Fuel Cell - kasutus autodel - väikelaevadel (0)

Kütuse element ­ Fuel Cell
· Kütuseelement on keemiline vooluallikas,
milles saadakse elektrienergiat kütuse
oksüdatsioonil vabaneva energia arvel,
· on seade, mis suudab toota keemilisest
energiast elektrienergiat, ilma et muundaks
seda vahepeal mehaaniliseks energiaks.
· 2003. aastal allkirjastasid Euroopa Liit ja
USA memorandumi nn vesinikuühiskonna
rajamiseks, tuginedes veendumusele, et 21.
sajandi põhilisteks energiakandjateks
kujunevad vesinik ja metaan.
Kütuse element ­ Fuel Cell
·
Esimese kütuseelemendi koostas sir William
Growe Inglismaalt juba 1839. aastal. Selles
kasutati kahte suhteliselt suurepinnalist
plaatinaelektroodi, millest ühel (katoodil) toimus
hapniku redutseerumine ja teisel ­ anoodil ­
vesiniku kui kütuse oksüdeerumine.
Ehituse poolest on kütuseelemendid väga
lihtsad, koosnedes teineteisest eraldatud
anoodist ja katoodist. Lahuti hoiab ära anoodi ja
katoodi kokkupuutumise (lühistumise), täidab
sageli ka ioonjuhi rolli
Kütuse element ­ Fuel Cell
Nüüdisajal võib elektrokeemilised vooluallikad jagada kolmeks:
1. primaarpatareid, mida pole võimalik uuesti laadida,
2. sekundaarpatareid ehk akumulaatorid, mida saab perioodiliselt
laadida,
3. kütuseelemendid, mis pidevalt töötavad - kus toimib
oksüdeerija ja redutseerija juurdevool ning reaktsiooniproduktide
­ elektrivoolu, soojuse, vee ja süsihappegaasi pidev
eemaldamine süsteemist tagab seadme pideva töö.
Kütuse element ­ Fuel Cell
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ PEM Fuel Cell
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell
Üks elemendi plaat - Vee kondensatsiooni renn
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ reaalselt kasutuses
Toyota FCHV hübriidauto elektrienergia allikana
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Toyota FCHV - suruvesinikust kütusetankis
rõhk 70 MPa = 700 bar = 690 Atm = 714 kg/cm2
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ Toyota FCHV vesiniku tankis on
rõhk 70 MPa = 700 bar = 690 Atm = 714 kg/cm2
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ Toyota FCHV hübriidauto
elektrimootoriks on kontaktivaba 90 kW sünkroonmootor
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Fuel Cell ­ Toyota FCHV hübriidauto elektriajami -
sünkroonmootori - elektrooniline juhtplokk
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Fuel Cell ­ Toyota FCHV hübriidauto elektrienergia
akumulaatorina kasutusel nikkel-metallhüdriidaku
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ reaalselt kasutuses
Toyota FCHV hübriidauto elektrienergia allikana
FCHV baasmudeliks on Toyota Highlander
Toyota FCHV jõuseade omab
90 kW kütuseelementi,
kompaktseid kõrgsurve-vesiniku tanke,
nikkel-mettalhüdriidakumulaatorid paralleelselt
kütuseelemendiga,
madalatel kiirustel kuni 50 km/h sõidab auto akude
energiaga, alates 51 km/h lülitub sisse kütuseelement
akudele paralleelselt,
autol puudub sisepõlemismootor, seda asendab
elektronika-ploki poolt juhitud sünkroonmootor
Kütuse element ­ Fuel Cell
Kütuseelemendid on vastavalt töötemperatuurile:
1. madaltemperatuursed (kuni 80 °C),
2. keskmise- (kuni 500 °C) ja
3. kõrgtemperatuursed (600­1200 °C)
Vastavalt tööprintsiibile ja elektrolüüdi keemilisele
koostisele on tänapäeva kütuseelemendid jaotatavad
neljaks põhitüübiks:
4. polümeerelektrolüütmembraaniga kütuseelement
(PEKE),
5. fosforhappe kütuseelement (PHKE),
6. sulatatud karbonaatkütuseelement (SKKE) ja
7. tahke oksiidkütuseelement (TOKE).
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ PEKE-membraan element
PEKE puudusteks ja põhiprobleemideks on:
- nafionmembraani ja katalüütiliselt aktiivsete kihtide
suhteliselt kõrge omahind ja
lühike eluiga, seda eriti elemendi reaalse
ekspluatatsiooni tingimustes transpordivahenditel, kus
gaaside lisanditest tingitud ja reaktsiooni käigus
moodustunud vaheühendite saastavale mõjule lisandub
ka vibratsiooni põhjustatud katalüütiliselt aktiivsete
kihtide delamineerumine - kasvab kontakttakistus
nafionmembraani ja plaatina vahelisel piirpinnal
PEKE eluiga vähendab ka tippvoolude esinemine
elektrokeemilises süsteemis (koormuse kasv auto
startimisel ja kiirendusel).
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ PEKE-membraan element
USA-s on välja arvutatud, et oma keskmise loodetava eluea jooksul (5500
tundi) peab PEKE taluma kuni 300 000 piirkoormuse tsüklit. Seetõttu
püütaksegi välja töötada "tõelist" hübriidelektriautot, kus lisaks
kütuseelemendile on tippvoolutiheduste (tippkoormuste) saavutamiseks
kasutusel elektrilise kaksikkihi kondensaator (nn. superkondensaator).
Superkondensaatorid on väga efektiivsed impulssvooluallikad/salvestid,
mille elektriline kasutegur on 93­95 %.
Kombineerides koormusjaotust kütuseelemendi ja superkondensaatori
vahel, loodavad teadlased pikendada kütuseelementide eluiga
transpordivahenditel.
Kütuse element ­ Fuel Cell ­ PEKE-membraan element
Madaltemperatuursed kütuseelemendid (põhiliselt PEKE ja
tema modifikatsioonid) on sobivad väiketarbijatele, kuna nende
optimaalne võimsus jääb 10­15 kW vahemikku.
Arvestades PEKE madalat töötemperatuuri, on ta kiiresti
käivitatav ning seega sobiv elektriliste transpordivahendite ­
elektriautode, -busside, -mootorrataste ning -skuutrite puhul.
Aga ka võimsate arvutussüsteemide, mobiilsete
translatsioonijaamade, raadiomajakate jne. varustamiseks
elektriga väheasustatud piirkondades, samuti pikemaaegsete
elektrikatkestuste puhul.