راه اندازی خودروی هیدروژنی (پیل سوختی)

 

جایگزین دیگری برای عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی، محلول هیدروژن، مدتهاست که توسط آلمانی ها و ژاپنی ها مورد مطالعه قرار گرفته است. اروپا، که تسلا آن را ناپایدار می‌داند، با این وجود تصمیم می‌گیرد تا بسته‌ای روی این فناوری قرار دهد (در سطح جهانی، نه صرفاً برای به حرکت درآوردن خودروها). بنابراین بیایید نگاهی به نحوه عملکرد خودروی هیدروژنی بیندازیم، که بنابراین تنها یک نوع خودروی الکتریکی است.

همچنین نگاه کنید به:

• آیا ماشین هیدروژنی قابل دوام است؟
• مزایا و معایب پیل سوختی چیست؟

چندین نوع ماشین هیدروژنی

در حالی که فناوری فعلی برای خودروهایی است که از سلول های سوختی برای تامین انرژی موتورهای الکتریکی خود استفاده می کنند، هیدروژن همچنین می تواند در خودروهای احتراق داخلی متقابل استفاده شود. این در واقع گازی است که می تواند به همان روشی که LPG و CNG قبلاً در وسایل نقلیه ما استفاده می شود استفاده شود. با این حال ، این ایده کنار گذاشته شد ، موتور پیستونی واقعاً مطابق با زمان است ...

در اینجا یک تویوتا میرای هیدروژنی است. در ایالات متحده فروخته می شود، در فرانسه نیست، زیرا هیچ نقطه توزیع هیدروژن در آنجا وجود ندارد ... با تأخیر در پایانه های برق، ما در حال حاضر از نظر هیدروژن عقب هستیم!

اصل عملیات

اگر بخواهیم سیستم را در یک جمله خلاصه کنیم، این را می گویماین موتور الکتریکی که با آن راه می رود CARBURANT غیر آلاینده (در حال بهره برداری، نه در حال تولید). به جای اینکه باتری را با دوشاخه و در نتیجه برق شارژ کنیم، آن را با مایع پر می کنیم. به همین دلیل است که ما سیستم پیل سوختی را می نامیم (این است

انباشتن

که با سوخت کار می کند که

مصرف شده است

et

از مخزن ناپدید می شود

). در واقع، تنها تفاوت با موتور الکتریکی در ذخیره انرژی است، در اینجا به صورت مایع، نه شیمیایی.

بنابراین، باید توجه داشت که باتری برخلاف باتری های لیتیومی یا حتی سرب اسیدی در حال تخلیه است (برای اطلاع از نحوه عملکرد آنها به لینک ها مراجعه کنید).

نقشه فرآیند

هیدروژن = هیبرید؟

تقریباً ... در واقع، آنها به طور سیستماتیک دارای یک باتری لیتیومی اضافی هستند که مفید بودن آن را در زیر توضیح خواهم داد. بنابراین، می توان تنها با هیدروژن، تنها با استفاده از یک باتری معمولی یا حتی هر دو به طور همزمان کار کرد.

اجزاء

مخزن هیدروژن

ما مخزنی داریم که می تواند 5 تا 10 کیلوگرم هیدروژن ذخیره کند، با دانستن اینکه هر کیلوگرم حاوی 33.3 کیلووات ساعت انرژی است (در مقایسه با خودروهای الکتریکی که 35 تا 100 کیلووات ساعت دارند). مخزن به طور ویژه طراحی و مقاوم است تا فشار داخلی 350 تا 700 بار را تحمل کند.

سلول سوختی

پیل سوختی مانند یک باتری لیتیومی معمولی، نیروی موتور الکتریکی خودرو را تامین می کند. با این حال، به سوخت، یعنی هیدروژن از مخزن نیاز دارد. از پلاتین بسیار گران قیمت ساخته شده است، اما در مدرن ترین نسخه ها بدون آن کار می کند.

باتری بافر

این مورد نیاز نیست، اما این استاندارد برای وسایل نقلیه هیدروژنی است. در واقع، به عنوان یک باتری پشتیبان، تقویت کننده قدرت (می تواند به صورت موازی با یک پیل سوختی کار کند)، اما همچنین و بالاتر از همه، برای بازیابی انرژی جنبشی در هنگام کاهش سرعت و ترمز کردن عمل می کند.

الکترونیک قدرت

در نمودار بالای من ذکر نشده است، الکترونیک قدرت، جریان های مختلف را که از اجزای مختلف خودرو می گذرد، کنترل، قطع و اصلاح می کند (تبدیل بین جریان های AC و DC).

سوخت گیری

عملکرد پیل سوختی: کاتالیز

هدف استخراج الکترون (الکتریسیته) از هیدروژن به منظور ارسال آنها به موتور الکتریکی است. این همه از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی کنترل شده انجام می شود که الکترون ها را از یک طرف (به سمت موتور) و پروتون ها را از طرف دیگر (در پیل سوختی) جدا می کند. کل جلسه به کاتد ختم می شود، جایی که واکنش به پایان می رسد: "مخلوط" نهایی آب می دهد که از سیستم (اگزوز) پمپ می شود.

در اینجا نمودار کاتالیز است که استخراج الکتریسیته از هیدروژن (الکترولیز معکوس) است.

در اینجا ما عملکرد پیل سوختی، یعنی پدیده کاتالیز را می بینیم.

هیدروژن H2 (یعنی دو اتم هیدروژن H که به هم چسبیده اند: دی هیدروژن) از چپ به راست می رود. با نزدیک شدن به آند، هسته (پروتون) خود را از دست می دهد که مکیده می شود (به دلیل پدیده اکسیداسیون). سپس الکترون ها به راه خود به سمت راست ادامه می دهند تا متعاقباً از موتور الکتریکی استفاده کنند.

به نوبه خود، ما با تزریق O2 (اکسیژن هوا به لطف کمپرسور) در سمت کاتد، همه چیز را دوباره مونتاژ می کنیم، که به طور طبیعی امکان تشکیل یک مولکول آب (که همه عناصر را به یک کل واحد کاتالیز می کند) را می دهد. مولکولی که مجموعه ای از Hs و Os است).

خلاصه ای از واکنش های شیمیایی / فیزیکی

آند : در آند، اتم هیدروژن به نصف بریده می شود (H2 = 2e- + 2H+). هسته (یون H +) به سمت کاتد پایین می آید، در حالی که الکترون ها (e-) به دلیل ناتوانی در عبور از الکترولیت (فضای بین آند و کاتد) به راه خود ادامه می دهند.

کاتد: در کاتد ما یون های معکوس (به روش های مختلف) H + و الکترون های e- را می بینیم. سپس کافی است اتم های اکسیژن را معرفی کنیم تا همه این عناصر بخواهند جمع شوند، که سپس منجر به ایجاد یک مولکول آب متشکل از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن می شود. یا فرمول: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

محصول ؟

اگر فقط خود خودرو را در نظر بگیریم، یعنی راندمان مخزن تا انتهای چرخ ها (تبدیل مواد / تقویت مکانیکی)، در اینجا کمی زیر 50٪ هستیم. در واقع، باتری دارای راندمان حدود 50٪ و موتور الکتریکی - حدود 90٪ است. بنابراین ابتدا 50 درصد فیلتر و سپس 10 درصد داریم.

اگر راندمان نیروگاهی که انرژی تولید می کند را در نظر بگیریم، آنگاه قبل از تولید هیدروژن یا حتی توزیع برق (در مورد لیتیوم) 25 درصد برای هیدروژن و 70 درصد برای الکتریسیته (تقریباً متوسط، واضح است) داریم. ).

اطلاعات بیشتر در مورد سودآوری را اینجا بخوانید.

تفاوت بین یک ماشین هیدروژنی و یک ماشین الکتریکی باتری لیتیومی؟

ماشین ها به جز "مخزن انرژی" آنها دقیقاً مشابه هستند. بنابراین، اینها وسایل نقلیه الکتریکی هستند که از موتورهای روتور-استاتور (القایی، آهنرباهای دائمی یا حتی واکنشی) استفاده می کنند.

اگر یک باتری لیتیومی نیز به لطف یک واکنش شیمیایی در داخل آن کار کند (واکنشی که به طور طبیعی الکتریسیته تولید می کند: به طور دقیق تر، الکترون)، چیزی از آن خارج نمی شود، فقط یک دگرگونی درونی وجود دارد. برای بازگشت به حالت اولیه (شارژ مجدد) کافی است جریان را رد کنید (به سکتور متصل شوید) و واکنش شیمیایی دوباره در جهت مخالف شروع می شود. مشکل این است که حتی با سوپرشارژرها زمان می برد.

برای یک موتور هیدروژنی، که یک موتور الکتریکی کلاسیک است که توسط یک پیل سوختی (یعنی هیدروژن) نیرو می گیرد، باتری در طی یک واکنش شیمیایی هیدروژن را مصرف می کند. از طریق یک اگزوز تخلیه می شود که بخار آب را حذف می کند (نتیجه یک واکنش شیمیایی).

بنابراین، از نقطه نظر منطقی، ما می‌توانیم هر خودروی الکتریکی را با یک خودروی هیدروژنی تطبیق دهیم، کافی است باتری لیتیومی را با یک سلول سوختی جایگزین کنیم. بنابراین، در درک شما از "موتور هیدروژنی" باید در درجه اول به عنوان یک موتور الکتریکی در نظر گرفته شود (در اینجا نحوه کار آن را ببینید). او لزوماً به او نزدیک می شود، نه به این دلیل که به عنوان یک موجودیت سوخت گیری می کند.

واکنش شیمیایی در پایه این قرص ایجاد می کند حرارتاز برق (آنچه برای موتور الکتریکی نیاز داریم) و اب.

چرا همه جا نه؟

مشکل فنی اصلی هیدروژن مربوط به ایمنی ذخیره سازی است. در واقع، مانند LPG، این سوخت خطرناک است زیرا در تماس با هوا قابل اشتعال می شود (و این همه نیست). بنابراین مشکل تنها پر کردن خودرو از سوخت نیست، بلکه وجود باک آنقدر قوی است که در برابر هر حادثه ای مقاومت کند. البته، هزینه اضافه شده نیز یک کشش بزرگ است، و به نظر می رسد کمتر از باتری لیتیوم یونی که هزینه آن کاهش می یابد، قابل دوام باشد.

در نهایت، شبکه تولید و توزیع در جهان بسیار توسعه نیافته است و دولت‌ها می‌خواهند هیدروژن را با الکترولیز با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر تولید کنند (بسیاری از کارشناسان از یک طرح آرمان‌شهری صحبت می‌کنند که در واقعیت «ناگهانی» ما قابل تحقق نیست).

در نهایت، شانس بیشتری وجود دارد که الکتریسیته معمولی به جای هیدروژن، که برای طیف وسیعی از کاربردها فراتر از تحرک فردی استفاده می شود، راه حل انتخابی برای آینده باشد.

همه نظرات و واکنش ها

دنیرو نظر ارسال شده:

برنارد (تاریخ: 2021 ، 09:23:14)

سلام

ممنون از این ایده های قوی و جالب. من سایت را با یک کرم شب تاب جدید در مغز قدیمی خود ترک خواهم کرد.

من شخصاً تعجب می کنم که به غیر از آنچه در مورد زیردریایی های هسته ای می دانم، هیچ کس موتور کاملی برای جاده ایجاد نکرده است. این در واقع همانی بود که فیلیپس در نمایشگاه خودروی بروکسل در سال 1971 رونمایی کرد، با 200 اسب بخار. روی دو پیستون

فیلیپس در سال 1937-1938 فعالیت خود را آغاز کرد و در سال 1948 از سر گرفته شد.

در سال 1971، آنها ادعا کردند که هر پیستون چند صد اسب بخار نیرو دارد. از آن زمان من هیچ چیز پیدا نمی کنم ... البته، دفاع مخفی.

موتورهای توربین گاز چطور؟

فانوس های شما می توانند مقداری آب به آسیاب فکر من اضافه کنند.

با تشکر از دانش و محبوبیت شما.

ایل I. 1 واکنش (های) به این نظر:

• مدیر مدیر سایت (2021-09-27 11:40:25): خواندن آن بسیار سرگرم کننده است، با تشکر.

  من اطلاعات کافی در مورد این نوع موتور ندارم که بتوانم قضاوت کنم، احتمالاً به دلیل هزینه، اندازه، تعمیر و نگهداری دشوار، راندمان متوسط؟

  با در نظر گرفتن اینکه باید محلولی داشت که اجازه گرم شدن گاز را بدهد و بنابراین استفاده از آن روی یک خودروی عمومی معمولی بالقوه خطرناک است (و در طول زمان ثابت خواهد بود).

  به طور خلاصه، من گمان می کنم که شما امیدوار به پاسخ دقیق تر و مطمئن تر بودید ... متاسفم.

(پست شما پس از تأیید در زیر نظر قابل مشاهده است)

نظر بنویسید

با استفاده از فرمول الکتریکی E خواهید دید که: