Электромобили на топливных элементах — как это работает? Автомобили на топливных элементах
Технология топливных элементов и ее использование в автомобилях
Что такое топливные элементы и их применение в автомобилестроении
Сэр Уильям Грове знал немало об электролизе, поэтому он выдвинул гипотезу, что путем процесса (какой расщепляет воду на составляющие водород и кислород путем проведения электричества чрез нее) он может изготовлять электричество. После расчётов на бумаге, он подошел к экспериментальной стадии и сумел доказать свои идеи. Доказанную гипотезу развили ученые Людвиг Монд и его помощник Чарльз Лангре, усовершенствовали технологию и еще в 1889 году дали ей наименование «топливный элемент».
Сейчас это словосочетание накрепко вошло в обиход автомобилистов. Вы безусловно слышали этот термин «топливный элемент» и не единожды. В новостях в интернете, по телевизору все чаще мелькают новомодные слова. Обыкновенно они относятся к рассказам о новейших гибридных автомобилях или программах развития этих гибридных автомобилей.
Так, еще 11 лет назад в США была запущена программа «The Hydrogen Fuel Initiative». Программа была направлена на разработку водородных топливных элементов и технологий инфраструктуры, необходимых для того, чтоб сделать транспортные средства использующие топливные элементы практичными и экономически продуманными, рентабельными к 2020 году. Уместно, за это время на программу было выделено более 1 млрд. долларов, что говорит о серьезной ставке, которую сделали власти Штатов на развитие экологически дружелюбных технологий.
По другую сторону океана производители автомобилей также не дремали, начинали или продолжали коротать свои изыскания на тему машин с топливными элементами. Honda, Toyota, Mercedes-Benz и даже Hyundai продолжал трудиться над созданием надежной технологии топливных элементов.
Наибольшего успеха на данном нива среди всех мировых автопроизводителей добились две японских автопроизводителя, Toyota и Honda. Их модели на топливных элементах уже пошли в серийное производство, в тоже пора их конкуренты следует прямиком за ними.
Поэтому, топливные элементы в автомобильной индустрии- это надолго. Рассмотрим принципы работы технологии и ее применение в современных автомобилях.
Принцип работы топливного элемента
В сущности, топливный элемент представляет собой двигатель без движущихся частей. С технической точки зрения установить топливный элемент можно будто электрохимическое устройство для преобразования энергии. Он преобразует частицы водорода и кислорода в воду, в процессе попутно производя электричество, непрерывный ток.
Существует множество типов топливных элементов, отдельный из них уже используются в автомобилях, другие проходят исследовательские тесты. В большинстве из них используется водород и кислород в качестве основных химических элементов необходимых для преобразования.
Аналогичная процедура происходит в обычной батарее, отличие лишь в том, что батарея уже имеет все необходимые химические вещества, требуемые для преобразования «на борту», в то пора как топливный элемент может быть «заряжаться» от внешнего источника, благодаря чему процесс «производства» электричества может быть продолжен. Помимо водяного чета и электричества, другим побочным продуктом процедуры является выделяемое тепло.
Водородно-кислородный топливный элемент с протонообменной мембраной содержит протонопроводящую полимерную мембрану, которая разделяет два электрода — анод и катод. Любой электрод обычно представляет собой угольную пластину (матрицу) с нанесённым катализатором — платиной или сплавом платиноидов и др. композиции.
На катализаторе анода молекулярный водород диссоциирует и теряет электроны. Катионы водорода проводятся чрез мембрану к катоду, но электроны отдаются во внешнюю цепь, этак как мембрана не пропускает электроны.
На катализаторе катода молекула кислорода соединяется с электроном (какой подводится из внешних коммуникаций) и пришедшим протоном и образует воду, которая является единственным продуктом реакции (в виде чета и/или жидкости).
wikipedia.org
Применение в автомобилях
Из всех типов топливных элементов, по- видимому наилучшим кандидатом для применения в транспортных средствах стали топливные элементы на основе протонообменных мембран или будто их называют на западе- Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Основными причинами этого являются его высокая удельная мощность и относительно низкая рабочая температура, а это в свою очередность означает, что у него не потребуется немало времени для того чтоб привести топливные элементы в пролетарий режим. Они оперативно разогреются и начнут изготовлять необходимое количество электроэнергии. В ее основе используется также одна из самых простых реакций из всех типов топливных элементов.
Первое транспортное оружие с этой технологией было сделано еще в 1994 году, когда Mercedes-Benz представил прообраз MB100 созданный на основе NECAR1 (новоиспеченный электрический автомобиль 1). Помимо малой выходной мощности (итого 50 киловатт), самый большенный недостаток этой концепции заключалась в том, что топливный элемент занимал весь объем грузового отсека фургона.
Кроме того, с точки зрения пассивной безопасности, это была ужасная идея для массового производства, принимая во внимание нужда установки на борту массивного резервуара, заполненного легковоспламеняющимся водородом под давлением.
В течение следующего десятилетия технология развивалась и одна из последних концепций, созданных на топливных элементах от Мерседес имел выходную мощность 115 л.с. (85 квт) и диапазон действия возле 400 километров перед дозаправкой. Разумеется, немцы были не единственными пионерами в разработке топливных элементов будущего. Не забывайте про двух японцев, Toyota и Honda. Одним из крупнейших автомобильных игроков стала Honda, какой представил серийный автомобиль с силовой установкой на водородных топливных элементах. Продажи FCX Clarity в лизинг на территории США начались летом 2008 года, чуть позже реализация автомобиля перешла в Японию.
Еще дальше пошла Toyota с моделью Mirai, чья прогрессивная система топливных элементов, работающая на водороде, по- видимому способна предоставить футуристичному автомобилю диапазон действия в 520 км на одном баке, какой может быть заправляемого менее чем за пять минут, этак же как обычный автомашина. Показатели расхода топлива поразят любого скептика, они невероятны даже для автомобиля с классической силовой установкой Toyota Mirai расходует 3.5 литра самостоятельно от того в каких условиях используется автомашина, в городе, на шоссе или в смешанном цикле.
Прошло восемь лет. Honda потратила это пора с пользой для своего дела. Второе поколение Honda FCX Clarity сейчас появляется в продаже. Ее батареи топливных элементов стали на 33% более компактными, чем у первой модели, удельная мощность увеличилась на 60%. Honda уверяет, что топливный элемент и интегрированный силовой агрегат в Clarity Fuel Cell по размерам сравним с двигателем V6, что оставляет довольно внутреннего пространства для пяти пассажиров и их багажа.
Предполагаемый диапазон составляет 500 км, а стартовая стоимость новинки должна закрепиться на уровне в $ 60,0000. Дорого? Навыворот, очень даже дешево. В начале 2000 автомобили с подобными технологиями стоили $ 100.000.
Учитывая ограничения присущие данной технологии в автомобилях, в связи с отсутствием заправочной инфраструктуры, являющейся наибольшим препятствием, машины на топливных элементах вряд ли смогут конкурировать с более традиционными автомобилями в ближайшие 15-20 лет, однако в долгосрочной перспективе, они могут очутиться более жизнеспособными. Налоги на загрязнение и экологические законы становятся все более и более жесткими, и наряду с непрерывным ростом потребления ископаемого топлива, это может уверить правительства разных стран и производителей автомобилей вкладываться в экологичную технологию еще активнее.
Как вы убедились, водород, метан, пропан и другие виды топлива можно просто сжигать, чтобы обеспечить движение автомобиля. Однако их можно использовать и не в такой непосредственной форме, а в виде изготовленных по специальной технологии топливных элементов.
Автомобили, которые на них работают, так и называют — автомобили на топливных элементах.
Что такое топливный элемент?
В конце XX века появился новый вид электрохимических источников питания, которые можно отнести к области альтернативной энергетики, — топливные элементы. Наибольшее внимание на первых этапах научно-исследовательских работ уделялось водородным топливным элементам.
Как показывает название, электричество они вырабатывают, используя водород. Процесс состоит в том, что водород соединяется с кислородом (т. е. окисляется), при этом выделяется тепловая энергия и образуется вода, а также немного закиси азота, если использовался атмосферный воздух. После того как водородный топливный элемент начинает производить ток, все, что требуется, — это добавлять водород.Таким образом, процесс горения водорода заменяется в топливных элементах процессом окисления, который является более контролируемым и происходит при существенно более низкой температуре (С точки зрения химии, горение и окисление — это один и тот же тип реакций: горение — это быстрая реакция окисления.). Существует несколько технических решений реализации такого процесса. Один из наиболее широко распространенных вариантов — это топливные элементы с протонно-обменными мембранами (ПОМ). Один такой топливный элемент обеспечивает постоянное напряжение примерно 0,7 В, т. е. чуть меньше половины напряжения типичного электрохимического сухого элемента. Для того чтобы получить большее напряжение, одиночные элементы соединяются последовательно. При этом напряжение, обеспечиваемое отдельными элементами, суммируется. Например, чтобы получить постоянное напряжение 14 В, необходимо соединить последовательно 20 элементов. Комплект соединенных последовательно топливных элементов, представляющий собой, по сути, аккумулятор, называется стэк. Чтобы увеличить емкость и вырабатываемый ток, топливные элементы, или стэки, нужно соединить параллельно. При этом ток от отдельных топливных элементов, или стэков, будет суммироваться; например, если соединить параллельно пять стэков, каждый из которых обеспечивает постоянное напряжение 14 В и ток до 10 А, то полученное устройство будет выдавать постоянное напряжение 14 В, а ток — до 50 А.Стэки из топливных элементов могут быть разных размеров. Стэк, имеющий размеры кейса с книгами, может питать маленький электромобиль. Топливные элементы меньших размеров, называемые микротопливными элементами, могут использоваться для питания любых устройств, которые работают на обычных элементах питания: ноутбуков, портативных радиоприемников, электрических фонариков.
Водород — не единственное вещество, которое может применяться для создания топливных элементов. Были проведены исследования почти всех веществ, которые могут вступать в реакцию с кислородом с выделением энергии. Созданы топливные элементы на метаноле (метиловом спирте), который имеет преимущества перед водородом, так как он проще в хранении и транспортировке, потому что находится при комнатной температуре в жидком состоянии. В топливных элементах применялся пропан. Он хранится в баллонах для кухонных плит или обогревателей, используемых в сельских местностях. Нашел свое применение и метан. Однако некоторые ученые и инженеры возражают против пропана и метана, так как общество уже слишком сильно от них зависит, при том что относить их к «чистым» альтернативным видам топлива нельзя.
www.enersy.ru
Устройство автомобиля на топливных элементах.
6 Май 2013 - editor
Основные технологические решения, которые Toyota применяет в современных автомобилях на топливных элементах.На примере TOYOTA FCHV-adv ;)
Устройство автомобиля на топливных элементах.
Топливный элемент.
Топливные элементы построенные на основе мембраны обмена протонов на текущий момент считаются лучшим видом топливных водородных элементов для автомобилей. Химическая реакция между кислородом и водородом проходящая в этом устройстве производит электричество для питания автомобиля.
Топливный элемент содержит набор элементов MEA — мембранно-электродных сборок разделённых сепараторами.
MEA (Membrane Electrode Assembly) — это твёрдая и тонкая плёнка-мембрана из полимерного электролита со слоями специального катализатора. Полимер пропускает ионы водорода (протоны), но не пропускает электроны. Одна ячейка вырабатывает меньше 1 Вольта. Последовательное соединение несколько сотен элементов позволяет добиться достаточного для работы силовой электроники напряжения.Сэндвич из топливных элементов называют fuel cell stack (FC stack) или блок топливных элементов.
Основное преимущество топливных элементов — это высокая энергетическая эффективность. Получать электричество из водорода без горения можно с очень высоким КПД. Теоретически, в электричество можно преобразовать 83% энергии содержащейся в молекуле водорода. Это больше чем удвоенная эффективность бензинового двигателя!
Механизм получения электрической энергии из водорода и кислорода в топливных элементах.
При работе водород подаётся к аноду, а воздух из атмосферы к катоду.
1. Водород поступает к стороне анода.2. При помощи катализатора молекулы водорода теряют электроны.3. Электроны освобождённые из водорода движутся по электрической цепи от анода к катоду, создавая электрический ток.4. Потерявшие электрон молекулы водорода становятся ионами и движутся через мембрану из полимерного электролита от анода к катоду.5. Ионы водорода связываются с содержащимся в подаваемом к катоду воздухе кислородом и электронами, образуя воду.
Аккумуляторная батарея.
Аккумуляторная батарея предназначена для хранения полученного топливным элементом электричества и сбора энергии торможения.TOYOTA FCHV-adv оснащена NiMH аккумулятором с максимальной мощностью 21 кВт.
Электрический мотор.
В TOYOTA FCHV-adv применён специально разработанный мотор синхронного типа.Этот же мотор функционирует как генератор в режиме рекуперативного торможения.Максимальная мощность: 90 кВт. / 122 л.с.Максимальный крутящий момент: 260 Нм.
Блок управления питанием.
Блок управления питанием в TOYOTA FCHV-adv содержит инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный для питания электромотора, и конвертера выдающего постоянный ток для зарядки аккумуляторной батареи и питания электрической системы автомобиля.Блок осуществляет точный контроль за выходной мощностью блока топливных элементов, состоянием заряда и режимами работы аккумуляторной батареи.
Баки высокого давления.
В TOYOTA FCHV-ADV установлены водородные баки высокого давления 70 МПа. В самом внутреннем слое бак имеет вкладыш из полиамидного материала который обладает высокой прочностью и превосходной способностью предотвращения протекания водорода. Увеличение бака и снижения его веса были достигнуты за счёт использования самых оптимальных материалов, улучшения конструкции и методов производства, и сведения к минимуму толщины стенки за счет оптимизации угла намотки, напряжения и объема углеродного волокна.
priustime.ru
Топливные элементы – автомобилю – Основные средства
В. Мамедов
Проблема энергоснабжения автомобилей будущего десяток лет волнует специалистов многих стран. Как средство, радикально решающее проблему выброса токсичных веществ в атмосферу, ими однозначно выбран электропривод. В этой области – громадный задел технических наработок. Весь вопрос в том, как наиболее рационально питать электромоторы энергией, сохраняя для будущих поколений запасы нефти. Пока самым дешевым источником тока на наземном транспорте являются свинцово-кислотные батареи. Однако их необходимо заряжать, а для этого в большинстве случаев приходится сжигать ту же нефть и портить атмосферу. Получается заколдованный круг. Невольно встает вопрос: а можно ли вырабатывать электроэнергию на борту автомобиля? Это еще лет пятнадцать назад можно было бы отнести к области фантастики. Сегодня же известно, что конструкторы космических кораблей давно справились с подобной задачей. Они уже с 60-х годов применяют электрохимические генераторы (ЭХГ), в основе которых батарея так называемых топливных элементов. Что же они из себя представляют?
Изобретателем топливного элемента является американский судья, исследователь-любитель Уильям Гроув, который еще в 1839 г. с его помощью получил электрический ток. Он сумел создать условия, при которых происходила реакция окисления водорода, в результате чего получалась вода и направленный поток электронов – электрический ток. Сегодня многие гиганты индустрии Запада пытаются наладить выпуск относительно дешевых топливных элементов.
Конструктивно современный ЭХГ выглядит так. Ячейка в корпусе кроме двух электродов содержит разделительную мембрану, на которую в качестве катализатора нанесен слой платины. Внутри ячейки циркулирует вода для отвода тепла. К одному из электродов подается водород, а к другому – кислород. Под действием катализатора молекула водорода расщепляется на электроны и протоны. Протоны, пройдя через мембрану, попадают в «кислородную» зону ячейки и, соединяясь с ним, образуют воду. При этом недостаток электронов восполняется за счет свободных электронов в металле анода, а образовавшийся в другой ячейке их избыток уходит в катод, благодаря чему и удается получить электрический ток. Для регулирования процессов, происходящих в ЭХГ, применяются автоматические системы.
Автомобильные ЭХГ, разработанные крупнейшими мировыми автомобилестроителями, работают при температуре 60 – 100°С, имеют КПД, вдвое превышающий КПД двигателя внутреннего сгорания, однако на пути к их широкому использованию на наземном транспорте стоит множество проблем.
Одна из них: как хранить на автомобиле запасы водорода и кислорода, газы, смешивание которых ведет к образованию взрывоопасной смеси? Вариантов решения несколько. На опытных образцах можно встретить баллоны, в которых каждый из газов находится под высоким давлением. «Минусы» такого подхода очевидны: большая масса баллонов и их малая емкость. Дорогая криогенная техника позволяет хранить газы в жидком виде при низких температурах, но их поддержание на автомобиле уже само является проблемой. Более привлекательно выглядит получение водорода непосредственно на автомобиле из специального материала – гидрида, подвергая его нагреву. Гидриды адсорбируют водород (к примеру, один грамм способен впитать в себя 250 см3 водорода), однако фирмы, использующие подобный способ хранения газа, держат в секрете состав своих гидридов. Это обстоятельство, естественно, не способствует скорому появлению автомобилей с топливными элементами на дорогах. В лидеры выходят концерны, располагающие огромными финансовыми средствами на исследовательские работы.
Химики, однако, преподнесли автостроителям долгожданный подарок. Они разработали технологию выделения водорода из реформера – углеводородного топлива – прямо на автомобиле. В качестве реформера рассматривается метанол или бензин. В таком случае электромобиль можно заправлять на обычных бензоколонках, но из-за высокого КПД топливных элементов расход горючего получается немного меньше, чем у обычных машин с бензиновыми моторами.
Ну а какова же масса электромобиля с топливными элементами? Увы, пока она велика и превосходит на 120 – 200 кг аналогичные машины, оснащенные двигателями внутреннего сгорания. Тем не менее, работа по продвижению образцов электромобилей с топливными элементами на автомобильный рынок ведется впечатляющими темпами. Сегодня даже можно говорить о единственном в мире транспортном средстве с ЭХГ, которое продается обычным покупателям – это переднеприводный электромобиль Toyota RAV4-EV, выпуск которого налажен несколько лет назад.
Вплотную подошли к началу серийного производства таких машин концерны General Motors и DaimlerChrysler. На осеннем автосалоне во Франкфурте GM показал почти готовый к продажам мини-вэн HydroGen3 с батареей из 200 последовательно соединенных топливных элементов, способной непрерывно вырабатывать 94 кВт электроэнергии, поступающей к электромотору мощностью 82 л.с. и с максимальным крутящим моментом 214 Нм. Он сблокирован с планетарной передачей и может работать при числе оборотов, равном 12 000 в минуту. При одинаковом кузове на разгон с места до 100 км/ч HydroGen3 тратит 16 с – всего на 2 с больше, чем автомобиль Opel Zafira с двухлитровым мотором. Максимальная скорость электромобиля ограничена 150 км/ч, уровнем бензинового аналога.
HydroGen3 под капотом имеет ЭХГ, получающий водород из криогенного хранителя жидководородного топлива, температура в котором поддерживается на уровне –253оС. Заправочный узел баллона выполнен совместимым с заправочными узлами газгольдерных станций крупных немецких городов, что делает беспроблемной его заправку для горожан. В настоящее время этот электромобиль с радиусом действия 400 км после заправки – наивысшее европейское достижение в области автомобильной техники с ЭХГ.
Ну а что же у нас, в России? Оказывается, и в этой, пока экзотической области автомобилестроения нам есть, чем гордиться. Сэкономив сотни тысяч долларов на НИОКР, «АвтоВАЗ» построил экспериментальный автомобиль с кузовом «Нивы» ВАЗ-2131, снабженный ЭХГ, созданным Ракетно-космической корпорацией «Энергия» для «Бурана». Сам агрегат, изготовленный более 10 лет назад и хранившийся на складе опытного завода, был извлечен по просьбе автомобилестроителей и занял свое место в багажнике. Водородом и кислородом он питается из баллонов, в которых газы содержатся под давлением 280 кг/см2. «Бурановский» электрохимический генератор выдает 25 кВт при ресурсе агрегата в 5 тыс. ч, что в 2 раза превышает ресурс обычного бензинового двигателя. Запускается на режим ЭХГ пока в течение полутора часов, при этом запаса газов на машине хватает на 250 км пробега.
Разработчики предоставили возможность журналистам попробовать экзотическую новинку на ходу. Впечатлений она оставила массу. Во-первых, внешне «Лада-АНТЭЛ» (АНТЭЛ – окроним слов «автомобиль на топливных элементах») ничем не отличается от стандартной «Нивы» ВАЗ-2131. Машина управляется при помощи двух педалей: тормоза и «газа». Основное внимание при движении следует уделять вольтметру, показывающему напряжение, выдаваемое ЭХГ. При работе оно должно превышать 120 V. Для начала движения нужно просто нажать на педаль «газа». Электромобиль плавно начнет разгоняться, причем в отличие от обычных автомобилей непривычно тихо. Характерный «транзисторный» свист издает лишь блок управления ЭХГ, но, по словам разработчиков, вскоре он полностью исчезнет.
Разгон иначе как вялым не назовешь. Зато после набора максимальной скорости 80 км/ч остановить 1,57-тонный электромобиль – большая проблема. Ведь за неимением ДВС нет и разрежения в его впускном тракте, а значит, не может работать и стандартный «вазовский» вакуумный усилитель тормозов. Это «издержки». Теперь о выбросах: после 10-километрового пробега из ЭХГ выливается на дорогу слабая струйка воды. Это естественный и единственный отход при работе генератора. То, что машина двигается без двигателя внутреннего сгорания, и не используя энергию аккумуляторов, долго не укладывается в голове. Слишком непривычно, что она работает всего лишь на водороде и кислороде.
Представленный вазовцами ходовой макет подтвердил, что «игра» с топливными элементами, безусловно, «стоит свеч». Положено начало дальнейшим исследованиям, включающим оснащение машины системой рекуперации электроэнергии, установкой, добывающей водород из углеводородного топлива на борту машины и т.д.
Как заявили разработчики, первый серийный автомобиль с необычной силовой установкой они смогут предложить на рынок не ранее, чем через 10 лет. Сколько он будет стоить, пока никому не известно. И все же появление экспериментального образца «Лада-АНТЭЛ» радует. Все-таки и мы «не лыком шиты»! Благодаря космическим достижениям в данной перспективной области НИОКР Россия не так уж сильно отстает от ведущих стран Запада.
От редактора. Когда мы связались с РКК «Энергия», то с изумлением узнали, что «...все про нас есть на сайте. А чего нет, то секретно». Вы знаете, по-английски журнал – Magazin. Наш журнал – это натуральный «магазин». Хоть по-английски, хоть по-русски. И мы ЗА ПРОДАЖИ!!! Но тут нам не понятно. Что хочет продавать «Энергия»: разработки или секретность? И как можно превращать в государственную тайну проспект, розданный в тысячах экземпляров? Впрочем, бизнес есть бизнес, и каждый имеет право делать дела так, как считает нужным...
os1.ru
Электромобили на топливных элементах — как это работает? | Моторное масло - ГСМ
Вволю натешившись с классическими аккумуляторными электромобилями и не увидев здесь дальнейших перспектив, разработчики альтернативных силовых установок оказались на перепутье. Наибольшие шансы на успех в соперничестве с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания имеют гибридные транспортные средства.
Однако гибриды, приводимые в движение совместными усилиями электромотора и бензинового либо дизельного двигателя, не решают экологических проблем, поскольку продолжают загрязнять, хотя и в меньшей степени, окружающую среду вредными выбросами. Опять же, иметь на автомобиле сразу два принципиально разных силовых агрегата — удовольствие не только дорогое, но и достаточно трудно реализуемое в техническом плане.
Еще в середине 90-х годов многие автомобильные компании в поисках альтернативы двигателям внутреннего сгорания обратили взор на электромобили с топливными элементами (или ячейками, как их иногда именуют), в которых, в отличие от классических аккумуляторных конструкций, предлагался совершенно иной принцип работы. В чем проблемы электромобилей на аккумуляторных батареях? В малой автономии — не более сотни километров пробега без подзарядки. В неудовлетворительных динамических характеристиках — максимальные скорости, чтобы обеспечить указанный пробег, не должны превышать 80-90 км/ч. В неизбежных 6-8 часах простоя, необходимых для зарядки аккумуляторов. Причина — низкая скрытая энергия аккумуляторов, которая, например, у кислотных батарей не превышает 0,03 кВтч на каждый килограмм веса.
В электромобилях же на топливных элементах электрический ток вырабатывается прямо на борту машины, а «горючим» является водород, чья энергонасыщенность соизмерима с энергией бензина или дизельного топлива и составляет порядка 10 кВтч на каждый килограмм. Следовательно, от «водородных» конструкций можно ожидать и поездки на дальние расстояния, и скорости не хуже обычных автомобилей, и отсутствие технологических пауз, связанных с длительной подзарядкой.
Принцип работы двигателя на топливных элементах
В основу работы топливных элементов положен электрохимический процесс, в ходе которого атомы водорода в присутствии катализатора разлагаются на разноименно заряженные ионы и электроны. Топливная ячейка состоит из двух электродов — катода и анода — и полимерной мембраны между ними. Газообразный водород подается на анод и здесь в присутствии катализатора из платины распадается. Мембрана пропускает к катоду только положительные ионы, а электроны в виде полезного электрического тока питают цепь бортовой силовой установки. В процессе участвует кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента и связывает ионы водорода, образуя «выхлоп» — водяной пар, не несущий никакой угрозы окружающей среде.
Одна топливная ячейка способна выработать ток напряжением 0,7-0,9 В. Соединенные же в батарею несколько сотен таких ячеек обеспечивают необходимым количеством энергии как тяговый электродвигатель, так и все вспомогательное электрооборудование транспортного средства — фары и фонари, стеклоочистители, магнитолу, контрольные приборы и т.д.
Другая сторона вопроса — в каком виде следует хранить водород на борту электромобиля? Единого мнения на этот счет нет. Одни разработчики полагают, что водород должен быть сжижен, другие — сжат, третьи отдают предпочтение металлогидридным соединениям, четвертые и вовсе считают, что водород лучше всего получать из метанола, этанола, биотоплива или даже бензина. У каждого из этих способов есть и преимущества и недостатки. Самый, казалось бы, очевидный — хранение водорода в жидком виде — требует освоения криогенных технологий, и попытка, скажем, компании Renault в середине 90-х годов решить вопрос в лоб привела к парадоксальным результатам. Renault Fever, построенный на базе Laguna с кузовом «универсал», пришлось по самую крышу «запаковывать» оборудованием для хранения и переработки водорода. В результате Fever, достигавший 120 км/ч и располагавший более 500 км автономии, чем, кстати, не мог похвастать ни один классический электромобиль, получился, однако, двухместным и не имеющим багажника, что вряд ли могло удовлетворить его создателей.
Тем не менее в сравнительно короткие сроки конструкторам разных компаний удалось уменьшить как размеры комплектующих новых систем получения энергии, так и более эффективно разместить их на электромобилях. И шквал новинок, оснащенных топливными элементами, обрушенный на посетителей крупнейших автомобильных выставок мира за последние пять лет, показывает, что, скорее всего, именно такими будут транспортные средства самого ближайшего будущего.
motornoe.com
Преимущества и недостатки на топливных элементах
Преимущества на топливных элементах
Использование автомобилей на топливных элементах может помочь индустриально развитым странам уменьшить зависимость от использования иностранной нефти.
Рост производства водорода мог бы, как дополнительный выигрыш, стимулировать рост поставок водорода для отопления домов и офисов.
Существующие трубопроводы для метана можно было бы адаптировать для обеспечения заправочных станций для автомобилей на топливных элементах, используя как метан, так и водород в качестве топлива.
Суммарное загрязнение, обусловленное автомобилями на топливных элементах, — это лишь часть загрязнения, порождаемого автомобилями с двигателями на ископаемом топливе (при одинаковом пробеге) Даже с учетом загрязнения, которое связано с производством водорода и изготовлением аккумуляторов.
Водород можно выпускать в малых объемах на местных предприятиях.
В некоторых районах для тех, кто использует автомобили на альтернативном топливе, в том числе и автомобили на топливных элементах, отменяются или уменьшаются налоги.
Недостатки на топливных элементах
Максимальный пробег автомобиля на водородных топливных элементах меньше, чем пробег автомобиля на ископаемом топливе. Если используются другие топливные элементы (например, на метане или пропане), то максимальный пробег автомобилей на топливных элементах и автомобилей на ископаемом топливе будет сравним.
В некоторых районах получение сервисного обслуживания автомобилей на топливных элементах может быть затруднено из-за отсутствия запчастей и квалифицированного персонала.
Проблема хранения топлива в автомобиле на водородных топливных элементах представляет серьезное препятствие для широкого распространения этих автомобилей.
Автомобили на водородных топливных элементах достаточно дороги в эксплуатации, в основном из-за стоимости процессов, необходимых для выделения водорода из природных соединений.
Вопрос
Если водород можно непосредственно сжигать в двигателе внутреннего сгорания в автомобиле на водородном топливе, то зачем использовать в автомобилях топливные элементы на водороде как дополнительное звено, когда автомобиль и так будет работать? Не является ли это лишней ступенью, просто снижающей коэффициент полезного действия?
Ответ
Существуют две причины, по которым автомобили на водородных топливных элементах могут быть предпочтительнее автомобилей на водородном топливе. Во-первых, топливные элементы можно использовать при столь низких температурах, при которых двигатели внутреннего сгорания на водороде не могут работать. Кроме того, в автомобиле на водородных топливных элементах можно установить аккумулятор, непосредственно от которого электродвигатель будет получать энергию. Аккумулятор также позволяет запасать энергию от системы регенеративного торможения. Таким образом, в автомобиле на водородных топливных элементах объединились несколько достоинств, свойственных электромобилям, гибридным электромобилям и автомобилям на водородном топливе, вместе взятым.
www.enersy.ru
Toyota: развитие экологически-чистых транспортных средств
Toyota значатся уже три типа транспортных средств, получающих энергию от водородной установки.
Японская корпорация Toyota сообщила о планах по созданию мощных грузовых автомобилей, оснащённых силовой установкой на водородных топливных элементах.
Инициатива получила название Project Portal. Предполагается, что тяжеловесные автомобили будут испытываться на территории порта Лос-Анджелеса в США.
Project Portal — это следующий шаг Toyota на пути развития экологически-чистых транспортных средств. Основное преимущество силовой установки на водородных элементах, впервые разработанной для серийного легкового автомобиля Mirai, заключается в более высокой энергетической эффективности по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Ещё одна важная особенность такого агрегата заключается в высокой экологической эффективности: выброс углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу равен нолю.
Грузовики на топливных элементах получат силовую установку суммарной мощностью 670 лошадиных сил. Крутящий момент составит до 1800 Н·м. Заявленный запас хода на одной заправке превышает 320 км.
Нужно отметить, что в активе Toyota значатся уже три типа транспортных средств, получающих энергию от водородной установки. Это упомянутый гражданский автомобиль Mirai. Специализированная техника — автопогрузчики на топливных элементах, успешно интегрированные в производственный процесс на заводе Мотомачи в Японии. Кроме того, испытываются автобусы Toyota FC на водородных топливных элементах. Ранее Тойота ввела в эксплуатацию ряд стационарных силовых установок на топливных элементах для подачи энергии в жилые дома. опубликовано econet.ru
Mitsubishi Pajero Sport: удар по Prado? В редеющем, но популярном у нас сегменте рамных вседорожников появился сильный игрок – легендарный Mitsubishi Pajero Sport третьего поколения, который полностью затмил предшественника. Но хватит ли пр...
Toyota Corolla: юбилею посвящается В честь 50-летнего юбилея своей популярной модели компания Toyota обновила мировой хит под названием Corolla. По традиции рестайлинг подчеркнул преимущества бестселлера. Внешний вид стал более выразит...
Добавить сайт в избранное
можно просто сжигать, чтобы обеспечить движение автомобиля. Однако их можно использовать и не в такой непосредственной форме, а в виде изготовленных по специальной технологии топливных элементов.
Основные технологические решения, которые Toyota применяет в современных автомобилях на топливных элементах.На примере TOYOTA FCHV-adv ;)
мог бы, как дополнительный выигрыш, стимулировать рост поставок водорода для отопления домов и офисов. 
.jpg)
