ressursse. 2003. aastal allkirjastasid Euroopa Liit ja USA memorandumi nn vesinikuühiskonna rajamiseks, tuginedes veendumusele, et 21. sajandi põhilisteks energiakandjateks kujunevad vesinik ja metaan. Vesiniku kui ühe põhilise energiaallika tootmise, transpordi ja käitlemise infrastruktuuri väljaarendamine kujul, mis oleks majanduslikult põhjendatud, võimaldaks laialdaselt kasutusele võtta kütuseelemendid. Mis on kütuseelement? 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. Elektrokeemilise redoksprotsessi tulemusena tekkis elektronide suunatud voog anoodilt katoodile ehk elektrivool, ning eraldus soojust. Elektrolüüdina kasutas Growe lahjat väävelhappe (H2SO4) vesilahust. 1896
a) ühekordselt kasutatavad - galvaanielemendid ja kuivelemendid b) korduvalt kasutatavad akumulaatorid Keemiliste vooluallikate tunnussuurusteks on: 1)nimipinge voltides (V) 2)mahtuvus ampertundides (Ah) elektrihulk, mida värske element on võimeline andma kindlatel tühjendustingimustel. 3)säilimisaeg ajavahemik, mille lõpul on toatemperatuuril säilitatud allikas alles veel kindel osa (nt. 90 %) mahtuvusest. Säilitamise piiraeg on elemendile märgitud. Kütuseelement Kütuseelemendi tööpõhimõtte avastas juba 1839.a uelslasest jurist ja füüsik sir William Robert Grove (1811-1896). Kütuseelemendis toimub kütuse elektrokeemiline oksüdatsioon (nn külmpõlemine), mille tulemusena saadakse nii elektrit kui ka soojust. Kütusena kasutatakse kõige enam põlevgaase, nagu vesinik, süsinikoksiid, süsivesinikud, aga kasutatakse ka vedel- (hüdrasiin) ning tahkekütuseid (süsi). Oksüdeerijaks on tavaliselt
oksüdeerijat. Gaasiliste ainete kasutamisel valmistatakse elektroodid tavaliselt õõnsate torude või plaatidena. Voolu tekitav protsess toimub elektroodi ja elektrolüüdi kokkupuutepinnal. Saadustena tekivad CO2 ja H2O, seega on kütuseelemendis toimuvad keemilised protsessid sarnased põlemisega, ainult temperatuur on enamasti madalam, millest tuleneb ka ,,leegita põlemine". Pinge elektroodide vahel on tavaliselt umbes 1V. Võrreldes tavalise kütuse põletamist kütuseelemendi kasutamisega soojuselektrijaamas, on kütuseelemendi eeliseks konstruktsiooni lihtsus ja palju suurem kasutegur (kuni 70%). Kuna keemiline energia muutub elektrienergiaks vahetult, ilma soojusenergia ja mehaanilise energia vahenduseta. Kütuseelemendi põhiline puudus on kõrge hind, sest spetsiaalsed elektroodimaterjalid ja katalüsaatorid on kallid. Kasutatud kirjandus: 1. ENE 2 = Eesti Nõukogude Entsüklopeedia 2. köide. 1987. Tallinn: Valgus. 2. www.miksike.ee
tsingist. Seejärel lõikas ta samasuguseid kettaid poorsest 11 Kütuseelement Kütuseelement on elektrokeemiline energia muundamisseade, mis toodab elektrit ja kõrvalproduktina soojust. Kütuselemendi kütuseks on vesinik või vesinikku sisaldavad ained. Kui kütusena kasutada puhast vesinikku, siis on protsessi ainsateks kõrvalproduktideks soojus ja puhas vesi. Alljärgnevalt ongi illustreeritud puhtal vesinikul töötava kütuseelemendi töö põhimõte. Kütuseelement koosneb kolmest põhiosast: anood, katood ja elektrolüüt. Anood ja katood on suure poorsusega materjalidest, millest gaasid läbi pääsevad. Sõltuvalt kütuseelemendi tüübist juhib anoodi ja katoodi vahel paiknev elektrolüüt kas hapniku ioone katoodilt anoodile või prootoneid anoodilt katoodile. Et protsess tasakaalustuks, liiguvad elektronid välist vooluringi mööda anoodilt tagasi katoodile, tekitades elektronide voo ehk elektri
Kümneid ja kümneid, vasest ja tsingist. Seejärel lõikas ta samasuguseid kettaid poorsest Kütuseelement Kütuseelement on elektrokeemiline energia muundamisseade, mis toodab elektrit ja kõrvalproduktina soojust. Kütuselemendi kütuseks on vesinik või vesinikku sisaldavad ained. Kui kütusena kasutada puhast vesinikku, siis on protsessi ainsateks kõrvalproduktideks soojus ja puhas vesi. Alljärgnevalt ongi illustreeritud puhtal vesinikul töötava kütuseelemendi töö põhimõte. Kütuseelement koosneb kolmest põhiosast: anood, katood ja elektrolüüt. Anood ja katood on suure poorsusega materjalidest, millest gaasid läbi pääsevad. Sõltuvalt kütuseelemendi tüübist juhib anoodi ja katoodi vahel paiknev elektrolüüt kas hapniku ioone katoodilt anoodile või prootoneid anoodilt katoodile. Et protsess tasakaalustuks, liiguvad elektronid välist vooluringi mööda anoodilt tagasi katoodile, tekitades elektronide voo ehk elektri
võib ulatuda toatemperatuurist 1000°C ja suuremakski. Kütusena lisatakse H 2 või vesinikurikkaid gaase (CH4 jt madalamad alkaanid), CO ning mõnikord ka vedelkütuseid. Oksüdeerijaks on puhas hapnik või õhk. Saadustena tekivad CO2 ja H2O, seega on kütuseelemendis toimuvad keemilised protsessid sarnased põlemisega, ainult temperatuur on enamasti madalam, millest tuleneb ka „leegita põlemine”. Pinge elektroodide vahel on tavaliselt umbes 1V. Võrreldes tavalise kütuse põletamist kütuseelemendi kasutamisega soojuselektrijaamas, on kütuseelemendi eeliseks konstruktsiooni lihtsus ja palju suurem kasutegur (kuni 70%). Kuna keemiline energia muutub elektrienergiaks vahetult, ilma soojusenergia ja mehaanilise energia vahenduseta. Tavalise soojuselektrijaama kasutegu on kusjuures 30-40%. Kütuseelemendi tööigagi on küllalt pikk, küündides 10 aastani, ja tema mõõtmed väikesed. See ei saasta keskkonda ning on kergem kui samasuguse võimsusega mõni muu galvaanielement
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
võib ulatuda toatemperatuurist 1000°C ja suuremakski. Kütusena lisatakse H 2 või vesinikurikkaid gaase (CH4 jt madalamad alkaanid), CO ning mõnikord ka vedelkütuseid. Oksüdeerijaks on puhas hapnik või õhk. Saadustena tekivad CO2 ja H2O, seega on kütuseelemendis toimuvad keemilised protsessid sarnased põlemisega, ainult temperatuur on enamasti madalam, millest tuleneb ka ,,leegita põlemine". Pinge elektroodide vahel on tavaliselt umbes 1V. Võrreldes tavalise kütuse põletamist kütuseelemendi kasutamisega soojuselektrijaamas, on kütuseelemendi eeliseks konstruktsiooni lihtsus ja palju suurem kasutegur (kuni 70%). Kuna keemiline energia muutub elektrienergiaks vahetult, ilma soojusenergia ja mehaanilise energia vahenduseta. Tavalise soojuselektrijaama kasutegu on kusjuures 30-40%. See ei saasta keskkonda ning on kergem kui samasuguse võimsusega mõni muu galvaanielement või akumulaator. Kütuseelemendi põhiline puudus on kõrge hind, sest spetsiaalsed elektroodimater-
Värvuseta, lõhnata, maitseta, väikese tihedusega (kergeim tuntud gaas); kergesti süttiv ja väga hea redutseerija. reageerimisel hapnikuga moodustab vee. Kui vesinik seguneb õhuga, moodustab see plahvatusliku segu, mis süttib kasvõi ühest sädemest. klaasivalmistamisel Lähteaine ammoniaagi, vesinikkloriidi ja metanooli tootmisel kütuseelementidena(Kütuseelemendid toodavad elektrit, kasutades vedel või gaaskütuseid. Kui kütuseks on vesinik, on kütuseelemendi ainsaks kõrvalsaaduseks vesi.) autokütus ning mobiiltelefonide kütteaine. Tsingi reageerimisel hapetega: Zn+ H2SO4=ZnSo4+H2 Aktiivsete metallide (leelismetallide) ja vee reageerimisel: 2Na+2H2O=2NaOH+H2 Vesiniku eraldumine vee reageerimisel I ja II rühma metallidega : 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 Vee elektrolüüsil: 2H2O=2H2+O2 Vee elektrolüüsil, see meetod on majanduslikult
) juhitakse anoodist läbi membraani ja/või elektrolüüdi, mis laseb läbi vaid positiivsed laengud (H+). Negatiivsed ioonid või elektronid juhitakse läbi alalisvooluahela, toites vahetult elektriseadmeid. Katoodi juures saavad kokku vesinik (H+) ja O2 ¿ hapnik ( , mis ühinevad veeks. Metanooli kasutades on lisaks produktiks süsihappegaas. Metanooli kasutamisel on miinuseks see, et osa metanoolist liigub läbi membraani katoodi poole ning selle võrra langeb kütuseelemendi efektiivsus. Samuti on säärases kütuseelemendis kasutatavad materjalid kallid või paljud membraanid on alles arenduse faasis. Hetkel toodab keskmine vesinik-hapnik kütuseelement 1-1,5V voolu 25 kraadi juures. Metanool mootorikütusena Metanooli on võimalik kasutada ka sisepõlemismootorite käitamiseks ning peetakse loodussõbralikumaks alternatiiviks (eelnimetatud põhjustel). Metanooli kütteväärtus on küll poole väiksem bensiinist, (ca. 40-41 MJ/kg) ja diislist (ca
1839. aastal Sir William Grove. Vesinik reageerib ühel ja hapnik teisel elektroodil ja tekib elektrivool. Avastust kasutati kaua kui laboratoorset kurioosumit. Praktilist kasutust hakkas kütuseelement leidma kolm-nelikümmend aastat tagasi USA kosmoselaevade elektrienergia allikana. Alates sellest ajast on kütuseelementide kasutuselevõtt olnud üheks raskeimaks tehniliseks probleemiks. On väljatöötatud mitmeid kütuseelemendi tüüpe, kuid esialgu on nad energia allikana kallid. Kuid kütuseelemendid on arenev tehnoloogia, mis viimastel aastatel on jõudsalt arenenud eriti seoses autotööstuse huviga selle jõuallika suhtes. Statsionaarse seadmena saab kütuseelementi kasutada elektrienergia ja soojuse koostootmiseks. 6.7.1 Kütuseelementide tehnilised lahendused Kütuseelement koosneb katalüsaatorit (plaatina, nikkel) sisaldavatest poorsetest elektroodidest, mille vahel on elektrolüüt- ioonmembraan
Enamik kütuseelemente tarbib kütusena vesinikku. Kütuseelemendil pole liikuvaid osi ja ta võib remondita töötada pikka aega, palju kauem kui turbiin või sisepõlemismootor. Kütuseelemendis muutub kütuse keemiline energia suhteliselt madalal temperatuuril otse elektrienergiaks. On välja töötatud mitmeid kütuseelemendi tüüpe, kuid esialgu on nad energiaallikana kallid. Siiski on juba kasutusel sadu pooltööstuslikke kütuseelemente. Võtmeküsimuseks on keemia- ja füüsikaalased fundamentaaluuringud uute materjalide, struktuuride ning tehnoloogiliste lahenduste leidmiseks. Kõrge hinna üheks põhjuseks on ka see, et kütuseelemendid pole veel jõudnud seeriatootmisse. Kütuseelement kasutab kütusena puhast vesinikku või vesinikku sisaldavaid aineid (näiteks maagaas, naftaproduktid, metanool)
TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Elektrivarustus Raivo Teemets Leelisakude puhul kasutatakse normaalset-, tugevdatud-, ja kiirendartud laadimist. Kütuseelemente kasutatakse elektrivarustussüsteemides harva, kuna nad on kallid ja nende valmistamisel kasutatakse väärismetalle näiteks plaatinat. Võimaldavad suuri voolutihedusi. Hapnik-vesinik kütuseelemendi ehitus on joonis 3.6. Vesinik ja hapnik juhitakse rõhu all gaasikambrisse 3 ja absorbeeritakse poorsete elektroodidega 2, mis on valmistatud katalüütilistest materjalidest (nikkel +grafiit + plaatina). Elektroodidel moodustatakse ioonid H + ja OH - , mis läbivad ioonivahetusmembraani 1 või elektrolüüdi nt. KOH ja ühinevad ,,-" elektroodil veeks. Olenevalt elemendi temperatuurist eraldub vesi kas vedeliku või auruna. Kasutegur 60...80%, voolutihedus elektroodides 0,1..
annaabi.ee 
