No Image

Топливные элементы на бензине

СОДЕРЖАНИЕ
2 просмотров
11 марта 2020

Американцы испытали прототип крохотного устройства, которое генерирует электроэнергию напрямую из бензина, минуя риформинг топлива и промежуточные стадии преобразования его химической энергии.

Подобные топливные элементы уже появлялись, но Эрик Ваксман (Eric Wachsman) и его коллеги из центра энергетических исследований университета Мэриленда (UMERC) сумели изменить конструкцию так, чтобы она оказалась больше приспособлена к установке на автомобиль.

Речь идёт о твердооксидных топливных элементах (SOFC). Этот тип электрохимических генераторов способен переваривать широкий спектр углеводородного горючего без необходимости в извлечении водорода.

Однако существующие SOFC довольно громоздки, и потому применяются в основном в стационарном амплуа, например как резервные генераторы в зданиях (вспомним впечатляющий "цветочный ящик"). Кроме того, SOFC работают при очень высоких температурах (порядка 800-900 °C), а это вызывает сложности с теплоизоляцией, особенно важной в случае работы на борту автомобиля.

Ваксман со товарищи путём подбора керамического электролита и оптимизации дизайна ячейки сумели снизить её рабочую температуру до 650 °C.

В частности, авторы исследования сократили толщину керамического слоя с сохранением прочности всей конструкции. Также они поработали над микроскопической структурой электролита и электродов.

Более того, по информации Technology Review, учёные намерены развить этот проект, снизив нагрев элемента до очень низких (для данного класса устройств) 350 °C.

Это уже позволит без проблем устанавливать подобный генератор в автомобиле. Тем более что новая система вышла у изобретателей весьма компактной. Набор топливных ячеек (упакованных в «бутерброд») представляет собой квадратик со стороной всего в 10 сантиметров.

Производительность опытного устройства достаточна для работы в качестве «расширителя дальности пробега» гибридной легковушки (удельная мощность каждой пластинки составила около двух ватт на квадратный сантиметр — выдающийся параметр для SOFC).

Снижение рабочей температуры также означает снижение стоимости материалов и сокращение времени разогрева при запуске. Потому Ваксман считает, что улучшенные SOFC смогут со временем заменить ДВС в гибридах, предлагая больший КПД, чем у традиционного двигателя.

Читайте также:  Бесплатные игры с карточками steam

Такие топливные элементы, потребляющие бензин, могли бы понемногу пополнять запас энергии в аккумуляторах, от которых питается электромотор. Батареи взяли бы на себя начальный разгон автомобиля и вообще все всплески в потреблении энергии, а SOFC работали бы спокойно и равномерно (как им «больше нравится»), увеличивая пробег на одной зарядке аккумуляторов.

Компактный топливный элемент

Ученые из университета Мэриленда ( UMERC ) представили прототип компактного топливного элемента, способного выделять электроэнергию из бензина, минуя процесс риформинга горючего. Заслуга ученых заключается в том, что они оптимизировали технологию под установку на обычный автомобиль.

Зачем из бензина делать электричество? Попробуем разобраться. В данном случае речь идет о SOFC – твердооксидных топливных элементах, которые способны работать сразу на нескольких видах углеродного топлива (природный газ, бензин, биотопливо). Бензин в таком генераторе можно использовать эффективнее. Коэффициент полезного действия установки может достигать 70% (у двигателя внутреннего сгорания максимум 45%), при условии, что в паре с SOFC будет работать газовая турбина, которая извлекает полезную работу из тепла отработанных газов.

Удельная мощность генератора составляет около 2 ватт на квадратный сантиметр. Сам же элемент, состоящий из нескольких топливных ячеек, представляет собой небольшую пластину со стороной всего в 10 сантиметров.

Какие проблемы? Во-первых, очень высокая температура работы (700-1000 °C). Ученым из Мэриленда удалось довести рабочую температуру до 550-600 °C, уменьшив толщину керамического слоя при сохранении прочности конструкции. В будущем планируют снизить нагрев элемента до 350 °C, что весьма неплохо для данного класса генераторов.

Вторая проблема – цена. Да, SOFC не нуждается в таком дорогостоящем катализаторе, как платина, однако его стоимость все еще высока для коммерциализации. В 2006 году американской корпорации General Electric удалось снизить стоимость твердооксидных топливных элементов до 254 долларов за 1 кВт мощности. Оптимальная цена, по мнению специалистов, должна составить 100 долларов за 1 кВт.

Читайте также:  Kyocera fs 1040 горит внимание не печатает

Существуют другие мелкие недочеты, такие как повышенное требование к очистке топлива и медленный запуск. Но стоит задуматься о том, что SOFC в будущем смог бы играть роль увеличителя запаса хода для гибрида или электромобиля, а впоследствии вообще вытеснить ДВС из силовой системы легковой машины. В таких гибридах батареи будут задействованы во время всплеска потребляемой мощности (старт, разгон), а бензиновые топливные элементы смогут эффективно работать при равномерной работе двигателя.

Комментарии:

Скорее всего именно за этим направлением будущее, а не за электрокарами.

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали первый топливный элемент, способный конвертировать углеводородное топливо, такое как авиационный керосин или автомобильный бензин непосредственно в электричество, минуя стадию.

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали первый топливный элемент, способный конвертировать углеводородное топливо, такое как авиационный керосин или автомобильный бензин непосредственно в электричество, минуя стадию предварительных преобразований. Их изобретение открывает путь к созданию эффективных источников электричества для самолётов и автомобилей.

Результаты работы профессоров Су Ха (Su Ha) и М. Гранта Нортона (M. Grant Norton) опубликованы в журналах Energy Technology и Journal of Power Sources. Исследование началось около десяти лет назад с целью создания твёрдо-оксидного топливного элемента для электропитания оборудования коммерческих самолётов.

Топливные элементы предоставляют чистый и эффективный способ преобразования химической энергии топлива в электрическую. Кроме того, что они эффективнее других способов генерации и способствуют сокращению выбросов в атмосферу вредных веществ, топливные элементы не производят шума во время работы, что особенно полезно при обслуживании реактивных лайнеров, когда их двигатели выключены.

Твёрдо-оксидные топливные элементы похожи на аккумуляторные батареи. У элемента есть катод, анод и электролит, но для получения непрерывного электрического тока он нуждается в топливе. Процесс преобразования топлива, основанный на электрохимических реакциях, примерно в 4 раза эффективнее, чем выработка электричества с использованием двигателей внутреннего сгорания.

Читайте также:  Как вставить формулу деления в excel

Твёрдо-оксидный топливный элемент отличается от других разновидностей тем, что он изготовлен из твёрдых материалов, а также тем, что электрический ток создаётся потоком ионов кислорода.

Как правило, элементы используют простое топливо, так называемый синтезированный газ из смеси водорода и окиси углерода. Чтобы избавиться от дополнительного веса устройств предварительного преобразования, исследователи поставили перед собой задачу создать топливный элемент, в который можно было бы подавать непосредственно жидкое топливо.

Кроме разработки нового процесса, учёным пришлось решить проблему нейтрализации серы, которая присутствует во всех видах ископаемого топлива. Она приводит к коксованию и быстрому выходу из строя топливных элементов.

Используя уникальный материал для катализатора и инновационный технологический способ обработки, Ха и Нортон совместно с коллегами из Университета Кёнг Хи в Южной Корее и компанией Boeing создали высокопроизводительный топливный элемент, работающий напрямую с авиационным топливом и его заменителями.

Исследователи предполагают, что их топливный элемент будет использоваться для питания вспомогательного авиационного оборудования. В настоящее время эти устройства, среди которых навигационные приборы, освещение и др. использует энергия турбин. По мнению Ха, две технологии могли бы дополнить друг друга и взаимно компенсировать системные недостатки.

Кроме того, разработчики использовали для питания топливных элементов автомобильный бензин, что даёт надежду на то, что экономичные транспортные средства смогут использовать существующую инфраструктуру заправочных станций вместо того, чтобы ждать, пока появится сеть водородных заправок.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Комментировать
2 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector