Ipari technológiák
Dr. Német Béla (2013)
Pécsi Tudományegyetem
Az tüzelőanyagcellák az elemekhez hasonlóan vegyi reakciókkal közvetlenül elektromosságot állítanak elő, és mindaddig üzemelnek, amíg az „üzemanyagot” (hidrogén, metán, metanol) beletöltjük. Hidrogénből a reakció során víz lesz, a szénhidrogén vegyületekből emellett széndioxid is képződik. Az üzemanyagcellának az előnye az akkumulátorokhoz képest, hogy pillanatok alatt utántölthető, és hogy várhatóan lehetséges lesz a jelenlegi akkumulátoroknál sokkal nagyobb kapacitásút előállítani. Ezért gyakorlatilag korlátlan a cella élettartama, ami környezetvédelmi szempontból fontos.
Az üzemanyag cella a következő részekből áll:
Két elektródából (anódból és katódból)
Katalizátorból, mely a két elektróda egymás felé néző oldalán található
Elektrolitból (membránból), mely lehet szilárd vagy folyékony halmazállapotú
A következő ábrán az egyik legelterjedtebb, úgynevezett protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza látható.
Az alkalmazás terén két fő irány látszik, az egyik a közlekedés, a másik a hordozható elektronikus eszközök áramforrással történő ellátása.
5. Táblázat. Különböző üzemanyag cellák összehasonlítása
|
Típusa |
Elektrolit/polimer elektrolit membrán |
Működési hőmérséklet |
Elektromos hatásfok |
Üzemanyag |
|
AFC (alkáli) |
30 % KOH oldat, gél |
80 °C |
elméleti: 70% gyakorlati: 62% |
- tiszta H2 - O2 |
|
PEMFC |
protonáteresztő membrán |
80 °C |
elméleti: 68%, gyakorlati: 50% |
- tiszta H2 - O2- levegő |
|
DMFC (direkt metanol) |
protonáteresztő membrán |
80 - 130 °C |
elméleti: 30%, gyakorlati: 26% |
- metanol, |
|
PAFC (foszfor-savas) |
tömény foszforsav |
200 °C |
elméleti: 65%, gyakorlati: 60% |
- tiszta H2- O2- levegő |
|
MCFC (alkáli-karbonátsó) |
lítium-karbonát, kálium-karbonát |
650 °C |
elméleti: 65% gyakorlati: 62% |
- H2- földgáz - széngáz, - biogáz, - levegő, - O2 |
|
SOFC (oxid-kerámia) |
yttrium-cirkon oxidkerámia |
800 - 1000 °C |
elméleti: 65% gyakorlati: 62% |
- H2 - földgáz - széngáz, - biogáz, - levegő, - O2 |
Üzemanyagcellás gépkocsik (FCEV) (TOYOTA, Nissan Motor Co.,) létrehozása egyszerre tette szükségessé a következő fejlesztéseket:
- nagy teljesítményű, kis tömegű, térfogatú üzemanyagcella létrehozása
- nagy motor teljesítményű (90 kW) és nyomatékú (260 Nm) villanymotor és generátor létrehozása. A motor egyben generátorként is működik, és fékezéskor elektromos energiát termel, amit a nagy töltés tárolással bíró akkumulátor tartalékol.
- nagy töltés tárolással, magas kisütő és töltő árammal bíró akkumulátor,
- egy elektromos vezérlő egységet, amely a DC/AC konvertálást végzi a villanymotor számára és DC/DC átalakítást és AC/DC átalakítást a generátor által termelt elektromos energia tárolásához az akkumulátorban az akkumulátor töltésére.
- nagy 70 MPa nyomást bíró tartályt a hidrogén tárolására.
http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/fuelcell_vehicle/
Hordozható elektronikus eszközök áramforrással történő ellátása céljából metanolos üzemanyagcellákat hoztak létre:
