Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Құмырсқа қышқылы отын элементтері (тікелей құмырсқа қышқылы отын элементтері немесе DFAFC) – сұйық отынды тікелей тотықтыру (DLFC) отын элементтерінің бір саласы, онда сұйық отын сутекті өндіру үшін қайта өңдеуден өтудің орнына анодта тікелей (электрохимиялық) тотықтырылады. Құмырсқа қышқылына негіделген отын элементтері жоғары көлемдік энергия тығыздығы, теориялық энергия тиімділігі және теориялық ашық тізбек кернеуі тұрғысынан перспективті энергиямен жабдықтау жүйесі болып табылады. Олар сонымен қатар дәстүрлі сутегі (H2) отын элементтеріне тән қауіпсіз қолдану, сақтау және H2 тасымалдау сияқты кейбір мәселелерді шеше алады. DFAFC-тің 3 негізгі түрі бар:
Formic acid fuel cells (direct formic acid fuel cells or DFAFCs) are a subcategory of direct liquid feed fuel cells (DLFCs), in which the liquid fuel is directly oxidized (electrochemically) at the anode instead of reforming to produce hydrogen. Formic acid based fuel cells represent a promising energy supply system in terms of high volumetric energy density, theoretical energy efficiency, and theoretical open circuit voltage. They are also able to overcome certain problems inherent to traditional hydrogen (H2) feed fuel cells such as safe handling, storage, and H2 transportation. There are 3 main types of DFAFCs:
Белсенді DFAFC, онда сорғы сұйық отынды анодқа, ал қысылған ауаны катодқа жібереді. Белсенді ауамен тыныстайтын DFAFC, онда катод қоршаған ауадағы оттегіге ұшырайды. Пассивті ауамен тыныстайтын DFAFC, онда отын мен оттегіні жасушаға жеткізетін механикалық компоненттер жоқ. Отын мен ауаны жасушаға беру оның энергия шығымын арттырады, бірақ бұл баға мен өлшем/тасымалдау мүмкіндігіне әсер етеді. Бүгінде DFAFC-тің негізгі қолданылу аймақтары – кішкентай, портативті электроника, медициналық диагностикалық құралдар, сондай-ақ үлкен, стационарлық қуат жүйелері мен электрлік көліктер.
Active DFAFCs, where a pump feeds the liquid fuel into the anode and oxygen in compressed air to the cathode. Active air breathing DFAFCs, where the cathode is exposed to the oxygen present in ambient air. Passive air breathing DFAFCs, where there are no mechanical components injecting fuels and oxygen into the cell. The feeding of fuels and air into a cell increases its energy output, at the cost of price and size/portability. Today, the main applications of DFAFCs include small, portable electronics, medical diagnostic devices, as well as larger fixed power applications and electric vehicles.
FA қауіпсіздік мәселелері
85% концентрациядағы құмырсқа қышқылы өртке қаупі бар, ал сұйылтылған құмырсқа қышқылы АҚШ Тамақ және дәрі-дәрмек басқармасының тағамдық қоспалар тізімінде бар. Құмырсқа қышқылынан туындайтын негізгі қауіп – концентрленген сұйықтықпен немесе оның буымен теріге немесе көзге тиюі.
Formic acid in 85% concentration is flammable, and diluted formic acid is on the U. S. Food and Drug Administration list of food additives. The principal danger from formic acid is from skin or eye contact with the concentrated liquid or vapors.
Катод
Катодта жүзеге асырылатын оттегінің тотығу реакциясы (ORR) зерттелді. Ол екі түрлі механизм арқылы жүруі мүмкін: біреуі төрт электронды, ал екіншісі екі электронды қатыстырады. Біріншісі судың (H2O) түзілуіне, ал екіншісі сутек пероксидінің (H2O2) түзілуіне әкеледі. Сутек пероксиді радикалдары мембраналық бөлгішке зиян келтіреді, сондықтан оның түзілуіне мүмкіндік бермеу қажет. 2006 жылғы сәуірден бастап Tekion компаниясы PEM мембраналарын және Иллинойс университетінің Урбана-Шампейн қаласындағы құмырсқа қышқылы отынын пайдаланатын DFAFC отын жасу технологиясына эксклюзивті лицензияны иеленді. Motorola компаниясының инвестициясымен 2007 жылдың соңына дейін BASF компаниясымен бірлесіп қуат жинақтарын жобалау және өндірумен айналысты. Алайда, даму тоқтап қалған сияқты, және Tekion компаниясының веб-сайтынан 2010 жылғы 24 сәуірге дейін барлық ақпарат жойылды. Neah Power Systems, Inc. және Silent Falcon UAS Technologies компаниялары Silent Falcon ұшқышсыз әуе жүйесіне (UAS), сондай-ақ "дронға" құмырсқа қышқылы реформаторы отын жасу технологиясын интеграциялау үшін бірлесіп жұмыс істеді. 2018 жылы алтын бір атомдық платина катализаторларын пайдалану арқылы жоғары потенциалдың қажеттілігі мәселесіне қатысты зерттеулер жарияланды.
The oxygen reduction reaction (ORR) occurring at the cathode has been investigated. It can occur via two different pathways: one involving the transfer of four electrons and the other two. The former results in the formation of water (H2O), while the latter generates hydrogen peroxide (H2O2). Hydrogen peroxide radicals have deleterious effects on the membrane separator, and therefore its formation should be tentatively avoided. As of April 2006, Tekion held the exclusive license to DFAFC fuel cell technology using PEM membranes and formic acid fuel from the University of Illinois at Urbana Champaign, and with an investment from Motorola, was partnering with BASF to design and manufacture power packs by late 2007, but development appears to have stalled, and almost all information was removed from Tekion's website before April 24, 2010. Neah Power Systems, Inc. and Silent Falcon UAS Technologies worked together to integrate formic acid reformer fuel cell technology into the Silent Falcon's unmanned aerial system (UAS), aka "drone". In 2018, work was published addressing the issue of requiring a high overpotential by way of golden single atom site platinum catalysts.