Fuelpilo
El Vikipedio
Fuelpilo aŭ brulaĵopilo estas elektrokemia pilo (galvana pilo), kiu transformas la reakcian energion de la daŭre alkondukataj fueloj kaj oksidenzoj (oksidigantoj) al uzebla elektra energio. La plej ofta fuelpilo estas la hidrogen-oksigen-fuelpilo, kiu estas tre diskutata kiel alternativa energiofonto.
La produkto de elektra energio kemiaj fueloj okazas hodiaŭ plej ofte per generatoroj tra movenergio, kiu estiĝas per forbruligo de kemiaj materialoj. La fuelpilo konvanas produkti sen plua paŝo direkte el la kemia elektran energion, kio estas tiel pli efektiva. Krom tio, la fuelpiloj havas – kompare al generatoroj – pli simplan konstruon kaj povas esti potenciale pli fidinde.
Ekologie, la H-O-fuelpilo havas specifan signifon, ĉar hidrogeno estas produktebla per renoviĝanta energio, dum oksigeno estas alkondukebla el la teratmosfero. Tiel oni povas uzi ekzemple solarteknikon, por produkti hidrogenon helpe de elektrolizo el akvo. Tiel ĝi estas esperdona por la estonto, ĉar hodixaŭ ĝi kostas ankoraŭ multe.
La fuelpila teknologio estis jam uzata por energioprodukto ĉe la kosmovojaĝo de (Apollo, Space Shuttle) kaj por la submarŝipa propulsio. Ĉar la funkciigo per fuelpilo kostas multe kaj la sekura erzervigo de hidrogeno ne estas ĝis nun konvene solvita, ĝi ne disvastiĝis en normala aŭtomobiloj, sed la registaroj (Usono, EU) apogas la esplorojn per ŝtata mono.
Enhavo |
[redaktu] Historio
La principon de la fuelpilo malkovris en 1838 Christian Friedrich Schönbein [1], kiam li du platindratojn en elektrolita solvaĵo lavis (verŝajne sulfura acido) kun hidrogeno kaj oksigeno kaj inter la dratoj estis konstatebla tensio. Li publikigis siajn rezultojn en 1839.
Post malkovro de dinnamomaŝino fare de Werner von Siemens, lia "galvana gasbaterio" – kiel li nomis tion – forgesiĝis. La ernesanco de la fuelcelo alvenis en la 1950-aj jaroj kun la kosmoesploro.
[redaktu] Konstruo
Fuelpilo konsistas el du elektrodoj, kiuj estas apartigitaj per membrano aŭ elektrolito unu de la alia. La anodo (pluspoluso) estas per fuelo lavita (ek. hidrogeno, metano, metanolo), kiuj tie oksidiĝas. La katodo (minuspoluso) estas tralavita per oksidenzo (ekz. oksigeno, hidrogenperoksido, kaliumtiocianato), kiuj tie reduktiĝas.
La elektrodaj platoj / dupolusaj platoj konsistas el metalo, nikelo, aŭ karbona nanotubo. Por la pli bona katalizado, la katalizilo (ekz. plateno aŭ paladio) estas kovrata kaj tiel ĝi havas pli bonan efikon.
Kiel eletrolitoj uzeblas ekz. solvitaj lesivoj aŭ acidoj, alkalikarbonataj degelaĵoj, keramikoj aŭ membranoj.
La donita tensio estas teorie ĉ. 1,23 voltoj. Tio dependas de la fuelo kaj kvalito de la pilo. Por la pli granda efiko, oni estigas serian konekton inter la piloj.
Ĉe la polimerelektrolita membrana fuelpilo (PEMFC) havas la konstruon:
- dupolusa plato kiel elektrodo kun en enfrezita gaskanalstrukturo, ekz. el konduk-kapabla plastaĵoj (ekz. aldono de karbon-nanotuboj faras ĝin elektre konduka);
- poroza karbon-papero;
- reakcia tavolo, plej ofte surigita al jona membrano. Tie staras en kontakto la 4 fazoj kiel katalizatoro (Pt), elektronkondukanto (fulga aŭ karbona nanomaterialoj), protonkondukanto (jonomero) kaj porozeco;
- Protonkonduka jonomermembrano: gasrezista (ne-tralasa) kaj ne elektronkonduka;
- kiel 3);
- kiel 2);
- kiel 1)
[redaktu] funkciado
La fuelo – ekz. hidrogeno – estas transformita ĉe la anodo katalite al katjonoj, kiel ekz al H+-jonoj. Tio okazas kun fordono de elektronoj al la anodo. Tiuj elektronoj fluas tra elektra konsumanto – ekz kiel lampo – al katodo. Sur la katodo transformiĝas oksidenzo – ĝenerale oksigeno – per akcepto de elektronoj al anjonoj. La negative ŝargita oksigen-jonoj reagas kun la elektrolito fluanta al katodo en formo de H+-jonoj al akvo.
reakcia ekvacio:
oksidiĝo / elektron-fordono
reduktiĝo / elektron-akcepto
redoksa reakcio
[redaktu] tipoj de fuelpiloj
| Nomumo | Elektrolito | Anoda gaso | Katoda gaso | Povumo | Funkcia temperaturo | Stato |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AFC – „Alkaline Fuel Cell” Alkala fuelpilo | Kalia lesivo | hidrogeno | oksigeno | 20 kW | sub 80 °C | komerca/evoluo |
| PEMFC - Proton Exchange Membrane Fuel Cell | Polimermembrano | hidrogeno | aera oksigeno | ĝis 250 kW | sub 120 °C, | komerca/evoluo |
| DMFC - Direct Methanol Fuel Cell | Polimermembrano | Metanolo | aera oksigeno | 90-120 °C | kommerziell/Entwicklung | |
| PAFC - Phosphoric Acid Fuel Cell | fosfora acido | hidrogeno | aera oksigeno | 11 MW | 200 °C | evoluo |
| MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell | Alkala karbonat-degelaĵo | hidrogeno, metano, karbongaso | aera oksigeno | 2,2 MW | 650 °C | evoluo |
| SOFC - Solid Oxide Fuel Cell | Oksidkeramika elektrolito | hidrogeno, metano, karbongaso | aera oksigeno | ekde 100 kW | 900-1000 °C | evoluo |
[redaktu] uzeblecoj
La unua uzo de la fuelpiloj okazis en etrenoj, kie la kostoj ne havas rolon tiel ĉe armeo aŭ kosmoesploro. La fuelpiloj estas malpezaj kaj pli efikaj ol akumulatoroj, pli fideblaj kaj malbruaj ol generatoroj. Tiuj avantaĝoj estis komence tre gravaj en la spacoesploro.
Kvankam en Kalifornio oni akceptis leĝon, ke ĝis la jaro 2003, 10 % de la aŭtomobiloj estu sen vostogaso (do elektraj) en al gubernio, tio ne sukcesis por la nematura, multekosta teknologio. En 2005, la Usona prezidento George W. Bush anoncis la ŝtatan apogon de la hidrogenpilaj esploroj.
Kun malpliiĝo de la naftorezervoj, la fuelpiloj akiras pli kaj gravecon, ĉar la hidrogena fuelo estas produktebla el akvo per sun- aŭ atomenergio.
[redaktu] mobila
Oni evoluigis tri alternativojn de hidrogenrezervujoj (prembotelo, likva hidrogeno, metalhidrido) al seriomatura. Kelkaj aŭtomobilfirmaoj (inter aliaj DaimlerChrysler, Ford, Honda, Opel) esploras jam ekde 20 jaroj aŭtomobilojn, kies fuleo estas hidrogeno kaj fuelpilojn por energitransformiĝo per elektromotoro al propulsio. Ekzemplo por tiaj veturiloj estas NECAR 1 ĝis NECAR 5 de DaimlerChrysler. La svislanda Hy-Light-veturilo aperis publike en 2004.
Oni atendas per amasa enmeto de senemisaj veturiloj en aglomeraj centroj kaj grandurboj pliboniĝon de la tiea aera kvalito. Kromefiko estas, ke la poluado estiĝas en la loko de la hidrogen-produktado, se tio okazas el fosilaĵoj.
La firmao DaimlerChrysler havas kun sia hibrida veturilo de Mercedes-Benz A-klaso, solvon eĉ por la malgrandaj aŭtoj.
La teknologio jam estas konvene evoluita por busoj (ekz en Hamburg kaj Stuttgart oni testas la hidrogenbusojn en normala linia trafiko) kaj submarŝipoj.
Oni planas teknologion por poŝtelefonoj, sed la pilo hodiaŭ ne estas sufiĉe malmultekosta kaj eta por tio.
[redaktu] fiks-loka
Dum la hidrogen-fuelpiloj montras teknikajn problemojn, la tergasaj fuelpiloj konvenas por anstataŭigi la generatorojn en la varmo-kuplado. ĉikaze temas pri fiks-loka uzo de kiel blokjeta centralo por pli granda loĝareo aŭ en malgranda formo por loka servo de konstruaĵoj.
Ĉe tiuj aparatoj, oni uzas tergason, kiun oni transformas hidrogeno kaj kondukas al la fuelpilo. La loka elektroprodukto helpas eviti la ĝis ĉ. 40 %-energioperdon dum livero en alt-tensia reto.
[redaktu] Mikrobaj fuelpiloj
Teorie eblas, ke la fuelpilo uzas la mikrobajn organikajn produktaĵojn kiel fuelojn por produkti energion, sed la efikeco estas tro malalta.
Mikroba brulaĵĉelo (angla mlgg estas MFC), bakteria fermentado, dum kiu bakterioj produktas hidrogenojn kaj forigas, malkonstruas la estiĝantan buteran kaj vinagran acidon per alligita tensio, kiu malkonstruas la vinagran acidon al CO2 kaj hidrogeno. La bakterioj aligas je la anodo elektronojn, kiuj transmigras al la katodo, kie ili kuniĝas kun la protonoj al hidrogeno. La procezon reguligas tensio de 0,25 volto, kio estas dekono de tiu de la elektrolizo. Oni nomas tiun brulaĵĉelo elektrokemie helpata mikroba reaktoro (angl mlgg BEAMR).
[redaktu] Literaturo germane, angle
- Peter Kurzweil: Brennstoffzellentechnik. Vieweg , 2003, ISBN 3528039655
- Fuel Cell Handbook, Sixth Edition. EG&G Technical Services, Inc., Science Applications International Corp., Under Contract No. DE-AM26-99FT40575, U.S. Dept. of Energy, Office of Fossil Energy, National Energy Technology Laboratory, Morgantown, W. Virginia, November 2002.
- Sven Geitmann: Wasserstoff & Brennstoffzellen – Die Technik von morgen!, BoD GmbH 2002 , ISBN 3831132739
[redaktu] rete germane, angle
- Portal zur Energieforschung: Thema Brennstoffzelle
- Schulaufsatz und Bilder zur Brennstoffzelle
- Wasserstoff und Brennstoffzellen Informationssystem (hyweb.de)
- Basisinformationen, gut strukturiert
- Verschiedene Zelltypen (diebrennstoffzelle.de)
- Strombasiswissen - Brennstoffzellen
- Geschichte
- Geschichte, Grundlagen, Zelltypen
- Vortrag mit Geschichte, Prinzip, etc. der Brennstoffzelle
- Paul Scherrer Institut (CH), Elektrochemisches Labor, Fuel Cells
- Paul Scherrer Institut (CH), Elektrochemisches Labor, Fuel Cell Systems
- Hausenergiesysteme mit Brennstoffzellen - Übersicht und Entwicklungsstand
- Bundesregierung: Erstes Zero-Emission-Car soll in Deutschland in Serie gehen (2001)
- Mikrobielle Brennstoffzellen
- DMFC.com - Informationen und News zur DMFC
- The Fuel Cell Way Umfassende Informationen zu Brennstoffzellen und Wasserstoff.
- www.diebrennstoffzelle.de-Infoportal zur Brennstoffzelle
- Umweltbilanz bei der Herstellung von PEM-Brennstoffzellen und die damit verbundene Umweltbelastung durch Platingewinnung
 |
Ĉi tie estas aldonaj bildoj por la artikolo. Vi povas helpi al Vikipedio se vi elektos la taŭgajn bildojn kaj metos ilin en la artikolon. |
|
Ĉi tie estas aldonaj eksteraj ligiloj por la artikolo. Vi povas helpi al Vikipedio se vi elektos la taŭgajn eksterajn ligilojn kaj metos ilin en la artikolon. |
