Λειτουργία οχήματος υδρογόνου (κυψέλη καυσίμου)

 

Μια άλλη εναλλακτική για τη λειτουργία των ηλεκτρικών οχημάτων, η λύση υδρογόνου, έχει μελετηθεί εδώ και καιρό από τους Γερμανούς και τους Ιάπωνες. Η Ευρώπη, την οποία η Tesla θεωρεί ασταθή, αποφασίζει ωστόσο να βάλει ένα πακέτο σε αυτήν την τεχνολογία (σε παγκόσμιο επίπεδο, όχι με αποκλειστικό σκοπό την προώθηση αυτοκινήτων). Ας ρίξουμε λοιπόν μια ματιά στο πώς λειτουργεί το αυτοκίνητο υδρογόνου, το οποίο είναι επομένως μόνο μια παραλλαγή του ηλεκτρικού αυτοκινήτου.

Δείτε επίσης:

• Είναι βιώσιμο ένα αυτοκίνητο υδρογόνου;
• Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα μιας κυψέλης καυσίμου

Διάφοροι τύποι αυτοκινήτων υδρογόνου

Ενώ η τρέχουσα τεχνολογία αφορά αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμου για την τροφοδοσία των ηλεκτροκινητήρων τους, το υδρογόνο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε οχήματα παλινδρομικής εσωτερικής καύσης. Είναι πράγματι ένα αέριο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο όπως το υγραέριο και το CNG που χρησιμοποιούνται ήδη στα οχήματά μας. Ωστόσο, αυτή η ιδέα εγκαταλείφθηκε, ο εμβολοφόρος κινητήρας είναι πραγματικά πιο σύμφωνος με τον χρόνο ...

Εδώ είναι ένα Toyota Mirai με υδρογόνο. Πωλείται στις ΗΠΑ, δεν είναι στη Γαλλία, γιατί δεν υπάρχει σημείο διανομής υδρογόνου... Έχοντας καθυστερήσει με τους ηλεκτρικούς ακροδέκτες, υστερούμε ήδη στο υδρογόνο!

Αρχή λειτουργίας

Αν έπρεπε να συνοψίσουμε το σύστημα σε μια φράση, θα το έλεγα αυτόαυτό ηλεκτρικό μοτέρ που περπατά με καύσιμου μη ρυπογόνα (σε λειτουργία, όχι σε παραγωγή). Αντί να φορτίζουμε την μπαταρία με βύσμα και άρα ρεύμα, τη γεμίζουμε με υγρό. Γι' αυτό ονομάζουμε σύστημα κυψελών καυσίμου (είναι

συσσωρεύω

που λειτουργεί με καύσιμο που

καταναλώνεται

et

εξαφανίζεται από τη δεξαμενή

). Στην πραγματικότητα, η μόνη διαφορά με τον ηλεκτροκινητήρα είναι η αποθήκευση ενέργειας, εδώ σε υγρή, όχι χημική μορφή.

Επομένως, πρέπει να σημειωθεί ότι η μπαταρία αποφορτίζεται, σε αντίθεση με μια μπαταρία λιθίου ή ακόμα και μολύβδου-οξέος (δείτε τους συνδέσμους για να μάθετε πώς λειτουργούν).

Χάρτης διαδικασίας

Υδρογόνο = υβρίδιο;

Σχεδόν ... Πράγματι, έχουν συστηματικά μια επιπλέον μπαταρία λιθίου, τη χρησιμότητα της οποίας θα εξηγήσω παρακάτω. Ως εκ τούτου, είναι δυνατή η λειτουργία μόνο με υδρογόνο, μόνο με χρήση συμβατικής μπαταρίας ή ακόμα και των δύο ταυτόχρονα.

Εξαρτήματα

Δεξαμενή υδρογόνου

Έχουμε μια δεξαμενή που μπορεί να αποθηκεύσει 5 έως 10 κιλά υδρογόνου, γνωρίζοντας ότι κάθε κιλό περιέχει 33.3 kWh ενέργειας (σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά οχήματα που έχουν 35 έως 100 kWh). Η δεξαμενή είναι ειδικά σχεδιασμένη και στιβαρή για να αντέχει σε εσωτερική πίεση από 350 έως 700 bar.

Κυψέλη καυσίμου

Η κυψέλη καυσίμου θα παρέχει ισχύ στον ηλεκτροκινητήρα του αυτοκινήτου, ακριβώς όπως μια συμβατική μπαταρία λιθίου. Ωστόσο, χρειάζεται καύσιμο, δηλαδή υδρογόνο από τη δεξαμενή. Είναι κατασκευασμένο από πανάκριβη πλατίνα, αλλά στις πιο μοντέρνες εκδόσεις κάνει και χωρίς αυτήν.

Buffer μπαταρία

Αυτό δεν απαιτείται, αλλά είναι το πρότυπο για οχήματα υδρογόνου. Πράγματι, χρησιμεύει ως εφεδρική μπαταρία, ενισχυτής ισχύος (μπορεί να λειτουργήσει παράλληλα με μια κυψέλη καυσίμου), αλλά επίσης και πάνω από όλα, χρησιμεύει για την αποκατάσταση της κινητικής ενέργειας κατά την επιβράδυνση και το φρενάρισμα.

Ηλεκτρονικά ισχύος

Δεν αναφέρεται στο επάνω διάγραμμα μου, τα ηλεκτρονικά ισχύος ελέγχει, διακόπτει και διορθώνει (μετατροπή μεταξύ ρευμάτων AC και DC) τα διάφορα ρεύματα που ρέουν μέσα από τα διάφορα εξαρτήματα του αυτοκινήτου.

Ανεφοδιασμός με καύσιμα

Λειτουργία κυψελών καυσίμου: κατάλυση

Ο στόχος είναι η εξαγωγή ηλεκτρονίων (ηλεκτρισμός) από το υδρογόνο προκειμένου να σταλούν σε έναν ηλεκτροκινητήρα. Όλα αυτά γίνονται μέσω μιας ελεγχόμενης ηλεκτροχημικής αντίδρασης που διαχωρίζει τα ηλεκτρόνια στη μία πλευρά (προς τον κινητήρα) και τα πρωτόνια από την άλλη (στην κυψέλη καυσίμου). Όλη η συνάντηση καταλήγει στην κάθοδο, όπου τελειώνει η αντίδραση: το τελικό «μίγμα» δίνει νερό, το οποίο αντλείται έξω από το σύστημα (εξάτμιση).

Εδώ είναι ένα διάγραμμα κατάλυσης, το οποίο είναι η εξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το υδρογόνο (αντίστροφη ηλεκτρόλυση).

Εδώ βλέπουμε τη λειτουργία της κυψέλης καυσίμου, δηλαδή το φαινόμενο της κατάλυσης.

Το υδρογόνο H2 (δηλαδή δύο άτομα υδρογόνου H κολλημένα μεταξύ τους: διυδρογόνο) πηγαίνει από αριστερά προς τα δεξιά. Καθώς πλησιάζει την άνοδο, χάνει τον πυρήνα του (πρωτόνιο), ο οποίος θα αναρροφηθεί (λόγω του φαινομένου της οξείδωσης). Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια θα συνεχίσουν την πορεία τους προς τα δεξιά για να χρησιμοποιήσουν στη συνέχεια τον ηλεκτροκινητήρα.

Με τη σειρά μας, ανασυναρμολογούμε τα πάντα με έγχυση O2 (οξυγόνο από τον αέρα χάρη στον συμπιεστή) στην πλευρά της καθόδου, το οποίο θα επιτρέψει φυσικά το σχηματισμό ενός μορίου νερού (το οποίο θα καταλύει όλα τα στοιχεία σε ένα ενιαίο σύνολο). ένα μόριο που είναι μια συλλογή Hs και Os).

Περίληψη χημικών / φυσικών αντιδράσεων

ΑΝΟΔ : στην άνοδο, το άτομο υδρογόνου «κόβεται» στη μέση (H2 = 2e- + 2H+). Ο πυρήνας (ιόν Η +) κατεβαίνει προς την κάθοδο, ενώ τα ηλεκτρόνια (e-) συνεχίζουν την πορεία τους λόγω της αδυναμίας τους να περάσουν από τον ηλεκτρολύτη (το διάστημα μεταξύ ανόδου και καθόδου).

ΚΑΘΟΔΟΣ: στην κάθοδο βλέπουμε αντίστροφα (με διάφορους τρόπους) ιόντα H + και e- ηλεκτρόνια. Στη συνέχεια, αρκεί να εισαγάγουμε άτομα οξυγόνου ώστε όλα αυτά τα στοιχεία να θέλουν να συλλέξουν, κάτι που στη συνέχεια οδηγεί στη δημιουργία ενός μορίου νερού που αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Ή ο τύπος: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Συγκομιδή ?

Αν λάβουμε υπόψη μόνο το ίδιο το αυτοκίνητο, δηλαδή την απόδοση του ρεζερβουάρ μέχρι το τέλος των τροχών (μεταμόρφωση υλικού / μηχανική ενίσχυση), είμαστε εδώ λίγο κάτω από το 50%. Πράγματι, η μπαταρία έχει απόδοση περίπου 50%, και ο ηλεκτροκινητήρας - περίπου 90%. Επομένως, έχουμε πρώτα 50% φιλτράρισμα και μετά 10%.

Αν λάβουμε υπόψη την απόδοση μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας που παράγει ενέργεια, τότε πριν από την παραγωγή υδρογόνου ή ακόμα και τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας (στην περίπτωση του λιθίου) έχουμε 25% για το υδρογόνο και 70% για την ηλεκτρική ενέργεια (κατά μέσο όρο περίπου, προφανώς ).

Διαβάστε περισσότερα για την κερδοφορία εδώ.

Διαφορά μεταξύ ενός αυτοκινήτου υδρογόνου και ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου με μπαταρία λιθίου;

Τα αυτοκίνητα είναι ακριβώς τα ίδια, εκτός από τη «δεξαμενή ενέργειας» τους. Επομένως, πρόκειται για ηλεκτρικά οχήματα που χρησιμοποιούν κινητήρες ρότορα-στάτορα (επαγωγικούς, μόνιμους μαγνήτες ή ακόμα και αντιδραστικούς).

Εάν μια μπαταρία λιθίου λειτουργεί επίσης χάρη σε μια χημική αντίδραση στο εσωτερικό της (μια αντίδραση που παράγει φυσικά ηλεκτρισμό: πιο συγκεκριμένα, ηλεκτρόνια), τίποτα δεν βγαίνει από αυτήν, υπάρχει μόνο ένας εσωτερικός μετασχηματισμός. Για να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση (επαναφόρτιση), αρκεί να περάσει το ρεύμα (σύνδεση στον τομέα) και η χημική αντίδραση θα ξεκινήσει ξανά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το πρόβλημα είναι ότι χρειάζεται χρόνος, ακόμα και με υπερσυμπιεστές.

Για έναν κινητήρα υδρογόνου, ο οποίος είναι ένας κλασικός ηλεκτροκινητήρας που τροφοδοτείται από κυψέλη καυσίμου (δηλαδή υδρογόνο), η μπαταρία καταναλώνει υδρογόνο κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Αδειάζεται μέσω μιας εξάτμισης που απομακρύνει τους υδρατμούς (το αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης).

Επομένως, από λογική άποψη, θα μπορούσαμε να προσαρμόσουμε οποιοδήποτε ηλεκτρικό αυτοκίνητο σε ένα αυτοκίνητο υδρογόνου, αρκεί να αντικαταστήσουμε την μπαταρία λιθίου με μια κυψέλη καυσίμου. Έτσι, κατά την κατανόηση του "κινητήρα υδρογόνου" θα πρέπει να θεωρείται πρωτίστως ως ηλεκτροκινητήρας (δείτε πώς λειτουργεί εδώ). Αναγκαστικά τον πλησιάζει, όχι επειδή ανεφοδιάζεται ως οντότητα.

Η χημική αντίδραση στη βάση αυτού του δισκίου παράγει θερμότητατου ηλεκτρισμός (τι χρειαζόμαστε για τον ηλεκτροκινητήρα) και νερό.

Γιατί όχι παντού;

Το κύριο τεχνικό πρόβλημα με το υδρογόνο σχετίζεται με την ασφάλεια αποθήκευσης. Στην πραγματικότητα, όπως το υγραέριο, αυτό το καύσιμο είναι επικίνδυνο επειδή γίνεται εύφλεκτο σε επαφή με τον αέρα (και δεν είναι μόνο αυτό). Το πρόβλημα λοιπόν δεν είναι μόνο ο ανεφοδιασμός του αυτοκινήτου, αλλά και το να έχεις ένα ρεζερβουάρ αρκετά δυνατό για να αντέχει σε οποιοδήποτε ατύχημα. Φυσικά, το επιπλέον κόστος είναι επίσης μεγάλο αντίκτυπο και φαίνεται λιγότερο βιώσιμο από μια μπαταρία ιόντων λιθίου, η οποία μειώνεται σε κόστος.

Τέλος, το δίκτυο παραγωγής και διανομής στον κόσμο είναι πολύ υπανάπτυκτο και οι κυβερνήσεις θέλουν να παράγουν υδρογόνο με ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (πολλοί ειδικοί μιλούν για ένα ουτοπικό σχέδιο που δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί στην «ξαφνική» μας πραγματικότητα).

Τελικά, υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα ο συμβατικός ηλεκτρισμός να είναι η λύση επιλογής για το μέλλον, παρά το υδρογόνο, το οποίο θα χρησιμοποιηθεί για μια σειρά εφαρμογών πέρα ​​από την ατομική κινητικότητα.

Όλα τα σχόλια και οι αντιδράσεις

Dernier Το σχόλιο δημοσιεύτηκε:

Βερνάρδος (Ημερομηνία: 2021, 09:23:14)

Γεια σου,

Σας ευχαριστούμε για αυτές τις δυνατές και ενδιαφέρουσες ιδέες. Θα φύγω από τον ιστότοπο με μια νέα πυγολαμπίδα στον παλιό μου εγκέφαλο.

Προσωπικά, εκπλήσσομαι που, εκτός από αυτά που γνωρίζω για τα πυρηνικά υποβρύχια, κανείς δεν έχει αναπτύξει έναν τέλειο κινητήρα για το δρόμο. Ήταν πράγματι αυτό που παρουσίασε η Philips στην Έκθεση Αυτοκινήτου των Βρυξελλών το 1971, με 200 ίππους. σε δύο έμβολα.

Η Philips ξεκίνησε τη λειτουργία της το 1937-1938 και ξανάρχισε το 1948.

Το 1971 διεκδίκησαν αρκετές εκατοντάδες ίππους ανά έμβολο. Από τότε δεν μπορώ να βρω τίποτα... Φυσικά, Μυστική Άμυνα.

Τι γίνεται με τους κινητήρες αεριοστροβίλου;

Τα φαναράκια σας μπορούν να προσθέσουν λίγο νερό στον μύλο της σκέψης μου.

Ευχαριστώ για τη γνώση και τη διάδοση.

Il J. 1 αντίδραση σε αυτό το σχόλιο:

• Διαχειριστής ΔΙΟΙΚΗΤΗΣ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑΣ (2021-09-27 11:40:25): Είναι πολύ διασκεδαστικό να διαβάζεις, ευχαριστώ.

  Δεν γνωρίζω αρκετά για αυτόν τον τύπο κινητήρα για να κρίνω, πιθανώς λόγω κόστους, μεγέθους, δύσκολης συντήρησης, μέσης απόδοσης;

  Έχοντας υπόψη ότι είναι απαραίτητο να έχετε μια λύση που σας επιτρέπει να θερμάνετε το αέριο, και επομένως η εφαρμογή της σε ένα κανονικό δημόσιο αυτοκίνητο είναι δυνητικά επικίνδυνη (και ότι θα είναι σταθερή με την πάροδο του χρόνου).

  Εν ολίγοις, υποψιάζομαι ότι ελπίζατε σε μια πιο ακριβή και σίγουρη απάντηση ... Συγγνώμη.

(Η ανάρτησή σας θα είναι ορατή κάτω από το σχόλιο μετά την επαλήθευση)

Γράψτε ένα σχόλιο

Χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρικό τύπο Ε, θα διαπιστώσετε ότι: