हायड्रोजन वायु इंधन पेशी. हायड्रोजन इंजिन कसे कार्य करते? प्रयोगशाळेपासून बाजारापर्यंत

भाग 1

हा लेख इंधन पेशींच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत, त्यांची रचना, वर्गीकरण, फायदे आणि तोटे, व्याप्ती, कार्यक्षमता, निर्मितीचा इतिहास आणि वापरासाठी आधुनिक संभावना याबद्दल अधिक तपशीलवार चर्चा करतो. लेखाच्या दुसऱ्या भागात, जे ABOK मासिकाच्या पुढील अंकात प्रकाशित केले जाईल, अशा सुविधांची उदाहरणे प्रदान करते जेथे उष्णता आणि वीज (किंवा फक्त वीज) स्त्रोत म्हणून विविध प्रकारच्या इंधन पेशी वापरल्या जात होत्या.

परिचय

इंधन पेशी ऊर्जा निर्माण करण्याचा एक अतिशय कार्यक्षम, विश्वासार्ह, टिकाऊ आणि पर्यावरणास अनुकूल मार्ग आहे.

सुरुवातीला फक्त अंतराळ उद्योगात वापरल्या जाणार्‍या, इंधन पेशी आता विविध क्षेत्रांमध्ये वाढत्या प्रमाणात वापरल्या जात आहेत - स्थिर उर्जा प्रकल्प, उष्णतेचे स्वायत्त स्त्रोत आणि इमारती, इंजिनांना वीजपुरवठा. वाहन, लॅपटॉप आणि मोबाईल फोनसाठी वीज पुरवठा. यापैकी काही उपकरणे प्रयोगशाळेतील प्रोटोटाइप आहेत, काही पूर्व-मालिका चाचणीत आहेत किंवा प्रात्यक्षिक हेतूंसाठी वापरली जातात, परंतु अनेक मॉडेल्स मोठ्या प्रमाणात उत्पादित केली जातात आणि व्यावसायिक प्रकल्पांमध्ये वापरली जातात.

इंधन सेल (इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर) हे एक उपकरण आहे जे इंधन (हायड्रोजन) च्या रासायनिक ऊर्जेला इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाच्या प्रक्रियेत थेट विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित करते, पारंपारिक तंत्रज्ञानाच्या विपरीत जे घन, द्रव आणि वायू इंधनांचे ज्वलन वापरतात. इंधनाचे थेट इलेक्ट्रोकेमिकल रूपांतरण पर्यावरणीय दृष्टिकोनातून अतिशय कार्यक्षम आणि आकर्षक आहे, कारण ऑपरेशन दरम्यान प्रदूषकांची किमान मात्रा सोडली जाते आणि कोणतेही जोरदार आवाज आणि कंपने नाहीत.

व्यावहारिक दृष्टिकोनातून, इंधन सेल पारंपारिक गॅल्व्हॅनिक बॅटरीसारखे दिसते. फरक या वस्तुस्थितीत आहे की सुरुवातीला बॅटरी चार्ज केली जाते, म्हणजेच "इंधन" भरली जाते. ऑपरेशन दरम्यान, "इंधन" वापरला जातो आणि बॅटरी डिस्चार्ज केली जाते. बॅटरीच्या विपरीत, इंधन सेल तयार करण्यासाठी वापरला जातो विद्युत ऊर्जाबाह्य स्त्रोताकडून पुरवलेले इंधन वापरते (चित्र 1).

विद्युत उर्जेच्या निर्मितीसाठी, केवळ शुद्ध हायड्रोजनच नाही तर नैसर्गिक वायू, अमोनिया, मिथेनॉल किंवा गॅसोलीन सारख्या इतर हायड्रोजन-युक्त कच्चा माल देखील वापरला जाऊ शकतो. सामान्य हवा ऑक्सिजनचा स्त्रोत म्हणून वापरली जाते, जी प्रतिक्रियेसाठी देखील आवश्यक असते.

जेव्हा शुद्ध हायड्रोजनचा इंधन म्हणून वापर केला जातो, तेव्हा विद्युत उर्जेव्यतिरिक्त प्रतिक्रिया उत्पादने ही उष्णता आणि पाणी (किंवा पाण्याची वाफ) असतात, म्हणजे वायू प्रदूषण किंवा हरितगृह परिणाम घडवून आणणारे वायू वातावरणात उत्सर्जित होत नाहीत. जर नैसर्गिक वायूसारखा हायड्रोजनयुक्त फीडस्टॉक इंधन म्हणून वापरला गेला, तर कार्बन आणि नायट्रोजनचे ऑक्साईड यांसारखे इतर वायू या प्रतिक्रियेचे उप-उत्पादन असतील, परंतु त्याचे प्रमाण ज्वलनाच्या तुलनेत खूपच कमी असते. रक्कम नैसर्गिक वायू.

हायड्रोजन तयार करण्यासाठी इंधनाच्या रासायनिक रूपांतरणाच्या प्रक्रियेस सुधारणा म्हणतात आणि संबंधित उपकरणाला सुधारक म्हणतात.

इंधन पेशींचे फायदे आणि तोटे

इंधन पेशी अंतर्गत ज्वलन इंजिनपेक्षा अधिक ऊर्जा कार्यक्षम असतात कारण इंधन पेशींसाठी ऊर्जा कार्यक्षमतेवर थर्मोडायनामिक मर्यादा नसते. इंधन पेशींची कार्यक्षमता 50% आहे, तर अंतर्गत ज्वलन इंजिनची कार्यक्षमता 12-15% आहे आणि स्टीम टर्बाइन पॉवर प्लांटची कार्यक्षमता 40% पेक्षा जास्त नाही. उष्णता आणि पाणी वापरून, इंधन पेशींची कार्यक्षमता आणखी वाढते.

याउलट, उदाहरणार्थ, अंतर्गत ज्वलन इंजिन, इंधन पेशी पूर्ण शक्तीने कार्यरत नसतानाही त्यांची कार्यक्षमता खूप जास्त राहते. याव्यतिरिक्त, फक्त स्वतंत्र ब्लॉक्स जोडून इंधन सेलची शक्ती वाढवता येते, परंतु कार्यक्षमता बदलत नाही, म्हणजे मोठ्या स्थापना लहानसारख्या कार्यक्षम असतात. या परिस्थिती ग्राहकांच्या इच्छेनुसार उपकरणांच्या रचनेची अतिशय लवचिक निवड करण्यास अनुमती देतात आणि शेवटी उपकरणांच्या किंमती कमी करतात.

इंधन पेशींचा एक महत्त्वाचा फायदा म्हणजे त्यांची पर्यावरण मित्रत्व. इंधन पेशींमधून हवेचे उत्सर्जन इतके कमी आहे की युनायटेड स्टेट्सच्या काही भागांमध्ये त्यांना सरकारी हवा गुणवत्ता संस्थांकडून विशेष परवानग्या आवश्यक नाहीत.

इंधन पेशी थेट इमारतीमध्ये ठेवल्या जाऊ शकतात, त्यामुळे ऊर्जा संप्रेषण नुकसान कमी होते आणि प्रतिक्रियेच्या परिणामी निर्माण होणारी उष्णता इमारतीला उष्णता किंवा गरम पाणी पुरवण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. उष्णता आणि वीज पुरवठ्याचे स्वायत्त स्त्रोत दुर्गम भागात आणि ज्या प्रदेशांमध्ये विजेची कमतरता आणि त्याची उच्च किंमत आहे अशा प्रदेशांमध्ये खूप फायदेशीर ठरू शकते, परंतु त्याच वेळी हायड्रोजनयुक्त कच्च्या मालाचे साठे आहेत (तेल, नैसर्गिक वायू) .

इंधन सेलचे फायदे म्हणजे इंधनाची उपलब्धता, विश्वासार्हता (इंधन सेलमध्ये कोणतेही हलणारे भाग नाहीत), टिकाऊपणा आणि ऑपरेशनची सुलभता.

आज इंधन पेशींच्या मुख्य उणीवांपैकी एक म्हणजे त्यांची तुलनेने जास्त किंमत, परंतु ही कमतरता लवकरच दूर केली जाऊ शकते - अधिकाधिक कंपन्या इंधन पेशींचे व्यावसायिक नमुने तयार करतात, ते सतत सुधारले जात आहेत आणि त्यांची किंमत कमी होत आहे.

इंधन म्हणून शुद्ध हायड्रोजनचा सर्वात कार्यक्षम वापर, तथापि, यासाठी त्याचे उत्पादन आणि वाहतुकीसाठी विशेष पायाभूत सुविधा निर्माण करणे आवश्यक आहे. सध्या, सर्व व्यावसायिक डिझाइन्स नैसर्गिक वायू आणि तत्सम इंधन वापरतात. मोटार वाहने सामान्य गॅसोलीन वापरू शकतात, जे गॅस स्टेशनचे विद्यमान विकसित नेटवर्क राखण्यास अनुमती देईल. तथापि, अशा इंधनाच्या वापरामुळे वातावरणात हानिकारक उत्सर्जन होते (अगदी कमी असले तरी) आणि इंधन सेलमध्ये गुंतागुंत होते (आणि त्यामुळे त्याची किंमत वाढते). भविष्यात, पर्यावरणास अनुकूल नूतनीकरणक्षम ऊर्जा स्त्रोत (उदाहरणार्थ, सौर ऊर्जा किंवा पवन ऊर्जा) वापरण्याच्या शक्यतेचा विचार केला जात आहे ज्यामुळे इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे पाण्याचे हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमध्ये विघटन करणे आणि नंतर परिणामी इंधनाचे इंधन सेलमध्ये रूपांतर करणे. बंद चक्रात चालणारी अशी एकत्रित झाडे पूर्णपणे पर्यावरणास अनुकूल, विश्वासार्ह, टिकाऊ आणि कार्यक्षम ऊर्जेचा स्रोत असू शकतात.

इंधन पेशींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ते एकाच वेळी विद्युत आणि थर्मल ऊर्जा दोन्ही वापरताना सर्वात कार्यक्षम असतात. तथापि, औष्णिक ऊर्जा वापरण्याची शक्यता प्रत्येक सुविधेवर उपलब्ध नाही. केवळ विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी इंधन पेशी वापरण्याच्या बाबतीत, त्यांची कार्यक्षमता कमी होते, जरी ती "पारंपारिक" स्थापनांच्या कार्यक्षमतेपेक्षा जास्त आहे.

इतिहास आणि इंधन पेशींचा आधुनिक वापर

इंधन पेशींच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत 1839 मध्ये सापडले. इंग्रजी शास्त्रज्ञ विल्यम ग्रोव्ह (1811-1896) यांनी शोधून काढले की इलेक्ट्रोलिसिसची प्रक्रिया - विद्युत प्रवाहाद्वारे हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमध्ये पाण्याचे विघटन - उलट करता येण्याजोगे आहे, म्हणजे हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन ज्वलनशिवाय पाण्याच्या रेणूंमध्ये एकत्र केले जाऊ शकतात, परंतु उष्णता आणि विद्युत प्रवाह सोडणे. ग्रोव्हने ज्या यंत्रामध्ये अशी प्रतिक्रिया केली त्याला "गॅस बॅटरी" म्हटले, जे पहिले इंधन सेल होते.

इंधन सेल तंत्रज्ञानाचा सक्रिय विकास द्वितीय विश्वयुद्धानंतर सुरू झाला आणि ते एरोस्पेस उद्योगाशी संबंधित आहे. त्या वेळी, कार्यक्षम आणि विश्वासार्ह, परंतु त्याच वेळी उर्जेच्या अगदी संक्षिप्त स्त्रोतासाठी शोध घेण्यात आले. 1960 च्या दशकात, नासाच्या तज्ञांनी (नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस अॅडमिनिस्ट्रेशन, NASA) अपोलो (चंद्रावर मानवाची उड्डाणे), अपोलो-सोयुझ, जेमिनी आणि स्कायलॅब कार्यक्रमांसाठी उर्जा स्त्रोत म्हणून इंधन पेशी निवडल्या. अपोलोने वीज, उष्णता आणि पाणी निर्माण करण्यासाठी क्रायोजेनिक हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वापरून तीन 1.5 किलोवॅट युनिट्स (2.2 किलोवॅट पीक पॉवर) वापरली. प्रत्येक स्थापनेचे वस्तुमान 113 किलो होते. या तिन्ही पेशी समांतरपणे काम करत होत्या, परंतु एका युनिटद्वारे निर्माण होणारी ऊर्जा सुरक्षित परतीसाठी पुरेशी होती. 18 फ्लाइट्स दरम्यान, इंधन सेलमध्ये कोणतेही बिघाड न होता एकूण 10,000 तास जमा झाले आहेत. सध्या, स्पेस शटल "स्पेस शटल" मध्ये इंधन पेशी वापरल्या जातात, ज्यामध्ये 12 डब्ल्यूच्या शक्तीसह तीन युनिट्स वापरल्या जातात, जे अंतराळ यानात सर्व विद्युत ऊर्जा निर्माण करतात (चित्र 2). इलेक्ट्रोकेमिकल रिअॅक्शनच्या परिणामी मिळालेले पाणी पिण्याचे पाणी तसेच शीतकरण उपकरणांसाठी वापरले जाते.

आपल्या देशात, अंतराळविज्ञानात वापरण्यासाठी इंधन सेल तयार करण्याचे कामही सुरू होते. उदाहरणार्थ, सोव्हिएत बुरान स्पेस शटलला उर्जा देण्यासाठी इंधन पेशी वापरल्या गेल्या.

इंधन पेशींच्या व्यावसायिक वापरासाठी पद्धतींचा विकास 1960 च्या दशकाच्या मध्यात सुरू झाला. या घडामोडींना अंशतः सरकारी संस्थांकडून निधी मिळाला होता.

सध्या, इंधन पेशींच्या वापरासाठी तंत्रज्ञानाचा विकास अनेक दिशानिर्देशांमध्ये जातो. हे इंधन पेशींवर स्थिर उर्जा संयंत्रांची निर्मिती आहे (केंद्रीकृत आणि विकेंद्रित ऊर्जा पुरवठ्यासाठी), वाहनांचे उर्जा संयंत्र (इंधन पेशींवर कार आणि बसचे नमुने तयार केले गेले आहेत, यासह, आपल्या देशात) (चित्र 3), आणि तसेच विविध मोबाईल उपकरणांसाठी (लॅपटॉप, मोबाईल फोन इ.) वीज पुरवठा (चित्र 4).

विविध क्षेत्रात इंधन पेशींच्या वापराची उदाहरणे तक्त्यामध्ये दिली आहेत. एक

इमारतींच्या स्वायत्त उष्णता आणि वीज पुरवठ्यासाठी डिझाइन केलेल्या इंधन सेलच्या पहिल्या व्यावसायिक मॉडेलपैकी एक म्हणजे ONSI कॉर्पोरेशन (आता युनायटेड टेक्नॉलॉजीज, इंक.) द्वारा निर्मित PC25 मॉडेल A. 200 किलोवॅटची नाममात्र शक्ती असलेला हा इंधन सेल फॉस्फोरिक ऍसिड (फॉस्फोरिक ऍसिड फ्यूल सेल्स, PAFC) वर आधारित इलेक्ट्रोलाइट असलेल्या पेशींच्या प्रकाराशी संबंधित आहे. मॉडेलच्या नावातील "25" क्रमांकाचा अर्थ डिझाइनचा अनुक्रमांक आहे. 1970 च्या दशकात दिसलेले 12.5 kW "PC11" मॉडेल सारखे पूर्वीचे बहुतेक मॉडेल प्रायोगिक किंवा चाचणी तुकडे होते. नवीन मॉडेल्सने एका इंधन सेलमधून घेतलेली उर्जा वाढवली आणि उत्पादित ऊर्जेची प्रति किलोवॅट किंमत देखील कमी केली. सध्या, सर्वात कार्यक्षम व्यावसायिक मॉडेलपैकी एक म्हणजे PC25 मॉडेल C इंधन सेल. मॉडेल "ए" प्रमाणे, हा 200 किलोवॅट क्षमतेचा PAFC प्रकारचा पूर्णपणे स्वयंचलित इंधन सेल आहे, जो उष्णता आणि विजेचा स्वतंत्र स्रोत म्हणून थेट सर्व्हिस केलेल्या ऑब्जेक्टवर स्थापित करण्यासाठी डिझाइन केलेला आहे. असा इंधन सेल इमारतीच्या बाहेर स्थापित केला जाऊ शकतो. बाहेरून, हे 5.5 मीटर लांब, 3 मीटर रुंद आणि 3 मीटर उंच, 18,140 किलो वजनाचे समांतर पाईप आहे. मागील मॉडेल्समधील फरक हा सुधारित सुधारक आणि उच्च वर्तमान घनता आहे.

तक्ता 1 इंधन पेशींची व्याप्ती

प्रदेश अनुप्रयोग रेट केले शक्ती वापरण्याची उदाहरणे स्थिर प्रतिष्ठापन 5-250 kW आणि वर निवासी, सार्वजनिक आणि औद्योगिक इमारतींसाठी उष्णता आणि वीज पुरवठ्याचे स्वायत्त स्रोत, अखंड वीज पुरवठा, बॅकअप आणि आपत्कालीन वीज पुरवठा पोर्टेबल प्रतिष्ठापन 1-50 kW रस्त्यावरील चिन्हे, रेफ्रिजरेटेड ट्रक आणि रेल्वेमार्ग, व्हीलचेअर, गोल्फ कार्ट, अंतराळयान आणि उपग्रह मोबाईल प्रतिष्ठापन 25-150 kW कार (प्रोटोटाइप तयार केल्या होत्या, उदाहरणार्थ, डेमलर क्रिस्लर, FIAT, फोर्ड, जनरल मोटर्स, होंडा, ह्युंदाई, निसान, टोयोटा, फोक्सवॅगन, व्हीएझेड), बस (उदा. MAN, निओप्लान, रेनॉल्ट) आणि इतर वाहने, युद्धनौका आणि पाणबुड्या सूक्ष्म उपकरणे 1-500W मोबाईल फोन, लॅपटॉप, पीडीए, विविध ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, आधुनिक लष्करी उपकरणे

काही प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये, रासायनिक प्रक्रिया उलट केली जाऊ शकते: इलेक्ट्रोडमध्ये संभाव्य फरक लागू करून, पाणी हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनमध्ये विघटित केले जाऊ शकते, जे सच्छिद्र इलेक्ट्रोडवर गोळा केले जातात. जेव्हा लोड कनेक्ट केले जाते, तेव्हा अशा पुनरुत्पादक इंधन सेलमधून विद्युत ऊर्जा निर्माण करणे सुरू होईल.

इंधन पेशींच्या वापरासाठी एक आशादायक दिशा म्हणजे त्यांचा वापर अक्षय ऊर्जा स्रोत, जसे की फोटोव्होल्टेइक पॅनेल किंवा पवन टर्बाइन यांच्या संयोगाने होतो. हे तंत्रज्ञान आपल्याला वायू प्रदूषण पूर्णपणे टाळण्यास अनुमती देते. तत्सम प्रणाली तयार करण्याचे नियोजित आहे, उदाहरणार्थ, ओबरलिनमधील अॅडम जोसेफ लुईस प्रशिक्षण केंद्रात (पहा ABOK, 2002, क्रमांक 5, पृ. 10). सध्या, या इमारतीतील ऊर्जा स्त्रोतांपैकी एक म्हणून सौर पॅनेलचा वापर केला जातो. नासाच्या तज्ञांसह, इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे पाण्यापासून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन तयार करण्यासाठी फोटोव्होल्टेइक पॅनेल वापरण्यासाठी एक प्रकल्प विकसित केला गेला. हायड्रोजन नंतर इंधन पेशींमध्ये विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी वापरला जातो आणि गरम पाणी. यामुळे इमारतीला ढगाळ दिवस आणि रात्रीच्या वेळी सर्व यंत्रणांची कार्यक्षमता राखता येईल.

इंधन पेशींच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत

उदाहरण म्हणून प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन, पीईएम) सह सर्वात सोपा घटक वापरून इंधन सेलच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वाचा विचार करूया. अशा घटकामध्ये एनोड (पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड) आणि कॅथोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) यांच्यामध्ये एनोड आणि कॅथोड उत्प्रेरकांसह एक पॉलिमर झिल्ली असते. एक पॉलिमर झिल्ली इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरली जाते. PEM घटकाचा आकृती अंजीर मध्ये दर्शविला आहे. ५.

प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) हे एक पातळ (साध्या कागदाच्या जाड 2-7 शीट्स) घन सेंद्रिय संयुग आहे. हा पडदा इलेक्ट्रोलाइट म्हणून कार्य करतो: ते पाण्याच्या उपस्थितीत पदार्थांना सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनांमध्ये वेगळे करते.

एनोडवर ऑक्सिडेटिव्ह प्रक्रिया होते आणि कॅथोडमध्ये घट प्रक्रिया होते. पीईएम सेलमधील एनोड आणि कॅथोड हे सच्छिद्र पदार्थाचे बनलेले असतात, जे कार्बन आणि प्लॅटिनमच्या कणांचे मिश्रण असते. प्लॅटिनम उत्प्रेरक म्हणून कार्य करते जे पृथक्करण प्रतिक्रियेला प्रोत्साहन देते. हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन यांच्याद्वारे अनुक्रमे मुक्त मार्गासाठी एनोड आणि कॅथोड सच्छिद्र बनवले जातात.

एनोड आणि कॅथोड दोन मध्ये ठेवलेले आहेत मेटल प्लेट्स, जे एनोड आणि कॅथोडला हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन पुरवतात आणि उष्णता आणि पाणी तसेच विद्युत ऊर्जा काढून टाकतात.

हायड्रोजन रेणू प्लेटमधील वाहिन्यांमधून एनोडकडे जातात, जेथे रेणू वैयक्तिक अणूंमध्ये विघटित होतात (चित्र 6).

	आकृती 5 () प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEM) इंधन सेलचे योजनाबद्ध आकृती
	आकृती 6 () प्लेटमधील वाहिन्यांद्वारे हायड्रोजन रेणू एनोडमध्ये प्रवेश करतात, जेथे रेणू वैयक्तिक अणूंमध्ये विघटित होतात.
	आकृती 7 () उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत केमिसोर्प्शनच्या परिणामी, हायड्रोजन अणू प्रोटॉनमध्ये रूपांतरित होतात.
	आकृती 8 () पॉझिटिव्ह चार्ज केलेले हायड्रोजन आयन पडद्याद्वारे कॅथोडमध्ये पसरतात आणि इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह बाह्य विद्युत सर्किटद्वारे कॅथोडकडे निर्देशित केला जातो ज्याला भार जोडलेला असतो.
	आकृती 9 () कॅथोडला पुरवठा केलेला ऑक्सिजन, उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली आणि बाह्य विद्युतीय सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन्समधून हायड्रोजन आयनांसह रासायनिक अभिक्रियामध्ये प्रवेश करतो. परिणामी रासायनिक प्रतिक्रियापाणी तयार होते

नंतर, उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत केमिसॉर्प्शनच्या परिणामी, हायड्रोजन अणू, प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन ई - दान करतात, सकारात्मक चार्ज केलेल्या हायड्रोजन आयन H + मध्ये रूपांतरित होतात, म्हणजेच प्रोटॉन (चित्र 7).

पॉझिटिव्ह चार्ज केलेले हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) पडद्याद्वारे कॅथोडमध्ये पसरतात आणि इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह कॅथोडकडे बाह्य इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे निर्देशित केला जातो ज्यावर भार (विद्युत ऊर्जेचा ग्राहक) जोडलेला असतो (चित्र 8).

कॅथोडला पुरवठा केलेला ऑक्सिजन, उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीमधून हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) आणि बाह्य विद्युतीय सर्किट (चित्र 9) मधून इलेक्ट्रॉनसह रासायनिक अभिक्रियामध्ये प्रवेश करतो. रासायनिक अभिक्रियेच्या परिणामी, पाणी तयार होते.

इतर प्रकारच्या इंधन सेलमधील रासायनिक अभिक्रिया (उदाहरणार्थ, अम्लीय इलेक्ट्रोलाइटसह, जे फॉस्फोरिक ऍसिड H 3 PO 4 चे द्रावण आहे) प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीसह इंधन सेलमधील रासायनिक अभिक्रिया सारखीच असते.

कोणत्याही इंधन सेलमध्ये, रासायनिक अभिक्रियाच्या ऊर्जेचा काही भाग उष्णता म्हणून सोडला जातो.

बाह्य सर्किटमध्ये इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह हा एक थेट प्रवाह आहे जो काम करण्यासाठी वापरला जातो. बाह्य सर्किट उघडणे किंवा हायड्रोजन आयनची हालचाल थांबवणे रासायनिक प्रतिक्रिया थांबवते.

इंधन सेलद्वारे उत्पादित विद्युत उर्जेचे प्रमाण इंधन सेलच्या प्रकारावर, भूमितीय परिमाणे, तापमान, वायू दाब यावर अवलंबून असते. एकल इंधन सेल 1.16 V पेक्षा कमी EMF प्रदान करतो. इंधन पेशींचा आकार वाढवणे शक्य आहे, परंतु सराव मध्ये अनेक पेशी वापरल्या जातात, बॅटरीमध्ये जोडल्या जातात (चित्र 10).

इंधन सेल डिव्हाइस

PC25 मॉडेल C मॉडेलच्या उदाहरणावर इंधन सेल डिव्हाइसचा विचार करूया. इंधन सेलची योजना अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. अकरा

इंधन सेल "PC25 मॉडेल C" मध्ये तीन मुख्य भाग असतात: इंधन प्रोसेसर, वास्तविक वीज निर्मिती विभाग आणि व्होल्टेज कनवर्टर.

इंधन सेलचा मुख्य भाग - वीज निर्मिती विभाग - 256 वैयक्तिक इंधन पेशींनी बनलेला एक स्टॅक आहे. इंधन सेल इलेक्ट्रोडच्या रचनेत प्लॅटिनम उत्प्रेरक समाविष्ट आहे. या पेशींद्वारे, एक स्थिर वीज 155 व्होल्ट्सवर 1400 amps. बॅटरीची परिमाणे अंदाजे 2.9 मीटर लांबी आणि 0.9 मीटर रुंदी आणि उंची आहेत.

इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया 177 डिग्री सेल्सिअस तापमानात होत असल्याने, स्टार्ट-अपच्या वेळी बॅटरी गरम करणे आणि ऑपरेशन दरम्यान त्यातून उष्णता काढून टाकणे आवश्यक आहे. हे करण्यासाठी, इंधन सेलमध्ये स्वतंत्र वॉटर सर्किट समाविष्ट आहे आणि बॅटरी विशेष कूलिंग प्लेट्ससह सुसज्ज आहे.

इंधन प्रोसेसर आपल्याला नैसर्गिक वायूचे हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित करण्याची परवानगी देतो, जे इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियासाठी आवश्यक आहे. या प्रक्रियेला सुधारणा म्हणतात. इंधन प्रोसेसरचा मुख्य घटक सुधारक आहे. सुधारकामध्ये, नैसर्गिक वायू (किंवा इतर हायड्रोजन युक्त इंधन) उच्च तापमानात (900 डिग्री सेल्सियस) आणि निकेल उत्प्रेरकाच्या उपस्थितीत उच्च दाबाने वाफेवर प्रतिक्रिया देतो. खालील रासायनिक अभिक्रिया घडतात:

CH 4 (मिथेन) + H 2 O 3H 2 + CO

(उष्णता शोषणासह एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया);

CO + H 2 O H 2 + CO 2

(उष्णतेच्या प्रकाशनासह प्रतिक्रिया एक्झोथर्मिक आहे).

एकूण प्रतिक्रिया समीकरणाद्वारे व्यक्त केली जाते:

CH 4 (मिथेन) + 2H 2 O 4H 2 + CO 2

(उष्णता शोषणासह एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया).

नैसर्गिक वायू रूपांतरणासाठी आवश्यक उच्च तापमान प्रदान करण्यासाठी, इंधन सेल स्टॅकमधून खर्च केलेल्या इंधनाचा एक भाग बर्नरकडे निर्देशित केला जातो जो आवश्यक तापमानात सुधारक राखतो.

रिफॉर्मिंगसाठी आवश्यक असलेली वाफ इंधन सेलच्या ऑपरेशन दरम्यान तयार झालेल्या कंडेन्सेटपासून तयार केली जाते. या प्रकरणात, इंधन सेल स्टॅकमधून काढलेली उष्णता वापरली जाते (चित्र 12).

इंधन सेल स्टॅक एक मधूनमधून थेट प्रवाह निर्माण करतो, जे कमी व्होल्टेज आणि उच्च प्रवाह द्वारे दर्शविले जाते. इंडस्ट्रियल स्टँडर्ड एसीमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी व्होल्टेज कन्व्हर्टरचा वापर केला जातो. याव्यतिरिक्त, व्होल्टेज कन्व्हर्टर युनिटमध्ये विविध नियंत्रण साधने आणि सुरक्षा इंटरलॉक सर्किट्स समाविष्ट आहेत जे विविध अपयशांच्या घटनेत इंधन सेल बंद करण्याची परवानगी देतात.

अशा इंधन सेलमध्ये, इंधनातील अंदाजे 40% ऊर्जा विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित केली जाऊ शकते. अंदाजे समान रक्कम, सुमारे 40% इंधन उर्जेमध्ये रूपांतरित केली जाऊ शकते औष्णिक ऊर्जा, जे नंतर गरम करणे, गरम पाणी पुरवठा आणि तत्सम कारणांसाठी उष्णता स्त्रोत म्हणून वापरले जाते. अशा प्रकारे, अशा वनस्पतीची एकूण कार्यक्षमता 80% पर्यंत पोहोचू शकते.

उष्णता आणि विजेच्या अशा स्त्रोताचा एक महत्त्वाचा फायदा म्हणजे त्याची शक्यता स्वयंचलित ऑपरेशन. देखरेखीसाठी, ज्या सुविधेवर इंधन सेल स्थापित केला आहे त्या सुविधेच्या मालकांना विशेष प्रशिक्षित कर्मचार्‍यांची देखभाल करण्याची आवश्यकता नाही - ऑपरेटिंग संस्थेच्या कर्मचार्‍यांकडून नियतकालिक देखभाल केली जाऊ शकते.

इंधन सेल प्रकार

सध्या, अनेक प्रकारचे इंधन पेशी ज्ञात आहेत, जे वापरलेल्या इलेक्ट्रोलाइटच्या रचनेत भिन्न आहेत. खालील चार प्रकार सर्वात व्यापक आहेत (तक्ता 2):

1. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेनसह इंधन पेशी (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल्स, पीईएमएफसी).

2. ऑर्थोफॉस्फोरिक (फॉस्फोरिक) ऍसिड (फॉस्फोरिक ऍसिड फ्यूल सेल्स, पीएएफसी) वर आधारित इंधन पेशी.

3. वितळलेल्या कार्बोनेटवर आधारित इंधन पेशी (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC).

4. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (सॉलिड ऑक्साइड इंधन पेशी, SOFC). सध्या, PAFC तंत्रज्ञानाच्या आधारे इंधन सेलचा सर्वात मोठा फ्लीट तयार केला गेला आहे.

विविध प्रकारच्या इंधन पेशींच्या मुख्य वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे ऑपरेटिंग तापमान. अनेक मार्गांनी, हे तापमान आहे जे इंधन पेशींची व्याप्ती निर्धारित करते. उदाहरणार्थ, लॅपटॉपसाठी उच्च तापमान गंभीर आहे, म्हणून या बाजार विभागासाठी कमी ऑपरेटिंग तापमानासह प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इंधन पेशी विकसित केल्या जात आहेत.

इमारतींच्या स्वायत्त वीज पुरवठ्यासाठी, उच्च स्थापित क्षमतेच्या इंधन पेशी आवश्यक आहेत आणि त्याच वेळी, थर्मल ऊर्जा वापरणे शक्य आहे, म्हणून, या हेतूंसाठी इतर प्रकारच्या इंधन पेशींचा वापर केला जाऊ शकतो.

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल (PEMFC)

या इंधन पेशी तुलनेने कमी ऑपरेटिंग तापमानात (60-160°C) कार्य करतात. ते उच्च पॉवर घनतेद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत, आपल्याला आउटपुट पॉवर द्रुतपणे समायोजित करण्याची परवानगी देतात आणि द्रुतपणे चालू केले जाऊ शकतात. या प्रकारच्या घटकांचा तोटा म्हणजे इंधनाच्या गुणवत्तेसाठी उच्च आवश्यकता, कारण दूषित इंधन पडद्याला हानी पोहोचवू शकते. या प्रकारच्या इंधन पेशींची नाममात्र शक्ती 1-100 किलोवॅट आहे.

प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन इंधन पेशी मूलतः 1960 च्या दशकात जनरल इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशनने नासासाठी विकसित केल्या होत्या. या प्रकारच्या इंधन सेलमध्ये प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) नावाचे सॉलिड स्टेट पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. प्रोटॉन हे प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीमधून जाऊ शकतात, परंतु इलेक्ट्रॉन त्यामधून जाऊ शकत नाहीत, परिणामी कॅथोड आणि एनोडमध्ये संभाव्य फरक आहे. त्यांच्या साधेपणामुळे आणि विश्वासार्हतेमुळे, अशा इंधन पेशींचा वापर मिथुन मानवनिर्मित अवकाशयानावर उर्जा स्त्रोत म्हणून केला गेला.

या प्रकारच्या इंधन सेलचा उपयोग विविध उपकरणांच्या विस्तृत श्रेणीसाठी, प्रोटोटाइप आणि प्रोटोटाइपसह, मोबाइल फोनपासून बसपर्यंत आणि स्थिर प्रणालीपोषण कमी ऑपरेटिंग तापमान अशा पेशींना विविध प्रकारच्या जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरण्याची परवानगी देते. सार्वजनिक आणि औद्योगिक इमारतींसाठी उष्णता आणि वीज पुरवठा स्त्रोत म्हणून त्यांचा वापर कमी कार्यक्षम आहे, जेथे मोठ्या प्रमाणात थर्मल ऊर्जा आवश्यक आहे. त्याच वेळी, असे घटक गरम हवामान असलेल्या प्रदेशात बांधलेल्या कॉटेजसारख्या लहान निवासी इमारतींसाठी वीज पुरवठ्याचा स्वायत्त स्त्रोत म्हणून आशावादी आहेत.

टेबल 2 इंधन सेल प्रकार

आयटम प्रकार कामगार तापमान, °С कार्यक्षमता आउटपुट विद्युत ऊर्जा), % एकूण कार्यक्षमता, % सह इंधन पेशी प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (PEMFC) 60–160 30–35 50–70 इंधन पेशी ऑर्थोफॉस्फोरिकवर आधारित (फॉस्फोरिक) ऍसिड (PAFC) 150–200 35 70–80 इंधन पेशी आधारित वितळलेले कार्बोनेट (MCFC) 600–700 45–50 70–80 सॉलिड स्टेट ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC) 700–1 000 50–60 70–80

फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी (PAFC)

या प्रकारच्या इंधन पेशींच्या चाचण्या 1970 च्या दशकाच्या सुरूवातीस आधीच केल्या गेल्या होत्या. ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी - 150-200 °C. अनुप्रयोगाचे मुख्य क्षेत्र उष्णताचे स्वायत्त स्त्रोत आणि मध्यम उर्जा (सुमारे 200 किलोवॅट) वीज पुरवठा आहे.

या इंधन पेशींमध्ये वापरले जाणारे इलेक्ट्रोलाइट हे फॉस्फोरिक ऍसिडचे द्रावण आहे. इलेक्ट्रोड्स कार्बनने लेपित कागदाचे बनलेले असतात, ज्यामध्ये प्लॅटिनम उत्प्रेरक विखुरलेला असतो.

PAFC इंधन पेशींची विद्युत कार्यक्षमता 37-42% आहे. तथापि, या इंधन पेशी पुरेशा उच्च तापमानात कार्यरत असल्याने, ऑपरेशनच्या परिणामी तयार होणारी वाफेचा वापर करणे शक्य आहे. या प्रकरणात, एकूण कार्यक्षमता 80% पर्यंत पोहोचू शकते.

ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी, हायड्रोजन-युक्त फीडस्टॉक सुधारित प्रक्रियेद्वारे शुद्ध हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित करणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, जर गॅसोलीनचा वापर इंधन म्हणून केला जात असेल, तर सल्फर संयुगे काढून टाकणे आवश्यक आहे, कारण सल्फर प्लॅटिनम उत्प्रेरकांना नुकसान करू शकते.

PAFC इंधन सेल हे न्याय्य ठरलेले पहिले व्यावसायिक इंधन सेल होते आर्थिक बिंदूदृष्टी सर्वात सामान्य मॉडेल ONSI कॉर्पोरेशन (आता युनायटेड टेक्नॉलॉजीज, इंक.) (चित्र 13) द्वारे निर्मित 200 kW PC25 इंधन सेल होते. उदाहरणार्थ, या घटकांचा वापर पोलिस स्टेशनमध्ये उष्णता आणि विजेचा स्रोत म्हणून केला जातो सेंट्रल पार्कन्यू यॉर्क किंवा ऊर्जेचा अतिरिक्त स्रोत म्हणून उच्च उंचीच्या कॉन्डे नास्ट बिल्डिंग आणि फोर टाइम्स स्क्वेअर. या प्रकारच्या सर्वात मोठ्या प्लांटची जपानमध्ये स्थित 11 मेगावॅट पॉवर प्लांट म्हणून चाचणी केली जात आहे.

फॉस्फोरिक ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी देखील वाहनांमध्ये ऊर्जा स्त्रोत म्हणून वापरली जातात. उदाहरणार्थ, 1994 मध्ये, एच-पॉवर कॉर्पोरेशन, जॉर्जटाउन युनिव्हर्सिटी आणि यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी यांनी 50 किलोवॅट पॉवर प्लांटसह बस सुसज्ज केली.

वितळलेल्या कार्बोनेट इंधन पेशी (MCFC)

या प्रकारच्या इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानावर काम करतात - 600-700 °C. हे ऑपरेटिंग तापमान वेगळ्या सुधारकाची गरज न घेता थेट सेलमध्येच इंधन वापरण्याची परवानगी देतात. या प्रक्रियेला "अंतर्गत सुधारणा" म्हणतात. हे इंधन सेलची रचना लक्षणीयरीत्या सुलभ करण्यास अनुमती देते.

वितळलेल्या कार्बोनेटवर आधारित इंधन पेशींना महत्त्वपूर्ण स्टार्ट-अप वेळ आवश्यक आहे आणि आउटपुट पॉवर त्वरीत समायोजित करण्याची परवानगी देत ​​​​नाही, म्हणून त्यांच्या अनुप्रयोगाचे मुख्य क्षेत्र उष्णता आणि विजेचे मोठे स्थिर स्त्रोत आहे. तथापि, ते उच्च इंधन रूपांतरण कार्यक्षमतेने ओळखले जातात - 60% विद्युत कार्यक्षमता आणि 85% पर्यंत एकूण कार्यक्षमता.

या प्रकारच्या इंधन सेलमध्ये, इलेक्ट्रोलाइटमध्ये पोटॅशियम कार्बोनेट आणि लिथियम कार्बोनेट लवण असतात जे सुमारे 650 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जातात. या परिस्थितीत, लवण वितळलेल्या अवस्थेत असतात, इलेक्ट्रोलाइट तयार करतात. एनोडवर, हायड्रोजन CO 3 आयनांशी संवाद साधतो, पाणी, कार्बन डायऑक्साइड तयार करतो आणि बाह्य सर्किटला पाठवले जाणारे इलेक्ट्रॉन सोडतो आणि कॅथोडवर, ऑक्सिजन बाह्य सर्किटमधील कार्बन डायऑक्साइड आणि इलेक्ट्रॉनांशी संवाद साधतो, पुन्हा CO 3 आयन तयार करतो.

या प्रकारच्या इंधन पेशींचे प्रयोगशाळा नमुने 1950 च्या उत्तरार्धात डच शास्त्रज्ञ G. H. J. Broers आणि J. A. A. Ketelaar यांनी तयार केले होते. 1960 च्या दशकात, 17 व्या शतकातील प्रसिद्ध इंग्रजी लेखक आणि शास्त्रज्ञ यांचे वंशज इंजिनियर फ्रान्सिस टी. बेकन यांनी या घटकांसह कार्य केले, म्हणूनच MCFC इंधन पेशींना कधीकधी बेकन घटक म्हणून संबोधले जाते. NASA च्या Apollo, Apollo-Soyuz आणि Scylab प्रोग्राम्सनी अशाच इंधन पेशींचा उर्जा स्त्रोत म्हणून वापर केला (चित्र 14). त्याच वर्षांत, यूएस लष्करी विभागाने टेक्सास इन्स्ट्रुमेंट्सद्वारे उत्पादित एमसीएफसी इंधन पेशींच्या अनेक नमुन्यांची चाचणी केली, ज्यामध्ये इंधन म्हणून लष्करी ग्रेडचा गॅसोलीन वापरला गेला. 1970 च्या दशकाच्या मध्यात, यूएस ऊर्जा विभागाने स्थिर वितळलेल्या कार्बोनेट इंधन सेल विकसित करण्यासाठी संशोधन सुरू केले. व्यवहारीक उपयोग. 1990 च्या दशकात, कॅलिफोर्नियातील यूएस नेव्हल एअर स्टेशन मिरामार सारख्या 250 kW पर्यंत रेट केलेल्या अनेक व्यावसायिक युनिट्स कार्यान्वित करण्यात आल्या. 1996 मध्ये, FuelCell Energy, Inc. सांता क्लारा, कॅलिफोर्निया येथे 2 मेगावॅट प्री-सिरीज प्लांट सुरू केला.

सॉलिड स्टेट ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC)

सॉलिड-स्टेट ऑक्साईड इंधन पेशी डिझाइनमध्ये सोप्या असतात आणि अतिशय उच्च तापमान - 700-1000 °C वर कार्य करतात. असे उच्च तापमान तुलनेने "गलिच्छ", अपरिष्कृत इंधन वापरण्यास परवानगी देते. वितळलेल्या कार्बोनेटवर आधारित इंधन पेशींसारखीच वैशिष्ट्ये अनुप्रयोगाचे समान क्षेत्र निर्धारित करतात - उष्णता आणि विजेचे मोठे स्थिर स्त्रोत.

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी PAFC आणि MCFC तंत्रज्ञानावर आधारित इंधन पेशींपेक्षा संरचनात्मकदृष्ट्या भिन्न असतात. एनोड, कॅथोड आणि इलेक्ट्रोलाइट हे सिरेमिकच्या विशेष ग्रेडचे बनलेले आहेत. बर्‍याचदा, झिरकोनियम ऑक्साईड आणि कॅल्शियम ऑक्साईड यांचे मिश्रण इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरले जाते, परंतु इतर ऑक्साईड वापरले जाऊ शकतात. इलेक्ट्रोलाइट दोन्ही बाजूंना सच्छिद्र इलेक्ट्रोड सामग्रीसह लेपित क्रिस्टल जाळी बनवते. संरचनात्मकपणे, असे घटक ट्यूब किंवा फ्लॅट बोर्डच्या स्वरूपात बनवले जातात, ज्यामुळे त्यांच्या उत्पादनात इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे तंत्रज्ञान वापरणे शक्य होते. परिणामी, सॉलिड-स्टेट ऑक्साईड इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानात कार्य करू शकतात, त्यामुळे त्यांचा वापर विद्युत आणि थर्मल ऊर्जा दोन्ही तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

उच्च ऑपरेटिंग तापमानात, कॅथोडवर ऑक्सिजन आयन तयार होतात, जे क्रिस्टल जाळीद्वारे एनोडमध्ये स्थलांतरित होतात, जिथे ते हायड्रोजन आयनांशी संवाद साधतात, पाणी तयार करतात आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन सोडतात. या प्रकरणात, हायड्रोजन नैसर्गिक वायूपासून थेट सेलमध्ये सोडला जातो, म्हणजेच वेगळ्या सुधारकाची आवश्यकता नसते.

सॉलिड-स्टेट ऑक्साईड इंधन पेशींच्या निर्मितीसाठी सैद्धांतिक पाया 1930 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात घातला गेला, जेव्हा स्विस शास्त्रज्ञ बाउर (एमिल बाऊर) आणि प्रीस (एच. प्रीस) यांनी झिरकोनियम, य्ट्रियम, सेरियम, लॅन्थॅनम आणि टंगस्टन यांचा वापर करून प्रयोग केले. इलेक्ट्रोलाइट्स म्हणून.

अशा इंधन पेशींचे पहिले प्रोटोटाइप 1950 च्या उत्तरार्धात अनेक अमेरिकन आणि डच कंपन्यांनी तयार केले होते. यापैकी बहुतेक कंपन्यांनी तांत्रिक अडचणींमुळे लवकरच पुढील संशोधन सोडून दिले, परंतु त्यापैकी एक, वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कॉर्प. (आता "Siemens Westinghouse Power Corporation"), काम चालू ठेवले. कंपनी सध्या या वर्षी अपेक्षित असलेल्या ट्युब्युलर टोपोलॉजी सॉलिड ऑक्साईड इंधन सेलच्या व्यावसायिक मॉडेलसाठी प्री-ऑर्डर स्वीकारत आहे (आकृती 15). अशा घटकांचा बाजार विभाग 250 kW ते 5 MW क्षमतेसह उष्णता आणि विद्युत उर्जेच्या उत्पादनासाठी स्थिर स्थापना आहे.

SOFC प्रकारच्या इंधन पेशींनी खूप उच्च विश्वसनीयता दर्शविली आहे. उदाहरणार्थ, सीमेन्स वेस्टिंगहाऊस फ्युएल सेल प्रोटोटाइपने 16,600 तास लॉग इन केले आहे आणि ते कार्यरत राहते, ज्यामुळे ते जगातील सर्वात दीर्घ इंधन सेलचे आयुष्य आहे.

SOFC इंधन पेशींचे उच्च तापमान, उच्च दाब ऑपरेटिंग मोड संकरित वनस्पती तयार करण्यास अनुमती देते, ज्यामध्ये इंधन सेल उत्सर्जन वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या गॅस टर्बाइन चालवतात. आयर्विन, कॅलिफोर्निया येथे अशा प्रकारचा पहिला संकरित प्लांट कार्यरत आहे. या प्लांटची रेटेड पॉवर 220 kW आहे, त्यापैकी 200 kW इंधन सेलमधून आणि 20 kW मायक्रोटर्बाइन जनरेटरमधून मिळते.

इंधन सेल हे एक उपकरण आहे जे विद्युत रासायनिक अभिक्रियाद्वारे कार्यक्षमतेने उष्णता आणि थेट प्रवाह निर्माण करते आणि हायड्रोजन युक्त इंधन वापरते. ऑपरेशनच्या तत्त्वानुसार, ते बॅटरीसारखेच आहे. संरचनात्मकदृष्ट्या, इंधन सेल इलेक्ट्रोलाइटद्वारे दर्शविले जाते. तो उल्लेखनीय का आहे? बॅटरीच्या विपरीत, हायड्रोजन इंधन पेशी विद्युत ऊर्जा साठवत नाहीत, त्यांना रिचार्ज करण्यासाठी विजेची आवश्यकता नसते आणि डिस्चार्ज होत नाही. जोपर्यंत त्यांना हवा आणि इंधनाचा पुरवठा आहे तोपर्यंत पेशी वीज निर्मिती करत राहतात.

वैशिष्ठ्य

इंधन पेशी आणि इतर उर्जा जनरेटरमधील फरक म्हणजे ते ऑपरेशन दरम्यान इंधन बर्न करत नाहीत. या वैशिष्ट्यामुळे, त्यांना रोटर्सची आवश्यकता नाही. उच्च दाब, मोठा आवाज आणि कंपन सोडू नका. इंधन पेशींमध्ये वीज ही मूक इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाने निर्माण होते. अशा उपकरणांमधील इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थेट पाणी, उष्णता आणि विजेमध्ये रूपांतरित होते.

इंधन पेशी अत्यंत कार्यक्षम असतात आणि ते तयार करत नाहीत मोठ्या संख्येनेहरितगृह वायू. ऑपरेशन दरम्यान पेशींचे उत्पादन हे वाफे आणि कार्बन डायऑक्साइडच्या स्वरूपात थोडेसे पाणी असते, जे शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरल्यास सोडले जात नाही.

देखावा इतिहास

1950 आणि 1960 च्या दशकात, दीर्घकालीन अंतराळ मोहिमेसाठी NASA च्या ऊर्जा स्त्रोतांच्या गरजेने त्या वेळी अस्तित्वात असलेल्या इंधन पेशींसाठी सर्वात जास्त मागणी असलेल्या कामांपैकी एक उत्तेजित केले. क्षारीय पेशी ऑक्सिजन आणि हायड्रोजनचा इंधन म्हणून वापर करतात, जे विद्युत रासायनिक अभिक्रिया दरम्यान अंतराळ उड्डाण दरम्यान उपयुक्त उप-उत्पादनांमध्ये रूपांतरित होतात - वीज, पाणी आणि उष्णता.

इंधन पेशी प्रथम 19 व्या शतकाच्या सुरूवातीस - 1838 मध्ये सापडल्या. त्याच वेळी, त्यांच्या प्रभावीतेबद्दल प्रथम माहिती दिसून आली.

क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट्स वापरून इंधन पेशींवर काम 1930 च्या उत्तरार्धात सुरू झाले. 1939 पर्यंत उच्च-दाब निकेल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड पेशींचा शोध लागला नव्हता. दुसर्‍या महायुद्धादरम्यान, ब्रिटीश पाणबुड्यांसाठी इंधन पेशी विकसित केल्या गेल्या, ज्यात सुमारे 25 सेंटीमीटर व्यासासह अल्कधर्मी पेशींचा समावेश होता.

1950-80 च्या दशकात त्यांच्यामध्ये रस वाढला, ज्याचे वैशिष्ट्य पेट्रोलियम इंधनाच्या कमतरतेमुळे होते. जगातील देशांनी वायू प्रदूषणाच्या समस्या सोडविण्यास सुरुवात केली आहे वातावरणपर्यावरणास अनुकूल इंधन सेल तंत्रज्ञान विकसित करण्याचा प्रयत्न आज सक्रियपणे विकसित होत आहे.

ऑपरेशनचे तत्त्व

कॅथोड, एनोड आणि इलेक्ट्रोलाइट वापरून इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रिया झाल्यामुळे इंधन पेशींद्वारे उष्णता आणि वीज निर्माण होते.

कॅथोड आणि एनोड प्रोटॉन-संवाहक इलेक्ट्रोलाइटद्वारे वेगळे केले जातात. कॅथोडला ऑक्सिजन आणि एनोडला हायड्रोजनचा पुरवठा केल्यानंतर, रासायनिक प्रतिक्रिया सुरू होते, ज्यामुळे उष्णता, प्रवाह आणि पाणी होते.

एनोड उत्प्रेरकावर विलग होतो, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉनचे नुकसान होते. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटद्वारे कॅथोडमध्ये प्रवेश करतात, तर इलेक्ट्रॉन बाहेरून जातात विद्युत नेटवर्कआणि उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरला जाणारा थेट प्रवाह तयार करा. कॅथोड उत्प्रेरक वरील ऑक्सिजन रेणू इलेक्ट्रॉन आणि इनकमिंग प्रोटॉनसह एकत्रित होते, अखेरीस पाणी तयार करते, जे एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पादन आहे.

प्रकार

विशिष्ट प्रकारच्या इंधन सेलची निवड त्याच्या अनुप्रयोगाच्या क्षेत्रावर अवलंबून असते. सर्व इंधन पेशी दोन मुख्य श्रेणींमध्ये विभागल्या जातात - उच्च तापमान आणि कमी तापमान. नंतरचे शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरतात. अशा उपकरणांना, नियमानुसार, शुद्ध हायड्रोजनमध्ये प्राथमिक इंधनावर प्रक्रिया करणे आवश्यक आहे. प्रक्रिया विशेष उपकरणे वापरून चालते.

उच्च तापमानाच्या इंधन पेशींना याची गरज नसते कारण ते येथे इंधन रूपांतरित करतात भारदस्त तापमान, जे हायड्रोजन इन्फ्रास्ट्रक्चर तयार करण्याची गरज काढून टाकते.

हायड्रोजन इंधन पेशींच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत अकार्यक्षम दहन प्रक्रियेशिवाय रासायनिक ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरण आणि थर्मल ऊर्जेचे यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर यावर आधारित आहे.

सामान्य संकल्पना

हायड्रोजन इंधन पेशी ही इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरणे आहेत जी अत्यंत कार्यक्षम "थंड" इंधन ज्वलनाने वीज निर्माण करतात. अशा उपकरणांचे अनेक प्रकार आहेत. प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली PEMFC सह सुसज्ज हायड्रोजन-एअर इंधन पेशी सर्वात आशाजनक तंत्रज्ञान मानली जाते.

प्रोटॉन-संवाहक पॉलिमर झिल्ली दोन इलेक्ट्रोड - कॅथोड आणि एनोड वेगळे करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. त्यापैकी प्रत्येक उत्प्रेरकासह लेपित कार्बन मॅट्रिक्सद्वारे दर्शविला जातो. एनोड उत्प्रेरक वर dissociates, इलेक्ट्रॉन दान. कॅशन्स झिल्लीद्वारे कॅथोडमध्ये चालवले जातात, तथापि इलेक्ट्रॉन बाह्य सर्किटमध्ये हस्तांतरित केले जातात कारण पडदा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरित करण्यासाठी डिझाइन केलेले नाही.

कॅथोड उत्प्रेरक वरील ऑक्सिजन रेणू इलेक्ट्रिकल सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन आणि येणारे प्रोटॉन यांच्याशी एकत्रित होते, शेवटी पाणी तयार करते, जे एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पादन आहे.

हायड्रोजन इंधन पेशी झिल्ली-इलेक्ट्रोड ब्लॉक्सच्या निर्मितीसाठी वापरल्या जातात, जे ऊर्जा प्रणालीचे मुख्य उत्पादन घटक म्हणून कार्य करतात.

हायड्रोजन इंधन पेशींचे फायदे

त्यापैकी हायलाइट केले पाहिजे:

• विशिष्ट उष्णता क्षमता वाढली.
• विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी.
• कंपन, आवाज आणि उष्णता स्थान नाही.
• कोल्ड स्टार्ट विश्वसनीयता.
• स्वत: ची डिस्चार्जची कमतरता, जी दीर्घ ऊर्जा संचयन जीवन सुनिश्चित करते.
• इंधन काडतुसेची संख्या बदलून ऊर्जा तीव्रता समायोजित करण्याच्या क्षमतेबद्दल अमर्यादित स्वायत्तता धन्यवाद.
• हायड्रोजन स्टोरेजची क्षमता बदलून जवळजवळ कोणतीही ऊर्जा तीव्रता सुनिश्चित करणे.
• दीर्घ सेवा जीवन.
• नीरव आणि पर्यावरणास अनुकूल ऑपरेशन.
• ऊर्जेची तीव्रता उच्च पातळी.
• हायड्रोजनमधील परदेशी अशुद्धता सहिष्णुता.

अर्ज क्षेत्र

ना धन्यवाद उच्च कार्यक्षमताहायड्रोजन इंधन पेशी विविध क्षेत्रात वापरली जातात:

• पोर्टेबल चार्जर्स.
• UAV साठी वीज पुरवठा प्रणाली.
• अखंड वीज पुरवठा.
• इतर उपकरणे आणि उपकरणे.

हायड्रोजन उर्जेची संभावना

हायड्रोजन पेरोक्साइड इंधन पेशींचा व्यापक वापर हायड्रोजन निर्मितीसाठी प्रभावी पद्धत तयार केल्यानंतरच शक्य होईल. जैवइंधन पेशी आणि नॅनोटेक्नॉलॉजी या संकल्पनेवर मोठ्या आशा ठेवून तंत्रज्ञानाचा सक्रिय वापर करण्यासाठी नवीन कल्पना आवश्यक आहेत. काही कंपन्यांनी तुलनेने अलीकडेच विविध धातूंवर आधारित प्रभावी उत्प्रेरक सोडले आहेत, त्याच वेळी, पडद्याशिवाय इंधन पेशींच्या निर्मितीबद्दल माहिती दिसून आली आहे, ज्यामुळे उत्पादनाची किंमत लक्षणीयरीत्या कमी करणे आणि अशा उपकरणांचे डिझाइन सुलभ करणे शक्य झाले. हायड्रोजन इंधन पेशींचे फायदे आणि वैशिष्ट्ये त्यांच्या मुख्य गैरसोयीपेक्षा जास्त नाहीत - उच्च किंमत, विशेषत: हायड्रोकार्बन उपकरणांच्या तुलनेत. एका हायड्रोजन पॉवर प्लांटच्या निर्मितीसाठी किमान 500 हजार डॉलर्स आवश्यक आहेत.

हायड्रोजन इंधन सेल कसा तयार करायचा?

सामान्य घर किंवा शाळेच्या प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत कमी-पावर इंधन सेल स्वतंत्रपणे तयार केला जाऊ शकतो. वापरलेली सामग्री जुना गॅस मास्क, प्लेक्सिग्लासचे तुकडे, इथाइल अल्कोहोल आणि अल्कलीचे जलीय द्रावण आहे.

स्वतः करा हायड्रोजन इंधन सेल बॉडी किमान पाच मिलिमीटर जाडी असलेल्या प्लेक्सिग्लासने बनलेली आहे. कंपार्टमेंटमधील विभाजने पातळ असू शकतात - सुमारे 3 मिलीमीटर. Plexiglas एकत्र glued विशेष गोंदक्लोरोफॉर्म किंवा डिक्लोरोइथेन आणि प्लेक्सिग्लास चिप्सपासून बनविलेले. हुड चालू असतानाच सर्व काम केले जाते.

एटी बाह्य भिंतकेसमध्ये, 5-6 सेंटीमीटर व्यासाचा एक भोक ड्रिल केला जातो, ज्यामध्ये रबर स्टॉपर आणि ड्रेन ग्लास ट्यूब घातली जाते. गॅस मास्कमधून सक्रिय कार्बन इंधन सेल बॉडीच्या दुस-या आणि चौथ्या कंपार्टमेंटमध्ये ओतला जातो - तो इलेक्ट्रोड म्हणून वापरला जाईल.

पहिल्या चेंबरमध्ये इंधन प्रसारित केले जाईल, तर पाचव्या खोलीत हवा भरली जाईल, ज्यामधून ऑक्सिजनचा पुरवठा केला जाईल. इलेक्ट्रोडच्या दरम्यान ओतलेले इलेक्ट्रोलाइट पॅराफिन आणि गॅसोलीनच्या द्रावणाने गर्भवती केले जाते जेणेकरून ते एअर चेंबरमध्ये प्रवेश करू नये. कॉपर प्लेट्स कोळशाच्या एका थरावर ठेवल्या जातात ज्यामध्ये त्यांना सोल्डर केले जाते, ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह वळविला जातो.

एकत्रित केलेल्या हायड्रोजन इंधन सेलवर 1:1 च्या प्रमाणात पाण्याने पातळ केलेल्या वोडकाने चार्ज केला जातो. कॉस्टिक पोटॅशियम काळजीपूर्वक परिणामी मिश्रणात जोडले जाते: 70 ग्रॅम पोटॅशियम 200 ग्रॅम पाण्यात विरघळते.

हायड्रोजनवर इंधन सेलची चाचणी करण्यापूर्वी, इंधन पहिल्या चेंबरमध्ये आणि इलेक्ट्रोलाइट तिसऱ्या चेंबरमध्ये ओतले जाते. इलेक्ट्रोडशी जोडलेले व्होल्टमीटर 0.7 आणि 0.9 व्होल्ट दरम्यान वाचले पाहिजे. घटकाचे सतत ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी, खर्च केलेले इंधन काढून टाकणे आवश्यक आहे आणि नवीन इंधन रबर ट्यूबद्वारे ओतणे आवश्यक आहे. ट्यूब पिळून, इंधन वितरण दर नियंत्रित केला जातो. अशा हायड्रोजन इंधन पेशी, घरी एकत्रित केलेल्या, एक लहान शक्ती आहे.

इंधन सेलहे गॅल्व्हॅनिक सेलसारखे एक इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण आहे, परंतु त्यापेक्षा वेगळे आहे की इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियासाठीचे पदार्थ बाहेरून दिले जातात - त्यामध्ये साठवलेल्या मर्यादित उर्जेच्या उलट. गॅल्व्हॅनिक सेलकिंवा बॅटरी.

तांदूळ. एक काही इंधन पेशी

इंधन पेशी मोठ्या नुकसानासह होणार्‍या अकार्यक्षम दहन प्रक्रियेला मागे टाकून इंधनाच्या रासायनिक उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. रासायनिक अभिक्रियेच्या परिणामी, ते हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. या प्रक्रियेच्या परिणामी, पाणी तयार होते आणि मोठ्या प्रमाणात उष्णता सोडली जाते. इंधन सेल हे बॅटरीसारखेच असते ज्याला चार्ज करता येते आणि नंतर विद्युत ऊर्जा साठवण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. इंधन सेलचा शोधकर्ता विल्यम आर. ग्रोव्ह आहे, ज्याने 1839 मध्ये त्याचा शोध लावला. या इंधन सेलमध्ये, सल्फ्यूरिक ऍसिडचे द्रावण इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरले गेले आणि हायड्रोजनचा वापर इंधन म्हणून केला गेला, जो ऑक्सिडायझर माध्यमात ऑक्सिजनसह एकत्र केला गेला. अलीकडेपर्यंत, इंधन पेशी केवळ प्रयोगशाळांमध्ये आणि अंतराळ यानामध्ये वापरल्या जात होत्या.

तांदूळ. 2.

इतर उर्जा जनरेटर जसे की अंतर्गत ज्वलन इंजिन किंवा वायू, कोळसा, तेल इत्यादीद्वारे चालणाऱ्या टर्बाइनच्या विपरीत, इंधन पेशी इंधन जाळत नाहीत. याचा अर्थ गोंगाट करणारा उच्च दाब रोटर्स नाही, मोठा एक्झॉस्ट आवाज नाही, कंपन नाही. इंधन पेशी मूक इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे वीज निर्माण करतात. इंधन पेशींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ते इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थेट वीज, उष्णता आणि पाण्यात रूपांतरित करतात.

इंधन पेशी अत्यंत कार्यक्षम असतात आणि कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साईड यांसारख्या मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू तयार करत नाहीत. इंधन पेशींद्वारे उत्सर्जित होणारी एकमेव उत्पादने म्हणजे वाफेच्या स्वरूपात पाणी आणि थोड्या प्रमाणात कार्बन डाय ऑक्साईड, जे शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरल्यास अजिबात उत्सर्जित होत नाही. इंधन पेशी असेंब्लीमध्ये आणि नंतर वैयक्तिक कार्यात्मक मॉड्यूलमध्ये एकत्र केल्या जातात.

इंधन पेशींमध्ये हलणारे भाग नसतात (किमान सेलच्या आत नसतात), आणि म्हणून ते कार्नोटच्या नियमांचे पालन करत नाहीत. म्हणजेच, त्यांच्याकडे 50% पेक्षा जास्त कार्यक्षमता असेल आणि ते विशेषतः कमी भारांवर प्रभावी असतील. अशा प्रकारे, इंधन सेल वाहने वास्तविक जीवनातील वाहन चालविण्याच्या परिस्थितीत पारंपारिक वाहनांपेक्षा जास्त इंधन कार्यक्षम असू शकतात (आणि ते आधीच सिद्ध झाले आहेत).

इंधन सेल डीसी विद्युत प्रवाह निर्माण करतो ज्याचा वापर वाहनातील इलेक्ट्रिक मोटर, लाइटिंग फिक्स्चर आणि इतर इलेक्ट्रिकल सिस्टम चालविण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

वापरल्या जाणार्‍या रासायनिक प्रक्रियेत भिन्न असलेल्या इंधन पेशींचे अनेक प्रकार आहेत. इंधन पेशी सामान्यतः ते वापरत असलेल्या इलेक्ट्रोलाइटच्या प्रकारानुसार वर्गीकृत केले जातात.

काही प्रकारचे इंधन सेल पॉवर प्लांट्समध्ये पॉवर प्लांट म्हणून वापरण्यासाठी आश्वासक आहेत, तर इतर पोर्टेबल उपकरणांसाठी किंवा कार चालवण्यासाठी आहेत.

1. अल्कधर्मी इंधन पेशी (AFC)

अल्कधर्मी इंधन सेल- हा सर्वात प्रथम विकसित घटकांपैकी एक आहे. 1960 च्या दशकाच्या मध्यापासून NASA द्वारे अपोलो आणि स्पेस शटल प्रोग्राममध्ये वापरल्या जाणार्‍या अल्कलाइन इंधन पेशी (ALFCs) हे सर्वात जास्त अभ्यासलेले तंत्रज्ञान आहे. या अंतराळ यानात, इंधन पेशी वीज आणि पिण्याचे पाणी तयार करतात.

तांदूळ. 3.

क्षारीय इंधन पेशी वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या सर्वात कार्यक्षम घटकांपैकी एक आहेत, ज्याची वीज निर्मिती कार्यक्षमता 70% पर्यंत पोहोचते.

अल्कधर्मी इंधन पेशी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, म्हणजे पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे जलीय द्रावण, सच्छिद्र, स्थिर मॅट्रिक्समध्ये असते. पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडची एकाग्रता इंधन सेलच्या ऑपरेटिंग तापमानानुसार बदलू शकते, जी 65°C ते 220°C पर्यंत असते. SFC मधील चार्ज वाहक हा हायड्रोक्साईड आयन (OH-) आहे जो कॅथोडपासून अॅनोडकडे जातो, जेथे ते हायड्रोजनशी प्रतिक्रिया करून पाणी आणि इलेक्ट्रॉन तयार करते. एनोडमध्ये तयार झालेले पाणी कॅथोडकडे परत जाते, पुन्हा तेथे हायड्रॉक्साईड आयन तयार करतात. इंधन सेलमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांच्या या मालिकेचा परिणाम म्हणून, वीज तयार होते आणि उप-उत्पादन म्हणून, उष्णता:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

प्रणालीची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

SFCs चा फायदा असा आहे की या इंधन पेशी तयार करण्यासाठी सर्वात स्वस्त आहेत, कारण इलेक्ट्रोडवर आवश्यक असलेले उत्प्रेरक इतर इंधन पेशींसाठी उत्प्रेरक म्हणून वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांपेक्षा स्वस्त असू शकतात. याव्यतिरिक्त, एसएफसी तुलनेने कमी तापमानात कार्य करतात आणि सर्वात कार्यक्षम आहेत.

पैकी एक वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्ये SHTE - CO2 ची उच्च संवेदनशीलता, जी इंधन किंवा हवेमध्ये असू शकते. CO2 इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया देते, त्वरीत विष बनवते आणि इंधन सेलची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते. म्हणून, SFCs चा वापर जागा आणि पाण्याखालील वाहने यासारख्या बंद जागांसाठी मर्यादित आहे, ते शुद्ध हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनवर चालतात.

2. कार्बोनेट मेल्ट फ्युएल सेल्स (MCFC)

वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशीउच्च तापमान इंधन पेशी आहेत. उच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन प्रोसेसरशिवाय नैसर्गिक वायूचा थेट वापर करण्यास आणि प्रक्रिया इंधन आणि इतर स्त्रोतांकडून कमी उष्मांक मूल्याच्या इंधन वायूचा वापर करण्यास अनुमती देते. ही प्रक्रिया 1960 च्या मध्यात विकसित झाली. तेव्हापासून, उत्पादन तंत्रज्ञान, कार्यप्रदर्शन आणि विश्वासार्हता सुधारली गेली आहे.

तांदूळ. चार

RCFC चे ऑपरेशन इतर इंधन पेशींपेक्षा वेगळे आहे. या पेशी वितळलेल्या कार्बोनेट क्षारांच्या मिश्रणातून इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. सध्या, दोन प्रकारचे मिश्रण वापरले जातात: लिथियम कार्बोनेट आणि पोटॅशियम कार्बोनेट किंवा लिथियम कार्बोनेट आणि सोडियम कार्बोनेट. कार्बोनेट क्षार वितळण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील आयनांची उच्च प्रमाणात गतिशीलता प्राप्त करण्यासाठी, वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी उच्च तापमानात (650°C) कार्य करतात. कार्यक्षमता 60-80% दरम्यान बदलते.

650°C तापमानाला गरम केल्यावर, क्षार कार्बोनेट आयन (CO32-) साठी वाहक बनतात. हे आयन कॅथोडपासून एनोडपर्यंत प्रवास करतात जेथे ते हायड्रोजनसह पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. हे इलेक्ट्रॉन बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे कॅथोडला परत पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह आणि उष्णता उप-उत्पादन म्हणून निर्माण होते.

एनोड प्रतिक्रिया: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

कॅथोडवर प्रतिक्रिया: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

सामान्य घटक प्रतिक्रिया: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(कॅथोड) => H2O(g) + CO2(एनोड)

वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या उच्च ऑपरेटिंग तापमानाचे काही फायदे आहेत. फायदा म्हणजे मानक सामग्री वापरण्याची क्षमता (स्टेनलेस स्टील शीट आणि इलेक्ट्रोडवर निकेल उत्प्रेरक). कचऱ्याची उष्णता उच्च दाबाची वाफ तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रतिक्रिया तापमान देखील त्यांचे फायदे आहेत. उच्च तापमानाचा वापर इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थितीपर्यंत पोहोचण्यासाठी बराच वेळ घेतो आणि उर्जेच्या वापरातील बदलांना सिस्टम अधिक हळूहळू प्रतिक्रिया देते. ही वैशिष्ट्ये सतत उर्जा स्थितीत वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन सेल सिस्टम वापरण्याची परवानगी देतात. उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड, "विषबाधा" इत्यादीद्वारे इंधन सेलचे नुकसान टाळते.

वितळलेल्या कार्बोनेट इंधन पेशी मोठ्या स्थिर प्रतिष्ठापनांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य आहेत. २.८ मेगावॅट आउटपुट इलेक्ट्रिक पॉवर असलेले थर्मल पॉवर प्लांट औद्योगिकरित्या उत्पादित केले जातात. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवर असलेले प्लांट विकसित केले जात आहेत.

3. फॉस्फोरिक ऍसिड (PFC) वर आधारित इंधन पेशी

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशीव्यावसायिक वापरासाठी प्रथम इंधन सेल बनले. ही प्रक्रिया XX शतकाच्या 60 च्या दशकाच्या मध्यात विकसित केली गेली होती, XX शतकाच्या 70 च्या दशकापासून चाचण्या केल्या गेल्या आहेत. परिणामी, स्थिरता आणि कार्यक्षमता वाढली आहे आणि किंमत कमी झाली आहे.

तांदूळ. ५.

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी 100% पर्यंत एकाग्रतेसह ऑर्थोफॉस्फोरिक ऍसिड (H3PO4) वर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. फॉस्फोरिक ऍसिडची आयनिक चालकता कमी तापमानात कमी असते, म्हणून या इंधन पेशींचा वापर 150-220°C पर्यंत तापमानात केला जातो.

या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक हायड्रोजन (H+, प्रोटॉन) आहे. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल्स (एमईएफसी) मध्ये अशीच प्रक्रिया घडते, ज्यामध्ये एनोडला पुरवलेले हायड्रोजन प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभाजित केले जाते. प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि कॅथोडमधील हवेतील ऑक्सिजनसह पाणी तयार करतात. इलेक्ट्रॉन्स बाह्य विद्युतीय सर्किटच्या बाजूने निर्देशित केले जातात आणि विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. वीज आणि उष्णता निर्माण करणाऱ्या प्रतिक्रिया खाली दिल्या आहेत.

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 => 4H+ + 4e

कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

सामान्य घटक प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

विद्युत ऊर्जा निर्माण करताना फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींची कार्यक्षमता 40% पेक्षा जास्त असते. उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये, एकूण कार्यक्षमता सुमारे 85% आहे. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान पाहता, कचरा उष्णता पाणी गरम करण्यासाठी आणि वातावरणाच्या दाबाने वाफ निर्माण करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींवर थर्मल पॉवर प्लांटची उच्च कार्यक्षमता हा या प्रकारच्या इंधन पेशींचा एक फायदा आहे. वनस्पती कार्बन मोनोऑक्साइडचा वापर सुमारे 1.5% च्या एकाग्रतेने करतात, ज्यामुळे इंधनाची निवड मोठ्या प्रमाणात वाढते. साधी रचना, कमी इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता आणि वाढलेली स्थिरता हे देखील अशा इंधन पेशींचे फायदे आहेत.

400 kW पर्यंत आउटपुट इलेक्ट्रिक पॉवर असलेले थर्मल पॉवर प्लांट औद्योगिकरित्या तयार केले जातात. 11 मेगावॅट क्षमतेच्या स्थापनेने संबंधित चाचण्या उत्तीर्ण केल्या आहेत. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवर असलेले प्लांट विकसित केले जात आहेत.

4. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (MOFEC) सह इंधन पेशी

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीसह इंधन पेशीसर्वात मानले जाते सर्वोत्तम प्रकारपेट्रोल आणि डिझेल अंतर्गत ज्वलन इंजिन बदलू शकणार्‍या वाहन उर्जा निर्माण करण्यासाठी इंधन पेशी. या इंधन पेशींचा वापर पहिल्यांदा नासाने जेमिनी कार्यक्रमासाठी केला होता. 1 W ते 2 kW पर्यंतच्या शक्तीसह MOPFC वरील स्थापना विकसित आणि दर्शविल्या जातात.

तांदूळ. 6.

या इंधन पेशींमधील इलेक्ट्रोलाइट एक घन पॉलिमर झिल्ली (पातळ प्लास्टिक फिल्म) आहे. पाण्याने गर्भधारणा केल्यावर, हे पॉलिमर प्रोटॉन पास करते, परंतु इलेक्ट्रॉन्सचे संचालन करत नाही.

इंधन हायड्रोजन आहे आणि चार्ज वाहक हा हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) आहे. एनोडवर, हायड्रोजन रेणू हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभक्त केला जातो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून कॅथोडमध्ये जातात, तर इलेक्ट्रॉन बाह्य वर्तुळाभोवती फिरतात आणि विद्युत ऊर्जा निर्माण करतात. ऑक्सिजन, जो हवेतून घेतला जातो, तो कॅथोडला दिला जातो आणि इलेक्ट्रॉन आणि हायड्रोजन आयनांसह एकत्रित होऊन पाणी बनते. इलेक्ट्रोड्सवर खालील प्रतिक्रिया होतात: एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4eCathode प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OHTotal सेल प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O इतर प्रकारच्या इंधन पेशींच्या तुलनेत, इंधन पेशी प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेनने इंधन सेलच्या दिलेल्या व्हॉल्यूम किंवा वजनासाठी अधिक ऊर्जा निर्माण केली. हे वैशिष्ट्य त्यांना कॉम्पॅक्ट आणि हलके बनविण्यास अनुमती देते. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान 100°C पेक्षा कमी आहे, जे तुम्हाला त्वरीत ऑपरेशन सुरू करण्यास अनुमती देते. ही वैशिष्ट्ये, तसेच ऊर्जा उत्पादनात वेगाने बदल करण्याची क्षमता, ही काही वैशिष्ट्ये आहेत जी या इंधन पेशींना वाहनांमध्ये वापरण्यासाठी प्रमुख उमेदवार बनवतात.

आणखी एक फायदा असा आहे की इलेक्ट्रोलाइट द्रव ऐवजी घन आहे. घन इलेक्ट्रोलाइटसह कॅथोड आणि एनोडमध्ये वायू ठेवणे सोपे आहे, म्हणून अशा इंधन पेशी तयार करणे स्वस्त आहे. घन इलेक्ट्रोलाइट वापरताना, अभिमुखता यासारख्या अडचणी नाहीत आणि गंज झाल्यामुळे कमी समस्या उद्भवतात, ज्यामुळे सेल आणि त्याच्या घटकांची टिकाऊपणा वाढते.

तांदूळ. ७.

5. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC)

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशीसर्वात जास्त ऑपरेटिंग तापमान असलेले इंधन पेशी आहेत. कार्यरत तापमान 600°C ते 1000°C पर्यंत बदलू शकते, जे विशेष न करता विविध प्रकारचे इंधन वापरण्यास अनुमती देते पूर्व उपचार. हे उच्च तापमान हाताळण्यासाठी, वापरलेले इलेक्ट्रोलाइट हे पातळ सिरेमिक-आधारित घन धातूचे ऑक्साईड आहे, बहुतेक वेळा य्ट्रियम आणि झिरकोनियमचे मिश्र धातु असते, जे ऑक्सिजन (O2-) आयनांचे वाहक असते. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी वापरण्याचे तंत्रज्ञान 1950 च्या उत्तरार्धापासून विकसित होत आहे आणि त्यात दोन कॉन्फिगरेशन आहेत: प्लॅनर आणि ट्यूबलर.

घन इलेक्ट्रोलाइट एका इलेक्ट्रोडपासून दुसऱ्या इलेक्ट्रोडमध्ये हर्मेटिक गॅस संक्रमण प्रदान करते, तर द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स छिद्रयुक्त सब्सट्रेटमध्ये स्थित असतात. या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक ऑक्सिजन आयन (ओ2-) आहे. कॅथोडवर, ऑक्सिजनचे रेणू हवेपासून ऑक्सिजन आयन आणि चार इलेक्ट्रॉनमध्ये वेगळे केले जातात. ऑक्सिजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हायड्रोजनसह चार मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. इलेक्ट्रॉन बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे निर्देशित केले जातात, विद्युत प्रवाह आणि कचरा उष्णता निर्माण करतात.

तांदूळ. आठ

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2 + 4e- => 2O2-

सामान्य घटक प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

विद्युत ऊर्जा उत्पादनाची कार्यक्षमता सर्व इंधन पेशींमध्ये सर्वाधिक आहे - सुमारे 60%. याव्यतिरिक्त, उच्च ऑपरेटिंग तापमान उच्च दाब स्टीम तयार करण्यासाठी एकत्रित उष्णता आणि वीज निर्मितीसाठी परवानगी देते. उच्च-तापमानाच्या इंधन सेलला टर्बाइनसह एकत्रित केल्याने विद्युत उर्जा निर्मितीची कार्यक्षमता 70% पर्यंत वाढवण्यासाठी एक संकरित इंधन सेल तयार होतो.

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानात (600°C-1000°C) कार्य करतात, परिणामी इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थितीपर्यंत पोहोचण्यासाठी महत्त्वपूर्ण वेळ मिळतो आणि वीज वापरातील बदलांना प्रतिसाद देण्यासाठी प्रणाली हळू असते. अशा उच्च ऑपरेटिंग तापमानात, इंधनातून हायड्रोजन पुनर्प्राप्त करण्यासाठी कोणत्याही कनवर्टरची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे थर्मल पॉवर प्लांटला कोळसा गॅसिफिकेशन किंवा कचरा वायू आणि यासारख्या तुलनेने अशुद्ध इंधनांसह कार्य करण्यास अनुमती देते. तसेच, हे इंधन सेल काम करण्यासाठी उत्कृष्ट आहे उच्च शक्ती, औद्योगिक आणि मोठ्या केंद्रीय ऊर्जा प्रकल्पांसह. 100 kW च्या आउटपुट इलेक्ट्रिकल पॉवरसह औद्योगिकरित्या उत्पादित मॉड्यूल.

6. थेट मिथेनॉल ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशी (DOMTE)

थेट मिथेनॉल ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशीमोबाईल फोन, लॅपटॉप्स, तसेच पोर्टेबल उर्जा स्त्रोत तयार करण्यासाठी यशस्वीरित्या वापरले जातात, जे अशा घटकांच्या भविष्यातील वापराचे उद्दीष्ट आहे.

मिथेनॉलच्या थेट ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशींची रचना प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (MOFEC) असलेल्या इंधन पेशींच्या संरचनेसारखीच असते, म्हणजे. पॉलिमरचा वापर इलेक्ट्रोलाइट म्हणून केला जातो आणि हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) चार्ज वाहक म्हणून वापरला जातो. परंतु द्रव मिथेनॉल (CH3OH) हे एनोडवर पाण्याच्या उपस्थितीत ऑक्सिडाइझ केले जाते, ज्यामुळे CO2, हायड्रोजन आयन आणि इलेक्ट्रॉन बाहेर पडतात, जे बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे पाठवले जातात आणि विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हवेतील ऑक्सिजन आणि बाह्य सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन्ससह प्रतिक्रिया करून एनोडवर पाणी तयार करतात.

एनोड प्रतिक्रिया: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6eCathode प्रतिक्रिया: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O एकूण घटक प्रतिक्रिया: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O 1990 आणि त्यांची विशिष्ट शक्ती आणि कार्यक्षमता वाढली. 40% पर्यंत.

या घटकांची 50-120 डिग्री सेल्सिअस तापमान श्रेणीमध्ये चाचणी केली गेली. कमी ऑपरेटिंग तापमानामुळे आणि कन्व्हर्टरची आवश्यकता नसल्यामुळे, हे इंधन सेल मोबाइल फोन आणि इतर ग्राहक उत्पादनांमध्ये तसेच कार इंजिनमधील अनुप्रयोगांसाठी सर्वोत्तम उमेदवार आहेत. त्यांचा फायदा देखील लहान परिमाणे आहे.

7. पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी (PETE)

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या बाबतीत, पॉलिमर झिल्लीमध्ये पाण्याचे क्षेत्र असलेले पॉलिमर तंतू असतात ज्यामध्ये पाण्याच्या रेणूला H2O+ (प्रोटॉन, लाल) आयनचे वहन जोडलेले असते. आयन एक्सचेंज मंद झाल्यामुळे पाण्याचे रेणू समस्या निर्माण करतात. म्हणून, इंधन आणि एक्झॉस्ट इलेक्ट्रोड्समध्ये पाण्याची उच्च एकाग्रता आवश्यक आहे, जे ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत मर्यादित करते.

8. सॉलिड ऍसिड इंधन पेशी (SCFC)

घन आम्ल इंधन पेशींमध्ये, इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO4) मध्ये पाणी नसते. म्हणून ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस आहे. SO42-oxyanions च्या फिरण्यामुळे आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे प्रोटॉन (लाल) हलू शकतात. सामान्यतः, सॉलिड अॅसिड फ्युएल सेल हे सँडविच असते ज्यामध्ये सॉलिड अॅसिड कंपाऊंडचा एक अतिशय पातळ थर दोन घट्ट कॉम्प्रेस केलेल्या इलेक्ट्रोडमध्ये चांगला संपर्क सुनिश्चित करण्यासाठी सँडविच केला जातो. गरम केल्यावर, सेंद्रिय घटक बाष्पीभवन करतात, इलेक्ट्रोडमधील छिद्रांमधून बाहेर पडतात, इंधन (किंवा सेलच्या दुसऱ्या टोकाला असलेला ऑक्सिजन), इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रोड यांच्यातील असंख्य संपर्कांची क्षमता टिकवून ठेवतात.

तांदूळ. ९.

9. इंधन पेशींच्या सर्वात महत्वाच्या वैशिष्ट्यांची तुलना

इंधन सेल वैशिष्ट्ये

इंधन सेल प्रकार	कार्यरत तापमान	वीज निर्मिती कार्यक्षमता	इंधन प्रकार	व्याप्ती
				मध्यम आणि मोठ्या स्थापना
			शुद्ध हायड्रोजन	प्रतिष्ठापन
			शुद्ध हायड्रोजन	लहान स्थापना
			बहुतेक हायड्रोकार्बन इंधन	लहान, मध्यम आणि मोठी स्थापना
				पोर्टेबल प्रतिष्ठापन
			शुद्ध हायड्रोजन	जागा अन्वेषण केले
			शुद्ध हायड्रोजन	लहान स्थापना

तांदूळ. दहा

10. कारमध्ये इंधन पेशींचा वापर

तांदूळ. अकरा

तांदूळ. 12.

उद्योजक डॅनिला शापोश्निकोव्ह म्हणतात की त्यांनी प्रयोगशाळेतून उत्पादन बाजारात आणण्याचे काम हाती घेतले. स्टार्टअप एटी एनर्जी हायड्रोजन इंधन सेल्स बनवत आहे ज्यामुळे ड्रोन आतापेक्षा कितीतरी पट जास्त लांब उडू शकतील.

उद्योजक डॅनिला शापोश्निकोव्ह शास्त्रज्ञ युरी डोब्रोव्होल्स्की आणि सेर्गेई नेफेडकिन यांना त्यांच्या शोधाचे व्यापारीकरण करण्यास मदत करतात - कॉम्पॅक्ट हायड्रोजन इंधन पेशी जे दंव आणि आर्द्रतेच्या भीतीशिवाय कित्येक तास काम करू शकतात. त्यांच्याद्वारे तयार केलेल्या एटी एनर्जी कंपनीने आधीच सुमारे 100 दशलक्ष रूबल आकर्षित केले आहेत. गुंतवणूक आणि मानवरहित जागतिक बाजारपेठ जिंकण्याची तयारी करत आहे विमान$ 7 अब्ज, जे आतापर्यंत प्रामुख्याने लिथियम-आयन बॅटरी वापरतात.

प्रयोगशाळेपासून बाजारापर्यंत

ऊर्जा आणि इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री क्षेत्रातील विज्ञानाच्या दोन डॉक्टरांशी शापोशनिकोव्हच्या ओळखीमुळे हा व्यवसाय सुरू झाला - चेर्नोगोलोव्हका येथील रशियन अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या रासायनिक भौतिकशास्त्राच्या समस्यांच्या संस्थेतील डोब्रोव्होल्स्की आणि मॉस्को येथील हायड्रोजन ऊर्जा केंद्राचे प्रमुख नेफेडकिन. पॉवर अभियांत्रिकी संस्था. प्राध्यापकांना कमी-तापमानाचे इंधन पेशी कसे बनवायचे याची कल्पना होती, परंतु त्यांचा शोध बाजारात कसा आणायचा हे त्यांना समजले नाही. "मी एक उद्योजक-गुंतवणूकदार म्हणून काम केले ज्याने प्रयोगशाळेतून उत्पादन बाजारात आणण्याची जोखीम घेतली," शापोश्निकोव्ह RBC ला दिलेल्या मुलाखतीत आठवते.

ऑगस्ट 2012 मध्ये, शापोश्निकोव्ह, डोब्रोव्होल्स्की आणि नेफेडकिन यांनी एटी एनर्जी (एटी एनर्जी एलएलसी) नोंदणी केली आणि प्रोटोटाइप तयार करण्यास सुरुवात केली. कंपनीने अर्ज केला आणि स्कोल्कोवो रहिवासी बनला. 2013 मध्ये, चेर्नोगोलोव्हका येथील संस्थेच्या भाड्याने घेतलेल्या तळावर, एटी एनर्जीच्या संस्थापकांनी इंधन सेल बॅटरीचे आयुष्य मूलत: वाढवण्याचे काम केले. "चेर्नोगोलोव्का हे एक विज्ञान शहर आहे, तेथे प्रयोगशाळा सहाय्यक, अभियंते आणि इलेक्ट्रोकेमिस्ट शोधणे आणि त्यात समाविष्ट करणे खूप सोपे आहे," शापोश्निकोव्ह म्हणतात. मग एटी एनर्जी चेर्नोगोलोव्स्की औद्योगिक उद्यानात गेली. तेथे, पहिले उत्पादन दिसले - ड्रोनसाठी इंधन सेल.

एटी एनर्जीने विकसित केलेल्या इंधन सेलचे "हृदय" एक पडदा-इलेक्ट्रोड ब्लॉक आहे ज्यामध्ये इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया घडते: एकीकडे, ऑक्सिजनसह हवा पुरविली जाते, दुसरीकडे, संकुचित वायू हायड्रोजन, परिणामी हायड्रोजन ऑक्सिडेशनच्या रासायनिक अभिक्रियाने ऊर्जा निर्माण होते.

वास्तविक उत्पादनासाठी, एटी एनर्जी स्कोल्कोव्होकडून दोन अनुदाने (एकूण 47 दशलक्ष रूबल) प्राप्त करण्यास सक्षम होती, तसेच सुमारे $1 दशलक्ष गुंतवणूक आकर्षित करू शकली. नॉर्थ एनर्जी व्हेंचर्स फंडाने प्रकल्पावर विश्वास ठेवला (एटी एनर्जीचा 13.8% प्राप्त झाला, त्याचा भागीदार शापोश्निकोव्ह आहे), फिजटेक व्हेंचर्स व्हेंचर फंड (13.8%), मॉस्को इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्स अँड टेक्नॉलॉजीच्या पदवीधरांनी स्थापित केलेला आणि मॉर्टन डेव्हलपर (10%); थेट शापोश्निकोव्ह आणि डोब्रोव्होल्स्की यांच्याकडे आता 26.7% एटी एनर्जी, आणि नेफेडकिन - 9% (सर्व - कायदेशीर संस्थांच्या युनिफाइड स्टेट रजिस्टरनुसार).

संख्यांमध्ये AT एनर्जी

सुमारे १ 00 दशलक्ष रूबल- आकर्षित केलेल्या गुंतवणुकीची एकूण रक्कम

3-30 किलो- ड्रोनचे वस्तुमान ज्यासाठी एटी एनर्जी पॉवर सिस्टम बनवते

$7 अब्जप्रति वर्ष - 2015 मध्ये जागतिक ड्रोन बाजाराचे प्रमाण

$90 दशलक्ष- खंड रशियन बाजार 2014 मध्ये लष्करी ड्रोन

$5 दशलक्ष- 2014 मध्ये ड्रोनच्या रशियन नागरी बाजाराचे प्रमाण

$2.6 अब्ज— 2014 मध्ये जागतिक इंधन सेल बाजाराचे प्रमाण

स्रोत: कंपनी डेटा, बिझनेस इनसाइडर, मार्केट्स आणि मार्केट्स

लांब उडणे, आणखी लांब

आज, जगातील जवळजवळ 80% ड्रोन इलेक्ट्रिक मोटर्स वापरतात ज्या लिथियम-आयन किंवा लिथियम-पॉलिमर बॅटरीद्वारे चालतात. "बॅटरींची सर्वात मोठी समस्या ही आहे की त्यांच्या आकाराच्या मर्यादा आहेत. जर तुम्हाला दुप्पट ऊर्जा हवी असेल, तर दुसरी बॅटरी ठेवा, आणि आणखी एक, वगैरे. आणि ड्रोनमध्ये, सर्वात महत्वाचे पॅरामीटर म्हणजे त्याचे वस्तुमान," शापोश्निकोव्ह स्पष्ट करतात.

ड्रोनचे वस्तुमान त्याचे पेलोड निर्धारित करते - त्यावर टांगलेल्या उपकरणांची संख्या (उदाहरणार्थ, कॅमेरे, थर्मल इमेजर, स्कॅनिंग उपकरणे इ.), तसेच उड्डाणाची वेळ. आजपर्यंत, ड्रोन बहुतेक अर्ध्या तासापासून ते दीड तासापर्यंत उड्डाण करतात. "अर्धा तास हे मनोरंजक नाही," शापोश्निकोव्ह म्हणतात. "हे असे दिसून आले की तुम्ही ती हवेत उचलताच, बॅटरी बदलण्याची वेळ आली आहे." याव्यतिरिक्त, लिथियम-आयन बॅटरी जेव्हा लहरीपणे वागतात नकारात्मक तापमान. शापोश्निकोव्ह असा दावा करतात की एटी एनर्जीमध्ये विकसित इंधन पेशी ड्रोनला पाचपट जास्त उड्डाण करण्यास परवानगी देतात: अडीच ते चार तासांपर्यंत आणि त्यांना दंव (उणे 20 अंशांपर्यंत) घाबरत नाही.

एटी एनर्जी रशिया आणि परदेशात तिच्या बॅटरीसाठी उपभोग्य वस्तू आणि घटक खरेदी करते. “वैज्ञानिक विकासासाठी, लहान मालिका निहित आहेत, म्हणून आम्ही अद्याप क्षमता देऊ शकत नाही रशियन उत्पादकआम्हाला आवश्यक असलेल्या घटकांचे नियोजन क्षितिज जेणेकरून ते त्यांचे उत्पादन स्थानिकीकरण करू शकतील,” शापोश्निकोव्ह स्पष्ट करतात.

2014 मध्ये, एटी एनर्जीने पहिले करार पूर्ण केले: त्याने सैन्याला स्वतःच्या इंधन पेशींवर आधारित 20 बॅटरी सिस्टम पुरवल्या (शापोश्निकोव्ह ग्राहकाचे नाव देत नाही). ते एएफएम-सर्व्हर्स कंपनीच्या ड्रोनसह सुसज्ज होते, ज्यांनी सोची ऑलिम्पिकच्या चित्रीकरणासाठी त्यांचा वापर केला होता. "कंपनीच्या उद्दिष्टांपैकी एक म्हणजे आमच्या सिस्टमची ड्रोनवर चाचणी करणे, आणि आम्हाला त्यासाठी पैसे दिले की नाही याची आम्हाला पर्वा नव्हती," शापोश्निकोव्ह आठवते. आजपर्यंत, एटी एनर्जीने अनेक करार आणि पूर्व-करारांवर स्वाक्षरी केली आहे, ज्यासाठी संभाव्य महसूल, शापोश्निकोव्हच्या मते, 100 दशलक्ष रूबल आहे. (प्रामुख्याने सरकारी संस्थांसह).

शापोश्निकोव्ह एटी एनर्जीचे आर्थिक परिणाम उघड करत नाही. Kontur.Fokus च्या मते, 2014 मध्ये कंपनीची कमाई 12.4 दशलक्ष रूबल होती. आणि 1.2 दशलक्ष रूबलचे निव्वळ नुकसान. एटी एनर्जीद्वारे उत्पादित 0.5 किलोवॅट क्षमतेच्या इंधन सेलची किंमत, शापोश्निकोव्हच्या मते, ड्रोनचा प्रकार, त्याची कार्ये, उड्डाण कालावधी आणि इतर पॅरामीटर्सवर अवलंबून, $10-25 हजारांपर्यंत आहे.

शापोश्निकोव्हच्या म्हणण्यानुसार रुबलचे अवमूल्यन कंपनीला जागतिक बाजारपेठेत प्रवेश करणे सोपे करेल. "आम्ही 2016 मध्ये पाश्चात्य खेळाडूंशी संबंध प्रस्थापित करण्याचे आणि 2017 मध्ये परदेशी ड्रोनच्या मुख्य प्रकारांसाठी पहिली उत्पादने तयार करण्याचे ध्येय ठेवले होते," तो म्हणतो.

गुंतवणूकदार

"एटी एनर्जी अद्वितीय वैशिष्ट्यांसह इंधन सेल तयार करण्यात यशस्वी झाली"

ओलेग पेर्टसोव्स्की, स्कोल्कोव्हो फाउंडेशनच्या एनर्जी एफिशियंट टेक्नॉलॉजी क्लस्टरचे ऑपरेशन्स डायरेक्टर

“ते अगदी कॉम्पॅक्ट आणि स्वस्त असताना नकारात्मक तापमानात काम करणारे उपकरण बनवू शकले. ज्ञान-केंद्रित प्रकल्पांसाठी, चार वर्षे हा कमी कालावधी आहे, त्यामुळे ते आमच्या मते, सामान्य गतीने पुढे जात आहेत. ड्रोन हे इंधन पेशींसाठी एक स्पष्ट आणि सर्वात आशादायक अनुप्रयोग आहेत. उर्जा स्त्रोत बदलून, ड्रोन समान वस्तुमान-आयामी वैशिष्ट्यांसह फ्लाइटची वेळ अनेक वेळा वाढवू शकेल. स्वायत्त वीज पुरवठ्यासाठी एक बाजार देखील आहे, उदाहरणार्थ सेल्युलर नेटवर्कसाठी, जेथे विद्युत नेटवर्क नसलेल्या दुर्गम भागात कमी-शक्तीच्या उर्जा स्त्रोतांची खूप आवश्यकता आहे."

"स्पर्धात्मक उत्पादन तयार करणे आणि या बाजारपेठेत प्रवेश करणे यात लक्षणीय गुंतवणूक धोके आहेत"

सर्जी फिलिमोनोव्ह, जीएस व्हेंचर कॉर्पोरेट व्हेंचर फंडचे प्रमुख (जीएस ग्रुपचा भाग)

“उच्च-क्षमतेच्या इंधन पेशींची बाजारपेठ यूएव्ही स्पेसपेक्षा खूपच विस्तृत आणि अधिक जटिल आहे. परंतु इंधन पेशींना अनेक विद्यमान ऊर्जा स्रोतांशी स्पर्धा करावी लागेल, कार्यक्षमता आणि खर्च या दोन्ही बाबतीत. स्पर्धात्मक उत्पादन तयार करणे आणि या बाजारपेठेत प्रवेश करणे यात लक्षणीय गुंतवणूक धोके आहेत. GS व्हेंचरसाठी, UAVs आणि इंधन सेलचे क्षेत्र खूप मनोरंजक आहेत, परंतु फंड स्टार्टअपमध्ये गुंतवणूक करण्यास तयार नाही कारण ही कंपनी उदयोन्मुख क्षेत्रात कार्यरत आहे आणि वेगाने वाढणाऱ्या बाजारपेठेला लक्ष्य करते.

क्लायंट

"ते सर्वोत्तम तंत्रज्ञानबाजारात, पण खूप महाग

ओलेग पॅनफिलेनोक, कॉप्टर एक्सप्रेसचे संस्थापक आणि मुख्य कार्यकारी अधिकारी

“एटी एनर्जीमध्ये खूप मजबूत तंत्रज्ञान आहे. "इंधन सेल प्लस हायड्रोजन टँक" संयोजन लिथियम-पॉलिमर किंवा लिथियम-आयन बॅटरीपेक्षा लक्षणीय ऊर्जा क्षमता प्राप्त करण्यास अनुमती देते. आम्ही आधीच एका मोठ्या क्षेत्रावर उड्डाण करण्यासाठी सुमारे 1 मीटर व्यासाचा मॅपिंग ड्रोन तयार केला आहे - जर तुम्ही त्यावर हायड्रोजन इंधन सेल ठेवले तर ते चार तासांपर्यंत उडेल. हे सोयीस्कर आणि कार्यक्षम असेल, तुम्हाला रिचार्जिंगसाठी अनेक वेळा डिव्हाइस लावावे लागणार नाही.

या क्षणी हे निश्चितपणे बाजारात सर्वोत्तम तंत्रज्ञान आहे, परंतु एक समस्या आहे: आमच्यासाठी ते खूप महाग आहे. एटी एनर्जीच्या एका बॅटरीची किंमत सुमारे 500 हजार रूबल असू शकते. - लिथियम-पॉलिमर बॅटरीपेक्षा जास्त परिमाणाचा ऑर्डर. होय, ते परदेशी एनालॉग्सपेक्षा दीड पट स्वस्त आहे, परंतु आम्हाला दहा आवश्यक आहेत. आम्ही सैन्य नाही, ज्यांचे बजेट आहे, आम्ही एक व्यावसायिक कंपनी आहोत आणि मोठे पैसे द्यायला तयार नाही. सैन्यासाठी, ड्रोनची वैशिष्ट्ये त्याच्या किंमतीपेक्षा अधिक महत्त्वाची आहेत, परंतु व्यापारासाठी, त्याउलट, ते अधिक वाईट, परंतु स्वस्त होऊ देणे चांगले आहे. ”

"अनेक कामांसाठी ड्रोन उड्डाण वेळ सर्वात महत्वाचा घटक आहे"

मॅक्झिम शिंकेविच, कंपनीच्या मानवरहित प्रणाली समूहाचे सीईओ

“आम्ही एटी एनर्जीशी परिचित आहोत आणि त्यांच्यासोबत सहकार्य करारावर स्वाक्षरी केली आहे. आम्ही अलीकडेच 2kg पर्यंतच्या पेलोडसह नवीन मोठ्या आकाराच्या मल्टीकॉप्टरचा विकास पूर्ण केला आहे, जो AT एनर्जीच्या इंधन पेशींनी सुसज्ज असेल आणि 2.5 ते 4 तासांपर्यंत उडेल. लिथियम बॅटरीवर, असे ड्रोन फक्त 30 मिनिटांसाठी उडते. हे ड्रोन नागरी आणि लष्करी दोन्ही हेतूंसाठी वापरले जाऊ शकते - लोकांच्या शोधासाठी आणि बचावासाठी ही एक व्हिडिओ पाळत ठेवणे प्रणाली आहे, आम्ही ती मालिका सुरू करण्यास आधीच तयार आहोत. आमच्याकडे त्यासाठी पहिला नागरी ग्राहक आधीच आहे, आम्ही ते कृतीत दाखवताच, इतर करार दिसून येतील.

इंधन पेशींच्या मोठ्या प्रमाणात वापरातील मुख्य समस्या म्हणजे त्यांच्या चार्जिंगसाठी स्टेशनचे नेटवर्क नसणे. ते बॅटरींपेक्षा जास्त महाग आहेत (त्याचा वापर करून ड्रोनच्या किंमतीत 15% वाढ होते), परंतु त्या बदल्यात तुम्हाला फ्लाइट कालावधीच्या दुपटीहून अधिक मिळते. अनेक कामांसाठी ड्रोन उड्डाणाचा वेळ हा सर्वात महत्त्वाचा घटक आहे.”

नतालिया सुवेरोवा

इंधन पेशी/पेशींचे फायदे

इंधन सेल/सेल हे असे उपकरण आहे जे इलेक्ट्रोकेमिकल रिअॅक्शनद्वारे हायड्रोजन-समृद्ध इंधनापासून थेट प्रवाह आणि उष्णता कार्यक्षमतेने निर्माण करते.

इंधन सेल हे बॅटरीसारखेच असते ज्यामध्ये ते रासायनिक अभिक्रियेद्वारे थेट विद्युत प्रवाह निर्माण करते. इंधन सेलमध्ये एनोड, कॅथोड आणि इलेक्ट्रोलाइट समाविष्ट आहे. तथापि, बॅटरीच्या विपरीत, इंधन पेशी/पेशी विद्युत ऊर्जा साठवू शकत नाहीत, डिस्चार्ज होत नाहीत आणि रिचार्ज करण्यासाठी विजेची आवश्यकता नसते. जोपर्यंत इंधन आणि हवेचा पुरवठा आहे तोपर्यंत इंधन पेशी/पेशी सतत वीज निर्माण करू शकतात.

इतर उर्जा जनरेटर जसे की अंतर्गत ज्वलन इंजिन किंवा गॅस, कोळसा, तेल इत्यादीद्वारे चालणाऱ्या टर्बाइनच्या विपरीत, इंधन पेशी/पेशी इंधन जळत नाहीत. याचा अर्थ गोंगाट करणारा उच्च दाब रोटर्स नाही, मोठा एक्झॉस्ट आवाज नाही, कंपन नाही. इंधन पेशी/पेशी मूक इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे वीज निर्माण करतात. इंधन पेशी/पेशींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ते इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थेट वीज, उष्णता आणि पाण्यात रूपांतरित करतात.

इंधन पेशी अत्यंत कार्यक्षम असतात आणि कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साईड यांसारख्या मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू तयार करत नाहीत. ऑपरेशन दरम्यान उत्सर्जित होणारी एकमेव उत्पादने म्हणजे वाफेच्या स्वरूपात पाणी आणि थोड्या प्रमाणात कार्बन डाय ऑक्साईड, जे शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरल्यास अजिबात उत्सर्जित होत नाही. इंधन पेशी/पेशी असेंब्लीमध्ये आणि नंतर वैयक्तिक कार्यात्मक मॉड्यूलमध्ये एकत्र केल्या जातात.

इंधन सेल/पेशी विकासाचा इतिहास

1950 आणि 1960 च्या दशकात, यूएस नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस अॅडमिनिस्ट्रेशन (NASA) च्या दीर्घ कालावधीच्या अंतराळ मोहिमांसाठी ऊर्जा स्त्रोतांच्या गरजेतून इंधन पेशींसाठी सर्वात मोठे आव्हान जन्माला आले. नासा अल्कलाइन फ्युएल सेल/सेल हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचा वापर इंधन म्हणून करते. रासायनिक घटकइलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया मध्ये. आउटपुट हे स्पेसफ्लाइटमध्ये उपयुक्त असलेल्या प्रतिक्रियेचे तीन उप-उत्पादने आहेत - अंतराळ यानाला उर्जा देण्यासाठी वीज, पिण्यासाठी पाणी आणि कूलिंग सिस्टम आणि अंतराळवीरांना उबदार ठेवण्यासाठी उष्णता.

इंधन पेशींचा शोध 19 व्या शतकाच्या सुरूवातीस आहे. इंधन पेशींच्या प्रभावाचा पहिला पुरावा 1838 मध्ये प्राप्त झाला.

1930 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, अल्कधर्मी इंधन पेशींवर काम सुरू झाले आणि 1939 पर्यंत उच्च दाब निकेल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड वापरून एक सेल तयार केला गेला. दुसऱ्या महायुद्धादरम्यान, ब्रिटीश नौदलाच्या पाणबुड्यांसाठी इंधन पेशी/पेशी विकसित करण्यात आल्या आणि 1958 मध्ये फक्त 25 सेमी व्यासाच्या अल्कधर्मी इंधन पेशी/पेशींचा समावेश असलेली इंधन असेंब्ली सुरू करण्यात आली.

1950 आणि 1960 च्या दशकात आणि 1980 च्या दशकात जेव्हा औद्योगिक जगाला इंधन तेलाचा तुटवडा जाणवला तेव्हा व्याज वाढले. त्याच काळात, जागतिक देश देखील वायू प्रदूषणाच्या समस्येबद्दल चिंतित झाले आणि पर्यावरणाच्या दृष्टीने मार्गांचा विचार केला निव्वळ प्राप्तवीज सध्या, इंधन सेल/सेल तंत्रज्ञान वेगाने विकसित होत आहे.

इंधन पेशी/पेशी कसे कार्य करतात

इंधन पेशी/पेशी इलेक्ट्रोलाइट, कॅथोड आणि एनोड वापरून चालू असलेल्या इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे वीज आणि उष्णता निर्माण करतात.

एनोड आणि कॅथोड इलेक्ट्रोलाइटद्वारे वेगळे केले जातात जे प्रोटॉनचे संचालन करतात. हायड्रोजन एनोडमध्ये प्रवेश केल्यानंतर आणि ऑक्सिजन कॅथोडमध्ये प्रवेश केल्यानंतर, रासायनिक प्रतिक्रिया सुरू होते, परिणामी विद्युत प्रवाह, उष्णता आणि पाणी तयार होते.

एनोड उत्प्रेरकावर, आण्विक हायड्रोजन विलग होतो आणि इलेक्ट्रॉन गमावतो. हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) इलेक्ट्रोलाइटद्वारे कॅथोडपर्यंत चालवले जातात, तर इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून आणि बाह्य विद्युतीय सर्किटमधून जातात, ज्यामुळे उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरता येणारा थेट प्रवाह तयार होतो. कॅथोड उत्प्रेरकावर, एक ऑक्सिजन रेणू इलेक्ट्रॉन (ज्याचा पुरवठा बाह्य संप्रेषणातून केला जातो) आणि येणारा प्रोटॉन यांच्याशी होतो आणि पाणी बनवते, जे एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पादन आहे (वाष्प आणि / किंवा द्रव स्वरूपात).

खाली संबंधित प्रतिक्रिया आहे:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H+ + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
सामान्य घटक प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

इंधन पेशी/पेशींचे प्रकार आणि विविधता

विविध प्रकारच्या अंतर्गत ज्वलन इंजिनांच्या अस्तित्वाप्रमाणेच, विविध प्रकारचे इंधन पेशी आहेत - योग्य प्रकारच्या इंधन सेलची निवड त्याच्या अनुप्रयोगावर अवलंबून असते.

इंधन पेशी उच्च तापमान आणि कमी तापमानात विभागली जातात. कमी तापमानाच्या इंधन पेशींना इंधन म्हणून तुलनेने शुद्ध हायड्रोजनची आवश्यकता असते. याचा अर्थ असा होतो की प्राथमिक इंधन (जसे की नैसर्गिक वायू) शुद्ध हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी इंधन प्रक्रिया आवश्यक असते. ही प्रक्रिया अतिरिक्त ऊर्जा वापरते आणि विशेष उपकरणे आवश्यक असतात. उच्च तापमानाच्या इंधन पेशींना या अतिरिक्त प्रक्रियेची आवश्यकता नसते, कारण ते भारदस्त तापमानात इंधनाचे "अंतर्गत रूपांतर" करू शकतात, याचा अर्थ हायड्रोजन पायाभूत सुविधांमध्ये गुंतवणूक करण्याची आवश्यकता नाही.

वितळलेल्या कार्बोनेटवरील इंधन पेशी/पेशी (MCFC)

वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी उच्च तापमानाच्या इंधन पेशी असतात. उच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन प्रोसेसरशिवाय नैसर्गिक वायूचा थेट वापर करण्यास आणि प्रक्रिया इंधन आणि इतर स्त्रोतांकडून कमी उष्मांक मूल्याच्या इंधन वायूचा वापर करण्यास अनुमती देते.

RCFC चे ऑपरेशन इतर इंधन पेशींपेक्षा वेगळे आहे. या पेशी वितळलेल्या कार्बोनेट क्षारांच्या मिश्रणातून इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. सध्या, दोन प्रकारचे मिश्रण वापरले जातात: लिथियम कार्बोनेट आणि पोटॅशियम कार्बोनेट किंवा लिथियम कार्बोनेट आणि सोडियम कार्बोनेट. कार्बोनेट क्षार वितळण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइटमधील आयनांची उच्च प्रमाणात गतिशीलता प्राप्त करण्यासाठी, वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी उच्च तापमानात (650°C) कार्य करतात. कार्यक्षमता 60-80% दरम्यान बदलते.

650°C तापमानाला गरम केल्यावर, लवण हे कार्बोनेट आयन (CO 3 2-) साठी वाहक बनतात. हे आयन कॅथोडपासून एनोडमध्ये जातात जेथे ते हायड्रोजनसह पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. हे इलेक्ट्रॉन बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे कॅथोडला परत पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह आणि उष्णता उप-उत्पादन म्हणून निर्माण होते.

एनोड प्रतिक्रिया: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
सामान्य घटक प्रतिक्रिया: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (कॅथोड) => H 2 O (g) + CO 2 (एनोड)

वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या उच्च ऑपरेटिंग तापमानाचे काही फायदे आहेत. उच्च तापमानात, नैसर्गिक वायू आंतरिकरित्या सुधारला जातो, ज्यामुळे इंधन प्रोसेसरची आवश्यकता दूर होते. याव्यतिरिक्त, फायद्यांमध्ये इलेक्ट्रोडवर स्टेनलेस स्टील शीट आणि निकेल उत्प्रेरक सारख्या बांधकामाची मानक सामग्री वापरण्याची क्षमता समाविष्ट आहे. कचरा उष्णता विविध औद्योगिक आणि व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी उच्च दाब स्टीम तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रतिक्रिया तापमान देखील त्यांचे फायदे आहेत. उच्च तापमानाचा वापर इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थितीपर्यंत पोहोचण्यासाठी बराच वेळ घेतो आणि उर्जेच्या वापरातील बदलांना सिस्टम अधिक हळूहळू प्रतिक्रिया देते. ही वैशिष्ट्ये सतत उर्जा स्थितीत वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन सेल सिस्टम वापरण्याची परवानगी देतात. उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइडद्वारे इंधन सेलचे नुकसान टाळते.

वितळलेल्या कार्बोनेट इंधन पेशी मोठ्या स्थिर प्रतिष्ठापनांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य आहेत. 3.0 मेगावॅट आउटपुट इलेक्ट्रिक पॉवर असलेले थर्मल पॉवर प्लांट औद्योगिकरित्या तयार केले जातात. 110 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवर असलेले प्लांट विकसित केले जात आहेत.

फॉस्फोरिक ऍसिड (PFC) वर आधारित इंधन पेशी/पेशी

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी व्यावसायिक वापरासाठी प्रथम इंधन पेशी होत्या.

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी 100% पर्यंत एकाग्रतेसह ऑर्थोफॉस्फोरिक ऍसिड (H 3 PO 4) वर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. फॉस्फोरिक ऍसिडची आयनिक चालकता कमी तापमानात कमी असते, या कारणास्तव या इंधन पेशींचा वापर 150-220°C पर्यंत तापमानात केला जातो.

या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक हायड्रोजन (H+, प्रोटॉन) आहे. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इंधन पेशींमध्ये अशीच प्रक्रिया घडते, ज्यामध्ये एनोडला पुरवलेले हायड्रोजन प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभाजित केले जाते. प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि कॅथोडमधील हवेतील ऑक्सिजनसह पाणी तयार करतात. इलेक्ट्रॉन्स बाह्य विद्युतीय सर्किटच्या बाजूने निर्देशित केले जातात आणि विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. वीज आणि उष्णता निर्माण करणाऱ्या प्रतिक्रिया खाली दिल्या आहेत.

एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
सामान्य घटक प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

विद्युत ऊर्जा निर्माण करताना फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींची कार्यक्षमता 40% पेक्षा जास्त असते. उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये, एकूण कार्यक्षमता सुमारे 85% आहे. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान दिल्यास, कचरा उष्णता पाणी गरम करण्यासाठी आणि वातावरणाच्या दाबाने वाफ निर्माण करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.

उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींवर थर्मल पॉवर प्लांटची उच्च कार्यक्षमता हा या प्रकारच्या इंधन पेशींचा एक फायदा आहे. वनस्पती कार्बन मोनोऑक्साइडचा वापर सुमारे 1.5% च्या एकाग्रतेने करतात, ज्यामुळे इंधनाची निवड मोठ्या प्रमाणात वाढते. याव्यतिरिक्त, सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट आणि इंधन सेलच्या ऑपरेशनवर परिणाम करत नाही, या प्रकारचे सेल सुधारित नैसर्गिक इंधनासह कार्य करते. साधे बांधकाम, कमी इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता आणि वाढलेली स्थिरता हे देखील या प्रकारच्या इंधन सेलचे फायदे आहेत.

500 kW पर्यंत आउटपुट इलेक्ट्रिक पॉवर असलेले थर्मल पॉवर प्लांट औद्योगिकरित्या तयार केले जातात. 11 मेगावॅटच्या स्थापनेने संबंधित चाचण्या उत्तीर्ण केल्या आहेत. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवर असलेले प्लांट विकसित केले जात आहेत.

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी/पेशी (SOFC)

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी हे सर्वोच्च ऑपरेटिंग तापमान असलेल्या इंधन पेशी आहेत. ऑपरेटिंग तापमान 600°C ते 1000°C पर्यंत बदलू शकते, जे विशेष पूर्व-उपचारांशिवाय विविध प्रकारचे इंधन वापरण्यास अनुमती देते. हे उच्च तापमान हाताळण्यासाठी, वापरलेले इलेक्ट्रोलाइट हे पातळ सिरेमिक-आधारित घन धातूचा ऑक्साईड आहे, बहुतेकदा य्ट्रियम आणि झिरकोनियमचा मिश्रधातू आहे, जो ऑक्सिजन (O 2-) आयनचा वाहक आहे.

घन इलेक्ट्रोलाइट एका इलेक्ट्रोडपासून दुसऱ्या इलेक्ट्रोडमध्ये हर्मेटिक गॅस संक्रमण प्रदान करते, तर द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स छिद्रयुक्त सब्सट्रेटमध्ये स्थित असतात. या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक ऑक्सिजन आयन (O 2-) आहे. कॅथोडवर, ऑक्सिजनचे रेणू हवेपासून ऑक्सिजन आयन आणि चार इलेक्ट्रॉनमध्ये वेगळे केले जातात. ऑक्सिजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हायड्रोजनसह चार मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. इलेक्ट्रॉन्स बाह्य इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे निर्देशित केले जातात, विद्युत प्रवाह आणि कचरा उष्णता निर्माण करतात.

एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
सामान्य घटक प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

व्युत्पन्न विद्युत ऊर्जेची कार्यक्षमता सर्व इंधन पेशींमध्ये सर्वोच्च आहे - सुमारे 60-70%. उच्च ऑपरेटिंग तापमान उच्च दाब स्टीम तयार करण्यासाठी एकत्रित उष्णता आणि ऊर्जा निर्मितीसाठी परवानगी देते. उच्च तापमानाचा इंधन सेल टर्बाइनसह एकत्रित केल्याने एक हायब्रिड इंधन सेल तयार होतो ज्यामुळे वीज निर्मितीची कार्यक्षमता 75% पर्यंत वाढते.

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानात (600°C-1000°C) कार्य करतात, परिणामी इष्टतम ऑपरेटिंग स्थितीपर्यंत पोहोचण्यास बराच वेळ लागतो आणि विजेच्या वापरातील बदलांना प्रतिसाद देण्यासाठी प्रणाली हळू असते. अशा उच्च ऑपरेटिंग तापमानात, इंधनातून हायड्रोजन पुनर्प्राप्त करण्यासाठी कोणत्याही कनवर्टरची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे थर्मल पॉवर प्लांटला कोळसा गॅसिफिकेशन किंवा कचरा वायू आणि यासारख्या तुलनेने अशुद्ध इंधनांसह कार्य करण्यास अनुमती देते. तसेच, हा इंधन सेल औद्योगिक आणि मोठ्या केंद्रीय ऊर्जा प्रकल्पांसह उच्च उर्जा अनुप्रयोगांसाठी उत्कृष्ट आहे. 100 kW च्या आउटपुट इलेक्ट्रिकल पॉवरसह औद्योगिकरित्या उत्पादित मॉड्यूल.

थेट मिथेनॉल ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशी/पेशी (DOMTE)

मिथेनॉलच्या थेट ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशी वापरण्याचे तंत्रज्ञान सक्रिय विकासाच्या कालावधीतून जात आहे. मोबाईल फोन, लॅपटॉप्स आणि पोर्टेबल उर्जा स्त्रोत तयार करण्याच्या क्षेत्रात त्याने यशस्वीरित्या स्वतःची स्थापना केली आहे. या घटकांचा भविष्यातील वापर कशासाठी आहे.

मिथेनॉलच्या थेट ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशींची रचना प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (MOFEC) असलेल्या इंधन पेशींसारखीच असते, म्हणजे. पॉलिमरचा वापर इलेक्ट्रोलाइट म्हणून केला जातो आणि हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) चार्ज वाहक म्हणून वापरला जातो. तथापि, द्रव मिथेनॉल (CH 3 OH) एनोडवर पाण्याच्या उपस्थितीत ऑक्सिडाइझ केले जाते, CO 2 , हायड्रोजन आयन आणि इलेक्ट्रॉन सोडतात, जे बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे निर्देशित केले जातात आणि विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हवेतील ऑक्सिजन आणि बाह्य सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन्ससह प्रतिक्रिया करून एनोडवर पाणी तयार करतात.

एनोडवर प्रतिक्रिया: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
सामान्य घटक प्रतिक्रिया: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

या प्रकारच्या इंधन पेशींचा फायदा त्यांच्या वापरामुळे लहान आकाराचा आहे द्रव इंधन, आणि कन्व्हर्टर वापरण्याची गरज नाही.

अल्कधर्मी इंधन पेशी/पेशी (एएफसी)

क्षारीय इंधन पेशी वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या सर्वात कार्यक्षम घटकांपैकी एक आहेत, ज्याची वीज निर्मिती कार्यक्षमता 70% पर्यंत पोहोचते.

अल्कधर्मी इंधन पेशी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, म्हणजे पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे जलीय द्रावण, सच्छिद्र, स्थिर मॅट्रिक्समध्ये असते. पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडची एकाग्रता इंधन सेलच्या ऑपरेटिंग तापमानानुसार बदलू शकते, जी 65°C ते 220°C पर्यंत असते. एसएफसी मधील चार्ज वाहक हा हायड्रोक्साईड आयन (OH-) आहे जो कॅथोडपासून एनोडकडे जातो जेथे ते पाणी आणि इलेक्ट्रॉन तयार करण्यासाठी हायड्रोजनसह प्रतिक्रिया देते. एनोडमध्ये तयार झालेले पाणी कॅथोडकडे परत जाते, पुन्हा तेथे हायड्रॉक्साईड आयन तयार करतात. इंधन सेलमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांच्या या मालिकेचा परिणाम म्हणून, वीज तयार होते आणि उप-उत्पादन म्हणून, उष्णता:

एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
प्रणालीची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SFCs चा फायदा असा आहे की या इंधन पेशी उत्पादनासाठी सर्वात स्वस्त आहेत, कारण इलेक्ट्रोडवर आवश्यक उत्प्रेरक इतर इंधन पेशींसाठी उत्प्रेरक म्हणून वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांपेक्षा स्वस्त असू शकतात. SCFCs तुलनेने कमी तापमानात कार्य करतात आणि सर्वात कार्यक्षम इंधन पेशींपैकी आहेत - अशी वैशिष्ट्ये अनुक्रमे जलद वीज निर्मिती आणि उच्च इंधन कार्यक्षमतेमध्ये योगदान देऊ शकतात.

SHTE च्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे त्याची CO 2 ची उच्च संवेदनशीलता आहे, जी इंधन किंवा हवेमध्ये असू शकते. CO 2 इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया देते, त्वरीत विष देते आणि इंधन सेलची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते. म्हणून, SFCs चा वापर जागा आणि पाण्याखालील वाहने यासारख्या बंद जागांसाठी मर्यादित आहे, ते शुद्ध हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनवर चालले पाहिजेत. शिवाय, CO, H 2 O आणि CH4 सारखे रेणू, जे इतर इंधन पेशींसाठी सुरक्षित आहेत आणि काहींसाठी इंधन देखील, SFCs साठी हानिकारक आहेत.

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी/पेशी (PETE)

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या बाबतीत, पॉलिमर झिल्लीमध्ये पाण्याचे क्षेत्र असलेले पॉलिमर तंतू असतात ज्यामध्ये पाण्याच्या आयनांचे वहन असते (H 2 O + (प्रोटॉन, लाल) पाण्याच्या रेणूला जोडलेले असते). आयन एक्सचेंज मंद झाल्यामुळे पाण्याचे रेणू समस्या निर्माण करतात. म्हणून, इंधन आणि एक्झॉस्ट इलेक्ट्रोड्समध्ये पाण्याची उच्च एकाग्रता आवश्यक आहे, जे ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत मर्यादित करते.

सॉलिड ऍसिड इंधन पेशी/पेशी (SCFC)

घन आम्ल इंधन पेशींमध्ये, इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO 4 ) मध्ये पाणी नसते. म्हणून ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस आहे. SO 4 2- oxy anions च्या फिरण्यामुळे आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे प्रोटॉन (लाल) हलवता येतात. सामान्यतः, सॉलिड अॅसिड फ्युएल सेल हे सँडविच असते ज्यामध्ये सॉलिड अॅसिड कंपाऊंडचा एक अतिशय पातळ थर दोन घट्ट कॉम्प्रेस केलेल्या इलेक्ट्रोडमध्ये चांगला संपर्क सुनिश्चित करण्यासाठी सँडविच केला जातो. गरम केल्यावर, सेंद्रिय घटक बाष्पीभवन करतात, इलेक्ट्रोडमधील छिद्रांमधून बाहेर पडतात, इंधन (किंवा सेलच्या दुसऱ्या टोकाला असलेला ऑक्सिजन), इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रोड यांच्यातील असंख्य संपर्कांची क्षमता टिकवून ठेवतात.

विविध इंधन सेल मॉड्यूल. इंधन सेल बॅटरी

1. इंधन सेल बॅटरी
2. इतर उच्च तापमान उपकरणे (एकात्मिक स्टीम जनरेटर, दहन कक्ष, उष्णता शिल्लक बदलणारे)
3. उष्णता प्रतिरोधक इन्सुलेशन

इंधन सेल मॉड्यूल

इंधन पेशींचे प्रकार आणि वाणांचे तुलनात्मक विश्लेषण

अभिनव ऊर्जा-बचत करणारी नगरपालिका उष्णता आणि ऊर्जा संयंत्रे विशेषत: सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFCs), पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी (PEFCs), फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी (PCFCs), प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इंधन पेशी (MPFCs) आणि क्षारीय इंधन पेशी (एमपीएफसी) वर तयार केली जातात. APFC) . त्यांच्यात सहसा खालील वैशिष्ट्ये असतात:

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC) सर्वात योग्य म्हणून ओळखल्या पाहिजेत, जे:

• उच्च तापमानावर कार्य करा, ज्यामुळे महागड्या मौल्यवान धातूंची गरज कमी होते (जसे की प्लॅटिनम)
• साठी काम करू शकतात विविध प्रकारहायड्रोकार्बन इंधन, प्रामुख्याने नैसर्गिक वायू
• स्टार्टअपची वेळ जास्त आहे आणि त्यामुळे दीर्घकालीन ऑपरेशनसाठी अधिक योग्य आहे
• वीज निर्मितीची उच्च कार्यक्षमता प्रदर्शित करा (70% पर्यंत)
• उच्च ऑपरेटिंग तापमानामुळे, युनिट्स हीट रिकव्हरी सिस्टमसह एकत्र केली जाऊ शकतात, ज्यामुळे एकूण प्रणालीची कार्यक्षमता 85% पर्यंत वाढते
• व्यावहारिक आहे शून्य पातळीउत्सर्जन, शांतपणे चालते आणि विद्यमान वीज निर्मिती तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत कमी ऑपरेटिंग आवश्यकता आहेत

इंधन सेल प्रकार	कार्यरत तापमान	वीज निर्मिती कार्यक्षमता	इंधन प्रकार	अर्ज क्षेत्र
आरकेटीई	550–700°C	50-70%		मध्यम आणि मोठ्या स्थापना
FKTE	100–220°C	35-40%	शुद्ध हायड्रोजन	मोठी स्थापना
MOPTE	30-100° से	35-50%	शुद्ध हायड्रोजन	लहान स्थापना
SOFC	450–1000°C	45-70%	बहुतेक हायड्रोकार्बन इंधन	लहान, मध्यम आणि मोठी स्थापना
पोमटे	20-90° से	20-30%	मिथेनॉल	पोर्टेबल
SHTE	50-200° से	40-70%	शुद्ध हायड्रोजन	अंतराळ संशोधन
PETE	30-100° से	35-50%	शुद्ध हायड्रोजन	लहान स्थापना

लहान थर्मल पॉवर प्लांट पारंपारिक गॅस पुरवठा नेटवर्कशी जोडले जाऊ शकत असल्याने, इंधन पेशींना वेगळ्या हायड्रोजन पुरवठा प्रणालीची आवश्यकता नसते. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशींवर आधारित लहान थर्मल पॉवर प्लांट वापरताना, व्युत्पन्न केलेली उष्णता पाणी आणि वायुवीजन हवा गरम करण्यासाठी उष्णता एक्सचेंजर्समध्ये एकत्रित केली जाऊ शकते, ज्यामुळे प्रणालीची एकूण कार्यक्षमता वाढते. हे अभिनव तंत्रज्ञान सर्वोत्तम मार्गमहागड्या पायाभूत सुविधा आणि जटिल साधनांच्या एकत्रीकरणाची गरज न पडता कार्यक्षम वीज निर्मितीसाठी योग्य.

इंधन सेल/सेल अनुप्रयोग

दूरसंचार प्रणालींमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

जगभरातील वायरलेस कम्युनिकेशन प्रणालीचा झपाट्याने प्रसार, तसेच मोबाईल फोन तंत्रज्ञानाच्या वाढत्या सामाजिक आणि आर्थिक फायद्यांमुळे, विश्वासार्ह आणि किफायतशीर बॅकअप पॉवरची गरज गंभीर बनली आहे. खराब हवामान, नैसर्गिक आपत्ती किंवा मर्यादित ग्रिड क्षमतेमुळे वर्षभर ग्रीडचे नुकसान हे ग्रीड ऑपरेटर्ससाठी सततचे आव्हान असते.

पारंपारिक दूरसंचार पॉवर बॅकअप सोल्यूशन्समध्ये शॉर्ट-टर्म बॅकअप पॉवरसाठी बॅटरी (व्हॉल्व्ह-रेग्युलेटेड लीड-ऍसिड बॅटरी सेल) आणि दीर्घ बॅकअप पॉवरसाठी डिझेल आणि प्रोपेन जनरेटर यांचा समावेश होतो. 1 ते 2 तास बॅकअप पॉवरचा बॅटरी हा तुलनेने स्वस्त स्रोत आहे. तथापि, बॅटऱ्या दीर्घ बॅकअप कालावधीसाठी योग्य नसतात कारण त्या टिकवून ठेवण्यासाठी महाग असतात, दीर्घकाळ वापरल्यानंतर अविश्वसनीय बनतात, तापमानास संवेदनशील असतात आणि विल्हेवाट लावल्यानंतर पर्यावरणास घातक असतात. डिझेल आणि प्रोपेन जनरेटर सतत बॅकअप पॉवर देऊ शकतात. तथापि, जनरेटर अविश्वसनीय असू शकतात, त्यांना व्यापक देखभाल आवश्यक असते आणि वातावरणात उच्च पातळीचे प्रदूषक आणि हरितगृह वायू सोडतात.

पारंपारिक बॅकअप पॉवर सोल्यूशन्सच्या मर्यादा दूर करण्यासाठी, एक नाविन्यपूर्ण ग्रीन फ्युएल सेल तंत्रज्ञान विकसित केले गेले आहे. इंधन सेल विश्वसनीय, शांत असतात, जनरेटरपेक्षा कमी हलणारे भाग असतात, बॅटरीपेक्षा -40°C ते +50°C पर्यंत विस्तृत ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी असते आणि परिणामी, अत्यंत उच्च पातळीची ऊर्जा बचत प्रदान करते. याव्यतिरिक्त, अशा प्लांटची आयुष्यभराची किंमत जनरेटरपेक्षा कमी आहे. कमी इंधन सेल खर्च हा प्रति वर्ष फक्त एक देखभाल भेटीचा परिणाम आहे आणि लक्षणीयरीत्या उच्च वनस्पती उत्पादकता आहे. शेवटी, इंधन सेल हा पर्यावरणास अनुकूल तंत्रज्ञान उपाय आहे ज्यामध्ये कमीतकमी पर्यावरणीय प्रभाव असतो.

इंधन सेल युनिट्स दूरसंचार प्रणालीतील वायरलेस, कायमस्वरूपी आणि ब्रॉडबँड कम्युनिकेशन्ससाठी 250W ते 15kW पर्यंतच्या क्रिटिकल कम्युनिकेशन नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर्ससाठी बॅकअप पॉवर प्रदान करतात, ते अनेक अतुलनीय नाविन्यपूर्ण वैशिष्ट्ये ऑफर करतात:

• विश्वासार्हता- काही हलणारे भाग आणि स्टँडबाय डिस्चार्ज नाही
• उर्जेची बचत करणे
• शांतता- कमी आवाज पातळी
• स्थिरता- ऑपरेटिंग रेंज -40°C ते +50°C
• अनुकूलता- आउटडोअर आणि इनडोअर इंस्टॉलेशन (कंटेनर/संरक्षणात्मक कंटेनर)
• उच्च शक्ती- 15 किलोवॅट पर्यंत
• कमी देखभाल गरज- किमान वार्षिक देखभाल
• अर्थव्यवस्था- मालकीची आकर्षक एकूण किंमत
• स्वच्छ ऊर्जा- किमान पर्यावरणीय प्रभावासह कमी उत्सर्जन

सिस्टम DC बस व्होल्टेज सर्व वेळ जाणते आणि DC बस व्होल्टेज वापरकर्त्याने परिभाषित केलेल्या सेटपॉईंटच्या खाली गेल्यास गंभीर भार सहजतेने स्वीकारते. ही प्रणाली हायड्रोजनवर चालते, जी दोनपैकी एका मार्गाने इंधन सेल स्टॅकमध्ये प्रवेश करते - एकतर हायड्रोजनच्या व्यावसायिक स्रोतातून किंवा मिथेनॉल आणि पाण्याच्या द्रव इंधनातून, ऑन-बोर्ड सुधारक प्रणाली वापरून.

थेट प्रवाहाच्या स्वरूपात इंधन सेल स्टॅकद्वारे वीज तयार केली जाते. डीसी पॉवर एका कन्व्हर्टरला पाठवली जाते जी इंधन सेल स्टॅकमधून अनियंत्रित डीसी पॉवरला आवश्यक भारांसाठी उच्च दर्जाच्या, नियमन केलेल्या डीसी पॉवरमध्ये रूपांतरित करते. फ्युएल सेल इन्स्टॉलेशन अनेक दिवसांसाठी बॅकअप पॉवर प्रदान करू शकते, कारण हा कालावधी केवळ स्टॉकमध्ये उपलब्ध असलेल्या हायड्रोजन किंवा मिथेनॉल/वॉटर इंधनाच्या प्रमाणात मर्यादित आहे.

इंधन सेल उत्कृष्ट ऊर्जा कार्यक्षमता, वाढलेली प्रणाली विश्वसनीयता, विस्तृत हवामानात अधिक अंदाजे कार्यप्रदर्शन आणि उद्योग मानक वाल्व नियंत्रित लीड ऍसिड बॅटरी पॅकच्या तुलनेत विश्वसनीय सेवा जीवन देतात. लक्षणीयरीत्या कमी देखभाल आणि बदली आवश्यकतांमुळे जीवनचक्र खर्च देखील कमी आहेत. इंधन पेशी अंतिम वापरकर्त्याचे पर्यावरणीय फायदे देतात कारण विल्हेवाट खर्च आणि लीड ऍसिड पेशींशी संबंधित दायित्व जोखीम ही वाढती चिंता आहे.

कामगिरीसाठी इलेक्ट्रिक बॅटरीचार्ज लेव्हल, तापमान, सायकल, आयुर्मान आणि इतर व्हेरिएबल्स यांसारख्या घटकांच्या विस्तृत श्रेणीचा विपरित परिणाम होऊ शकतो. प्रदान केलेली ऊर्जा या घटकांवर अवलंबून बदलू शकते आणि अंदाज लावणे सोपे नाही. प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल (पीईएमएफसी) ची कार्यक्षमता या घटकांमुळे तुलनेने प्रभावित होत नाही आणि जोपर्यंत इंधन उपलब्ध आहे तोपर्यंत ती महत्त्वपूर्ण शक्ती प्रदान करू शकते. मिशन-क्रिटिकल बॅकअप पॉवर ऍप्लिकेशन्ससाठी इंधन सेलकडे जाताना वाढीव अंदाजक्षमता हा एक महत्त्वाचा फायदा आहे.

गॅस टर्बाइन जनरेटरप्रमाणे इंधन पुरवले जाते तेव्हाच इंधन पेशी ऊर्जा निर्माण करतात, परंतु जनरेशन झोनमध्ये हलणारे भाग नसतात. म्हणून, जनरेटरच्या विपरीत, ते जलद पोशाखांच्या अधीन नाहीत आणि त्यांना सतत देखभाल आणि स्नेहन आवश्यक नसते.

एक्स्टेंडेड ड्युरेशन फ्युएल कनव्हर्टर चालवण्यासाठी वापरले जाणारे इंधन हे मिथेनॉल आणि पाण्याचे मिश्रण आहे. मिथेनॉल हे मोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध, व्यावसायिकरित्या उत्पादित इंधन आहे ज्यामध्ये सध्या विंडशील्ड वॉशरसह अनेक अनुप्रयोग आहेत, प्लास्टिकच्या बाटल्या, इंजिन ऍडिटीव्ह, इमल्शन पेंट्स. मिथेनॉल वाहतूक करणे सोपे आहे, पाण्यात मिसळले जाऊ शकते, चांगली जैवविघटनक्षमता आहे आणि सल्फर मुक्त आहे. यात कमी गोठण बिंदू (-71°C) आहे आणि दीर्घ स्टोरेज दरम्यान विघटित होत नाही.

संप्रेषण नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

सुरक्षा नेटवर्क्सना विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर सोल्यूशन्स आवश्यक असतात जे पॉवर ग्रिड अनुपलब्ध झाल्यास आपत्कालीन परिस्थितीत तास किंवा दिवस टिकू शकतात.

काही हलणारे भाग आणि स्टँडबाय पॉवर कमी न केल्याने, सध्या उपलब्ध बॅकअप पॉवर सिस्टमच्या तुलनेत नाविन्यपूर्ण इंधन सेल तंत्रज्ञान आकर्षक समाधान देते.

संप्रेषण नेटवर्कमध्ये इंधन सेल तंत्रज्ञान वापरण्याचे सर्वात आकर्षक कारण म्हणजे वाढलेली एकूण विश्वसनीयता आणि सुरक्षितता. वीज खंडित होणे, भूकंप, वादळ आणि चक्रीवादळ यांसारख्या घटनांदरम्यान, बॅकअप पॉवर सिस्टमचे तापमान किंवा वय काहीही असले तरीही, सिस्टम कार्यरत राहणे आणि दीर्घ कालावधीसाठी विश्वसनीय बॅकअप वीजपुरवठा असणे महत्त्वाचे आहे.

सुरक्षित संप्रेषण नेटवर्कला समर्थन देण्यासाठी इंधन सेल पॉवर सप्लायची श्रेणी आदर्श आहे. त्यांच्या ऊर्जा बचत डिझाइन तत्त्वांबद्दल धन्यवाद, ते 250 W ते 15 kW पर्यंतच्या पॉवर रेंजमध्ये वापरण्यासाठी विस्तारित कालावधीसह (अनेक दिवसांपर्यंत) पर्यावरणास अनुकूल, विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर प्रदान करतात.

डेटा नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

हाय-स्पीड डेटा नेटवर्क्स आणि फायबर ऑप्टिक बॅकबोन्स यांसारख्या डेटा नेटवर्कसाठी विश्वसनीय वीज पुरवठा जगभरात महत्त्वाचा आहे. अशा नेटवर्कवर प्रसारित केलेल्या माहितीमध्ये बँका, एअरलाइन्स किंवा वैद्यकीय केंद्रांसारख्या संस्थांसाठी महत्त्वपूर्ण डेटा असतो. अशा नेटवर्कमधील वीज आउटेज केवळ प्रसारित माहितीलाच धोका देत नाही तर नियमानुसार, महत्त्वपूर्ण आर्थिक नुकसान देखील करते. स्टँडबाय पॉवर प्रदान करणार्‍या विश्वासार्ह, नाविन्यपूर्ण इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स तुम्हाला अखंड उर्जा सुनिश्चित करण्यासाठी आवश्यक असलेली विश्वासार्हता प्रदान करतात.

मिथेनॉल आणि पाण्याच्या द्रव इंधन मिश्रणावर कार्यरत इंधन सेल युनिट्स अनेक दिवसांपर्यंत विस्तारित कालावधीसह विश्वासार्ह बॅकअप वीज पुरवठा प्रदान करतात. याव्यतिरिक्त, या युनिट्समध्ये जनरेटर आणि बॅटरीच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी देखभाल आवश्यकता आहेत, ज्यासाठी दर वर्षी फक्त एक देखभाल भेट आवश्यक आहे.

डेटा नेटवर्कमध्ये इंधन सेल इंस्टॉलेशन्सच्या वापरासाठी विशिष्ट अनुप्रयोग वैशिष्ट्ये:

• 100 W ते 15 kW पर्यंत पॉवर इनपुटसह अनुप्रयोग
• बॅटरी लाइफ आवश्यकतांसह अनुप्रयोग > 4 तास
• फायबर ऑप्टिक सिस्टममध्ये पुनरावृत्ती करणारे (सिंक्रोनसचे पदानुक्रम डिजिटल प्रणाली, हाय-स्पीड इंटरनेट, व्हॉइस ओव्हर IP...)
• हाय-स्पीड डेटा ट्रान्समिशनचे नेटवर्क नोड्स
• WiMAX ट्रान्समिशन नोड्स

पारंपारिक स्टँड-अलोन बॅटरी किंवा डिझेल जनरेटर, तुम्हाला साइटवर वापरण्याची शक्यता वाढविण्याची परवानगी देते:

1. द्रव इंधन तंत्रज्ञान हायड्रोजन संचयनाची समस्या सोडवते आणि अक्षरशः अमर्यादित बॅकअप पॉवर प्रदान करते.
2. त्यांचे शांत ऑपरेशन, कमी वजन, तापमानाच्या टोकाचा प्रतिकार आणि अक्षरशः कंपन-मुक्त ऑपरेशनमुळे, इंधन सेल घराबाहेर, औद्योगिक परिसर/कंटेनर किंवा छतावर स्थापित केले जाऊ शकतात.
3. सिस्टम वापरण्यासाठी साइटवरील तयारी जलद आणि किफायतशीर आहे आणि ऑपरेशनची किंमत कमी आहे.
4. इंधन जैवविघटनशील आहे आणि शहरी वातावरणासाठी पर्यावरणास अनुकूल समाधान दर्शवते.

सुरक्षा प्रणालींमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

सर्वात काळजीपूर्वक डिझाइन केलेली इमारत सुरक्षा आणि दळणवळण प्रणाली केवळ त्यांना सामर्थ्य देणाऱ्या शक्तीइतकीच विश्वासार्ह आहेत. बर्‍याच प्रणाल्यांमध्ये अल्पकालीन वीज हानीसाठी काही प्रकारच्या बॅक-अप अनइंटरप्टिबल पॉवर सिस्टीमचा समावेश असतो, परंतु ते नैसर्गिक आपत्ती किंवा दहशतवादी हल्ल्यांनंतर होऊ शकणार्‍या दीर्घकाळ वीज खंडित होण्याची तरतूद करत नाहीत. ते गंभीर होऊ शकते महत्वाचा मुद्दाअनेक कॉर्पोरेट आणि सरकारी संस्थांसाठी.

सीसीटीव्ही निरीक्षण आणि प्रवेश नियंत्रण प्रणाली (आयडी कार्ड रीडर, दरवाजा बंद करणारी उपकरणे, बायोमेट्रिक ओळख तंत्रज्ञान इ.), स्वयंचलित आग लागली असता तिची सुचना देणारी यंत्रणाआणि सतत वीज पुरवठ्याच्या विश्वसनीय पर्यायी स्त्रोताच्या अनुपस्थितीत अग्निशमन, लिफ्ट नियंत्रण प्रणाली आणि दूरसंचार नेटवर्कला धोका असतो.

डिझेल जनरेटर गोंगाट करणारे, शोधणे कठीण आणि त्यांच्या विश्वासार्हतेसाठी प्रसिद्ध आहेत देखभाल. याउलट, फ्युएल सेल बॅक-अप इंस्टॉलेशन शांत, विश्वासार्ह आहे, शून्य किंवा खूप कमी उत्सर्जन आहे आणि छतावर किंवा इमारतीच्या बाहेर स्थापित करणे सोपे आहे. हे स्टँडबाय मोडमध्ये डिस्चार्ज होत नाही किंवा शक्ती गमावत नाही. संस्थेचे कार्य थांबवल्यानंतर आणि इमारती लोकांनी सोडून दिल्यावरही, हे गंभीर प्रणालींचे सतत ऑपरेशन सुनिश्चित करते.

नाविन्यपूर्ण इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगांमध्ये महागड्या गुंतवणूकीचे संरक्षण करतात. ते 250 W ते 15 kW पर्यंतच्या पॉवर रेंजमध्ये वापरण्यासाठी पर्यावरणास अनुकूल, विश्वासार्ह, दीर्घकाळ टिकणारी बॅकअप पॉवर (अनेक दिवसांपर्यंत) प्रदान करतात, ज्यात असंख्य अतुलनीय वैशिष्ट्ये आहेत आणि विशेषतः, उच्चस्तरीयउर्जेची बचत करणे.

फ्युएल सेल पॉवर बॅकअप युनिट्स पारंपारिक बॅटरी किंवा डिझेल जनरेटरपेक्षा सुरक्षा आणि बिल्डिंग मॅनेजमेंट सिस्टमसारख्या मिशन क्रिटिकल ऍप्लिकेशन्ससाठी असंख्य फायदे देतात. द्रव इंधन तंत्रज्ञान हायड्रोजन संचयनाची समस्या सोडवते आणि अक्षरशः अमर्यादित बॅकअप पॉवर प्रदान करते.

घरगुती गरम आणि वीज निर्मितीमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFCs) विश्वसनीय, ऊर्जा-कार्यक्षम आणि तयार करण्यासाठी वापरली जातात हानिकारक उत्सर्जनमोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध नैसर्गिक वायू आणि नूतनीकरणक्षम इंधन स्रोतांपासून वीज आणि उष्णता निर्मितीसाठी औष्णिक ऊर्जा प्रकल्प. या नाविन्यपूर्ण युनिट्सचा वापर विविध प्रकारच्या बाजारपेठांमध्ये केला जातो, घरगुती वीजनिर्मितीपासून ते दुर्गम भागात वीज पुरवठ्यापर्यंत, तसेच सहाय्यक ऊर्जा स्रोत.

वितरण नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर

लहान थर्मल पॉवर प्लांट्स एका केंद्रीकृत पॉवर प्लांटऐवजी मोठ्या संख्येने लहान जनरेटर संच असलेल्या वितरित वीज निर्मिती नेटवर्कमध्ये ऑपरेट करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.

खाली दिलेली आकृती सीएचपी प्लांटमध्ये वीज निर्मिती कार्यक्षमतेत होणारी हानी दर्शवते आणि वापरल्या जाणार्‍या पारंपारिक ट्रान्समिशन नेटवर्कद्वारे घरांमध्ये प्रसारित केली जाते. हा क्षण. जिल्हा निर्मितीमधील कार्यक्षमतेच्या नुकसानामध्ये पॉवर प्लांटमधील नुकसान, कमी आणि उच्च व्होल्टेज ट्रान्समिशन आणि वितरण हानी यांचा समावेश होतो.

आकृती लहान थर्मल पॉवर प्लांट्सच्या एकत्रीकरणाचे परिणाम दर्शविते: वापराच्या ठिकाणी 60% पर्यंत उत्पादन कार्यक्षमतेसह वीज तयार केली जाते. याव्यतिरिक्त, घरगुती इंधन पेशींद्वारे निर्माण होणारी उष्णता पाणी आणि जागा गरम करण्यासाठी वापरू शकते, ज्यामुळे इंधन ऊर्जा प्रक्रियेची एकूण कार्यक्षमता वाढते आणि ऊर्जा बचत सुधारते.

पर्यावरणाचे संरक्षण करण्यासाठी इंधन पेशींचा वापर करणे - संबंधित पेट्रोलियम गॅसचा वापर

पैकी एक गंभीर कार्येतेल उद्योगात संबंधित पेट्रोलियम वायूचा वापर आहे. विद्यमान पद्धतीसंबंधित पेट्रोलियम गॅसच्या वापराचे बरेच तोटे आहेत, मुख्य म्हणजे ते आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य नाहीत. संबंधित पेट्रोलियम वायू भडकतो, ज्यामुळे पर्यावरण आणि मानवी आरोग्याला मोठी हानी होते.

इंधन म्हणून संबंधित पेट्रोलियम वायूचा वापर करून अभिनव इंधन सेल उष्णता आणि उर्जा संयंत्रे संबंधित पेट्रोलियम वायू वापराच्या समस्यांवर मूलगामी आणि किफायतशीर उपाय शोधण्याचा मार्ग मोकळा करतात.

1. इंधन सेल इंस्टॉलेशन्सचा एक मुख्य फायदा असा आहे की ते व्हेरिएबल कंपोझिशनशी संबंधित पेट्रोलियम गॅसवर विश्वासार्ह आणि टिकाऊपणे कार्य करू शकतात. इंधन सेलच्या ऑपरेशनमध्ये अंतर्निहित ज्वालारहित रासायनिक अभिक्रियामुळे, उदाहरणार्थ, मिथेनच्या टक्केवारीत घट झाल्यामुळे केवळ पॉवर आउटपुटमध्ये संबंधित घट होते.
2. ग्राहकांच्या विद्युत भाराच्या संबंधात लवचिकता, भिन्नता, लोड वाढ.
3. इंधन पेशींवर थर्मल पॉवर प्लांटची स्थापना आणि कनेक्शनसाठी, त्यांच्या अंमलबजावणीसाठी भांडवली खर्चाची आवश्यकता नाही, कारण युनिट्स फील्डजवळ अप्रस्तुत साइटवर सहजपणे माउंट केले जातात, ऑपरेट करण्यास सोपे, विश्वासार्ह आणि कार्यक्षम आहेत.
4. उच्च ऑटोमेशन आणि आधुनिक रिमोट कंट्रोलसाठी प्लांटमध्ये कर्मचार्‍यांची सतत उपस्थिती आवश्यक नसते.
5. डिझाइनची साधेपणा आणि तांत्रिक परिपूर्णता: हलणारे भाग, घर्षण, स्नेहन प्रणालीची अनुपस्थिती इंधन सेल इंस्टॉलेशनच्या ऑपरेशनमधून महत्त्वपूर्ण आर्थिक फायदे प्रदान करते.
6. पाण्याचा वापर: +30 °C पर्यंत सभोवतालच्या तापमानात काहीही नाही आणि उच्च तापमानात नगण्य.
7. पाणी आउटलेट: काहीही नाही.
8. याव्यतिरिक्त, इंधन सेल थर्मल पॉवर प्लांट आवाज करत नाहीत, कंपन करत नाहीत, वातावरणात हानिकारक उत्सर्जन करू नका