h?cresi olu?turmay? m?mk?n k?l?yor.

Kat? oksit yak?t h?creleri ?ok y?ksek s?cakl?klarda (600°C-1000°C) ?al???r, bu da optimum ?al??ma ko?ullar?na ula?mak i?in ?nemli miktarda zaman harcanmas?na ve sistemin enerji t?ketimindeki de?i?ikliklere yan?t vermede daha yava? olmas?na neden olur. Bu kadar y?ksek ?al??ma s?cakl?klar?nda, yak?ttan hidrojeni geri kazanmak i?in herhangi bir d?n??t?r?c?ye ihtiya? duyulmamas?, termik santralin k?m?r?n veya at?k gazlar?n vb. gazla?t?r?lmas?ndan kaynaklanan nispeten saf olmayan yak?tlarla ?al??mas?na olanak tan?r. Yak?t h?cresi ayr?ca end?striyel ve b?y?k merkezi enerji santralleri de dahil olmak ?zere y?ksek g??l? uygulamalar i?in m?kemmeldir. Elektrik ??k?? g?c? 100 kW olan mod?ller ticari olarak ?retilmektedir.

6. Do?rudan metanol oksidasyonlu yak?t h?creleri (DOMFC)

Do?rudan metanol oksidasyonu yak?t h?creleri Cep telefonlar?na, diz?st? bilgisayarlara g?? sa?laman?n yan? s?ra, bu t?r unsurlar?n gelecekte kullan?m?n?n ama?land??? ta??nabilir g?? kaynaklar? olu?turma alan?nda ba?ar?yla kullan?lmaktad?rlar.

Metanol?n do?rudan oksidasyonuna sahip yak?t h?crelerinin tasar?m?, proton de?i?im membran?na (MEPFC) sahip yak?t h?crelerinin tasar?m?na benzer; Elektrolit olarak bir polimer kullan?l?r ve y?k ta??y?c? olarak bir hidrojen iyonu (proton) kullan?l?r. Ancak s?v? metanol (CH3OH), anotta su varl???nda oksitlenerek CO2'yi, hidrojen iyonlar?n? ve elektronlar? serbest b?rak?r ve bunlar harici bir elektrik devresi arac?l???yla g?nderilir, b?ylece bir elektrik ak?m? ?retilir. Hidrojen iyonlar? elektrolitten ge?er ve havadaki oksijenle ve d?? devredeki elektronlarla reaksiyona girerek anotta su olu?turur.

Anotta reaksiyon: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e Katotta reaksiyon: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O Elementin genel reaksiyonu: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O B?yle bir bile?i?in geli?imi Yak?t pilleri yirminci y?zy?l?n 90'l? y?llar?n?n ba??ndan beri yap?lmakta olup ?zg?l g?? ve verimleri %40'lara ??kar?lm??t?r.

Bu elemanlar 50-120°C s?cakl?k aral???nda test edildi. D???k ?al??ma s?cakl?klar? ve d?n??t?r?c?ye ihtiya? duyulmamas? nedeniyle bu t?r yak?t h?creleri, araba motorlar?n?n yan? s?ra cep telefonlar?nda ve di?er t?ketici ?r?nlerinde kullan?m i?in ba?l?ca adayd?r. Avantajlar? ayn? zamanda k???k boyutlar?d?r.

7. Polimer elektrolit yak?t h?creleri (PEFC)

Polimer elektrolit yak?t pilleri durumunda, polimer membran, H2O+ (proton, k?rm?z?) iletimli su iyonlar?n?n bir su molek?l?ne ba?land??? su b?lgelerine sahip polimer fiberlerden olu?ur. Su molek?lleri yava? iyon de?i?imi nedeniyle sorun yarat?r. Bu nedenle hem yak?tta hem de ??k?? elektrotlar?nda y?ksek konsantrasyonda su gerekir, bu da ?al??ma s?cakl???n? 100°C ile s?n?rland?r?r.

8. Kat? asit yak?t h?creleri (SFC)

Kat? asit yak?t h?crelerinde elektrolit (CsHSO4) su i?ermez. Bu nedenle ?al??ma s?cakl??? 100-300°C'dir. SO42 oksianyonlar?n?n d?n???, protonlar?n (k?rm?z?) ?ekilde g?sterildi?i gibi hareket etmesini sa?lar. Tipik olarak, bir kat? asit yak?t h?cresi, iyi bir temas sa?lamak i?in birbirine s?k?ca bast?r?lan iki elektrot aras?na ?ok ince bir kat? asit bile?i?i tabakas?n?n s?k??t?r?ld??? bir sandvi?tir. Is?t?ld???nda organik bile?en buharla??r, elektrotlardaki g?zeneklerden ??kar ve yak?t (veya eleman?n di?er ucundaki oksijen), elektrolit ve elektrotlar aras?ndaki ?oklu temas yetene?ini korur.

Pirin?. 9.

9. Yak?t h?crelerinin en ?nemli ?zelliklerinin kar??la?t?r?lmas?

Pirin?. 10.

10. Otomobillerde yak?t h?crelerinin kullan?m?

Pirin?. 11.

Pirin?. 12.

Yak?t h?cresi- nedir? Ne zaman ve nas?l ortaya ??kt?? Neden buna ihtiya? duyuluyor ve neden bug?nlerde bunlardan bu kadar s?k bahsediyorlar? Uygulamalar?, ?zellikleri ve ?zellikleri nelerdir? Durdurulamaz ilerleme t?m bu sorular?n cevaplar?n? gerektirir!

Yak?t h?cresi nedir?

Yak?t h?cresi- kimyasal bir ak?m kayna?? veya elektrokimyasal jenerat?rd?r; kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine d?n??t?ren bir cihazd?r; Modern ya?amda, kimyasal g?? kaynaklar? her yerde kullan?lmaktad?r ve cep telefonlar?, diz?st? bilgisayarlar, PDA'lar i?in pillerin yan? s?ra arabalardaki piller, kesintisiz g?? kaynaklar? vb. Bu alan?n geli?mesindeki bir sonraki a?ama yak?t h?crelerinin yayg?nla?mas? olacakt?r ve bu yads?namaz bir ger?ektir.

Yak?t h?crelerinin tarihi

Yak?t h?crelerinin tarihi, D?nya'da ke?fedilen maddenin ?zelliklerinin uzayda nas?l geni? bir uygulama alan? buldu?unu ve milenyumun ba??nda g?kten D?nya'ya geri d?nd???n? anlatan ba?ka bir hikayedir.

Her ?ey 1839'da ba?lad? Alman kimyager Christian Sch?nbein yak?t h?cresinin ilkelerini Felsefe Dergisi'nde yay?nlad???nda. Ayn? y?l, ?ngiliz ve Oxford mezunu William Robert Grove, daha sonra Grove galvanik h?cresi olarak adland?r?lan ve ayn? zamanda ilk yak?t h?cresi olarak da kabul edilen bir galvanik h?cre tasarlad?. Bulu?a y?ld?n?m?nde - 1889'da "yak?t h?cresi" ad? verildi. Ludwig Mond ve Karl Langer bu terimin yazarlar?d?r.

Bundan biraz ?nce, 1874 y?l?nda Jules Verne, Gizemli Ada adl? roman?nda mevcut enerji durumunu tahmin ederek ??yle yazm??t?: "Su bir g?n yak?t olarak kullan?lacak, onu olu?turan hidrojen ve oksijen kullan?lacak."

Bu arada, yeni g?? kayna?? teknolojisi giderek geli?tirildi ve 20. y?zy?l?n 50'li y?llar?ndan bu yana bu alandaki en son icatlar?n duyurulmad??? bir y?l ge?medi. 1958 y?l?nda yak?t pilleriyle ?al??an ilk trakt?r 1959 y?l?nda Amerika Birle?ik Devletleri'nde ortaya ??kt?. bir kaynak makinesi i?in 5kW'l?k bir g?? kayna?? serbest b?rak?ld? vb. 70'lerde hidrojen teknolojisi uzaya ??kt?: u?aklar ve roket motorlar? hidrojen ?zerinde. 60'l? y?llarda RSC Energia, Sovyet ay program? i?in yak?t h?creleri geli?tirdi. Buran program? da onlars?z yapamad?: alkalin 10 kW yak?t h?creleri geli?tirildi. Ve y?zy?l?n sonuna do?ru, yak?t h?creleri deniz seviyesinden s?f?r irtifay? ge?ti; onlara dayanarak, g?? kayna?? Alman denizalt?s?. D?nya'ya d?nen ilk lokomotif 2009 y?l?nda Amerika Birle?ik Devletleri'nde i?letmeye al?nd?. Do?al olarak yak?t h?crelerinde.

Yak?t h?crelerinin t?m harika tarihinde ilgin? olan ?ey, tekerle?in hala do?ada benzeri olmayan bir insan icad? olarak kalmas?d?r. Ger?ek ?u ki, yak?t h?creleri, tasar?mlar? ve ?al??ma prensipleri a??s?ndan, asl?nda minyat?r bir hidrojen-oksijen yak?t h?cresi olan biyolojik bir h?creye benzer. Sonu? olarak insan, do?an?n milyonlarca y?ld?r kulland??? bir ?eyi bir kez daha icat etti.

Yak?t h?crelerinin ?al??ma prensibi

Yak?t h?crelerinin ?al??ma prensibi ba??ndan beri a??kt?r. okul m?fredat? kimyada ve William Grove'un 1839'daki deneylerinde ortaya konan da tam olarak buydu. Mesele ?u ki, suyun elektrolizi (suyun ayr??mas?) s?reci tersine ?evrilebilir. Sudan elektrik ak?m? ge?ti?inde suyun hidrojen ve oksijene ayr?ld??? do?ru oldu?u gibi bunun tersi de do?rudur: Hidrojen ve oksijen birle?erek su ve elektrik ?retilebilir. Grove'un deneyinde, s?n?rl? miktarda saf hidrojen ve oksijenin bas?n? alt?nda sa?land??? bir odaya iki elektrot yerle?tirildi. Gaz?n k???k hacimleri ve karbon elektrotlar?n kimyasal ?zellikleri nedeniyle, odada ?s?, su sal?n?m? ve en ?nemlisi elektrotlar aras?nda potansiyel bir fark olu?mas?yla yava? bir reaksiyon meydana geldi.

En basit yak?t h?cresi, elektrolit olarak kullan?lan ve her iki taraf?na da toz elektrotlar?n uyguland??? ?zel bir membrandan olu?ur. Hidrojen bir tarafa (anot), oksijen (hava) di?er tarafa (katot) gider. Her elektrotta farkl? kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Anotta hidrojen, proton ve elektron kar???m?na par?alan?r. Baz? yak?t h?crelerinde elektrotlar, genellikle platin veya di?er soy metallerden yap?lm??, ayr??ma reaksiyonunu destekleyen bir kataliz?rle ?evrelenir:

2H 2 -> 4H + + 4e -

burada H2 iki atomlu bir hidrojen molek?l?d?r (hidrojenin gaz olarak mevcut oldu?u form); H+ - iyonize hidrojen (proton); e - - elektron.

Yak?t h?cresinin katot taraf?nda, protonlar (elektrolitten ge?en) ve elektronlar (harici y?kten ge?en) yeniden birle?erek katoda sa?lanan oksijenle reaksiyona girerek su olu?turur:

4H + + 4e - + ? 2 -> 2H 2 ?

Toplam reaksiyon bir yak?t h?cresinde ?u ?ekilde yaz?l?r:

2H 2 + ? 2 -> 2H 2 ?

Bir yak?t h?cresinin ?al??mas?, elektrolitin protonlar?n i?inden (katoda do?ru) ge?mesine izin vermesi, ancak elektronlar?n ge?memesine dayanmaktad?r. Elektronlar harici bir iletken devre boyunca katoda do?ru hareket eder. Elektronlar?n bu hareketi, yak?t h?cresine ba?l? harici bir cihaz? (ampul gibi bir y?k) ?al??t?rmak i?in kullan?labilen bir elektrik ak?m?d?r:

Yak?t h?creleri ?al??malar?nda hidrojen yak?t? ve oksijen. En kolay yol oksijendir; havadan al?n?r. Hidrojen do?rudan belirli bir kaptan veya ayr??t?r?larak temin edilebilir. harici kaynak yak?t (do?al gaz, benzin veya metil alkol - metanol). Harici bir kaynak olmas? durumunda, hidrojeni ??karmak i?in kimyasal olarak d?n??t?r?lmesi gerekir. ?u anda, ta??nabilir cihazlar i?in geli?tirilen yak?t h?cresi teknolojilerinin ?o?unda metanol kullan?l?yor.

Yak?t h?crelerinin ?zellikleri

Yak?t h?creleri, her iki durumda da elektrik enerjisinin kimyasal enerjiden elde edilmesi a??s?ndan mevcut pillere benzer. Ancak temel farkl?l?klar da var:

• yak?t ve oksitleyici madde harici bir kaynaktan sa?land??? s?rece ?al???rlar (yani elektrik enerjisini depolayamazlar),

  elektrolitin kimyasal bile?imi ?al??ma s?ras?nda de?i?mez (yak?t h?cresinin yeniden ?arj edilmesine gerek yoktur),

  elektrikten tamamen ba??ms?zd?rlar (geleneksel piller ise ?ebekeden enerji depolar).

Her yak?t h?cresi, voltaj 1V.

Seri ba?lanarak daha y?ksek voltaj elde edilir. G??te (ak?mda) bir art??, seri ba?l? yak?t h?crelerinin kademeli olarak paralel ba?lanmas?yla ger?ekle?tirilir. Yak?t h?crelerinde

verimlilik konusunda kesin bir s?n?rlama yoktur, ?s? motorlar?nda oldu?u gibi (Carnot ?evriminin verimlili?i, ayn? minimum ve maksimum s?cakl?klara sahip t?m ?s? motorlar? aras?nda m?mk?n olan en y?ksek verimliliktir). Y?ksek verimlilik Yak?t enerjisinin do?rudan elektri?e d?n??t?r?lmesiyle elde edilir. Dizel jenerat?r setleri ?nce yak?t yakt???nda ortaya ??kan buhar veya gaz, bir t?rbini veya i?ten yanmal? motorun ?aft?n? d?nd?r?r, bu da bir elektrik jenerat?r?n? d?nd?r?r. Sonu?, maksimum %42'lik bir verimliliktir, ancak daha s?kl?kla yakla??k %35-38'dir.,

Ayr?ca, ?ok say?da ba?lant?n?n yan? s?ra maksimum termodinamik k?s?tlamalar nedeniyle Termal verimlilik,

makinelerde mevcut verimlili?in daha y?kse?e ??kar?lmas? pek olas? de?ildir. Mevcut yak?t h?creleri i?in Verimlilik %60-80'dir

Verimlilik neredeyse y?k fakt?r?ne ba?l? de?ildir Kapasite birka? kat daha fazlad?r mevcut pillerden daha Tamamlamak

?evreye zararl? emisyon yok

. Sadece saf su buhar? ve termal enerji a???a ??kar (kirletici ?zelli?e sahip dizel jenerat?rlerin aksine).?evre

egzozlar ve bunlar?n ??kar?lmas? gerekir).

Yak?t h?cresi t?rleri

Yak?t h?creleri

s?n?fland?r?lm?? a?a??daki ?zelliklere g?re::

Kullan?lan yak?ta g?re,

?al??ma bas?nc? ve s?cakl???na g?re,

Ba?vurunun niteli?ine g?re.

Genel olarak a?a??dakiler ay?rt edilir:

yak?t h?cresi t?rleri

Kat? oksit yak?t h?creleri (SOFC);

Proton de?i?im membranl? yak?t h?cresine (PEMFC) sahip yak?t h?cresi;

Hidrojen ve oksijeni kullanarak normal s?cakl?k ve bas?n?ta ?al??an yak?t h?cresi t?rlerinden biri iyon de?i?im membran h?cresidir. Ortaya ??kan su, kat? elektroliti ??zmez, a?a?? do?ru akar ve kolayca uzakla?t?r?l?r.

Yak?t h?cresi sorunlar?

Yak?t h?crelerinin temel sorunu, serbest?e sat?n al?nabilecek “paketlenmi?” hidrojene sahip olma ihtiyac?yla ilgilidir. A??k?as?, sorunun zamanla ??z?lmesi gerekiyor, ancak ?imdilik durum hafif bir g?l?msemeye neden oluyor: ?nce ne gelir - tavuk mu yumurta m?? Yak?t h?creleri hen?z hidrojen fabrikalar? kurabilecek kadar geli?mi? de?il ancak bu fabrikalar olmadan ilerlemeleri d???n?lemez. Burada hidrojen kayna?? sorununa dikkat ?ekiyoruz.

?u anda hidrojen do?al gazdan ?retiliyor ancak artan enerji maliyetleri hidrojenin fiyat?n? da art?racak. Ayn? zamanda do?al gazdan elde edilen hidrojende, kataliz?r? zehirleyen CO ve H2S'nin (hidrojen s?lf?r) varl??? ka??n?lmazd?r.

Yayg?n platin kataliz?rleri ?ok pahal? ve yeri doldurulamaz bir metal olan platin kullan?r. Ancak ucuz ve kolay ?retilebilen bir madde olan enzim bazl? kataliz?rlerin kullan?lmas?yla bu sorunun ??z?lmesi planlan?yor. ?retilen ?s? da bir sorundur.?retilen ?s? yararl? bir kanala y?nlendirilirse verimlilik keskin bir ?ekilde artacakt?r. termal enerji absorpsiyonda at?k ?s? olarak kullan?lan ?s? tedarik sistemleri i?in

so?utma makineleri

vesaire.

Metanol Yak?t H?creleri (DMFC): Ger?ek Uygulamalar

Bug?n en b?y?k pratik ilgi, metanol bazl? do?rudan yak?t h?creleridir (Do?rudan Metanol Yak?t H?cresi, DMFC). DMFC yak?t h?cresiyle ?al??an Portege M100 diz?st? bilgisayar ?una benzer:

Ana g?rev, en y?ksek konsantrasyona sahip bir metanol ??zeltisinin kullan?lmas?na y?nelik se?enekleri bulmakt?r. Sorun metanol?n olduk?a g??l? bir zehir olmas? ve onlarca graml?k dozlarda ?ld?r?c? olmas?d?r. Ancak metanol konsantrasyonu do?rudan ?al??ma s?resini etkiler. Daha ?nce% 3-10'luk bir metanol ??zeltisi kullan?lm??sa,% 50'lik bir ??z?m kullanan cep telefonlar? ve PDA'lar zaten ortaya ??kt? ve 2008'de laboratuvar ko?ullar?nda MTI MikroYak?t H?creleri uzmanlar? ve biraz sonra Toshiba yak?t h?creleri elde etti. saf metanolle ?al???yor.

Yak?t h?creleri gelecek!

Son olarak, yak?t h?crelerinin gelece?i, elektronik cihazlara y?nelik end?striyel standartlar? belirleyen uluslararas? kurulu? IEC'nin (Uluslararas? Elektroteknik Komisyonu) minyat?r yak?t h?creleri i?in uluslararas? bir standart geli?tirmek ?zere bir ?al??ma grubunun olu?turuldu?unu duyurmas?yla kan?tlanmaktad?r. .

B?l?m 1

Bu makale, yak?t h?crelerinin ?al??ma prensibini, tasar?m?n?, s?n?fland?r?lmas?n?, avantajlar?n? ve dezavantajlar?n?, uygulama kapsam?n?, verimlili?ini, yarat?l?? tarihini ve modern kullan?m beklentilerini daha ayr?nt?l? olarak ele almaktad?r. Makalenin ikinci b?l?m?nde ABOK dergisinin bir sonraki say?s?nda yay?nlanacak olan dergide, ?e?itli tipteki yak?t h?crelerinin ?s? ve g?? kayna?? (veya sadece g?? kayna??) olarak kullan?ld??? tesislere ?rnekler verilmektedir.

girii?

Yak?t h?creleri enerji ?retmenin ?ok verimli, g?venilir, dayan?kl? ve ?evre dostu bir yoludur.

Ba?lang??ta yaln?zca uzay end?strisinde kullan?lan yak?t h?creleri, art?k giderek daha fazla kullan?l?yor. farkl? alanlar- sabit enerji santralleri olarak, ?zerk kaynaklar binalara ?s? ve g?? kaynaklar?, ara? motorlar?, diz?st? bilgisayarlar ve cep telefonlar? i?in g?? kaynaklar?. Bu cihazlardan baz?lar? laboratuvar prototipleri, baz?lar? ?retim ?ncesi testlerden ge?iyor veya g?steri ama?l? kullan?l?yor, ancak bir?ok model seri ?retiliyor ve ticari projelerde kullan?l?yor.

Yak?t h?cresi (elektrokimyasal jenerat?r), yak?t?n (hidrojen) kimyasal enerjisini, elektrokimyasal reaksiyon s?recinde do?rudan elektrik enerjisine d?n??t?ren bir cihazd?r. geleneksel teknolojiler kat?, s?v? ve maddelerin yanmas?n? i?eren gaz yak?t. Yak?t?n do?rudan elektrokimyasal d?n???m?, ?evre a??s?ndan ?ok etkili ve ?ekicidir, ??nk? ?al??ma s?reci minimum miktarda kirletici madde ?retir ve g??l? bir g?r?lt? veya titre?im yoktur.

Pratik a??dan bak?ld???nda, bir yak?t h?cresi geleneksel bir voltaik pile benzemektedir. Aradaki fark, pilin ba?lang??ta ?arj edilmesi, yani "yak?t" ile doldurulmas?d?r. ?al??ma s?ras?nda “yak?t” t?ketilir ve ak? bo?al?r.

Pilin aksine, yak?t h?cresi elektrik enerjisi ?retmek i?in harici bir kaynaktan sa?lanan yak?t? kullan?r (?ekil 1).

Elektrik enerjisi ?retmek i?in yaln?zca saf hidrojen de?il ayn? zamanda do?al gaz, amonyak, metanol veya benzin gibi hidrojen i?eren di?er hammaddeler de kullan?labilir. Reaksiyon i?in de gerekli olan oksijen kayna?? olarak normal hava kullan?l?r.

Yak?t olarak saf hidrojen kullan?ld???nda, reaksiyon ?r?nleri elektrik enerjisine ek olarak ?s? ve sudur (veya su buhar?d?r), yani hava kirlili?ine neden olan veya sera etkisine neden olan gazlar atmosfere yay?lmaz. Yak?t olarak hidrojen i?eren bir hammadde (do?al gaz gibi) kullan?l?rsa, karbon ve nitrojen oksitler gibi di?er gazlar reaksiyonun yan ?r?n? olacakt?r, ancak miktar, ayn? miktarda do?al gaz?n yak?lmas?ndakinden ?ok daha d???kt?r. gaz.

Yak?t?n hidrojen ?retmek ?zere kimyasal olarak d?n??t?r?lmesi i?lemine reforming ad? verilir ve ilgili cihaza reformer denir.

Yak?t h?crelerinin avantajlar? ve dezavantajlar? Yak?t h?creleri, i?ten yanmal? motorlara g?re enerji a??s?ndan daha verimlidir ??nk? yak?t h?creleri i?in termodinamik enerji verimlili?i s?n?rlamas? yoktur. Katsay? yararl? eylem

?rne?in i?ten yanmal? motorlardan farkl? olarak yak?t h?crelerinin verimlili?i, tam g??te ?al??mad?klar?nda bile ?ok y?ksek kal?r.

Buna ek olarak, yak?t h?crelerinin g?c?, yaln?zca bireysel ?niteler eklenerek art?r?labilir, ancak verimlilik de?i?mez; yani b?y?k tesisler, k???k tesisler kadar verimlidir. Bu ko?ullar, m??terinin istekleri do?rultusunda ekipman bile?iminin ?ok esnek bir ?ekilde se?ilmesini m?mk?n k?lar ve sonu?ta ekipman maliyetlerinde azalmaya yol a?ar. Yak?t h?crelerinin ?nemli bir avantaj? ?evre dostu olmalar?d?r. Yak?t h?cresi emisyonlar? o kadar d???kt?r ki Amerika Birle?ik Devletleri'nin baz? b?lgelerinde ?al??t?r?lmalar? gerekmemektedir.?zel izin

hava kalitesini izleyen devlet kurumlar?ndan. Yak?t h?creleri do?rudan bir binaya yerle?tirilebilir, bu sayede enerji ta??nmas? s?ras?ndaki kay?plar azalt?l?r ve reaksiyon sonucunda ortaya ??kan ?s?, binaya ?s? veya s?cak su sa?lamak i?in kullan?labilir. Otonom ?s? ve elektrik kaynaklar?, uzak b?lgelerde ve elektrik k?tl???n?n oldu?u b?lgelerde ?ok faydal? olabilir. y?ksek maliyet

ancak ayn? zamanda hidrojen i?eren hammaddelerin (petrol, do?al gaz) rezervleri de vard?r.

Yak?t h?crelerinin avantajlar? ayn? zamanda yak?t?n bulunabilirli?i, g?venilirlik (yak?t h?cresinde hareketli par?a yoktur), dayan?kl?l?k ve kullan?m kolayl???d?r.

En etkili yol saf hidrojeni yak?t olarak kullanmakt?r ancak bu, ?retimi ve ta??nmas? i?in ?zel bir altyap?n?n olu?turulmas?n? gerektirecektir.

?u anda t?m ticari tasar?mlarda do?algaz ve benzeri yak?tlar kullan?lmaktad?r. Motorlu ta??tlar, mevcut geli?mi? benzin istasyonlar? a??n?n korunmas?na olanak sa?layacak normal benzin kullanabilir.

Ancak bu t?r yak?tlar?n kullan?m? atmosfere zararl? emisyonlara (?ok d???k de olsa) neden olur ve yak?t h?cresini karma??kla?t?r?r (ve dolay?s?yla maliyetini art?r?r). Gelecekte, elektroliz yoluyla suyun hidrojen ve oksijene ayr??t?r?lmas? ve daha sonra elde edilen yak?t?n bir yak?t h?cresine d?n??t?r?lmesi i?in ?evre dostu yenilenebilir enerji kaynaklar?n?n (?rne?in g?ne? veya r?zgar enerjisi) kullan?lmas? olas?l??? de?erlendirilmektedir. Kapal? ?evrimde ?al??an bu t?r kombine tesisler tamamen ?evre dostu, g?venilir, dayan?kl? ve verimli bir enerji kayna?? olabilir.

Yak?t h?crelerinin bir di?er ?zelli?i de hem elektrik hem de termal enerjiyi ayn? anda kulland?klar?nda en verimli olmalar?d?r. Ancak her tesisin termal enerjiden yararlanma imkan? yoktur. Yak?t h?creleri yaln?zca elektrik enerjisi ?retmek i?in kullan?l?rsa, “geleneksel” tesislerin verimlili?ini a?sa da verimleri d??er.

Yak?t h?crelerinin kullan?m?na y?nelik teknolojilerin aktif geli?imi ?kinci D?nya Sava??'ndan sonra ba?lad? ve havac?l?k end?strisi ile ili?kilendirildi. ?u anda etkili ve g?venilir, ancak ayn? zamanda olduk?a kompakt bir enerji kayna?? aray??? s?r?yordu. 1960'l? y?llarda NASA (Ulusal Havac?l?k ve Uzay ?daresi, NASA) uzmanlar?, Apollo uzay arac? (Ay'a insanl? u?u?lar), Apollo-Soyuz, Gemini ve Skylab programlar? i?in g?? kayna?? olarak yak?t h?crelerini se?tiler. Apollo uzay arac? elektrik, ?s? ve su ?retmek i?in kriyojenik hidrojen ve oksijen kullanan ?? adet 1,5 kW (2,2 kW tepe) tesis kulland?. Her kurulumun k?tlesi 113 kg idi. Bu ?? h?cre paralel olarak ?al???yordu ancak bir birimin ?retti?i enerji, g?venli bir geri d?n?? i?in yeterliydi.

18 u?u? boyunca yak?t h?creleri toplam 10.000 saat boyunca hi?bir ar?za olmadan ?al??t?. ?u anda, uzay arac?ndaki t?m elektrik enerjisini ?retmek i?in ?? adet 12 W'l?k ?nite kullanan Uzay Meki?i'nde yak?t h?creleri kullan?l?yor (?ekil 2). Elektrokimyasal reaksiyon sonucunda elde edilen su, i?me suyu olarak kullan?ld??? gibi so?utma ekipmanlar?nda da kullan?lmaktad?r.

?lkemizde de uzay bilimlerinde kullan?lmak ?zere yak?t h?crelerinin olu?turulmas? konusunda ?al??malar y?r?t?ld?. ?rne?in, Sovyet Buran yeniden kullan?labilir uzay arac?na g?? sa?lamak i?in yak?t h?creleri kullan?ld?.

Yak?t h?crelerinin ticari kullan?m?na y?nelik y?ntemlerin geli?tirilmesi 1960'lar?n ortalar?nda ba?lad?. Bu geli?meler k?smen h?k?met kurulu?lar? taraf?ndan finanse edildi.

?u anda, yak?t h?crelerinin kullan?m?na y?nelik teknolojilerin geli?tirilmesi ?e?itli y?nlerde ilerlemektedir. Bu, yak?t h?creleri ?zerinde sabit enerji santrallerinin (hem merkezi hem de merkezi olmayan enerji tedariki i?in), ara?lar i?in enerji santrallerinin (?lkemiz de dahil olmak ?zere yak?t h?crelerinde araba ve otob?s ?rnekleri olu?turulmu?tur) olu?turulmas?d?r (?ekil 3) ve ayr?ca ?e?itli mobil cihazlar i?in g?? kaynaklar? (diz?st? bilgisayarlar, cep telefonlar? vb.) (?ekil 4).

Binalara otonom ?s? ve g?? sa?lamak i?in tasarlanan ilk ticari yak?t h?cresi modellerinden biri, ONSI Corporation (?u anda United Technologies, Inc.) taraf?ndan ?retilen PC25 Model A idi.

?rne?in DaimlerCrysler, FIAT, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Nissan, Toyota, Volkswagen, VAZ), otob?sler (?rne?in, MAN ", "Neoplan", "Renault") ve di?er ara?lar, sava? gemileri ve denizalt?lar olu?turuldu Mikro cihazlar tersine ?evrilebilir: elektrotlara potansiyel fark? uygulanarak su, g?zenekli elektrotlarda toplanan hidrojen ve oksijene ayr??t?r?labilir. Bir y?k ba?land???nda b?yle bir rejeneratif yak?t h?cresi elektrik enerjisi ?retmeye ba?layacakt?r.

Yak?t h?crelerinin kullan?m? i?in umut verici bir y?n, bunlar?n fotovoltaik paneller veya r?zgar enerjisi santralleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklar?yla birlikte kullan?lmas?d?r. Bu teknoloji hava kirlili?ini tamamen ?nlememizi sa?l?yor. Benzer bir sistemin ?rne?in Oberlin'deki Adam Joseph Lewis E?itim Merkezi'nde olu?turulmas? planlan?yor (bkz. ABOK, 2002, No. 5, s. 10). ?u anda bu binadaki enerji kaynaklar?ndan biri g?ne? panelleri. NASA uzmanlar?yla birlikte fotovoltaik panellerin kullan?larak sudan elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijen ?retilmesine y?nelik bir proje geli?tirildi. Hidrojen daha sonra yak?t h?crelerinde elektrik ve s?cak su ?retmek i?in kullan?l?yor. Bu, binan?n bulutlu g?nlerde ve geceleri t?m sistemlerin i?levselli?ini s?rd?rmesine olanak tan?yacakt?r.

Yak?t h?crelerinin ?al??ma prensibi

Proton de?i?im membran?na (Proton De?i?im Membran?, PEM) sahip basit bir h?cre ?rne?ini kullanarak bir yak?t h?cresinin ?al??ma prensibini ele alal?m. B?yle bir h?cre, anot (pozitif elektrot) ve katot (negatif elektrot) aras?na yerle?tirilmi? bir polimer membran ile anot ve katot kataliz?rlerinden olu?ur.

Polimer membran elektrolit olarak kullan?l?r. PEM eleman?n?n diyagram? ?ekil 2'de g?sterilmektedir. 5. Proton de?i?im membran? (PEM) ince (yakla??k 2-7 yaprak ka??t kal?nl???nda) bir kat?d?r. organik bile?ik

. Bu zar bir elektrolit g?revi g?r?r: suyun varl???nda bir maddeyi pozitif ve negatif y?kl? iyonlara ay?r?r.

Anotta bir oksidasyon i?lemi meydana gelir ve katotta bir indirgeme i?lemi meydana gelir.

Hidrojen molek?lleri plakadaki kanallardan anoda ge?er ve burada molek?ller ayr? ayr? atomlara ayr?l?r (?ekil 6).

Daha sonra, bir kataliz?r varl???nda kemisorpsiyonun bir sonucu olarak, her biri bir elektron e- veren hidrojen atomlar?, pozitif y?kl? hidrojen iyonlar? H +'ya, yani protonlara d?n??t?r?l?r (?ekil 7).

Pozitif y?kl? hidrojen iyonlar? (protonlar) membrandan katoda yay?l?r ve elektronlar?n ak???, y?k?n (elektrik enerjisi t?keticisi) ba?l? oldu?u harici bir elektrik devresi arac?l???yla katoda y?nlendirilir (?ekil 8).

Katoda sa?lanan oksijen, bir kataliz?r varl???nda, proton de?i?im zar?ndan gelen hidrojen iyonlar? (protonlar) ve harici elektrik devresinden gelen elektronlarla kimyasal reaksiyona girer (?ekil 9). Kimyasal reaksiyon sonucunda su olu?ur.

Di?er yak?t h?cresi t?rlerindeki kimyasal reaksiyon (?rne?in, ortofosforik asit H3P04 ??zeltisi kullanan bir asit elektrolitiyle), proton de?i?im membranl? bir yak?t h?cresindeki kimyasal reaksiyonla kesinlikle ayn?d?r.

Herhangi bir yak?t h?cresinde kimyasal reaksiyondan elde edilen enerjinin bir k?sm? ?s? olarak a???a ??kar.

Harici bir devredeki elektronlar?n ak???, i? yapmak i?in kullan?lan do?ru bir ak?md?r. D?? devrenin a??lmas? veya hidrojen iyonlar?n?n hareketinin durdurulmas? kimyasal reaksiyonu durdurur.

Bir yak?t h?cresinin ?retti?i elektrik enerjisi miktar?, yak?t h?cresinin tipine, geometrik boyutlar?na, s?cakl???na, gaz bas?nc?na ba?l?d?r. Ayr? bir yak?t h?cresi, 1,16 V'tan daha d???k bir EMF sa?lar. Yak?t h?crelerinin boyutu artt?r?labilir, ancak pratikte ak?lere ba?lanan birka? eleman kullan?l?r (?ekil 10).

Yak?t h?cresi tasar?m?

?rnek olarak PC25 Model C'yi kullanarak bir yak?t h?cresinin tasar?m?na bakal?m.

Yak?t h?cresi diyagram? ?ekil 2'de g?sterilmektedir. 11.

PC25 Model C yak?t h?cresi ?? ana par?adan olu?ur: yak?t i?lemcisi, ger?ek g?? ?retim b?l?m? ve voltaj d?n??t?r?c?. Yak?t h?cresinin ana k?sm? olan enerji ?retim k?sm? 256 ayr? par?adan olu?an bir bataryad?r. yak?t h?creleri

. Yak?t h?cresi elektrotlar? bir platin kataliz?r? i?erir. Bu h?creler 155 voltta 1.400 amperlik sabit bir elektrik ak?m? ?retir. Pil boyutlar? yakla??k 2,9 m uzunlu?unda ve 0,9 m geni?li?inde ve y?ksekli?indedir.

Elektrokimyasal i?lem 177 °C s?cakl?kta ger?ekle?ti?inden, ?al??t?rma s?ras?nda ak?y? ?s?tmak ve ?al??ma s?ras?nda ?s?y? uzakla?t?rmak gerekir.

Bunu ba?armak i?in yak?t h?cresinde ayr? bir su devresi bulunur ve ak? ?zel so?utma plakalar?yla donat?lm??t?r.

Yak?t i?lemcisi, do?al gaz? elektrokimyasal reaksiyon i?in gerekli olan hidrojene d?n??t?r?r. Bu s?rece reform denir. Yak?t i?lemcisinin ana eleman? reformerdir. Reformerde do?al gaz (veya hidrojen i?eren ba?ka bir yak?t), nikel kataliz?r?n?n varl???nda y?ksek s?cakl?kta (900 °C) ve y?ksek bas?n?ta su buhar? ile reaksiyona girer. Bu durumda a?a??daki kimyasal reaksiyonlar meydana gelir:

CH4 (metan) + H203H2 + CO

(reaksiyon ?s? emilimi ile endotermiktir);

CO + H20H2 + CO2

(reaksiyon ekzotermiktir, ?s? a???a ??kar).

Genel reaksiyon a?a??daki denklemle ifade edilir:

CH4 (metan) + 2H204H2 + C02

(reaksiyon ?s? emilimi ile endotermiktir).

Do?al gaz? d?n??t?rmek i?in gereken y?ksek s?cakl??? sa?lamak amac?yla, yak?t h?cresi y???n?ndan al?nan kullan?lm?? yak?t?n bir k?sm?, gerekli reformer s?cakl???n? koruyan bir br?l?re y?nlendirilir. Reformasyon i?in gerekli buhar, yak?t h?cresinin ?al??mas? s?ras?nda olu?an yo?u?madan ?retilir. Bu, yak?t h?crelerinin bataryas?ndan al?nan ?s?y? kullan?r (?ekil 12). End?stri standartlar?n? kar??layan bir voltaj d?n??t?r?c? kullan?l?r. Ayr?ca voltaj d?n??t?r?c? ?nitesi, ?e?itli ar?za durumlar?nda yak?t h?cresinin kapat?lmas?n? sa?layan ?e?itli kontrol cihazlar? ve emniyet kilitleme devreleri i?erir.

B?yle bir yak?t h?cresinde yak?t enerjisinin yakla??k %40'? elektrik enerjisine d?n??t?r?lebilmektedir. Yakla??k olarak ayn? miktar, yani yak?t enerjisinin yakla??k %40'? termal enerjiye d?n??t?r?lebilir ve bu daha sonra ?s?tma, s?cak su temini ve benzeri ama?lar i?in ?s? kayna?? olarak kullan?l?r. B?ylece b?yle bir kurulumun toplam verimlili?i %80'e ula?abilir.

B?yle bir ?s? ve elektrik kayna??n?n ?nemli bir avantaj?, otomatik ?al??ma olas?l???d?r. Bak?m i?in, yak?t h?cresinin kuruldu?u tesisin sahiplerinin ?zel e?itimli personel bulundurmalar?na gerek yoktur - periyodik bak?m, i?letme organizasyonunun ?al??anlar? taraf?ndan yap?labilir.

Yak?t h?cresi t?rleri

?u anda, kullan?lan elektrolitin bile?imi bak?m?ndan farkl?l?k g?steren ?e?itli yak?t h?cresi t?rleri bilinmektedir. A?a??daki d?rt t?r en yayg?n olanlard?r (Tablo 2):

1. Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri (Proton De?i?im Membranl? Yak?t H?creleri, PEMFC).

2. Ortofosforik asit bazl? yak?t h?creleri (Fosforik Asit Yak?t H?creleri, PAFC).

3. Erimi? karbonat bazl? yak?t h?creleri (Erimi? Karbonat Yak?t H?creleri, MCFC).

4. Kat? Oksit Yak?t Pilleri (SOFC).

?u anda en b?y?k yak?t h?cresi filosu PAFC teknolojisine dayanmaktad?r. Bir tanesi temel ?zellikler

Yak?t h?crelerinin farkl? t?rleri ?al??ma s?cakl???d?r. Bir?ok a??dan yak?t h?crelerinin uygulama alan?n? belirleyen s?cakl?kt?r. ?rne?in, y?ksek s?cakl?klar diz?st? bilgisayarlar i?in kritik ?neme sahiptir, dolay?s?yla bu pazar segmenti i?in d???k ?al??ma s?cakl?klar?na sahip proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri geli?tirilmektedir.

Binalar?n otonom g?? temini i?in y?ksek kurulu g?ce sahip yak?t h?crelerine ihtiya? vard?r ve ayn? zamanda termal enerji kullanma olas?l??? da vard?r, dolay?s?yla bu ama?lar i?in di?er yak?t h?cresi t?rleri de kullan?labilir.

Bu yak?t h?creleri nispeten d???k ?al??ma s?cakl?klar?nda (60-160 °C) ?al???r. Y?ksek g?? yo?unlu?una sahiptirler, ??k?? g?c?n? h?zl? bir ?ekilde ayarlaman?za olanak tan?r ve h?zl? bir ?ekilde a??labilirler. Bu tip elemanlar?n dezavantaj?, kirlenmi? yak?t membrana zarar verebilece?inden, yak?t kalitesine y?nelik y?ksek gereksinimlerdir. Bu tip yak?t h?crelerinin nominal g?c? 1-100 kW aras?ndad?r.

Proton de?i?im membranl? yak?t h?creleri ilk olarak 1960'larda NASA i?in General Electric taraf?ndan geli?tirildi. Bu tip yak?t h?cresi, Proton De?i?im Membran? (PEM) ad? verilen kat? hal polimer elektrolitini kullan?r. Protonlar proton de?i?im zar?ndan ge?ebilir, ancak elektronlar buradan ge?emez, bu da katot ile anot aras?nda potansiyel bir fark olu?mas?na neden olur. Basitlikleri ve g?venilirlikleri nedeniyle bu t?r yak?t h?creleri insanl? uzay ara?lar?nda g?? kayna?? olarak kullan?lmaktad?r. uzay gemisi?kizler burcu.

Bu tip yak?t h?creleri g?? kayna?? olarak kullan?l?r. geni? aral?k cep telefonlar?ndan otob?slere ve sabit g?? sistemlerine kadar ?retim ?ncesi numuneler ve prototipler de dahil olmak ?zere ?e?itli cihazlar. D???k ?al??ma s?cakl???, bu t?r h?crelerin ?e?itli t?rdeki karma??k elektronik cihazlara g?? sa?lamak i?in kullan?lmas?na olanak tan?r. B?y?k miktarlarda termal enerjinin gerekli oldu?u kamu ve end?striyel binalara ?s? ve elektrik kayna?? olarak kullan?mlar? daha az etkilidir. Ayn? zamanda bu t?r unsurlar, s?cak iklime sahip b?lgelerde in?a edilen k?r evleri gibi k???k konut binalar? i?in ?zerk bir g?? kayna?? kayna?? olarak da ?mit vericidir.

Fosforik Asit Yak?t H?creleri (PAFC)

Bu tip yak?t h?crelerinin testleri 1970'lerin ba??nda yap?ld?. ?al??ma s?cakl??? aral??? - 150-200 °C. Ana uygulama alan?, otonom ?s? kaynaklar? ve orta g??te (yakla??k 200 kW) elektrik tedarikidir.

Bu yak?t h?creleri elektrolit olarak fosforik asit ??zeltisini kullan?r. Elektrotlar, i?inde platin kataliz?r?n da??ld??? karbonla kaplanm?? ka??ttan yap?lm??t?r.

PAFC yak?t h?crelerinin elektriksel verimlili?i %37-42 aras?ndad?r. Ancak bu yak?t h?creleri olduk?a y?ksek s?cakl?kta ?al??t???ndan, ?al??ma sonucu olu?an buhar?n kullan?lmas? m?mk?nd?r. Bu durumda genel verimlilik %80'e ula?abilir.

Enerji ?retmek i?in hidrojen i?eren hammaddenin bir reformasyon i?lemi yoluyla saf hidrojene d?n??t?r?lmesi gerekir. ?rne?in, yak?t olarak benzin kullan?l?yorsa, k?k?rt platin kataliz?r?ne zarar verebilece?inden k?k?rt i?eren bile?iklerin uzakla?t?r?lmas? gerekir.

PAFC yak?t h?creleri ekonomik olarak kullan?lan ilk ticari yak?t h?creleridir. En yayg?n model, ONSI Corporation (?u anda United Technologies, Inc.) taraf?ndan ?retilen 200 kW PC25 yak?t h?cresiydi (?ekil 13). ?rne?in bu elementler New York Central Park'taki polis karakolunda termal ve elektrik enerjisi kayna?? olarak veya Conde Nast Binas? ve Four Times Meydan?'nda ek enerji kayna?? olarak kullan?l?yor. En ?ok b?y?k kurulum

Bu tip Japonya'da bulunan 11 MW'l?k bir santral olarak test edilmektedir. Fosforik asit yak?t h?creleri ayn? zamanda ara?larda enerji kayna?? olarak da kullan?lmaktad?r. ?rne?in, 1994 y?l?nda H-Power Corp., Georgetown ?niversitesi ve ABD Enerji Bakanl??? bir otob?s donatt?. enerji santrali

g?? 50 kW.

Erimi? Karbonat Yak?t H?creleri (MCFC)

Erimi? karbonat bazl? yak?t h?creleri ?nemli bir ba?latma s?resi gerektirir ve ??k?? g?c?n?n h?zl? bir ?ekilde ayarlanmas?na izin vermez, bu nedenle ana uygulama alanlar? b?y?k sabit termal ve elektrik enerjisi kaynaklar?d?r. Bununla birlikte, y?ksek yak?t d?n???m verimlili?i ile karakterize edilirler - %60 elektrik verimlili?i ve %85'e varan genel verimlilik.

Bu tip yak?t h?cresinde elektrolit, yakla??k 650 °C'ye ?s?t?lan potasyum karbonat ve lityum karbonat tuzlar?ndan olu?ur. Bu ko?ullar alt?nda tuzlar erimi? haldedir ve bir elektrolit olu?turur. Anotta hidrojen, CO 3 iyonlar?yla reaksiyona girerek su, karbondioksit olu?turur ve d?? devreye g?nderilen elektronlar? serbest b?rak?r ve katotta oksijen, karbondioksit ve d?? devreden gelen elektronlarla etkile?ime girerek yine CO 3 iyonlar? olu?turur. .

Bu t?r yak?t h?crelerinin laboratuvar ?rnekleri 1950'lerin sonlar?nda Hollandal? bilim adamlar? G.H.J. Broers ve J.A.A. Ketelaar taraf?ndan olu?turuldu. 17. y?zy?l?n ?nl? ?ngiliz yazar ve bilim adam?n?n soyundan gelen m?hendis Francis T. Bacon, 1960'l? y?llarda bu h?crelerle ?al??t?, bu nedenle MCFC yak?t h?crelerine bazen Bacon h?creleri deniyor. NASA Apollo, Apollo-Soyuz ve Scylab programlar?nda bu yak?t h?creleri enerji kayna?? olarak kullan?lm??t?r (?ekil 14). Ayn? y?llarda, ABD askeri departman?, Texas Instruments taraf?ndan ?retilen ve yak?t olarak askeri s?n?f benzin kullanan birka? MCFC yak?t h?cresi ?rne?ini test etti. 1970'lerin ortalar?nda ABD Enerji Bakanl???, pratik uygulamalara uygun, erimi? karbonata dayal? sabit bir yak?t h?cresi olu?turmak i?in ara?t?rmalara ba?lad?. 1990'larda, Kaliforniya'daki ABD Donanma Hava ?stasyonu Miramar'da oldu?u gibi, nominal g?c? 250 kW'a kadar olan bir dizi ticari kurulum hayata ge?irildi. 1996 y?l?nda FuelCell Enerji A.?.

Santa Clara, Kaliforniya'da 2 MW'l?k ?n ?retim tesisini faaliyete ge?irdi.

Kat? hal oksit yak?t h?crelerinin tasar?m? basittir ve 700-1.000 °C gibi ?ok y?ksek s?cakl?klarda ?al???r. Bu kadar y?ksek s?cakl?klar, nispeten "kirli", rafine edilmemi? yak?t?n kullan?lmas?na izin verir.

Erimi? karbonat bazl? yak?t h?crelerinin ?zellikleriyle ayn? ?zellikler, benzer bir uygulama alan? belirler; b?y?k sabit termal ve elektrik enerjisi kaynaklar?.

Kat? oksit yak?t h?creleri yap?sal olarak PAFC ve MCFC teknolojilerine dayanan yak?t h?crelerinden farkl?d?r. Anot, katot ve elektrolit ?zel s?n?f seramiklerden yap?lm??t?r. En yayg?n olarak kullan?lan elektrolit, zirkonyum oksit ve kalsiyum oksit kar???m?d?r ancak di?er oksitler de kullan?labilir.

Elektrolit, her iki taraf? da g?zenekli elektrot malzemesiyle kaplanm?? bir kristal kafes olu?turur. Yap?sal olarak, bu t?r elemanlar t?pler veya d?z levhalar ?eklinde yap?l?r, bu da elektronik end?strisinde yayg?n olarak kullan?lan teknolojilerin ?retiminde kullan?lmas?n? m?mk?n k?lar. Sonu? olarak, kat? hal oksit yak?t h?creleri ?ok y?ksek s?cakl?klarda ?al??abilmektedir ve bu da onlar? hem elektrik hem de termal enerji ?retiminde avantajl? k?lmaktad?r.

Bu t?r yak?t h?crelerinin ilk prototipleri 1950'lerin sonlar?nda bir dizi Amerikal? ve Hollandal? ?irket taraf?ndan olu?turuldu. Bu ?irketlerin ?o?u, teknolojik zorluklar nedeniyle k?sa s?rede daha fazla ara?t?rma yapmaktan vazge?ti, ancak bunlardan biri olan Westinghouse Electric Corp. (?u anda Siemens Westinghouse Power Corporation) ?al??maya devam etti. ?irket ?u anda, bu y?l piyasaya s?r?lmesi beklenen, boru ?eklinde kat? hal oksit yak?t h?cresinin ticari modeli i?in ?n sipari?leri kabul ediyor (?ekil 15). Bu t?r elemanlar?n pazar segmenti, 250 kW ila 5 MW kapasiteye sahip termal ve elektrik enerjisi ?retimine y?nelik sabit tesislerdir.

SOFC yak?t h?creleri ?ok y?ksek g?venilirlik g?stermi?tir.

?rne?in, Siemens Westinghouse taraf?ndan ?retilen bir yak?t h?cresi prototipi 16.600 saatlik ?al??ma s?resine ula?t? ve ?al??maya devam ediyor, bu da onu d?nyadaki en uzun s?rekli yak?t h?cresi ?mr? haline getiriyor. SOFC tipi yak?t h?crelerinin ?al??ma modu, s y?ksek s?cakl?k ve y?ksek bas?n?, yak?t h?crelerinin emisyonlar?n?n d?nd??? hibrit tesislerin olu?turulmas?na olanak tan?r gaz t?rbinleri

, elektrik enerjisi ?retmek i?in kullan?l?r. Bu t?r ilk hibrit kurulum Irvine, Kaliforniya'da faaliyet g?steriyor. Bu kurulumun nominal g?c? 220 kW olup, bunun 200 kW'? yak?t h?cresinden ve 20 kW'? mikrot?rbin jenerat?r?nden gelmektedir.

Antik Arsenal g?revi Horizon Zero Dawn'daki en ilgin? ve ?d?llendirici yan g?revlerden biridir. Bunu tamamlaman?n ?d?l? olarak Kalkan Dokumac? kost?m?n? alacaks?n?z. Bize g?re oyundaki en iyi z?rh bu. Aloy'u, ?arj bitene kadar gelen t?m hasar? emen bir g?? alan?yla korur. Bu g?revi, ilk yak?t h?cresini veya eski z?rhl? s???na??n kendisini buldu?unuzda alacaks?n?z. Bunu elde etmenin yapmaktan ?ok daha kolay oldu?unu s?ylemeliyim.

Hikaye g?revlerinde kar??la?aca??n?z oyunda toplam 5 adet yak?t h?cresi bulunuyor. Baz?lar?n? g?zden ka??rmak kolayd?r, ancak endi?elenmeyin. Daha sonra istedi?iniz zaman geri gelebilirsiniz. E?er ?l?rsen yak?t h?cresini tekrar almak zorunda kalacaks?n. Envanterinize an?nda kaydedilmiyor, kontrol noktas?na gitmeniz gerekiyor. Bunu akl?n?zda bulundurun. T?m ??eler parlak ye?il bir simgeyle i?aretlenmi?tir, bu nedenle yak?n?n?zdayken bunlar? g?rmeniz pek m?mk?n de?ildir. ?lk iki eleman kap?y? a?mak i?in kullan?l?r. Z?rh cihaz?n?n kilidini a?mak i?in ?? taneye daha ihtiya? var.

?lk yak?t h?cresi

B?y?k Ana konumunda bulunur ve "Da??n Rahmi" g?revi s?ras?nda kullan?labilir. Bu g?rev s?ras?nda bunu ka??rmamak ?ok ?nemlidir, ??nk? b?lgeyi terk ettikten sonra bu konuma eri?imi olan kap? bloke edilecek ve bir dahaki sefere "Nora'n?n Kalbi" g?revini tamamlad?ktan sonra ancak oyunun sonuna do?ru a??lacakt?r. ”.

Nereye bakaca??n?z? biliyorsan?z bu yak?t h?cresini bulmak kolayd?r. Bu nedenle ?ncelikle a?a??daki ekran g?r?nt?s?nde g?sterilen Aloy i?aretine gelin. Hemen ?n?n?zde anahtarl? bir kap? olacak. A??yoruz ve ileri gidiyoruz. Yan kap?y? da a??yoruz ve kendimizi geni? bir odada buluyoruz. Burada sa?a d?n?p a?amad???m?z kilitli bir kap?ya ko?mam?z gerekiyor.

Ancak etraf?n?za bakt???n?zda sol tarafta i?inde mumlar?n oldu?u b?y?k bir ni? g?receksiniz. ??ine t?rman?n ve bir yak?t h?cresine rastlayana kadar ?aft boyunca ilerleyin.

?kinci yak?t h?cresi

Bu element, Aloy'un ?ocukken t?rmand??? harabelerde bulunabilir. Onu ?ocukken alman?z m?mk?n olmayacak, bu y?zden daha sonra geri gelmeniz gerekecek. Ye?il i?arete gelin ve etraf?n?za bak?n. Kal?nt?lar?n giri?i yerdeki bir deliktir. Dikkatlice a?a?? inin.

Kal?nt?lardan ge?mek o kadar kolayd?r ki kaybolman?z pek olas? de?ildir. Temel olarak a?a??daki ekran g?r?nt?s?nde g?sterilen i?arete ula?man?z gerekir. Orada ?n?n?zde giri?i sivri kaya olu?umlar?yla kapat?lm?? bir oda g?receksiniz. Onlar? m?zra??n?zla par?alay?n ve ikinci yak?t h?cresini bulacaks?n?z.

???nc? yak?t h?cresi

Horizon Zero Dawn'daki bir sonraki yak?t h?cresini bulmak i?in hikayeyi ba?tan sona oynaman?z gerekecek. G?revin Usta S?n?r?na ihtiyac?m?z var. Oraya vard???n?zda bu rehbere geri d?nmeyi unutmay?n. Bu g?rev s?ras?nda ?ok y?ksek bir binaya t?rmanman?z gerekecek. Bir noktada oyun size ??yle bir ?ey s?yleyecektir: "Dr. Sobek hakk?nda daha fazla bilgi almak i?in Faro'nun ofisini bulun."

?u anda arkan?za d?n?p arkan?zda t?rmanabilece?iniz bir duvar bulman?z gerekiyor. Yolun sonuna kadar gitti?inizde yak?t h?cresi kulenin tam tepesinde (12. kat) yerde sizi bekliyor olacak.

D?rd?nc? yak?t h?cresi

Bu element, yer alt? mezarlar?ndaki "?l?m Hazinesi" g?revi s?ras?nda bulunabilir.

?ncelikle a?a??daki ekran g?r?nt?s?nde g?sterilen ???nc? seviyedeki i?arete gelin. ?n?n?zde kilitli bir kap? olacak. Kilidini a?mak i?in sola gitmeniz ve a?a?? atlaman?z gerekir. Orada ?? adet ?evirmeli kilit bulmacas? bulacaks?n?z. Her birinin yan?nda sorunun ??z?m?n?n sakland??? bir dolap var. Sadece taray?n. Kap?n?n alt?ndaki seviyede iki bulmaca bulunur ve bir di?eri de ayn? seviyededir. ???n? de ??zd???n?zde ?stteki kap? a??lacak ve yak?t h?crenizi alacaks?n?z.

Be?inci yak?t h?cresi

Horizon Zero Dawn'daki son yak?t h?cresi, GAIA Prime lokasyonunda "D??m?? Da?" g?revi s?ras?nda bulunabilir.

A?a??daki ekran g?r?nt?s?nde i?aretlenen ???nc? seviyedeki konuma ula??n. ?n?n?zde ipten a?a?? inmeniz gereken bir yer olacak. Bunun yerine sola d?n?n ve dikkatlice da??n yamac?ndan a?a?? inin. Orada ma?aran?n giri?ini g?receksiniz. En sonunda son unsur sizi bekliyor olacak.