Brintbrændselscelle: beskrivelse, karakteristika, driftsprincip, foto. Horizon Zero Dawn: Hvor kan man finde brændselsceller for at låse op for det gamle arsenal

Ancient Arsenal-missionen er en af ​​de mest interessante og givende sideopgaver i Horizon. Nul daggry... Som en belønning for at fuldføre det, vil du modtage Shieldweaver-kostumet. For vores smag er dette den bedste rustning i spillet. Hun beskytter Aloy med et kraftfelt, der absorberer al indkommende skade, indtil ladningen løber tør. Du vil modtage denne opgave, når du finder den første brændselscelle eller selve den gamle panserbunker. Jeg må sige, at det er meget nemmere at få det end at udføre det.

Hvor kan jeg finde alle brændselsceller i Horizon Zero Dawn?

Der er i alt 5 brændselsceller i spillet, som du vil støde på under passagen historiemissioner... Nogle af dem er nemme at gå glip af, men det skal du ikke bekymre dig om. Du kan altid vende tilbage efter dem senere. Hvis du dør, bliver du nødt til at gå for at hente brændselscellen igen. Det gemmes ikke øjeblikkeligt i dit inventar, du skal komme til checkpointet. Husk dette. Alle elementer er markeret med et lysegrønt ikon, så det er usandsynligt, at du vil se dem, når du er i nærheden. De to første elementer bruges til at åbne døren. Der skal tre mere til for at låse selve den pansrede enhed op.

Første brændselscelle

Det er placeret i placeringen af ​​den Store Moder og er tilgængelig under passagen af ​​"Maw of the Mountain"-missionen. Det er meget vigtigt ikke at gå glip af det under denne quest, for efter at have forladt området, vil porten med adgang til denne placering blive blokeret og vil først åbne næste gang mod slutningen af ​​spillet, efter at have gennemført "Heart of the Burrow" "mission.

Denne brændselscelle er nem at finde, hvis du ved, hvor du skal lede. Derfor er den første ting at gøre at komme til Aloys mærke, vist på skærmbilledet nedenfor. Lige foran dig vil der være en dør med en kontakt. Vi åbner den og går fremad. Næste dør vi åbner også og befinder os i et stort lokale. Her skal vi dreje til højre og hvile mod døren med en lås, som vi ikke kan åbne.

Men ser du dig omkring, vil du til venstre bemærke en stor niche med stearinlys indeni. Klatre ind i den, og bevæg dig fremad langs minen, indtil du løber ind i en brændselscelle.

Anden brændselscelle

Dette element kan findes i ruinerne, som Aloy klatrede op som barn. I barndommen vil det ikke fungere at hente det, så du bliver nødt til at vende tilbage senere. Gå til den grønne markør og se dig omkring. Indgangen til ruinerne er et hul i jorden. Klatre forsigtigt ned.

Lad gennem ruinerne være let nok til, at det er usandsynligt, at du vil fare vild. Dybest set skal du komme til mærket vist på skærmbilledet nedenfor. Der vil du se et rum foran dig, hvis indgang er spærret af spidse klippeformationer. Bryd dem op med dit spyd, og du vil finde den anden brændselscelle.

Tredje brændselscelle

At finde den næste brændselscelle i Horizon Zero Dawn vil tage dig gennem historien. Vi har brug for en mission Master's Reach. Husk at vende tilbage til denne guide, når du kommer til den. Under denne mission bliver du nødt til at klatre op i en meget høj bygning. På et tidspunkt vil spillet fortælle dig noget som: "Find Faros kontor for at få mere information om Dr. Sobek."

I dette øjeblik skal du vende om og finde en mur bag dig, langs hvilken du kan klatre op. Gå hele vejen, og brændselscellen venter på dig på jorden helt oppe i toppen af ​​tårnet (12. etage).

Fjerde brændselscelle

Dette element kan findes under passagen af ​​missionen "Treasure of Death" i katakomberne.

Først skal du komme til mærket på det tredje niveau, vist på skærmbilledet nedenfor. Der vil være en låst dør foran dig. For at låse den op, skal du gå til venstre og hoppe ned. Der vil du finde tre twist lock-puslespil. I nærheden af ​​hver er der et skab, hvor løsningen på problemet er skjult. Bare scan det. To puslespil er placeret et niveau under døren, et andet på samme niveau. Når du har løst alle tre, åbnes døren på toppen og du modtager din brændselscelle.

Femte brændselscelle

Du finder den sidste brændselscelle i Horizon Zero Dawn under Falling Mountain-missionen i GAIA Prime.

Kom til placeringen på tredje niveau markeret på skærmbilledet nedenfor. Foran dig vil der være et sted, hvorfra du skal gå ned i rebet. Drej i stedet til venstre og gå forsigtigt ned ad bjergsiden. Der vil du se indgangen til grotten. Til allersidst venter det sidste element på dig.

Kort efter at have startet sin rejse, støder Eloy over Forerunner-bunkeren, der ligger meget tæt på Nora-stammens landområder. Inde i bunkeren, bag en kraftig dør, er der en slags rustning, der ser meget attraktiv ud på afstand.

Tråd

Tweet

Kort efter at have startet sin rejse, støder Eloy over Forerunner-bunkeren, der ligger meget tæt på Nora-stammens landområder. Inde i bunkeren, bag en kraftig dør, er der en slags rustning, der ser meget attraktiv ud på afstand.

Denne Shieldweaver er faktisk det fineste gear i spillet. Hvordan man kommer dertil? For at åbne den forseglede bunkerdør og få Shield Weaver, skal du finde fem brændselsceller spredt ud over spilverdenen.

Nedenfor vil vi fortælle dig, hvor du skal lede efter brændselsceller, og hvordan du løser gåder under søgninger og i det gamle arsenal.

Brændselscelle #1 - Mother's Heart (Moders livmoder-quest)

Eloy vil finde den allerførste brændselscelle, allerede inden den er fuld åben verden... Efter indvielsen vil vores heltinde finde sig selv i Moderens Hjerte, Nora-stammens hellige sted og Matriarkernes bolig.

Når han står ud af sengen, vil Aloy successivt passere gennem flere rum og i et af dem støde på en lukket dør, der ikke kan åbnes. Se dig omkring - der vil være en ventilationsskakt i nærheden, dekoreret med brændende stearinlys. Gå derhen.

Efter at have passeret gennem minen, vil du finde dig selv bag en låst dør. Se på gulvet ved siden af ​​stearinlysene og en mystisk vægblok - der er en brændselscelle.

Vigtig: Hvis du ikke henter denne brændselscelle nu, vil du kun være i stand til at komme til denne placering for anden gang i de senere stadier af spillet, efter at have gennemført "Heart of the Burrow"-questen.

Brændselscelle #2 - Ruiner

Eloy har allerede været i disse ruiner - hun faldt her som barn. Efter at have gennemført indvielsen, bør du huske din barndom og komme tilbage her igen - for at hente den anden brændselscelle.

Indgangen til ruinerne ser sådan ud, hop dristigt.

Du skal bruge det første niveau af ruiner, det nederste højre område fremhævet med lilla på kortet. Der er en dør her, som Aloy vil åbne med sit spyd.

Efter at være gået gennem døren, klatre op ad trappen og drej til højre - Eloy kunne ikke komme igennem disse drypsten i sin ungdom, men nu har hun et skænderi. Tag spydet ud igen og bryd drypstenene - vejen er fri, det er tilbage at tage brændselscellen, der ligger på bordet.

Brændselscelle #3 - Master's Limit (Master's Limit opgave)

Vi tager af sted mod nord. Under hovedopgaven, Master's Reach, udforsker Aloy de gigantiske Forerunner-ruiner. På ruinernes tolvte niveau er endnu en brændselscelle skjult.

Du skal ikke kun klatre højeste niveau ruiner, men klatre også lidt højere. Klatre langs den overlevende del af bygningen, indtil du befinder dig på et lille område, der er åbent for alle vinde.

Det er her den tredje brændselscelle ligger. Det er tilbage at gå ned.

Brændselscelle #4 - Treasure of Death (mission Treasure of Death)

Denne brændselscelle er også skjult i den nordlige del af kortet, men den er meget tættere på Nora-stammens landområder. Aloy vil også komme hertil i løbet af historiens mission.

For at komme til elementet skal Aloy genoprette strømforsyningen til den forseglede dør, der er placeret på det tredje niveau af placeringen.

For at gøre dette skal du løse et lille puslespil - der er to blokke med fire regulatorer på niveauet under døren.

Lad os først tage et kig på den venstre blok af regulatorer. Den første knap skal "se" op, den anden "til højre", den tredje "til venstre", den fjerde "ned".

Vi passerer til højre blok. Du rører ikke ved de første to knopper, den tredje og fjerde knop skal pege nedad.

Vi stiger et niveau op - her er den sidste blok af regulatorer. Den korrekte rækkefølge er op, ned, venstre, højre.

Hvis du gør alt korrekt, vil alle regulatorer skifte farve til turkis, strømforsyningen genoprettes. Klatre tilbage til døren og åbn den - det er den næste brændselscelle.

Brændselscelle nummer 5 - GAYA Prime (mission Fallen Mountain)

Endelig den sidste brændselscelle – og igen på en historiemission. Eloy rejser til ruinerne af GAY Prime.

Vær især forsigtig, når du kommer til tredje niveau. På et tidspunkt, foran Eloy, vil der være en attraktiv afgrund, som du kan stige ned i på et reb - du vil gå dertil intet behov.

Det er bedre at dreje til venstre og udforske den skjulte hule, du kan komme ind i den, hvis du forsigtigt går ned ad siden af ​​bjerget.

Gå ind og gå frem til det sidste. I det sidste rum til højre vil der være et stativ, hvorpå den sidste brændselscelle ligger. Du gjorde det!

Vi er på vej til det gamle arsenal

Det er tilbage at vende tilbage til det gamle arsenal og modtage en velfortjent belønning. Kan du huske koordinaterne for arsenalet? Hvis ikke, her er kortet.

Klatre ned og indsæt brændselsceller i tomme celler. Regulatorerne lyste op, nu skal du løse puslespillet for at åbne døren.

Den første knap skal kigge op, den anden til højre, den tredje ned, den fjerde til venstre, den femte op. Det er gjort, døren er åben – men det er ikke slut endnu.

Nu skal du låse panserbeslagene op - endnu et justeringspuslespil, der vil være praktisk til de resterende brændselsceller. Her skal den første knap se til højre, den anden til venstre, den tredje op, den fjerde til højre, den femte til venstre.

Endelig, efter al denne pine, har du taget den gamle rustning i besiddelse. Dette er Shieldweaver, et meget sejt stykke udstyr, der gør Aloy praktisk talt usårlig i et stykke tid.

Det vigtigste er omhyggeligt at overvåge rustningens farve: hvis den flimrer hvidt, så er alt i orden. Hvis den er rød, er der ikke mere beskyttelse.

På det seneste har emnet brændselsceller været på alles læber. Og det er ikke overraskende, med fremkomsten af ​​denne teknologi i elektronikverdenen har den fundet en ny fødsel. Verdensledere inden for mikroelektronik ræser om at præsentere prototyper af deres fremtidige produkter, som vil integrere deres egne minikraftværker. Dette skulle på den ene side svække mobile enheders binding til "stikkontakten", og på den anden side forlænge deres batterilevetid.

Derudover arbejder nogle af dem på basis af ethanol, så udviklingen af ​​disse teknologier er til direkte gavn for producenterne af alkoholholdige drikkevarer - efter hvilket dusin år i destilleriet vil der være køer af "it-specialister", der står til det næste "dosis" til deres bærbare computer.

Vi kan ikke holde os væk fra "feberen" af brændselsceller, der har fejet over Hi-Tech industrien, og vil forsøge at finde ud af, hvilken slags dyr denne teknologi er, med hvad vi skal spise den, når vi kan forvente, at den kommer til " offentlig forplejning". I dette indlæg ser vi på den vej, som brændselsceller har rejst fra opdagelsen af ​​denne teknologi til i dag. Vi vil også forsøge at vurdere mulighederne for deres implementering og udvikling i fremtiden.

Hvordan det var

For første gang blev princippet om en brændselscelle beskrevet tilbage i 1838 af Christian Friedrich Schonbein, og et år senere publicerede Philosophical Journal hans artikel om dette emne. Det var dog kun teoretiske studier. Den allerførste brændselscelle i drift blev frigivet i 1843 i laboratoriet hos videnskabsmanden af ​​walisisk oprindelse, Sir William Robert Grove. Ved oprettelsen brugte opfinderen materialer, der ligner dem, der bruges i moderne fosforsyrebatterier. Efterfølgende blev Sir Groves brændselscelle forbedret af W. Thomas Grub. I 1955 brugte denne kemiker, som arbejdede for det legendariske General Electric, en sulfoneret polystyren-ionbyttermembran som elektrolyt i en brændselscelle. Kun tre år senere foreslog hans kollega Leonard Niedrach en teknologi til at lægge platin på en membran, som fungerede som en katalysator i processen med hydrogenoxidation og iltabsorption.

Brændselscellernes "fader" Christian Schönbein

Disse principper dannede grundlaget for en ny generation af brændselsceller, opkaldt efter deres skabere "Grubb-Nidrakh" elementer. General Electric fortsatte udviklingen i denne retning, hvor den første kommercielle brændselscelle blev skabt med bistand fra NASA og luftfartsgiganten McDonnell Aircraft. På ny teknologi bemærket i udlandet. Og allerede i 1959 introducerede briten Francis Thomas Bacon en 5 kW stationær brændselscelle. Hans patenterede udviklinger blev senere licenseret af amerikanerne og brugt i NASA-rumfartøjer i strøm- og forsyningssystemer. drikker vand... Samme år byggede amerikanske Harry Ihrig den første brændselscelletraktor (samlet effekt 15 kW). Kaliumhydroxid blev brugt som elektrolyt i batterierne, og komprimeret brint og oxygen blev brugt som reagenser.

For første gang satte UTC Power, som tilbød backup-strømforsyningssystemer til hospitaler, universiteter og forretningscentre, produktionen af ​​stationære brændselsceller til kommercielle formål i drift. Denne virksomhed, som er verdensledende på dette område, producerer stadig lignende løsninger med en kapacitet på op til 200 kW. Det er også hovedleverandøren af ​​brændselsceller til NASA. Dens produkter blev meget brugt under rumprogram Apollo er stadig efterspurgt som en del af Space Shuttle-programmet. UTC Power tilbyder også "forbruger" brændselsceller, der er meget udbredt i køretøjer. Hun var den første til at lave en brændselscelle, der gør det muligt at opnå en strøm kl negative temperaturer på grund af brugen af ​​en protonudvekslingsmembran.

Hvordan det virker

Forskere har eksperimenteret med forskellige stoffer som reagenser. Men de grundlæggende principper for drift af brændselsceller, på trods af væsentligt forskellige præstationskarakteristika Forbliv uændret. Enhver brændselscelle er en elektrokemisk energiomdannelsesenhed. Den genererer elektricitet fra en vis mængde brændstof (fra anodesiden) og et oxidationsmiddel (fra katodesiden). Reaktionen finder sted i nærværelse af en elektrolyt (et stof, der indeholder frie ioner og opfører sig som et elektrisk ledende medium). I princippet er der i enhver sådan anordning visse reagenser, der kommer ind i den, og produkterne af deres reaktion, som fjernes efter at den elektrokemiske reaktion er udført. Elektrolytten i dette tilfælde tjener kun som et medium til interaktion af reagenser og ændrer sig ikke i brændselscellen. Baseret på et sådant skema bør en ideel brændselscelle fungere, så længe der er en tilførsel af stoffer, der er nødvendige for reaktionen.

Brændselsceller må ikke forveksles med konventionelle batterier. I det første tilfælde forbruges noget "brændstof" til produktion af elektricitet, som senere skal tankes op. Ved galvaniske celler opbevares elektricitet i et lukket kemiske system... I tilfælde af batterier tillader påføringen af ​​strøm den omvendte elektrokemiske reaktion at forekomme og returnere reagenserne til deres oprindelige tilstand (dvs. oplade den). Forskellige kombinationer af brændstof og oxidationsmiddel er mulige. For eksempel bruger en brintbrændselscelle brint og oxygen (oxidationsmiddel) som reaktanter. Hydrocarbonater og alkoholer bruges ofte som brændstof, mens luft, klor og klordioxid fungerer som oxidanter.

Katalysereaktionen i en brændselscelle slår elektroner og protoner ud af brændstoffet, og elektroner i bevægelse genererer en elektrisk strøm. Som katalysator, accelererende reaktion, bruges platin eller dets legeringer normalt i brændselsceller. En anden katalytisk proces returnerer elektroner ved at kombinere dem med protoner og en oxidant for at danne reaktionsprodukter (emissioner). Disse emissioner er typisk simple stoffer: vand og kuldioxid.

I en konventionel protonudvekslingsmembranbrændselscelle (PEMFC) adskiller en polymer protonoverførselsmembran anode- og katodesiderne. Fra katodesiden diffunderer brint ud på anodekatalysatoren, hvor elektroner og protoner efterfølgende frigives fra den. Protonerne bevæger sig derefter gennem membranen til katoden, mens elektroner, der ikke er i stand til at følge protonerne (membranen er elektrisk isoleret), kanaliseres gennem et eksternt belastningskredsløb (strømforsyningssystem). På siden af ​​katodekatalysatoren reagerer oxygen med protoner, der passerer gennem membranen, og elektroner, der kommer ind gennem det eksterne belastningskredsløb. Denne reaktion producerer vand (i form af damp eller væske). For eksempel er produkterne af reaktioner i brændselsceller ved hjælp af kulbrintebrændstoffer (methanol, diesel) vand og kuldioxid.

Næsten alle typer brændselsceller lider af elektriske tab forårsaget både af kontakternes og brændselscellecellernes naturlige modstand og af elektrisk overspænding (yderligere energi kræves til den indledende reaktion). I en række tilfælde er det ikke muligt helt at undgå disse tab og nogle gange "er spillet ikke lyset værd", men oftest kan de reduceres til et acceptabelt minimum. En løsning på dette problem er brugen af ​​sæt af disse enheder, hvor brændselscellerne, afhængigt af kravene til strømforsyningssystemet, kan tilsluttes parallelt (højere strøm) eller i serie (højere spænding).

Brændselscelletyper

Der findes rigtig mange typer brændselsceller, men vi vil forsøge kort at dvæle ved de mest almindelige af dem.

Alkaliske brændselsceller (AFC)

Alkaliske eller alkaliske brændselsceller, også omtalt som Bacon-celler efter deres britiske "far", er en af ​​de mest veludviklede brændselscelleteknologier. Det var disse enheder, der hjalp mennesket med at sætte fod på månen. Generelt har NASA brugt brændselsceller af denne type siden midten af ​​60'erne af forrige århundrede. AFC'er forbruger brint og ren ilt til at producere drikkevand, varme og elektricitet. Hovedsageligt på grund af det faktum, at denne teknologi er perfekt udviklet, har den en af ​​de højeste effektivitetsindikatorer blandt lignende systemer (potentiale er omkring 70%).

Denne teknologi har dog også sine ulemper. På grund af specificiteten ved at bruge et flydende alkalisk stof som en elektrolyt, der ikke blokerer for kuldioxid, er det muligt for kaliumhydroxid (en af ​​mulighederne for den anvendte elektrolyt) at reagere med denne bestanddel af almindelig luft. Dette kan resultere i den giftige forbindelse kaliumcarbonat. For at undgå dette er det nødvendigt at bruge enten ren ilt eller rense luften for kuldioxid. Dette påvirker naturligvis prisen på sådanne enheder. Alligevel er AFC'er de billigste at fremstille brændselsceller, der er tilgængelige i dag.

Direkte borhydrid brændselsceller (DBFC)

Denne undertype af alkaliske brændselsceller bruger natriumborhydrid som brændstof. Men i modsætning til konventionelle hydrogendrevne AFC'er har denne teknologi en væsentlig fordel - der er ingen risiko for at producere giftige forbindelser efter kontakt med kuldioxid. Produktet af dets reaktion er imidlertid boraxstoffet, som er meget udbredt i rengøringsmidler og sæbe. Borax er relativt ugiftigt.

DBFC'er kan gøres endnu billigere end traditionelle brændselsceller, fordi de ikke kræver dyre platinkatalysatorer. Derudover har de en højere energitæthed. Det anslås, at det koster $ 50 at producere et kilogram natriumborhydrid, men hvis du organiserer dets masseproduktion og begynder at behandle borax, kan denne bar reduceres med 50 gange.

Metalhydrid brændselsceller (MHFC)

Denne underklasse af alkaliske brændselsceller studeres i øjeblikket aktivt. Et træk ved disse enheder er evnen til kemisk at opbevare brint inde i en brændselscelle. En direkte borhydrid brændselscelle har samme evne, men i modsætning til den er MHFC'en fyldt med rent brint.

Blandt karakteristiske kendetegn Disse brændselsceller kan skelnes som følger:

• evnen til at genoplade fra elektrisk energi;
• arbejde kl lave temperaturer- op til -20 ° C;
• lang holdbarhed;
• hurtig koldstart;
• evnen til at arbejde i nogen tid uden en ekstern brintkilde (på tidspunktet for udskiftning af brændstof).

På trods af at mange virksomheder arbejder på at skabe masse-MHFC'er, er effektiviteten af ​​prototyper ikke høj nok i sammenligning med konkurrerende teknologier. En af bedste præstation strømtætheden for disse brændselsceller er 250 milliampere per kvadratcentimeter, mens konventionelle PEMFC standard brændselsceller giver en strømtæthed på 1 ampere per kvadratcentimeter.

Elektro-galvaniske brændselsceller (EGFC)

Den kemiske reaktion i EGFC foregår med deltagelse af kaliumhydroxid og oxygen. Dette skaber en elektrisk strøm mellem blyanoden og den guldbelagte katode. Spændingen leveret af en elektrogalvanisk brændselscelle er direkte proportional med mængden af ​​ilt. Denne funktion har gjort det muligt for EGFC at finde udbredt brug som iltovervågningsudstyr i dykkerudstyr og medicinsk udstyr. Men netop på grund af denne afhængighed har kaliumhydroxidbrændselsceller en meget begrænset periode med effektiv drift (så længe iltkoncentrationen er høj).

De første certificerede EGFC-iltmonitorer blev tilgængelige i store mængder i 2005, men vandt ikke meget popularitet dengang. Udgivet to år senere var den væsentligt modificerede model meget mere succesrig og vandt endda prisen for "innovation" på specialdykkerudstillingen i Florida. I øjeblikket bruges de af organisationer som NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) og DDRC (Diving Diseases Research Center).

Direkte myresyrebrændselsceller (DFAFC)

Disse brændselsceller er en undertype af direkte myresyreføde PEMFC'er. På grund af deres specifikke egenskaber har disse brændselsceller et stort potentiale i fremtiden til at blive det vigtigste middel til at drive bærbar elektronik såsom bærbare computere, Mobiltelefoner etc.

Ligesom methanol føres myresyre direkte ind i brændselscellen uden et særligt rensningstrin. Det er også meget sikrere at opbevare dette stof end for eksempel brint, og der er desuden ingen grund til at give særlige opbevaringsbetingelser: myresyre er en væske ved normale temperaturer. Desuden har denne teknologi to ubestridelige fordele i forhold til direkte methanol-brændselsceller. For det første, i modsætning til methanol, lækker myresyre ikke gennem membranen. Derfor bør effektiviteten af ​​DFAFC pr. definition være højere. For det andet, i tilfælde af tryknedsættelse, er myresyre ikke så farlig (methanol kan forårsage blindhed og med en stærk dosering død).

Interessant nok, indtil for nylig, så mange videnskabsmænd ikke denne teknologi som en praktisk fremtid. Årsagen, der fik forskerne til at opgive myresyre i mange år, var den høje elektrokemiske overspænding, som førte til betydelige elektriske tab. Men resultaterne af de seneste eksperimenter har vist, at årsagen til denne ineffektivitet var brugen af ​​platin som katalysator, som traditionelt har været meget brugt til dette formål i brændselsceller. Efter at forskere fra University of Illinois udførte en række eksperimenter med andre materialer, viste det sig, at når man bruger palladium som katalysator, er produktiviteten af ​​DFAFC højere end tilsvarende direkte methanol-brændselsceller. Teknologien ejes i øjeblikket af det amerikanske firma Tekion, som tilbyder sin Formira Power Pack-produktlinje til mikroelektroniske enheder. Dette system er et "duplex" system bestående af et batteri og selve brændselscellen. Når forsyningen af ​​reagenser i patronen, der genoplader batteriet, løber tør, udskifter brugeren den blot med en ny. Dermed bliver den helt uafhængig af "socket". Ifølge producentens løfter vil tiden mellem opladninger fordobles, på trods af at teknologien kun vil koste 10-15 % mere end konventionelle batterier. Den eneste alvorlige hindring i vejen for denne teknologi kan være, at den understøttes af en mellemstor virksomhed, og den kan simpelthen blive "overvældet" af konkurrenter i større skala, der præsenterer deres teknologier, som måske endda er ringere end DFAFC i en antal parametre.

Direkte methanol brændselsceller (DMFC)

Disse brændselsceller er en undergruppe af protonudvekslingsmembranenheder. De bruger methanol, som føres ind i brændselscellen uden yderligere rensning. Methylalkohol er dog meget nemmere at opbevare og er ikke eksplosiv (selvom det er brandfarligt og kan forårsage blindhed). Samtidig har methanol en væsentlig højere energikapacitet end komprimeret brint.

Men på grund af det faktum, at methanol er i stand til at lække gennem membranen, er effektiviteten af ​​DMFC med store mængder brændstof lav. Og selvom de af denne grund ikke er egnede til transport og store installationer, er disse enheder perfekt egnede som erstatninger for batterier i mobile enheder.

Processed Methanol Fuel Cells (RMFC)

Forarbejdede methanol-brændselsceller adskiller sig kun fra DMFC'er ved, at de omdanner methanol til brint og kuldioxid, før de genererer elektricitet. Dette foregår i en speciel enhed kaldet en brændstofprocessor. Efter dette indledende trin (reaktionen udføres ved temperaturer over 250 ° C) indgår brint i en oxidationsreaktion, som et resultat af hvilken vand dannes og elektricitet genereres.

Anvendelsen af ​​methanol i RMFC skyldes, at det er en naturlig bærer af brint, og ved en tilstrækkelig lav temperatur (sammenlignet med andre stoffer) kan den nedbrydes til brint og kuldioxid. Derfor er denne teknologi mere avanceret end DMFC. Forarbejdede methanol brændselsceller er mere effektive, kompakte og fungerer ved minusgrader.

Direkte ethanol brændselsceller (DEFC)

En anden repræsentant for klassen af ​​brændselsceller med et protonudvekslingsgitter. Som navnet antyder, kommer ethanol ind i brændselscellen og går uden om yderligere rensning eller nedbrydning til enklere stoffer. Det første plus ved disse enheder er brugen af ​​ethylalkohol i stedet for giftig methanol. Det betyder, at du ikke behøver at investere mange penge i at etablere dette brændstof.

Energitætheden af ​​alkohol er cirka 30 % højere end for methanol. Derudover kan den fås i store mængder fra biomasse. For at reducere omkostningerne til ethanolbrændselsceller er en aktiv eftersøgning i gang efter alternativt materiale katalysator. Platin, der traditionelt anvendes i brændselsceller til disse formål, er for dyrt og en væsentlig hindring for masseadoptionen af ​​disse teknologier. Løsningen på dette problem kan være katalysatorer fra en blanding af jern, kobber og nikkel, der viser imponerende resultater i eksperimentelle systemer.

Zink luftbrændselsceller (ZAFC)

ZAFC'er bruger oxidationen af ​​zink med ilt fra luften til at generere elektrisk energi. Disse brændselsceller er billige at fremstille og giver tilstrækkelige stor tæthed energi. De bruges i øjeblikket i høreapparater og eksperimentelle elbiler.

På siden af ​​anoden er der en blanding af zinkpartikler med en elektrolyt, og på siden af ​​katoden vand og ilt fra luften, som reagerer med hinanden og danner en hydroxyl (dets molekyle er et oxygenatom og en hydrogenatom, mellem hvilket der er en kovalent binding). Som et resultat af reaktionen af ​​hydroxyl med en zinkblanding frigives elektroner, der går til katoden. Den maksimale spænding produceret af sådanne brændselsceller er 1,65 V, men som regel reduceres den kunstigt til 1,4-1,35 V, hvilket begrænser luftens adgang til systemet. Slutprodukterne af denne elektrokemiske reaktion er zinkoxid og vand.

Denne teknologi kan bruges både i batterier (uden genopladning) og i brændselsceller. I sidstnævnte tilfælde renses kammeret fra anodesiden og genopfyldes med zinkpasta. Generelt har ZAFC-teknologien etableret sig som et enkelt og pålideligt batteri. Deres ubestridelige fordel er evnen til kun at kontrollere reaktionen ved at justere lufttilførslen til brændselscellen. Mange forskere overvejer zink-luft-brændselsceller som den fremtidige hovedstrømkilde til elektriske køretøjer.

Mikrobielle brændselsceller (MFC)

Ideen om at bruge bakterier til gavn for menneskeheden er ikke ny, selvom den for nylig er kommet til realiseringen af ​​disse ideer. I øjeblikket undersøges spørgsmålet om kommerciel brug af bioteknologi til produktion af forskellige produkter (for eksempel produktion af brint fra biomasse), neutralisering af skadelige stoffer og produktion af elektricitet aktivt. Mikrobielle brændselsceller, også kaldet biologiske, er et biologisk elektrokemisk system, der genererer elektrisk strøm gennem brug af bakterier. Denne teknologi er baseret på katabolisme (nedbrydning af et komplekst molekyle til et enklere molekyle med frigivelse af energi) af stoffer som glucose, acetat (eddikesyresalt), butyrat (smørsyresalt) eller spildevand. På grund af deres oxidation frigives elektroner, som overføres til anoden, hvorefter den genererede elektriske strøm løber gennem lederen til katoden.

I sådanne brændselsceller bruges som regel mediatorer til at forbedre permeabiliteten af ​​elektroner. Problemet er, at stoffer, der fungerer som mediatorer, er dyre og giftige. Ved anvendelse af elektrokemisk aktive bakterier er der dog ikke behov for mediatorer. Sådanne "mediator-frie" mikrobielle brændselsceller begyndte at blive skabt for ganske nylig, og derfor er indtil videre ikke alle deres egenskaber blevet godt undersøgt.

På trods af de forhindringer, som MFC endnu ikke har overvundet, har denne teknologi et enormt potentiale. For det første er "brændstoffet" ikke svært at finde. Og hvad mere er, er i dag et spørgsmål om rengøring Spildevand og bortskaffelsen af ​​meget affald er meget akut. Brugen af ​​denne teknologi kan løse begge disse problemer. For det andet, teoretisk set, kan dens effektivitet være meget høj. Den største udfordring for mikrobielle brændselscelleingeniører er, og væsentligt element af denne enhed, bakterier. Og mens mikrobiologer, som modtager adskillige bevillinger til forskning, jubler, gnider science fiction-forfattere sig også i hænderne i forventning om succesen med bøger, der er helliget konsekvenserne af "udgivelsen" af de forkerte mikroorganismer. Naturligvis er der en risiko for at fjerne noget, der ville "fordøje" ikke kun unødvendigt affald, men også noget værdifuldt. Derfor er folk i princippet, som det er tilfældet med enhver ny bioteknologi, på vagt over for ideen om at have en kasse, der vrimler med bakterier, i lommen.

Ansøgning

Stationære husholdnings- og industrikraftværker

Brændselsceller er meget brugt som energikilder i alle slags autonome systemer, såsom, rumskibe, fjerntliggende vejrstationer, militære installationer mv. Den største fordel ved et sådant strømforsyningssystem er ekstrem høj pålidelighed sammenlignet med andre teknologier. På grund af fraværet af bevægelige dele og eventuelle mekanismer i brændselsceller kan pålideligheden af ​​strømforsyningssystemer nå 99,99%. Ved anvendelse af brint som reagens er det desuden muligt at opnå meget lav vægt, hvilket for rumudstyr er et af de vigtigste kriterier.

For nylig har kombinerede varme- og kraftværker, der er meget udbredt i beboelsesbygninger og kontorer. Det særlige ved disse systemer er, at de konstant genererer elektricitet, som, hvis den ikke forbruges med det samme, bruges til at opvarme vand og luft. På trods af at den elektriske effektivitet af sådanne installationer kun er 15-20%, kompenseres denne ulempe af, at ubrugt elektricitet bruges til varmeproduktion. Generelt er energieffektiviteten af ​​sådanne kombinerede systemer omkring 80 %. Et af de bedste reagenser til sådanne brændselsceller er phosphorsyre. Disse installationer giver en energieffektivitet på 90% (35-50% el og resten varme).

Transportere

Energisystemer baseret på brændselsceller er meget brugt i transport. Tyskerne var i øvrigt blandt de første, der begyndte at installere brændselsceller på køretøjer. Så verdens første kommercielle båd udstyret med sådan et setup debuterede for otte år siden. Dette lille fartøj, døbt "Hydra" og designet til at transportere op til 22 passagerer, blev søsat nær den tidligere hovedstad i Tyskland i juni 2000. Hydrogen (alkalisk brændselscelle) fungerer som et energibærende reagens. Takket være brugen af ​​alkaliske (alkaliske) brændselsceller er enheden i stand til at generere strøm ved temperaturer ned til –10 ° C og er ikke "bange" for saltvand. Båden "Hydra", drevet af en 5 kW elektrisk motor, er i stand til hastigheder op til 6 knob (ca. 12 km/t).

Båd "Hydra"

Meget mere udbredt er brændselsceller (især brint) på landtransport... Generelt har brint været brugt i lang tid som brændstof til bilmotorer, og i princippet er en konventionel forbrændingsmotor ret let at konvertere til at bruge denne alternativ form brændstof. Konventionel forbrænding af brint er imidlertid mindre effektiv end at generere elektricitet gennem en kemisk reaktion mellem brint og oxygen. Og ideelt set vil brint, hvis det bruges i brændselsceller, være helt sikkert for naturen eller, som man siger, "venligt over for miljøet", da der ikke frigives kuldioxid eller andre stoffer, der berører "drivhuseffekten", under kemisk reaktion.

Sandt nok, her er der, som man kunne forvente, flere store "men". Faktum er, at mange teknologier til at producere brint fra ikke-vedvarende ressourcer (naturgas, kul, olieprodukter) ikke er så uskadelige for miljø, fordi der i deres proces frigives en stor mængde kuldioxid. Teoretisk set, hvis du bruger vedvarende ressourcer til at opnå det, så vil der slet ikke være nogen skadelige emissioner. Men i dette tilfælde stiger omkostningerne markant. Ifølge mange eksperter er potentialet for brint som erstatning for benzin eller naturgas af disse grunde meget begrænset. Allerede nu er der billigere alternativer, og højst sandsynligt vil brændselsceller på det første element i det periodiske system aldrig lykkes med at blive et massefænomen i køretøjer.

Bilfabrikanterne eksperimenterer ganske aktivt med brint som energikilde. Og hovedårsagen hertil er EU's ret hårde position i forhold til skadelige emissioner til atmosfæren. Kørt mere og mere strenge restriktioner Daimler AG, Fiat og Ford Motor Company blev introduceret i Europa og præsenterede deres vision om fremtiden for brændselsceller i bilbygningen, og udstyrede deres basismodeller med lignende kraftværker. En anden europæisk bilgigant, Volkswagen, er i øjeblikket ved at forberede sit brændselscellebil. Japanske og sydkoreanske firmaer holder trit med dem. Det er dog ikke alle, der satser på denne teknologi. Mange mennesker foretrækker at modificere forbrændingsmotorer eller kombinere dem med elektriske motorer drevet af batterier. Toyota, Mazda og BMW tog denne vej. Som for amerikanske virksomheder, så præsenterede General Motors foruden Ford med sin Focus-model også adskillige brændselscellekøretøjer. Alle disse virksomheder opmuntres aktivt af mange stater. For eksempel er der i USA en lov, hvorefter en ny hybridbil, der kommer ind på markedet, er fritaget for afgifter, hvilket kan være et ganske anstændigt beløb, fordi sådanne biler som regel er dyrere end deres modstykker med traditionelle forbrændingsmotorer. Dette gør hybrider endnu mere attraktive som køb. Denne lov gælder dog indtil videre kun for modeller, der kommer på markedet, indtil salgsniveauet på 60.000 biler er nået, hvorefter privilegiet automatisk annulleres.

Elektronik

For ikke så længe siden er brændselsceller begyndt at finde mere og mere udbredt brug i bærbare computere, mobiltelefoner og andre mobile elektroniske enheder. Årsagen til dette var den hurtigt voksende frådseri af enheder beregnet til langsigtet autonom drift. Store berøringsskærme, kraftfuld lyd og introduktionen af ​​Wi-Fi, Bluetooth og andre højfrekvente trådløse protokoller i telefoner har også ændret batterikravene. Og selv om batterier har gjort store fremskridt siden de første mobiltelefoners dage med hensyn til kapacitet og kompakthed (ellers ville fans ikke få lov til at komme ind på stadioner med disse kommunikationsvåben i dag), kan de stadig ikke følge med hverken miniaturiseringen af elektroniske kredsløb eller producenternes ønske om at integrere flere og flere funktioner i deres produkter. En anden væsentlig ulempe ved nuværende lagerbatterier er deres lange opladningstid. Alt sammen fører til det faktum, at jo flere funktioner i en telefon eller lomme multimedieafspiller designet til at øge ejerens autonomi ( trådløst internet, navigationssystemer osv.), jo mere afhængig af "stikkontakten" bliver denne enhed.

Om bærbare computere, meget mindre begrænset i maksimale dimensioner, og der er ikke noget at sige. I lang tid er der blevet dannet en niche af superproduktive bærbare computere, som slet ikke er beregnet til autonom drift, bortset fra en sådan overførsel fra et kontor til et andet. Og selv den mest økonomiske i den bærbare verden kan knap få en hel dags batterilevetid. Derfor er spørgsmålet om at finde et alternativ til traditionelle genopladelige batterier, som ikke ville være dyrere, men også meget mere effektivt, meget akut. Og de førende repræsentanter for industrien har for nylig beskæftiget sig med løsningen af ​​dette problem. For ikke så længe siden blev der introduceret kommercielle metanolbrændselsceller, som kunne begynde masseleverancer allerede næste år.

Forskerne valgte af en eller anden grund methanol frem for brint. Det er meget lettere at opbevare methanol, da du ikke behøver at skabe højt tryk eller give et specielt temperaturregime til dette. Methylalkohol er flydende mellem -97,0 °C og 64,7 °C. Hvori specifik energi, indeholdt i det N-te volumen methanol er en størrelsesorden større end i det samme volumen brint under højt tryk. Den direkte methanol-brændselscelleteknologi, der er meget udbredt i mobile elektroniske enheder, bruger methylalkohol ved blot at fylde brændselscelletanken uden om den katalytiske omdannelsesproces (deraf navnet "direkte methanol"). Dette er også en væsentlig fordel ved denne teknologi.

Men som man kunne forvente, havde alle disse plusser deres minusser, hvilket begrænsede omfanget af dets anvendelse betydeligt. I lyset af det faktum, at denne teknologi endnu ikke er fuldt udviklet, forbliver problemet med den lave effektivitet af sådanne brændselsceller forårsaget af "lækage" af methanol gennem membranmaterialet uløst. Desuden er de ikke imponerende dynamiske egenskaber... Det er ikke nemt at løse, og hvad man skal gøre med kuldioxiden, der produceres ved anoden. Moderne DMFC-enheder er ikke i stand til at generere store mængder energi, men de har en høj energikapacitet til en lille mængde stof. Det betyder, at selvom der endnu ikke er meget energi til rådighed, kan direkte methanol-brændselsceller generere det i lang tid. Dette tillader dem ikke, på grund af den lave effekt, at finde direkte ansøgning i køretøjer, men gør dem næsten ideelle til mobile enheder, hvor batterilevetiden er kritisk.

Seneste trends

Selvom brændselsceller til køretøjer er blevet produceret i lang tid, er disse løsninger endnu ikke blevet udbredt. Det er der mange grunde til. Og de vigtigste er producenternes økonomiske uhensigtsmæssighed og manglende vilje til at sætte produktionen af ​​brændstof i gang til en overkommelig pris. Forsøg på at tvinge naturlig proces overgangen til vedvarende energikilder førte, som man kunne forvente, ikke til noget godt. Årsagen til den kraftige stigning i priserne på landbrugsprodukter er naturligvis ikke skjult i, at de begyndte at omdanne dem massivt til biobrændstof, men i det faktum, at mange lande i Afrika og Asien ikke er i stand til at producere nok produkter selv for at imødekomme den indenlandske efterspørgsel efter produkter.

Det er klart, at afvisningen af ​​brugen af ​​biobrændstoffer ikke vil føre til en væsentlig forbedring af situationen på verdensfødevaremarkedet, men tværtimod kan det slå et slag for europæiske og amerikanske landmænd, som for første gang i mange år havde mulighed for at tjene gode penge. Men det etiske aspekt af dette spørgsmål kan ikke afskrives, da det er grimt at fylde "brød" i tanke, når millioner af mennesker sulter. Fordi i særdeleshed europæiske politikere nu vil de være mere seje over for bioteknologi, hvilket allerede bekræftes af revisionen af ​​strategien for overgangen til vedvarende energikilder.

I denne situation skulle mikroelektronik blive det mest lovende anvendelsesområde for brændselsceller. Det er her, brændselscellerne de største chancer få fodfæste. Først folk, der køber mobiltelefoner ind i højere grad villige til at eksperimentere end f.eks. bilkøbere. Og for det andet er de villige til at bruge penge og er som regel ikke afvisende med at "redde verden". En bekræftelse på dette er den overvældende succes med den røde "Bono"-version af iPod Nano, hvor en del af pengene fra salget gik til Røde Kors' konti.

"Bono" - version af Apple iPod Nano-afspilleren

Blandt dem, der har rettet deres opmærksomhed mod brændselsceller til bærbar elektronik, er begge virksomheder, der tidligere har specialiseret sig i skabelsen af ​​brændselsceller og nu blot har opdaget et nyt område af deres anvendelse, såvel som førende producenter af mikroelektronik. For eksempel annoncerede for nylig MTI Micro, som omformålte sin virksomhed til at producere methanol-brændselsceller til mobile elektroniske enheder, at de ville begynde masseproduktion i 2009. Hun præsenterede også verdens første GPS-enhed baseret på methanol-brændselsceller. Ifølge repræsentanter for dette firma vil dets produkter i den nærmeste fremtid fuldstændig erstatte traditionelle lithium-ion-batterier. Sandt nok vil de først ikke være billige, men dette problem ledsager enhver ny teknologi.

For en virksomhed som Sony, der for nylig viste sin version af DMFC-enheden til at drive et multimediesystem, er disse teknologier nye, men de har seriøst til hensigt ikke at fare vild på et lovende nyt marked. Sharp gik til gengæld videre og satte for nylig verdensrekord for den specifikke energikapacitet på 0,3W for en kubikcentimeter methylalkohol med sin prototype brændselscelle. Selv regeringerne i mange lande har mødt producenterne af disse brændselsceller. Så lufthavnene i USA, Canada, Storbritannien, Japan og Kina ophævede på trods af methanolens toksicitet og brændbarhed de tidligere eksisterende restriktioner for transport i kabinen. Dette gælder naturligvis kun for certificerede brændselsceller med en maksimal kapacitet på 200 ml. Ikke desto mindre bekræfter dette endnu en gang interessen for denne udvikling hos ikke kun entusiaster, men også stater.

Sandt nok forsøger producenterne stadig at genforsikre sig selv og tilbyde brændselsceller hovedsageligt som backup system ernæring. En sådan løsning er en kombination af en brændselscelle og et akkumulatorbatteri: Så længe der er brændstof, oplader det hele tiden batteriet, og efter at det løber tør, udskifter brugeren blot den tomme patron med en ny beholder med methanol. En anden populær trend er skabelsen af ​​brændselscelleopladere. De kan bruges på farten. De kan dog oplade batterier meget hurtigt. Det er med andre ord i fremtiden muligt, at alle har sådan en "stikkontakt" i lommen. Denne tilgang kan især være relevant i tilfælde af mobiltelefoner... Til gengæld kan bærbare computere meget vel få indbyggede brændselsceller inden for en overskuelig fremtid, som, hvis ikke helt erstatter opladning fra et "stik", så i det mindste bliver et seriøst alternativ til det.

Så ifølge prognosen fra det største tyske kemiske selskab BASF, som for nylig annoncerede starten på byggeriet i Japan af sit center for udvikling af brændselsceller, vil markedet for disse enheder i 2010 være $ 1 mia. Samtidig forudsiger hendes analytikere væksten på brændselscellemarkedet til 20 milliarder dollars i 2020. Forresten, i dette center planlægger BASF at udvikle brændselsceller til bærbar elektronik (især bærbare computere) og stationære energisystemer. Placeringen for denne virksomhed blev ikke valgt tilfældigt ¬ de vigtigste købere af disse teknologier, det tyske firma ser lokale firmaer.

I stedet for en konklusion

Man skal selvfølgelig ikke forvente af brændselsceller, at de erstatter det eksisterende strømforsyningssystem. I hvert fald i en overskuelig fremtid. Dette er et tveægget sværd: bærbare kraftværker er bestemt mere effektive på grund af fraværet af tab forbundet med levering af elektricitet til forbrugeren, men det bør også tages i betragtning, at de kan blive en seriøs konkurrent til de centraliserede strømforsyningssystem kun, hvis der oprettes et centraliseret brændstofforsyningssystem til disse installationer. Det vil sige, at "fatningen" i sidste ende skal erstattes af et rør, der leverer de nødvendige reagenser til hvert hus og hver krog. Og det er ikke helt den samme frihed og uafhængighed af eksterne strømkilder, som brændselscelleproducenterne taler om.

Disse enheder har en ubestridelig fordel i form af opladningshastighed - de skiftede simpelthen methanolpatronen (i ekstreme tilfælde fjernede proppen Jack Daniels trofæ) i kameraet og hoppede igen op ad Louvre-trapperne i to timer og vil kræve genopladning hver 2-3 dag, så er det usandsynligt, at alternativet i form af udskiftning af patronen, der kun sælges i specialbutikker, vil blive så efterspurgt af massebrugeren selv en gang hver anden uge en forseglet beholder et par hundrede milliliter brændstof når slutforbrugeren, vil prisen nå at vokse betydeligt.Denne prisstigning kan kun bekæmpes af produktionens omfang, men vil denne skala være efterspurgt på markedet? optimal udsigt brændstof, vil det være meget problematisk at løse dette problem.

På den anden side er kombinationen af ​​traditionel opladning fra "stikkontakten", brændselsceller og andre alternative energiforsyningssystemer (f.eks. solpaneler) kan blive løsningen på problemet med diversificering af fødevarekilder og overgangen til deres økologiske typer. Brændselsceller kan dog bruges i vid udstrækning på en bestemt gruppe af elektroniske produkter. Dette bekræftes af, at Canon for nylig har patenteret sine egne brændselsceller til digitale kameraer og annonceret en strategi for at introducere disse teknologier i sine løsninger. Med hensyn til bærbare computere, hvis brændselsceller når dem i den nærmeste fremtid, er det højst sandsynligt kun som et backup-strømsystem. Nu skal der f.eks. det kommer stort set kun om eksterne lademoduler, derudover tilsluttet en bærbar computer.

Men disse teknologier har store muligheder for udvikling på lang sigt. Især set i lyset af truslen om en olie hungersnød, som kan opstå i de næste par årtier. Under disse forhold er det vigtigere, ikke engang hvor billig produktionen af ​​brændselsceller vil være, men hvor meget produktionen af ​​brændstof til dem vil være uanset den petrokemiske industri, og om den vil kunne dække efterspørgslen efter det.

USA har vedtaget flere initiativer for at udvikle brintbrændselsceller, infrastruktur og teknologier for at gøre brændselscellekøretøjer praktiske og økonomiske inden 2020. Mere end en milliard dollars er blevet afsat til disse formål.

Brændselsceller genererer elektricitet stille og effektivt uden at forurene miljøet. I modsætning til energikilder, der bruger fossile brændstoffer, er biprodukterne fra brændselsceller varme og vand. Hvordan det virker?

I denne artikel vil vi kort gennemgå hver af de eksisterende brændselsteknologier i dag, samt tale om design og drift af brændselsceller, og sammenligne dem med andre former for energiproduktion. Vi vil også diskutere nogle af de forhindringer, forskere står over for i at gøre brændselsceller praktiske og overkommelige for forbrugerne.

Brændselsceller er elektrokemisk energiomdannelsesudstyr... En brændselscelle omdanner kemikalier, brint og ilt til vand, der i processen genererer elektricitet.

En anden elektrokemisk enhed, som vi alle er bekendt med, er batteriet. Batteriet har alt det nødvendige kemiske elementer inde i sig selv og omdanner disse stoffer til elektricitet. Det betyder, at batteriet til sidst "dør", og du enten smider det væk eller genoplader det.

I en brændselscelle strømmer der konstant kemikalier ind i den, så den aldrig "dør". Elektricitet vil blive produceret, så længe forsyningen finder sted kemiske stoffer ind i elementet. De fleste brændselsceller, der er i brug i dag, bruger brint og ilt.

Brint er det mest udbredte grundstof i vores galakse. Imidlertid eksisterer brint praktisk talt ikke på Jorden i sin elementære form. Ingeniører og videnskabsmænd skal udvinde rent brint fra brintforbindelser, herunder fossile brændstoffer eller vand. For at udvinde brint fra disse forbindelser skal du bruge energi i form af varme eller elektricitet.

Opfindelsen af ​​brændselsceller

Sir William Grove opfandt den første brændselscelle i 1839. Grove vidste, at vand kunne adskilles til brint og ilt ved at passere elektrisk strøm gennem det (en proces kaldet elektrolyse). Han foreslog, at man i omvendt rækkefølge kunne få el og vand. Han skabte en primitiv brændselscelle og gav den navnet gas galvanisk batteri... Ved at eksperimentere med sin nye opfindelse beviste Grove sin hypotese. Halvtreds år senere Ludwig videnskabsmænd Monde og Charles Langer opfandt udtrykket brændstofceller når man forsøger at bygge en praktisk model for elproduktion.

Brændselscellen vil konkurrere med mange andre energikonverteringsenheder, herunder gasturbiner i bykraftværker, forbrændingsmotorer i biler og alle slags batterier. Forbrændingsmotorer, som gasturbiner, brænder forskellige slags brændstof og bruge det tryk, der skabes ved udvidelsen af ​​gasser til at udføre mekanisk arbejde... Batterier omdanner kemisk energi til elektrisk energi, når det er nødvendigt. Brændselsceller skal udføre disse opgaver mere effektivt.

Brændselscellen giver DC (jævnstrøm) spænding, der kan bruges til at drive elektriske motorer, belysning og andre elektriske apparater.

Der er flere forskellige typer brændselsceller, som hver bruger forskellige kemiske processer... Brændselsceller er normalt klassificeret efter deres Driftstemperatur og typeelektrolyt, som de bruger. Nogle typer brændselsceller er velegnede til brug i stationære kraftværker. Andre kan være nyttige til små håndholdte enheder eller til at drive biler. De vigtigste typer brændselsceller omfatter:

Polymer exchange membrane fuel cell (PEMFC)

PEMFC betragtes som den mest sandsynlige kandidat til transportansøgninger. PEMFC har både høj effekt og relativt lav driftstemperatur (spænder fra 60 til 80 grader Celsius). En lav driftstemperatur betyder, at brændselscellerne hurtigt kan varmes op for at begynde at generere elektricitet.

Fast oxid brændselscelle (SOFC)

Disse brændselsceller er mest velegnede til store stationære generatorer energi, der kunne levere strøm til en fabrik eller by. Denne type brændselscelle fungerer ved meget høje temperaturer (700 til 1000 grader Celsius). Den høje temperatur er et pålidelighedsproblem, fordi nogle af brændselscellerne kan svigte efter flere cyklusser med at tænde og slukke. Fastoxidbrændselsceller er dog meget stabile i kontinuerlig drift. Faktisk har SOFC'er vist den længste levetid for enhver brændselscelle under visse forhold. Den høje temperatur har også en fordel: Den damp, der genereres af brændselscellerne, kan ledes til turbinerne og generere mere elektricitet. Denne proces kaldes kraftvarmeproduktion af varme og el og forbedrer systemets overordnede effektivitet.

Alkalisk brændselscelle (AFC)

Det er et af de ældste brændselscelledesigns i brug siden 1960'erne. AFC'er er meget modtagelige for forurening, da de kræver rent brint og ilt. Derudover er de meget dyre, så denne type brændselsceller vil næppe blive sat i masseproduktion.

Smeltet-carbonat brændselscelle (MCFC)

Ligesom SOFC'er er disse brændselsceller også bedst egnede til store stationære kraftværker og generatorer. De opererer ved 600 grader Celsius, så de kan generere damp, som igen kan bruges til at generere endnu mere strøm. De har en lavere driftstemperatur end fastoxidbrændselsceller, hvilket betyder, at de ikke har brug for sådanne varmebestandige materialer. Det gør dem lidt billigere.

Fosforsyre brændselscelle (PAFC)

Fosforsyre brændselscelle har potentiale til at blive brugt i små stationære elsystemer. Den fungerer ved en højere temperatur end en brændselscelle med polymerudvekslingsmembran, så det tager længere tid at varme op, hvilket gør den uegnet til brug i biler.

Methanol brændselsceller Direkte methanol brændselscelle(DMFC)

Methanol brændselsceller er sammenlignelige med PEMFC'er med hensyn til driftstemperatur, men ikke så effektive. Derudover kræver DMFC'er ganske et stort antal platin, der fungerer som en katalysator, der gør disse brændselsceller dyre.

Brændselscelle med polymer udvekslingsmembran

Polymer Membrane Exchange Fuel Cell (PEMFC) er en af ​​de mest lovende brændselscelleteknologier. PEMFC bruger en af ​​de enkleste reaktioner af enhver brændselscelle. Overvej, hvad det består af.

1. EN node - negativ terminal på brændselscellen. Det leder elektroner, som frigives fra brintmolekyler, hvorefter de kan bruges i det eksterne kredsløb. Den har indgraverede kanaler, gennem hvilke brintgas fordeles jævnt over katalysatoroverfladen.

2.TIL atode - Brændselscellens positive terminal har også kanaler til iltfordeling over katalysatoroverfladen. Det leder også elektroner tilbage fra den ydre katalysatorkæde, hvor de kan kombineres med brint- og oxygenioner for at danne vand.

3.Elektrolyt-proton udvekslingsmembran... Det er et specielt forarbejdet materiale, der kun leder positivt ladede ioner og blokerer elektroner. Med PEMFC'er skal membranen være fugtig for at fungere korrekt og forblive stabil.

4. Katalysator Er et specielt materiale, der fremmer reaktionen af ​​ilt og brint. Det er normalt lavet af platinnanopartikler påført meget tyndt på carbonpapir eller stof. Katalysatoren har en sådan overfladestruktur, at maksimalt areal platinoverfladen kan blive udsat for brint eller oxygen.

Figuren viser brintgas (H2) sat under tryk ind i brændselscellen fra anodesiden. Når et H2-molekyle kommer i kontakt med platin på katalysatoren, spaltes det i to H+-ioner og to elektroner. Elektronerne passerer gennem anoden, hvor de bruges i et eksternt kredsløb (gør nyttigt arbejde, såsom at rotere en motor) og tilbage til katodesiden af ​​brændselscellen.

I mellemtiden passerer ilt (O2) fra luften på katodesiden af ​​brændselscellen gennem katalysatoren, hvor det danner to oxygenatomer. Hvert af disse atomer har en stærk negativ ladning. Denne negative ladning tiltrækker to H+ ioner hen over membranen, hvor de kombineres med et oxygenatom og to elektroner fra et eksternt kredsløb for at danne et vandmolekyle (H2O).

Denne reaktion i en enkelt brændselscelle producerer kun omkring 0,7 volt. For at hæve spændingen til et rimeligt niveau skal mange individuelle brændselsceller kombineres til en brændselscellestak. Bipolære plader bruges til at forbinde en brændselscelle til en anden og gennemgå depotential oxidation. Et stort problem med bipolære plader er deres stabilitet. Bipolære metalplader kan korroderes, og biprodukter (jern- og kromioner) reducerer effektiviteten af ​​brændselscellemembranerne og elektroderne. Derfor bruger lavtemperaturbrændselsceller letmetaller, grafit og kompositforbindelser af kulstof og termohærdende materiale (termohærdende materiale er en slags plast, der forbliver fast, selv når de udsættes for høje temperaturer) i form af et bipolært plademateriale.

Brændselscelleeffektivitet

Reduktion af forurening er et af hovedmålene for en brændselscelle. Ved at sammenligne en bil drevet af en brændselscelle med en bil drevet af en benzinmotor og en bil drevet af et batteri, vil du se, hvordan brændselsceller kan forbedre effektiviteten af ​​biler.

Da alle tre typer biler har mange af de samme komponenter, vil vi ignorere denne del af bilen og sammenligne effektiviteten indtil det punkt, hvor der produceres mekanisk energi. Lad os starte med et brændselscellekøretøj.

Hvis en brændselscelle drives af ren brint, kan dens effektivitet være op til 80 procent. Dermed omdanner den 80 procent af energiindholdet i brint til elektricitet. Vi skal dog stadig omdanne elektricitet til mekanisk arbejde. Dette opnås ved hjælp af en elektrisk motor og en inverter. Effektiviteten af ​​motor + inverter er også cirka 80 procent. Dette giver en samlet effektivitet på cirka 80 * 80/100 = 64 procent. Hondas FCX konceptbil har angiveligt 60 procent energieffektivitet.

Hvis brændstofkilden ikke er ren brint, så køretøj vil også have brug for en reformator. Reformatorer omdanner kulbrinte- eller alkoholbrændstoffer til brint. De genererer varme og producerer CO og CO2 udover brint. For at rense det opnåede brint bruger de forskellige enheder men denne rensning er utilstrækkelig og sænker brændselscellens effektivitet. Derfor besluttede forskerne at fokusere på brændselsceller til køretøjer drevet af ren brint på trods af problemerne forbundet med produktion og opbevaring af brint.

Effektivitet af en benzinmotor og en bil på elektriske batterier

Effektiviteten af ​​en benzindrevet bil er overraskende lav. Alle varme der kommer ud som udstødning eller absorberes af radiatoren er spildt energi. Motoren bruger også meget energi på at dreje de forskellige pumper, blæsere og generatorer, der holder den kørende. Således den fulde effektivitet af bilindustrien benzinmotor er cirka 20 pct. Således omdannes kun omkring 20 procent af det termiske energiindhold i benzin til mekanisk arbejde.

Et batteridrevet elektrisk køretøj har en ret høj effektivitet. Batteriet har en virkningsgrad på omkring 90 procent (de fleste batterier genererer noget varme eller skal opvarmes) og motoren + inverteren er omkring 80 procent effektiv. Det giver en samlet effektivitet på cirka 72 procent.

Men det er ikke alt. For at en elbil kan bevæge sig, skal der først genereres strøm et sted. Hvis det var et kraftværk, der brugte processen med at brænde fossile brændstoffer (i stedet for atomkraft, vandkraft, sol eller vindkraft), så blev kun omkring 40 procent af det brændstof, som kraftværket forbrugte, omdannet til elektricitet. Plus, bilopladningsprocessen kræver, at AC-strøm konverteres til strøm. jævnstrøm(DC). Denne proces har en effektivitet på cirka 90 procent.

Hvis vi ser på hele cyklussen, er effektiviteten af ​​et elektrisk køretøj 72 procent for selve bilen, 40 procent for et kraftværk og 90 procent for opladning af bilen. Det giver en samlet effektivitet på 26 procent. Den samlede effektivitet varierer meget afhængigt af, hvilket kraftværk der bruges til at oplade batteriet. Hvis elektriciteten til bilen genereres for eksempel af et vandkraftværk, så vil elbilens virkningsgrad være cirka 65 procent.

Forskere forsker i og forbedrer design for at fortsætte med at forbedre effektiviteten af ​​brændselscellen. En ny tilgang er at integrere brændselscelle- og batteridrevne køretøjer. Et konceptkøretøj drevet af en brændselscelledrevet hybriddrivlinje er under udvikling. Den bruger et lithiumbatteri til at drive køretøjet, mens brændselscellen genoplader batteriet.

Brændselscellekøretøjer er potentielt lige så effektive som en batteridrevet bil, der oplades fra et kraftværk, der ikke bruger fossile brændstoffer. Men at opnå dette potentiale er praktisk og på en tilgængelig måde kan være svært.

Hvorfor bruge brændselsceller?

Hovedårsagen er alt relateret til olie. Amerika skal importere næsten 60 procent af sin olie. I 2025 forventes importen at vokse til 68%. Amerikanerne bruger to tredjedele af deres olie hver dag til transport. Selv hvis hver bil på gaden var en hybridbil, ville USA i 2025 stadig skulle bruge den samme mængde olie, som amerikanerne forbrugte i 2000. Faktisk forbruger Amerika en fjerdedel af verdens olie, selvom kun 4,6% af verdens befolkning bor her.

Eksperter forventer, at oliepriserne vil fortsætte med at stige i løbet af de næste par årtier, efterhånden som billigere kilder er opbrugt. Olieselskaber skal udvikle oliefelter i et stadig vanskeligere miljø, hvilket vil drive oliepriserne op.

Frygt rækker langt ud over økonomisk sikkerhed. Mange midler modtaget fra salg af olie bruges på opretholdelse af international terrorisme, radikale politiske partier og en ustabil situation i de olieproducerende regioner.

Brugen af ​​olie og andre fossile brændstoffer til energi giver forurening. Det er bedst egnet for alle at finde et alternativ - afbrænding af fossile brændstoffer til energi.

Brændselsceller er et attraktivt alternativ til olieafhængighed. I stedet for forurening producerer brændselsceller rent vand som et biprodukt. Mens ingeniører midlertidigt har fokuseret på at producere brint fra en række fossile kilder såsom benzin eller naturgas, udforskes vedvarende, miljøvenlige måder at generere brint på i fremtiden. Den mest lovende vil naturligvis være processen med at producere brint fra vand.

Afhængighed af olie og global opvarmning- et internationalt problem. Flere lande er i fællesskab involveret i udviklingen af ​​forskning og udvikling inden for brændselscelleteknologi.

Naturligvis skal forskere og producenter arbejde hårdt, før brændselsceller bliver et alternativ. moderne metoder energiproduktion. Men med verdensomspændende støtte og globalt samarbejde kan et levedygtigt brændselscelleenergisystem være en realitet om blot et par årtier.

Hilsen udstødte. Spilverden Horisont nul daggry kan være grusom mod spilleren. Det betyder, at du ikke kan undvære godt udstyr og de bedste våben, ellers kan bilerne sparke dig. Og bedst af alt, hvis det ikke bare er god rustning, men praktisk talt det bedste. Og ifølge den gamle tradition for videospil driller de os med det næsten lige fra begyndelsen.

Som jeg skrev ovenfor, næsten i starten af ​​Ellas rejser, vil du snuble over Forløberbunker, som ligger så bekvemt i nærheden af ​​Nora-stammens landområder. Bag døren til denne bunker kan du se nogle meget attraktive rustninger. Og dette er ikke kun rustning, det er " Skjoldvæver". Men du kan ikke bare åbne døren, du skal først finde fem brændselsceller... Men hvor kan man finde dem? Lad os finde ud af det nu.

Første element. Beliggenhed - Moders hjerte. Quest - Mother's Womb.

Selvom dette element er meget nemt at finde, er der altid en hake. Det ligger i, at du kan finde det, allerede inden du går ind i den åbne verden. Men hvis du savnede ham, vil du være i stand til at vende tilbage til denne placering allerede på et sent stadium af spillet, efter at have fuldført opgaven " Noras hjerte».

Hvis du lige har startet spillet, så er alt simpelt. Når du står ud af sengen og går gennem flere rum, vil et af dem have en forseglet dør, som ikke kan åbnes på nogen måde.

Se dig omkring, der vil være en ventilationsskakt i nærheden. Ja, du har ret. Vi passerer gennem minen og befinder os lige bag denne dør. Det element, vi skal bruge, vil være på gulvet ved siden af ​​stearinlysene.

Andet element. Beliggenhed - Ruiner.

Jeg ved, at du har været her som barn, men ikke desto mindre er det værd at vende tilbage hertil, ikke kun for de nostalgiske minders skyld. Her finder du den anden brændselscelle. Fordi du allerede er vokset op, så bliver højden ikke så stor, vær ikke bange, hop ned i hullet i jorden.

Du skal komme til ruinernes første niveau. Flyt til området fremhævet med lilla på kortet. Der finder du en dør, der kan åbnes med et spyd.

Så snart døren er færdig, gå op ad trappen og drej til højre. Før du vil være drypsten, hvorigennem det var umuligt at komme igennem i barndommen. Men da vi nu er store og stærke, tager vi igen spydet og bryder barrieren. Brændselscellen vil ligge på bordet.

Tredje element. Placering - Master's Limit. Quest - Master's Limit.

Da dette er en plotopgave, burde der ikke være problemer med at finde. For at finde den genstand, vi har brug for, skal vi klatre til det øverste, tolvte niveau af ruinerne. Og endda lidt højere. Se efter resterne af bygningen og klatre over dem, indtil du kommer til stedet.

Det er her du finder brændselscellen. Vær forsigtig, mens du går ned, ikke snuble.

Fjerde element. Beliggenhed - Dødens Skat. Quest - Dødens Skat.

Ligesom den forrige finder du dette element i den nordlige del af kortet. Og dette er igen en historiemission, så du vil ikke ved et uheld være i stand til at gå glip af eller ikke bemærke denne placering.

På det tredje niveau af placeringen vil der være en forseglet dør, men her er problemet, uden strøm. Nå, intet, vi vil genoprette, ingen tilvænning.

Vi går ned til niveauet nedenfor og leder efter regulatorblokke der.

Sekvensen for venstre blok er op, højre, venstre, ned.

Sekvens for højre blok: rør ikke ved de to første kontroller, de resterende to ned.

Når vi er færdige med disse, stiger vi til niveauet op, der finder vi også blokken af ​​regulatorer, denne gang den sidste. Sekvens: op, ned, venstre, højre.

Hvis du har indtastet alt korrekt, vil kontrollerne ændre deres farve. Nu vender vi tilbage til døren, strømmen er genoprettet, og elementet vil være skjult bag det.

Femte element (alle tilfældigheder er tilfældige!) Placering - GAYA Prime. Quest - Fallen Mountain.

Nå, søgen efter elementerne er ved at være slut. Den sidste er den næste. Og det er i øvrigt også en plot-mission.

Når du udforsker det tredje niveau, vil du på et tidspunkt snuble over en afgrund, som du kan gå ned i med et reb. Gå ikke ind, dette er et lokkemiddel fra snedige udviklere. Faktisk skal du dreje til højre og søge i den skjulte hule. Du kan komme dertil ved forsigtigt at gå ned ad kanten.

Gå gennem hulen og til allersidst finder du det sidste element.

Det er alt, du har alle elementerne. Men hvis du af en eller anden grund har problemer, så er her en videotutorial, der vil hjælpe dig.

GAMMEL ARSENAL

Så vi har alle brændselscellerne, det er tid til at få det eftertragtede udstyr.

Vi indsætter elementer i tomme celler, rækkefølgen er ikke vigtig. Som du måske har bemærket, kom regulatorerne på. Tid til at løse endnu et puslespil.

Sekvensen er som følger: op, højre, ned, venstre, op.

Men desværre er vi nødt til at løse endnu et problem med regulatorer. Denne gang for at få rustningen. Vi tilføjer de resterende brændselsceller.

Tip: 0 grader er af en eller anden grund øverst, deraf sekvensen for retningen af ​​betjeningselementerne: højre, venstre, op, højre, venstre.

Det er alt, tillykke," Shield Weaver"Er nu din. Dette er en meget stærk ting, der kan gøre dig usårlig. Husk blot at holde øje med farven. Hvidt er godt. Rød - forsvaret er nede.