Топливный элемент микро

Типы микротопливных элементов

• Топливные элементы с протонно-обменной мембраной (PEMFC):

  PEMFC обеспечивают эффективное производство энергии при более низких температурах по сравнению с другими традиционными технологиями топливных элементов. В качестве микротопливного элемента PAFC, с фосфорной кислотой в качестве электролита, подходит для стационарных энергетических применений. DFCS используют заправку жидким топливом для длительной работы. MCFC и SMFC являются примечательными примерами высокотемпературных и малых размеров топливных элементов соответственно. Все они демонстрируют возможности топливных элементов, несмотря на то, что работают по-разному - PEMFC широко распространены для портативности. PAFCs предназначены для предприятий среднего масштаба. В то время как DFCS могут применяться в различных условиях, MCFC и SMFC идеально подходят для производства электроэнергии благодаря своей эффективности и минимальным выбросам.

• Топливные элементы с протонно-обменной мембраной (PEMFC):

  PEMFC известен своей простотой, что делает его доступным микротопливным элементом. Исследования PEMFC способствуют пониманию и разработке преобразования водорода и кислорода в воду в топливных элементах.

• Топливные элементы на основе фосфорной кислоты (PAFC):

  PAFC используется в более крупных приложениях, так как он может координировать несколько электростанций (300 кВт). Большинство автобусов, работающих на природном газе, используют PAFCs. Он также обеспечивает энергией коммерческие здания. PAFCs - это твердотельные электролитические элементы, использующие жидкий электролит фосфорной кислоты в матрице из углеродного электрода. Несмотря на то, что он медленнее, чем другие топливные элементы, он обладает хорошей долговечностью и полезен для стационарных электростанций.

• Прямой топливный элемент (DFC):

  DFC использует жидкое топливо непосредственно, преобразуя его в водород внутри элемента. Он оснащен реформером для преобразования жидкого топлива в водород. DFC имеют более длительное время работы, чем топливные элементы, работающие на водороде. Они выделяют меньше CO2, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, и более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания.

• Топливный элемент на расплавленном карбонате (MCFC):

  MCFC был коммерциализирован и стал рыночным вариантом для производства электроэнергии. Он работает на природном газе, угольных газах или нефтяных жидкостях. Он использует расплавленный карбонат в качестве электролита и нержавеющую сталь в качестве анода. Регенерация тепла делает его эффективным. Элемент может быть выполнен в больших размерах (300 - 1000 кВт).

• Твердооксидный топливный элемент (SOFC):

  Микро SOFC <1 Вт легко использовать для портативных устройств, работающих на водороде. Более крупные SOFC (1-10 МВт) работают совместно на распределенных электростанциях. SOFC сокращают выбросы углерода с использованием природного газа и являются экономически эффективным вариантом для стационарной электроэнергии. Это твердотельный микротопливный элемент, использующий керамический электролит из оксида циркония. SOFC прост в эксплуатации и требует минимального обслуживания. Он имеет потенциал для широкого и экономичного использования портативных устройств, работающих на водороде.

• Обратимые топливные элементы (RFC):

  RFC могут накапливать энергию в виде водорода, когда доступна избыточная мощность. При необходимости они используют водород для производства электроэнергии. Это позволяет им балансировать спрос и предложение электроэнергии в энергетических системах. Таким образом, RFC отлично подходят для декарбонизации электросетей за счет интеграции возобновляемых источников энергии.

Функции и характеристики

Микротопливные элементы предлагают ряд ключевых преимуществ и функций, которые делают их привлекательным альтернативным источником энергии:

• Гибкость заправки - Топливные элементы можно быстро заправлять водородом или другим топливом, чтобы увеличить время работы. Это делает их более подходящими для применений, где зарядка или замена аккумулятора была бы громоздкой, например, для портативной электроники.

• Непрерывное производство электроэнергии - Поскольку топливные элементы преобразуют топливо в электроэнергию без химической реакции, включающей электролиты типа батарей, они могут обеспечивать постоянную мощность, пока доступно топливо. Это отличается от аккумуляторов, которые разряжаются с уменьшающейся скоростью до полного разряда.

• Масштабируемость - Системы топливных элементов можно масштабировать вверх или вниз в зависимости от потребностей в мощности. Более мелкие элементы хорошо работают для портативных устройств, в то время как более крупные стопки могут питать транспортные средства и здания.

• Низкие выбросы - Топливные элементы производят электроэнергию за счет электрохимической реакции, в результате которой образуются только водяной пар и тепло. Это означает, что они не генерируют вредных загрязнителей, связанных с сгоранием. Даже при использовании ископаемого топлива выбросы минимальны по сравнению с другими источниками энергии.

• Отсутствие движущихся частей - Электрохимический процесс в топливном элементе не включает в себя движущиеся части, такие как турбины или поршни, которые встречаются в традиционных генераторах. Это позволяет топливным элементам работать тихо с минимальной вибрацией и очень редкими механическими отказами с течением времени.

Области применения микротопливных элементов

Микротопливные элементы имеют разнообразные области применения, от военных целей до повседневных потребностей в электроэнергии. Вот некоторые из основных применений:

• Военные и аэрокосмические применения

  Микрогенераторы на топливных элементах отвечают за военные энергетические потребности. Они могут работать в суровых условиях и легко транспортируются. Поэтому они питают полевое оборудование, средства связи и БПЛА (беспилотные летательные аппараты), когда аккумуляторы выходят из строя.

• Портативная электроэнергия

  Растущий рынок портативной электроэнергии ищет более долговечные решения для зарядки. Аккумуляторы микрогенераторов на топливных элементах обеспечивают более высокую плотность энергии, чем литий-ионные аккумуляторы. Это делает их идеальными для удаленных районов или зарядки электромобилей. Их характеристики с низким уровнем шума и низкой тепловой нагрузкой также делают их подходящими для военных и тактических применений.

• Электронные устройства

  Топливные элементы обеспечивают более длительное питание для небольших электронных устройств. Например, технология смартфонов выигрывает от этого портативного топливного элемента. Таким образом, портативные микроскопические топливные элементы могут избавить пользователей от необходимости так часто заряжать устройства. Более длительное время использования устройства возможно во время путешествий и в удаленных местах.

• Резервное питание на случай чрезвычайных ситуаций

  Микрогенераторы на топливных элементах очень полезны там, где потеря электроэнергии может быть дорогостоящей. Предприятия, которые требуют непрерывного питания для критически важных операций, используют топливные элементы в качестве резервного питания на случай чрезвычайных ситуаций. Элементы могут мгновенно включаться и подавать питание на транспортные системы, больницы, центры обработки данных и другие важные службы, когда происходит отключение.

• Исследования и разработки

  Микротопливные элементы также способствуют развитию технологий чистой энергии. Ученые используют прототипы микроэлектростанций на топливных элементах для испытания новых энергетических идей. Эти тестовые элементы помогают энергетикам узнать больше о топливных элементах, их эффективности и топливной экономике до начала крупномасштабного производства.

Как выбрать микротопливный элемент

При покупке микротопливного элемента для бизнеса важно сравнить разные модели и их возможности. Необходимо провести тщательное изучение каждого поставщика и его производственных процессов, чтобы убедиться, что они соответствуют отраслевым стандартам.

• Область применения: Важно выбрать доступный по цене топливный элемент, который подходит для конкретного применения. Для резервного питания в удаленных местах идеально подходит более крупный размер, использующий водород или метанол. Для портативной электроники хорошим выбором является компактная конструкция, использующая водород с низкой концентрацией.

• Доступность топлива: Доступность распространенных видов топлива является важным фактором, который следует учитывать при выборе топливного элемента. Будут ли у пользователей легкий доступ к водороду, метанолу или другим типам топлива? Этот выбор значительно повлияет на использование и удобство конкретного топливного элемента.

• Выходная мощность: Разные потребности в мощности следует сопоставлять с топливным элементом, способным справиться с этими требованиями. Например, микротопливный элемент способен обеспечивать питание небольших электронных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Необходимо провести тщательное изучение мощности разных моделей, чтобы помочь сделать этот выбор.

• Эффективность: Эффективность топливных элементов важна, поскольку она влияет на общую производительность системы. Чем выше эффективность, тем ниже эксплуатационные расходы и тем меньше выбросы углерода. Это значение следует тщательно изучить, прежде чем останавливаться на той или иной модели.

• Размер и вес: Микротопливный элемент компактен и легок, что делает его портативным. При выборе других типов топливных элементов размер и вес являются очень важными факторами, которые следует учитывать, так как это повлияет на их использование и удобство. Выбирайте более портативную конструкцию, если общая портативность более важна.

• Поддержка разработки: Выбрав ту или иную модель, важно изучить поддержку и ресурсы, которые доступны для помощи в интеграции технологии.

Вопросы и ответы

Вопрос: Сколько времени требуется микротопливному элементу для запуска?

Ответ: Реакторы внутри топливного элемента необходимо нагреть, прежде чем он сможет нормально работать. Это занимает от 10 до 30 минут. После прогрева топливный элемент может непрерывно производить электроэнергию.

Вопрос: Какое техническое обслуживание требуется для микротопливного элемента?

Ответ: Чтобы предотвратить повреждения, важно использовать чистое топливо и воздух. Также необходимо регулярно проверять давление, температуру и выбросы. Также требуется профилактическая замена деталей.

Вопрос: Как долго служит топливный элемент?

Ответ: На это влияет множество факторов, таких как использование, техническое обслуживание и условия эксплуатации. В основном стопки топливных элементов могут прослужить от 30 000 до 80 000 часов.

Вопрос: В чем разница между генератором и топливным элементом?

Ответ: Генераторы преобразуют топливо в электричество с помощью механических средств. Топливные элементы, с другой стороны, производят электроэнергию в результате электрохимической реакции между водородом и кислородом. В случае генераторов выходная мощность ограничена, в то время как топливные элементы могут обеспечивать постоянную мощность, пока подается топливо.