Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тікелей этанолдық отын элементтері немесе DEFC – этанолды тікелей элементке беруге арналған отын элементтерінің бір түрі. Олар, PEM-ді қоса алғанда, отын жадырының әртүрлі концепцияларын зерттеу үшін модель ретінде қолданылған.
Direct ethanol fuel cells or DEFCs are a category of fuel cell in which ethanol is fed directly into the cell. They have been used as a model to investigate a range of fuel cell concepts including the use of PEM.
Артықшылықтар
DEFC отын жадырында уытты метанолдың орнына этанолды қолданады. Этанол метанолға қолайлы балама, себебі оның жеткізілім тізбегі қазірдің өзінде құрылған. Этанол тұтынушылардың кең қолдануы үшін пайдалануға ыңғайлы отын болып қалады. Этанол сутегіге бай сұйықтық және метанолға (6,1 кВт/кг) қарағанда жоғары нақты энергияға (8,0 кВт/кг) ие. Этанолды биомассадан – қант қамысынан, бидайдан, жүгеріден, тіпті сабаннан да ферментация процесі арқылы, жаңаруға жарамды ресурстардан көп көлемде алуға болады. Биоэтанол (немесе биоэтанол) өндірісі тартымды, өйткені биоотын үшін егілетін дақылдар биоотын өндіруге қолданылатын отыннан және биоотын жағудан атмосфераға шығатын көмірқышқыл газының көп бөлігін сіңіреді. Бұл табиғи отын пайдалануға қарама-қарсы. Этанолды қолдану отын жадырында сутекті сақтау және инфрақұрылымдық қиындықтарды да шешеді. Отын жадырында кез келген отынның тотығуы коммерциялық тұрғыдан пайдалы отын жадырында қажетті ток тығыздықтарына жету үшін катализаторды қажет етеді, ал платина негізді катализаторлар кішкентай органикалық молекулаларды тотықтыру үшін ең тиімді материалдардың бірі болып табылады.
DEFC uses Ethanol in the fuel cell instead of the more toxic methanol. Ethanol is an attractive alternative to methanol because it comes with a supply chain that's already in place. Ethanol also remains the easier fuel to work with for widespread use by consumers. Ethanol is a hydrogen rich liquid and it has a high specific energy (8.0 kWh/kg) compared to methanol (6.1 kWh/kg). Ethanol can be obtained in great quantity from biomass through a fermentation process from renewable resources like from sugar cane, wheat, corn, or even straw. Bio generated ethanol (or bio ethanol) is thus attractive since growing crops for biofuels absorbs much of the carbon dioxide emitted into the atmosphere from fuel used to produce the biofuels, and from burning the biofuels themselves. This is in sharp contrast to the use of fossil fuels. The use of ethanol would also overcome both the storage and infrastructure challenge of hydrogen for fuel cell applications. In a fuel cell, the oxidation of any fuel requires the use of a catalyst in order to achieve the current densities required for commercially viable fuel cells, and platinum based catalysts are some of the most efficient materials for the oxidation of small organic molecules.
Мәселелер
Платинаға негізделген катализаторлар қымбат болғандықтан, PEM отын элементі үшін отын ретінде этанолды тиімді пайдалану үшін жаңа катализатор қажет. Жаңа наноқұрылымдық электрокатализаторлар (мысалы, ACTA SpA компаниясының HYPERMEC) әзірленді, олар асыл емес металдарға негізделген, әсіресе анодта Fe, Co, Ni қоспалары, ал катодта Ni, Fe немесе Co қолданылады. Этанол қолданылғанда, 25 °C температурада коммерциялық анион алмасу мембраналары бар өздігінен желдетілетін жасушаларда 0,5 В кернеуде 140 мВт/см² дейін қуат тығыздығына қол жеткізілді. Бұл катализаторда қымбат металдар жоқ. Іс жүзінде, ұсақ металл бөлшектері субстратқа бекітіліп, өте белсенді катализатор құрайды. Полимер электролит қызметін атқарады. Зарядты сутегі ионы (протон) тасымалдайды. Сұйық этанол (C2H5OH) анодта судың қатысуымен тотықтырылып, CO2, сутегі иондары және электрондар түзіледі. Сутегі иондары электролит арқылы өтеді. Олар катодта ауадан алынған оттегімен және сыртқы тізбектен келген электрондармен реакцияласып, суды құрайды. Биоэтанолға негізделген отын элементтері осы биоотынның «құдықтан-дөңгелекке» арақатынасын жақсартуға мүмкіндік береді, себебі отын элементінің түрлендіру тиімділігі ішкі жану қозғалтқышынан жоғары. Алайда, нақты деректерге бірнеше жылдан кейін ғана қол жеткізілуі мүмкін, өйткені тікелей метанол және этанол отын элементтерінің дамуы сутегімен жұмыс істейтін отын элементтерінен қалып қойды.
Platinum based catalysts are expensive, so practical exploitation of ethanol as fuel for a PEM fuel cell requires a new catalyst. New nanostructured electrocatalysts (HYPERMEC by ACTA SpA for example) have been developed, which are based on non noble metals, preferentially mixtures of Fe, Co, Ni at the anode, and Ni, Fe or Co alone at the cathode. With ethanol, power densities as high as 140 mW/cm2 at 0.5 V have been obtained at 25 °C with self breathing cells containing commercial anion exchange membranes. This catalyst does not contain any precious metals. In practice tiny metal particles are fixed onto a substrate in such a way that they produce a very active catalyst. A polymer acts as electrolyte. The charge is carried by the hydrogen ion (proton). The liquid ethanol (C2H5OH) is oxidized at the anode in the presence of water, generating CO2, hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions travel through the electrolyte. They react at the cathode with oxygen from the air and the electrons from the external circuit forming water. Bio Ethanol based fuel cells may improve the well to wheel balance of this biofuel because of the increased conversion rate of the fuel cell compared to the internal combustion engine. But real world figures may be only achieved in some years since the development of direct methanol and ethanol fuel cells is lagging behind hydrogen powered fuel cells.
Соңғы жетістіктер
2007 жылдың 13 мамырында Оффенбург қолданбалы ғылымдар университетінің командасы Франциядағы Shell Eco марафонында DEFC-мен жұмыс істейтін әлемдегі алғашқы көлігін таныстырды. "Schluckspecht" автокөлігі Ногаро трассасында 20-45 В (жүктемеге байланысты) шығыс кернеуін беретін DEFC жиынтығымен жұмыс істеп, сәтті сынақ жүргізді. 2В-тан 7В-қа дейінгі кернеуді және 800 мВт-тан 2Вт-қа дейінгі қуатты қамтитын тікелей этанол отын жасушасы зарядтағыштарының әртүрлі прототиптері құрастырылып, сынақтан өтті.
On 13 May 2007 a team from the University of Applied Sciences in Offenburg presented the world's first vehicle powered by a DEFC at Shell's Eco marathon in France. The car "Schluckspecht" completed a successful test drive on Nogaro Circuit, powered by a DEFC stack giving an output voltage of 20 to 45 V (depending on load). Various prototypes of Direct Ethanol Fuel Cell Stack mobile phone chargers have been built featuring voltages from 2V to 7V and powers from 800 mW to 2W were built and tested.