ในสมัยก่อน อับเบียโม อินโทรดอตโต gli eventi di sviluppo delle celle สารที่ติดไฟได้. มา possiamo vedere, lo sviluppo delle celle a combustibile nel tempo è stato Diversificato, portando a una varietà di tipi ea numerosi metodi di classificazione. Tuttavia, la classificazione più comune si basa sul tipo di elettrolita, includendo “celle a combustibile a membrana a scambio protonico”, “celle a combustibile alcaline”, “celle a combustibile a acido fosforico”, “celle a combustibile a carbonato fuso” e “celle a combustibile ออสซิโด โซลิโด” Oltre alla classificazione per tipo di elettrolita, ci sono anche classificazioni basate sulla temperatura di reazione, su variety combustibili e su altri metodi.
Nel โพสต์ก่อนหน้า sullo sviluppo delle celle a combustibile, abbiamo menzionato che le celle a combustibile a membrana และ scambio protonico (PEMFC) occupano una posizione dominante sia nelle applicazioni pratiche che nella ricerca Naturalmente, anche le celle a combustibile, ossido solido e le celle a combustibile a carbonato fuso hanno un certo stato di ricerca. Successivamente, introdurremo brevemente alcuni tipi di celle combustibile comunemente ricercati.
Cella a Combustibile และ Membrana และ Scambio Protonico (PEMFC)
Come uno dei materiali chiave nelle celle a combustibile, le membrane a scambio protonico hanno attirato una Vasta attenzione e una ricerca approfondita da parte di studiosi di tutto il mondo. ฉัน polimeri fluorurati, ฉัน polimeri aromatici ei วัสดุ ibridi organici/inorganici sono stati sviluppati มาเมมเบรน scambio protonico
Nelle celle combustibile เมมเบรน scambio protonico, l'elettrolita è uno dei materiali chiave È una membrana polimerica molto sottile, con la membrana a scambio protonico di acido perfluorosolfonico Nafion della DuPont มาพร้อมคำแนะนำ Questa membrana polimerica può condurre protoni rimanendo eletricamente non conduttiva. ฉันวัสดุ degli elettrodi sono Generalmente composti da carbonio o metallo, con platino supportato su carbonio utilizzato come catalizzatore per le reazioni dell'anodo e del catodo. อุณหภูมิในการทำงานเดลเล PEMFC และอุณหภูมิประมาณ 80°C และอุณหภูมิคงที่ประมาณ 0,7V Nelle applicazioni pratiche, ต่อ ottenere una Tensione più elevata, è necessario collegare ใน serie più celle singleole ต่อ formare uno stack di celle a combustibile, tipicamente costituito da circa 200-500 celle, con il numero specifico regolato ในฐาน alle situazioni e alle esigenze เรียล
Le Celle ที่ติดไฟได้ เมมเบรน scambio protonico possono avviarsi Rapidamente ใน condizioni di serra, scaricare facilmente i sottoprodotti dell'acqua, avere una lunga durata, alta potenza specifica, alta energia specifica, piccolo volume e sono attualmente ampiamente utilizzate nei veicoli elettrici e nei dispositivi di generazione di energia distribuita domestica Oltre a queste caratteristiche, hanno anche un'elevata efficienza operativa, โดยทั่วไป raggiungendo il 40% – 60%, e un'eccellente risposta dinamica, ยินยอม una Rapida regolazione della potenza in uscita in base alla domanda di elettricità.
หมายเหตุ: Il principio di funzionamento dei veicoli a celle, combustibile, idrogeno
Nonostante i vantaggi evidenti delle celle เมมเบรนที่ติดไฟได้ scambio protonico, นำเสนอ anche degli svantaggi Richiedono idrogeno di altissima purezza e qualità dell'aria, poiché il catalizzatore di platino, metallo prezioso, è altamente suscettibile alla contaminazione da impurità come monossido di carbonio e solfuri, che possonoridurre significativamente l'attività catalitica eridurre notevolmente la durata della cella สารที่ติดไฟได้
เชลลา เอ คอมบัสติบิเล อัลคาลิน่า (เอเอฟซี)
Le celle a combustibile alcaline (AFC) hanno avuto origine negli anni '60 con l'azienda americana P&W, che ha migliorato la cella a เบคอนที่ติดไฟได้ต่อ creare l'AFC. Queste celle สืบทอดสถานะ sono ที่ติดไฟได้ใช้โปรแกรม Apollo Le AFC possono raggiungere efficienze fino al 70% e il loro design è molto simile a quello delle PEMFC, con la differentenza chiave che le AFC utilizzano una soluzione acquosa fortemente alcalina come elettrolita, come idrossido di potassio หรือ idrossido di sodio Durante la reazione elettrochimica, gli ioni idrossido si spostano dalla soluzione elettrolitica all'anodo, dove reagiscono con l'idrogeno ใน una reazione di ossidazione, ผลิตผล acqua ed elettroni Gli elettroni viaggiano มีส่วนต่อประสานกับส่วนต่าง ๆ ของ fino al catodo, dove reagiscono con ossigeno e acqua per produrre altri ioni idrossido. หลักการของความสนุก dell'AFC และส่วนใหญ่ nella figura seguente:
La temperatura operativa delle AFC è เปรียบเสมือน quella delle PEMFC, ประมาณ 80°C. Le AFC hanno una velocità di avvio più Rapida, ma la loro densità di corrente è Solo circa un decimo di quella delle PEMFC, rendendole meno adatte come Fonti di energia portatili Le AFC sono le celle a combustibile più Economiche da produrre e sono spesso utilizzate nei piccoli dispositivi di generazione di energia stazionari. ฉัน catalizzatori utilizzati nelle AFC possono essere platino o catalizzatori di metallo non prezioso (come il nichel), rendendo il costo degli elettroliti nelle AFC molto inferiore rispetto alle PEMFC.
Una sfida chiave per le celle อัลคาไลน์ที่ติดไฟได้ è la loro suscettibilità all'anidride carbonica La formazione di carbonati, anche da piccole quantità di anidride carbonica nell'aria, può influenzare significativamente le prestazioni e la durata della cella Sebbene le AFC con elettroliti liquidi possano operare ใน modalità di ricircolo per rigenerare l'elettrolita e aiutare a mitigare l'impatto della formazione di carbonati, questa modalità แนะนำ il problemsa delle correnti parassite. ฉันจัดการปัญหาทั้งหมด, tra cui la bagnabilità, l'aumento della corrosione e le difficoltà nella gestione delle differentenze di pressione.
Cella a Combustibile และ Carbonato Fuso (MCFC)
Le celle a combustibile a carbonato fuso (MCFC) sono una tecnologia di generazione di energia altamente suitablee e sostenibile, con un'elevata efficienza di Conversione energetica e emissioni pulite, rendendole una tecnologia di generazione di energia promettente. Tuttavia, สาเหตุ della loro alta temperatura operativa e delle proprietà speciali dell'elettrolita a carbonato fuso, lo sviluppo delle MCFC è stato ostacolato.
L'elettrolita utilizzato nelle MCFC ประกอบด้วย soluzioni di carbonato di litio, carbonato di sodio หรือ carbonato di potassio Queste celle possono raggiungere efficienze fino al 60% e una potenza operativa fino a 100 MW. Inoltre, utilizzando il calore di scarto, l'efficienza del combustibile può arrivare fino ทั้งหมด 85% Questa alta efficienza è dovuta alle alte temperature operative di 620-660°C, che allowanceono un uso più flessibile di vari tipi di combustibili e catalizzatori Economici (come il nichel), garantendo al contempo la conducibilità della soluzione elettrolitica. หลักการของความสนุกเดลเล MCFC และส่วนใหญ่ nella figura seguente:
MCFC possono utilizzare una varietà di combustibili, tra cui idrogeno, monossido di carbonio, metano, ก๊าซชีวภาพ, ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือก๊าซธรรมชาติ. ฉันประมวลผล fabbricazione delle เมมเบรน e degli elettrodi delle MCFC sono maturi, ยินยอมตาม produzione di Massa ตุตตาเวีย, ปฏิบัติการอุณหภูมิกลางแจ้ง, การกัดกร่อนโดยรอบ, การกัดกร่อน, การกัดกร่อน, การสลายตัวของวัสดุ, เดลลาเชลลา, การกำจัดนัยสำคัญ, โลโรดูราตา ในทางกลับกันการกัดกร่อนของวัสดุและ una delle Principi sfide che ostacolano lo sviluppo delle MCFC
ปัญหา Nonostante มา la stabilità ใน Ambienti corrosivi e una densità di potenza rispetto ที่ด้อยกว่าและ altre celle ที่ติดไฟได้, la tecnologia MCFC è diventata la scelta prefectita per la generazione di energia stazionaria เชิงพาณิชย์. Molte aziende in tutto il mondo stanno testando generazione di energia MCFC su scala da kilowatt a megawatt and forniscono sistemi MCFC a industrie con richieste di potenza relativamente minori. Inoltre, c'è esplorazione delle applicazioni delle MCFC ใน campi come il trasporto marittimo. Grazie allo sviluppo Rapido nella ricerca e nella Commercializzazione, le MCFC sono leader nel numero di unità di Generatori installati tra tutte le tecnologie a celle a combustibile.
Cella และ Combustibile และ Ossido Solido (SOFC)
Le celle a combustibile a ossido solido (SOFC), conosciute anche come celle a combustibile ceramiche, sono il tipo di cella a combustibile più Efficiencye, operando อุณหภูมิสูงขึ้น di 600-1000°C, il che risulta in un'attività di reazione molto elevata. Tra tutte le configurazioni di celle a combustibile, le SOFC hanno la più alta efficienza di Conversione energetica. Presentano anche di opzioni di combustibile (ad esempio, ก๊าซธรรมชาติ, ก๊าซ di sintesi [una miscela di CO, H2, ecc.], ก๊าซชีวภาพมา il metano, ก๊าซ di carbone, metano da giacimenti di carbone, ก๊าซ di scisto e ก๊าซ di sottoprodotti อุตสาหกรรม)
Una SOFC è composta da un anodo, un catodo, un elettrolita, un interconnettore และ objecti di sigillatura La funzione Principe degli elettrodi è fornire un sito ต่อ le reazioni elettrochimiche และ condurre gli elettroni จำเป็นต่อภารกิจ reazioni ลา funzione Principe dell'elettrolita è condurre ioni di ossigeno หรือ protoni L'interconnettore collega le celle singlele ต่อ ottenere un'alta potenza ใน uscita และ previene le reazioni dirette tra aria และ combustibile ฉันวัสดุi di sigillatura mantengono separati il combustibile e l'aria nelle rispettive aree di flusso.
Ci sono เนื่องจากหลักการของโครงสร้าง SOFC: tubolari e planari
La struttura tubolare è la prima struttura di cella SOFC sviluppata ed è attualmente una tecnologia relativamente matura. เลอเซลเลทูโบลารีฮันโนอุลอัลโตกราโดดิลิเบอร์ตาเอนอนซีรอมโปโนฟาซิลเมนเต; utilizzano ceramiche porose มา supporto, che rende la struttura โรบัสต้า; l'assemblaggio delle celle è relativamente semplice, rendendo facile combinare celle ในแบบคู่ขนาน e ในซีรีส์ต่อรูปแบบ pacchi batteria และ alta potenza Tuttavia, le SOFC tubolari hanno elettroliti relativamente spessi, risultando ใน alta resistenza ohmica e quindi ใน una densità di potenza ด้อยกว่า
La struttura planare SOFC และกระบวนการเตรียม parazione sono più semplici, il che puòridurre significativamente และ costi di produzione. Le strutture planari utilizzano elettroliti a film sottile, cheriducono significativamente la resistenza ohmica della cella e migliorano le sue prestazioni elettrochimiche. Tuttavia, i bordi deiส่วนประกอบi delle celle planari devono essere sigillati per isolare i gas ossidanti e combustibili, ei materiali degli interconnettori bipolari devono essere abbinati termicamente ai materiali degli elettrodi e avere una buona resistenza all'ossidazione ad alta temperatura e Conduttività.
สาเหตุ della temperatura di reazione delle SOFC di 600-1000°C, il tempo di avvio è relativamente lungo, rendendole inadatte ต่อแอปพลิเคชัน che richiedono operazioni ทันที di accensione e spegnimento, มา il trasporto Invece, sono più adatte per scenari di generazione di energia and basse emissioni di carbonio che richiedono operazioni di 24 ore, come data center, fabbriche, porti, edifici per uffici, ospedali e isole remote.
Cella และ Combustibile และ Metanolo Diretto (DMFC)
Le celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC) sono un tipo di cella a combustibile a membrana, scambio protonico, caratterizzate dalla loro leggerezza, alta potenza, lunga durata e dall'uso di metanolo come Fonte di combustibile diretto per la generazione di energia. Le DMFC utilizzano elettrodi a membrana polimerica simili, quelli utilizzati nelle celle, combustibile, membrana, scambio protonico. Durante il funzionamento, la cella consuma acqua all'anodo และผลิต acqua al catodo Quando si utilizza metanolo puro, la densità energetica della cella è relativamente alta, rendendola una potenziale opzione per le applicazioni nei veicoli elettrici.
Poiché le DMFC utilizzano metanolo direttamente มาติดไฟ, sono facili da trasportare e utilizzare come la benzina. Il metanolo è สะดวกe e può essere ricavato sia da risorse rinnovabili che non rinnovabili Conosciuto มาจาก "sole liquido", il metanolo offre vantaggi ใน termini di auto-generazione di energia e stoccaggio di energia di allowancea a lungo termine Questo rende le DMFC ampiamente applicabili nei veicoli elettrici, nelle stazioni base di comunicazione, nelle applicazioni militari, nella propulsione marittima e nelle stazioni di energia distribuita, con il potenziale di diventare mainstream nei futuri prodotti elettronici portatili.
Le DMFC possono essere suddivise in Due tipi Principi: passive e attive. ความแตกต่างต่อโพเทนซาใน uscita และส่วนประกอบ Le celle a combustibile passive generano elettricità attraverso il flusso naturale del metanolo liquido all'interno della cella, mentre le celle a combustibile attive utilizzano pompe ต่อ circolare il metanolo all'anodo ลาปอมปา regola il flusso di metanolo, รับประกัน rifornimento costante di combustibile all'anodo Un sistema di controllo monitora lo stato della cella a combustibile in tempo reale, regolando la velocità della pompa e la concentrazione di metanolo per mantenere prestazioni ottimali. Questo approccio ยินยอมให้ alle celle ทัศนคติที่ติดไฟได้ di ottenere una densità di potenza più elevata rispetto alle celle ทัศนคติที่ติดไฟได้ La scelta tra i เนื่องจาก tipi dipende dai requisiti specifici dell'applicazione e dal compromesso tra prestazioni e costi.
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