Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

Energia cella (tüzelőanyagcella)

Energia cella (tüzelőanyagcella)

Az tüzelőanyagcellák az elemekhez hasonlóan vegyi reakciókkal közvetlenül elektromosságot állítanak elő, és mindaddig üzemelnek, amíg az „üzemanyagot” (hidrogén, metán, metanol) beletöltjük. Hidrogénből a reakció során víz lesz, a szénhidrogén vegyületekből emellett széndioxid is képződik. Az üzemanyagcellának az előnye az akkumulátorokhoz képest, hogy pillanatok alatt utántölthető, és hogy várhatóan lehetséges lesz a jelenlegi akkumulátoroknál sokkal nagyobb kapacitásút előállítani. Ezért gyakorlatilag korlátlan a cella élettartama, ami környezetvédelmi szempontból fontos.

Az üzemanyag cella a következő részekből áll:

  1. Két elektródából (anódból és katódból)

  2. Katalizátorból, mely a két elektróda egymás felé néző oldalán található

  3. Elektrolitból (membránból), mely lehet szilárd vagy folyékony halmazállapotú

A következő ábrán az egyik legelterjedtebb, úgynevezett protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza látható.

9.47. ábra - A protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza

A protoncserélő membrános üzemanyag cella elvi rajza

Az alkalmazás terén két fő irány látszik, az egyik a közlekedés, a másik a hordozható elektronikus eszközök áramforrással történő ellátása.

5. Táblázat. Különböző üzemanyag cellák összehasonlítása

Típusa

Elektrolit/polimer elektrolit membrán

Működési hőmérséklet

Elektromos hatásfok

Üzemanyag

AFC (alkáli)

30 % KOH oldat, gél

80 °C

elméleti: 70% gyakorlati: 62%

- tiszta H2 - O2

PEMFC

protonáteresztő membrán

80 °C

elméleti: 68%, gyakorlati: 50%

- tiszta H2 - O2- levegő

DMFC (direkt metanol)

protonáteresztő membrán

80 - 130 °C

elméleti: 30%, gyakorlati: 26%

- metanol,

PAFC (foszfor-savas)

tömény foszforsav

200 °C

elméleti: 65%, gyakorlati: 60%

- tiszta H2- O2- levegő

MCFC (alkáli-karbonátsó)

lítium-karbonát, kálium-karbonát

650 °C

elméleti: 65% gyakorlati: 62%

- H2- földgáz

- széngáz, - biogáz, - levegő, - O2

SOFC (oxid-kerámia)

yttrium-cirkon oxidkerámia

800 - 1000 °C

elméleti: 65% gyakorlati: 62%

- H2 - földgáz

- széngáz, - biogáz, - levegő, - O2

Üzemanyagcellás gépkocsik (FCEV) (TOYOTA, Nissan Motor Co.,) létrehozása egyszerre tette szükségessé a következő fejlesztéseket:

- nagy teljesítményű, kis tömegű, térfogatú üzemanyagcella létrehozása

- nagy motor teljesítményű (90 kW) és nyomatékú (260 Nm) villanymotor és generátor létrehozása. A motor egyben generátorként is működik, és fékezéskor elektromos energiát termel, amit a nagy töltés tárolással bíró akkumulátor tartalékol.

- nagy töltés tárolással, magas kisütő és töltő árammal bíró akkumulátor,

- egy elektromos vezérlő egységet, amely a DC/AC konvertálást végzi a villanymotor számára és DC/DC átalakítást és AC/DC átalakítást a generátor által termelt elektromos energia tárolásához az akkumulátorban az akkumulátor töltésére.

- nagy 70 MPa nyomást bíró tartályt a hidrogén tárolására.

9.48. ábra - A Toyota üzemanyagcellás változatához szükséges főbb elemek

A Toyota üzemanyagcellás változatához szükséges főbb elemek

http://www.toyota-global.com/innovation/environmental_technology/fuelcell_vehicle/

Hordozható elektronikus eszközök áramforrással történő ellátása céljából metanolos üzemanyagcellákat hoztak létre:

9.49. ábra - Üzemanyagcella „feltöltése” metilalkohollal

Üzemanyagcella „feltöltése” metilalkohollal

9.50. ábra - Kisméretű üzemanyagcella

Kisméretű üzemanyagcella