» »

كيف تصنع خلية وقود بيديك. خلايا الوقود الحيوي DIY
13.11.2021

أقوم بإدخال خرطوم الحشو المناسب في عنق فتحة تعبئة الوقود وأديره نصف دورة لإغلاق الاتصال. نقرة على مفتاح التبديل - ويشير مؤشر LED الوامض الموجود على مضخة الغاز مع نقش ضخم h3 إلى بدء التزود بالوقود. دقيقة - والخزان ممتلئ، يمكنك الذهاب!

ملامح الجسم الأنيقة، والتعليق المنخفض للغاية، والبقع المنخفضة المظهر تعطي سلالة سباق حقيقية. ومن خلال الغطاء الشفاف، يمكن رؤية شبكة معقدة من خطوط الأنابيب والكابلات. لقد رأيت بالفعل حلاً مماثلاً في مكان ما... أوه نعم، في Audi R8، يمكن رؤية المحرك أيضًا من خلال النافذة الخلفية. لكن في أودي يستخدم البنزين التقليدي، وهذه السيارة تعمل بالهيدروجين. مثل BMW Hydrogen 7، ولكن على عكس الأخيرة، لا يوجد محرك احتراق داخلي. الأجزاء المتحركة الوحيدة هي جهاز التوجيه ودوار المحرك الكهربائي. ويتم توفير الطاقة لها بواسطة خلية الوقود. تم إنتاج هذه السيارة من قبل شركة Horizon Fuel Cell Technologies السنغافورية المتخصصة في تطوير وإنتاج خلايا الوقود. في عام 2009، قدمت شركة Riversimple البريطانية بالفعل سيارة هيدروجينية للمناطق الحضرية تعمل بخلايا الوقود Horizon Fuel Cell Technologies. تم تطويره بالتعاون مع جامعتي أكسفورد وكرانفيلد. لكن Horizon H-racer 2.0 هو تطوير منفرد.

تتكون خلية الوقود من قطبين كهربائيين مساميين مطليين بطبقة من المحفز ويفصل بينهما غشاء تبادل البروتون. يتم تحويل الهيدروجين الموجود في محفز الأنود إلى بروتونات وإلكترونات، والتي تنتقل عبر الأنود ودائرة كهربائية خارجية إلى الكاثود، حيث يتحد الهيدروجين والأكسجين مرة أخرى لتكوين الماء.

"يذهب!" - رئيس التحرير يدفعني بمرفقه بأسلوب جاجارين. ولكن ليس بهذه السرعة: تحتاج أولاً إلى "تسخين" خلية الوقود عند التحميل الجزئي. أقوم بتبديل مفتاح التبديل إلى وضع "الإحماء" وانتظر الوقت المخصص. ثم، تحسبًا لذلك، أقوم بملء الخزان حتى يمتلئ. الآن دعنا نذهب: السيارة، المحرك يطن بسلاسة، يتحرك للأمام. الديناميكيات مثيرة للإعجاب، على الرغم من أنه، بالمناسبة، ما الذي يمكنك توقعه من السيارة الكهربائية - عزم الدوران ثابت في أي سرعة. على الرغم من أنه ليس لفترة طويلة، فإن خزان الهيدروجين الممتلئ لا يدوم سوى بضع دقائق (تعد شركة Horizon بإصدار نسخة جديدة في المستقبل القريب، حيث لا يتم تخزين الهيدروجين كغاز تحت الضغط، ولكن يتم الاحتفاظ به بواسطة مادة مسامية في جهاز الامتزاز ). وبصراحة، لا يتم التحكم فيه بشكل كبير - لا يوجد سوى زرين في جهاز التحكم عن بعد. ولكن على أية حال، من المؤسف أن هذه مجرد لعبة يتم التحكم فيها عن طريق الراديو، والتي كلفتنا 150 دولارًا. لن نمانع في قيادة سيارة حقيقية بخلايا الوقود من أجل الحصول على الطاقة.

الخزان عبارة عن حاوية مطاطية مرنة داخل غلاف صلب، ويتمدد عند التزود بالوقود ويعمل كمضخة وقود، حيث "يضغط" الهيدروجين في خلية الوقود. من أجل عدم "ملء" الخزان بشكل زائد، يتم توصيل أحد التركيبات بأنبوب بلاستيكي بصمام تخفيف الضغط في حالات الطوارئ.


محطة غاز

افعلها بنفسك

يتم توفير آلة Horizon H-racer 2.0 كمجموعة للتجميع على نطاق واسع (نوع افعلها بنفسك)، ويمكنك شرائها، على سبيل المثال، من أمازون. ومع ذلك، فإن التجميع ليس بالأمر الصعب - ما عليك سوى وضع خلية الوقود في مكانها وتثبيتها بالمسامير، وتوصيل الخراطيم بخزان الهيدروجين، وخلية الوقود، وعنق الحشو وصمام الطوارئ، وكل ما تبقى هو وضع الجزء العلوي من الجسم في مكانه، دون أن ننسى المصدات الأمامية والخلفية. تشتمل المجموعة على محطة تعبئة تنتج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء. يتم تشغيله بواسطة بطاريتين AA، وإذا كنت تريد أن تكون الطاقة "نظيفة" تمامًا، عن طريق الألواح الشمسية (يتم تضمينها أيضًا في المجموعة).

www.popmech.ru

كيف تصنع خلية وقود بيديك؟

بالطبع، إن أبسط حل لمشكلة ضمان التشغيل المستمر للأنظمة الخالية من الوقود هو شراء مصدر طاقة ثانوي جاهز على أساس هيدروليكي أو أي أساس آخر، ولكن في هذه الحالة لن يكون من الممكن بالتأكيد تجنب الإضافات التكاليف، وفي هذه العملية يكون من الصعب جدًا اعتبار أي فكرة هروبًا للفكر الإبداعي. بالإضافة إلى ذلك، فإن صنع خلية وقود بيديك ليس بالأمر الصعب على الإطلاق كما قد تعتقد للوهلة الأولى، وحتى الحرفي الأكثر خبرة يمكنه التعامل مع المهمة إذا رغب في ذلك. بالإضافة إلى ذلك، فإن المكافأة الأكثر من ممتعة ستكون التكلفة المنخفضة لإنشاء هذا العنصر، لأنه على الرغم من كل فوائده وأهميته، يمكنك بسهولة الاكتفاء بالوسائل المتوفرة لديك بالفعل.

في هذه الحالة، فإن الفروق الدقيقة الوحيدة التي يجب مراعاتها قبل إكمال المهمة هي أنه يمكنك إنشاء جهاز منخفض الطاقة للغاية بيديك، وينبغي ترك تنفيذ المنشآت الأكثر تقدمًا وتعقيدًا للمتخصصين المؤهلين. أما بالنسبة لترتيب العمل وتسلسل الإجراءات، فإن الخطوة الأولى هي إكمال الجسم، ومن الأفضل استخدام زجاج شبكي سميك الجدران (5 سم على الأقل). من أجل لصق جدران العلبة وتثبيت الأقسام الداخلية، والتي من الأفضل استخدام زجاج شبكي أرق (3 ملليمترات كافية)، من الأفضل استخدام غراء مركبين، على الرغم من أنه إذا كنت تريد ذلك حقًا، فيمكنك إجراء لحام عالي الجودة بنفسك، باستخدام النسب التالية: لكل 100 جرام من الكلوروفورم - 6 جرام نشارة من نفس زجاج شبكي.

في هذه الحالة، يجب أن يتم تنفيذ العملية حصرا تحت غطاء محرك السيارة. من أجل تجهيز العلبة بما يسمى بنظام الصرف، من الضروري حفر ثقب في جدارها الأمامي بعناية، حيث يتطابق قطرها تمامًا مع أبعاد السدادة المطاطية، والتي تعمل كنوع من الحشية بين العلبة وأنبوب التصريف الزجاجي. أما بالنسبة لحجم الأنبوب نفسه، فمن الناحية المثالية ينبغي أن يكون عرضه من خمسة إلى ستة ملليمترات، على الرغم من أن كل هذا يتوقف على نوع الهيكل الذي يتم تصميمه. من الأرجح أن نقول إن قناع الغاز القديم المدرج في قائمة العناصر الضرورية لصنع خلية الوقود سوف يسبب بعض المفاجأة بين القراء المحتملين لهذه المقالة. وفي الوقت نفسه، تكمن الفائدة الكاملة لهذا الجهاز في الكربون المنشط الموجود في حجرات جهاز التنفس الخاص به، والذي يمكن استخدامه لاحقًا كأقطاب كهربائية.

نظرًا لأننا نتحدث عن اتساق مسحوقي، لتحسين التصميم، فستحتاج إلى جوارب من النايلون، حيث يمكنك بسهولة صنع كيس ووضع الفحم فيه، وإلا فسوف ينسكب ببساطة من الحفرة. أما بالنسبة لوظيفة التوزيع، فإن تركيز الوقود يحدث في الحجرة الأولى، في حين أن الأكسجين اللازم للعمل الطبيعي لخلية الوقود، على العكس من ذلك، سوف يدور في الحجرة الخامسة الأخيرة. يجب نقع المنحل بالكهرباء نفسه، الموجود بين الأقطاب الكهربائية، في محلول خاص (البنزين مع البارافين بنسبة 125 إلى 2 ملليلتر)، ويجب القيام بذلك قبل وضع إلكتروليت الهواء في الحجرة الرابعة. ولضمان التوصيل المناسب، يتم وضع ألواح نحاسية بأسلاك ملحومة مسبقًا فوق الفحم، والتي من خلالها سيتم نقل الكهرباء من الأقطاب الكهربائية.

يمكن اعتبار مرحلة التصميم هذه بأمان المرحلة النهائية، وبعد ذلك يتم شحن الجهاز النهائي، والذي ستكون هناك حاجة إلى المنحل بالكهرباء. من أجل تحضيره، تحتاج إلى خلط الكحول الإيثيلي مع الماء المقطر بأجزاء متساوية والبدء في إدخال البوتاسيوم الكاوي تدريجيًا بمعدل 70 جرامًا لكل كوب من السائل. يتضمن الاختبار الأول للجهاز المُصنّع ملء الحاوية الأولى (سائل الوقود) والثالثة (المنحل بالكهرباء المصنوعة من الكحول الإيثيلي والبوتاسيوم الكاوي) في غلاف زجاج شبكي في نفس الوقت.

uznay-kak.ru

خلايا وقود الهيدروجين | لافينت

لقد أردت منذ فترة طويلة أن أخبركم عن اتجاه آخر لشركة Alfaintek. هذا هو تطوير وبيع وخدمة خلايا وقود الهيدروجين. أود أن أشرح على الفور الوضع مع خلايا الوقود هذه في روسيا.

ونظرا للتكلفة العالية إلى حد ما والغياب التام لمحطات الهيدروجين لشحن خلايا الوقود هذه، فمن غير المتوقع بيعها في روسيا. ومع ذلك، في أوروبا، وخاصة في فنلندا، تكتسب خلايا الوقود هذه شعبية كل عام. ما هو السر؟ دعونا نلقي نظرة. هذا الجهاز صديق للبيئة وسهل الاستخدام وفعال. يتعلق الأمر بمساعدة الشخص حيث يحتاج إلى الطاقة الكهربائية. يمكنك اصطحابها معك على الطريق أو في نزهة على الأقدام أو استخدامها في منزلك أو شقتك الريفية كمصدر مستقل للكهرباء.

يتم توليد الكهرباء في خلية الوقود عن طريق تفاعل كيميائي للهيدروجين من الخزان مع هيدريد المعدن والأكسجين من الهواء. الأسطوانة ليست قابلة للانفجار ويمكن تخزينها في خزانتك لسنوات، في انتظار الأجنحة. ربما تكون هذه إحدى المزايا الرئيسية لتقنية تخزين الهيدروجين. يعد تخزين الهيدروجين أحد المشاكل الرئيسية في تطوير وقود الهيدروجين. خلايا وقود جديدة فريدة وخفيفة الوزن تعمل على تحويل الهيدروجين إلى كهرباء تقليدية بأمان وهدوء وخالية من الانبعاثات.

يمكن استخدام هذا النوع من الكهرباء في الأماكن التي لا توجد بها كهرباء مركزية، أو كمصدر للطاقة في حالات الطوارئ.

وعلى عكس البطاريات التقليدية، التي تحتاج إلى شحنها وفصلها عن المستهلك الكهربائي أثناء عملية الشحن، تعمل خلية الوقود كجهاز “ذكي”. توفر هذه التقنية طاقة متواصلة طوال فترة الاستخدام بأكملها بفضل وظيفة توفير الطاقة الفريدة عند تغيير حاوية الوقود، والتي تتيح للمستخدم عدم إيقاف تشغيل المستهلك أبدًا. وفي الحالة المغلقة، يمكن تخزين خلايا الوقود لعدة سنوات دون فقدان حجم الهيدروجين وتقليل قوتها.

تم تصميم خلية الوقود للعلماء والباحثين، وجهات إنفاذ القانون، والمستجيبين للطوارئ، وأصحاب القوارب والمارينا، وأي شخص آخر يحتاج إلى مصدر طاقة موثوق به في حالة الطوارئ. يمكنك الحصول على 12 فولت أو 220 فولت وبعد ذلك سيكون لديك ما يكفي من الطاقة لتشغيل التلفزيون والستيريو والثلاجة وآلة صنع القهوة والغلاية والمكنسة الكهربائية والمثقاب والموقد الصغير والأجهزة الكهربائية الأخرى.

يمكن بيع خلايا الوقود الهيدروسيلية كوحدة واحدة أو في بطاريات مكونة من 2-4 خلايا. يمكن دمج عنصرين أو أربعة عناصر إما لزيادة الطاقة أو زيادة التيار.

وقت تشغيل الأجهزة المنزلية بخلايا الوقود

الأجهزة الكهربائية

وقت التشغيل يوميا (دقيقة)

مطلوب الطاقة في اليوم (واط)

زمن التشغيل بخلايا الوقود

غلاية كهربائية

صانع القهوة

ميكروسلاب

تلفزيون

1 لمبة 60 وات

1 لمبة 75 وات

3 لمبات 60 وات

حاسوب محمول

ثلاجة

مصباح توفير الطاقة

* - عملية مستمرة

يتم شحن خلايا الوقود بالكامل في محطات الهيدروجين الخاصة. ولكن ماذا لو سافرت بعيدًا عنهم ولم تكن هناك طريقة لإعادة شحن طاقتك؟ خاصة في مثل هذه الحالات، قام متخصصو Alfaintek بتطوير أسطوانات لتخزين الهيدروجين، والتي ستعمل بها خلايا الوقود لفترة أطول.

يتوفر نوعان من الأسطوانات: NS-MN200 وNS-MN1200، إن NS-MN200 المجمعة أكبر قليلاً من علبة كوكا كولا، وتحتوي على 230 لترًا من الهيدروجين، وهو ما يعادل 40 أمبير (12 فولت)، وتزن 2.5 كجم فقط. تحتوي أسطوانة الهيدريد المعدنية NS-MH1200 على 1200 لتر من الهيدروجين، وهو ما يعادل 220 أمبير (12 فولت). وزن الاسطوانة 11 كجم.

تعد تقنية هيدريد المعدن طريقة آمنة وسهلة لتخزين ونقل واستخدام الهيدروجين. عند تخزينه كهيدريد فلز، يكون الهيدروجين على شكل مركب كيميائي وليس على شكل غازي. تتيح هذه الطريقة الحصول على كثافة طاقة عالية بدرجة كافية. وميزة استخدام هيدريد المعدن أن الضغط داخل الاسطوانة لا يتجاوز 2-4 بار، والاسطوانة غير قابلة للانفجار ويمكن تخزينها لسنوات دون تقليل حجم المادة. بما أن الهيدروجين يتم تخزينه على شكل هيدريد فلز، فإن نقاء الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الأسطوانة يكون عاليًا جدًا بنسبة 99.999%. يمكن استخدام أسطوانات تخزين هيدروجين الهيدريد المعدني ليس فقط مع خلايا الوقود HC 100,200,400، ولكن أيضًا في الحالات الأخرى التي تكون فيها الحاجة إلى الهيدروجين النقي. يمكن توصيل الأسطوانات بسهولة بخلية وقود أو أي جهاز آخر باستخدام موصل توصيل سريع وخرطوم مرن.

ومن المؤسف أن خلايا الوقود هذه لا تباع في روسيا. ولكن من بين سكاننا هناك الكثير من الأشخاص الذين يحتاجون إليها. حسنًا، سننتظر ونرى، وسترى، سيكون لدينا بعضًا منها. وفي غضون ذلك، سوف نشتري المصابيح الكهربائية الموفرة للطاقة التي فرضتها الدولة.

ملاحظة. يبدو أن الموضوع قد تلاشى أخيرًا في غياهب النسيان. بعد سنوات عديدة من كتابة هذا المقال، لم يتم التوصل إلى شيء منه. ربما لا أبحث في كل مكان، بالطبع، لكن ما يلفت انتباهي ليس ممتعًا على الإطلاق. التكنولوجيا والفكرة جيدة، لكن لم يجدوا أي تطور حتى الآن.

lavent.ru

خلية الوقود هي المستقبل الذي يبدأ اليوم!

تعتبر بداية القرن الحادي والعشرين علم البيئة أحد أهم التحديات العالمية. وأول ما يجب الاهتمام به في الظروف الحالية هو البحث عن مصادر الطاقة البديلة واستخدامها. إنهم الأشخاص القادرون على منع تلوث بيئتنا، وكذلك التخلي تمامًا عن الارتفاع المستمر في أسعار الوقود المعتمد على الهيدروكربون.

بالفعل اليوم، وجدت مصادر الطاقة مثل الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح التطبيق. لكن لسوء الحظ، يرتبط عيبهم بالاعتماد على الطقس، وكذلك على الموسم والوقت من اليوم. ولهذا السبب، يتم التخلي تدريجيا عن استخدامها في صناعة الملاحة الفضائية والطائرات والسيارات، وللاستخدام الثابت فهي مجهزة بمصادر طاقة ثانوية - البطاريات.

ومع ذلك، فإن الحل الأفضل هو خلية الوقود، لأنها لا تتطلب إعادة شحن الطاقة بشكل مستمر. هذا جهاز قادر على معالجة وتحويل أنواع مختلفة من الوقود (البنزين والكحول والهيدروجين وما إلى ذلك) مباشرة إلى طاقة كهربائية.

تعمل خلية الوقود على المبدأ التالي: يتم إمدادها بالوقود من الخارج، والذي يتأكسد بالأكسجين، وتتحول الطاقة المنطلقة إلى كهرباء. يضمن مبدأ التشغيل هذا التشغيل الأبدي تقريبًا.

منذ نهاية القرن التاسع عشر، قام العلماء بدراسة خلية الوقود نفسها وقاموا باستمرار بتطوير تعديلات جديدة عليها. لذلك، اليوم، اعتمادًا على ظروف التشغيل، هناك نماذج قلوية أو قلوية (AFC)، وبوروهيدرات مباشر (DBFC)، وكهرباء كلفانية (EGFC)، وميثانول مباشر (DMFC)، وزنك-هواء (ZAFC)، ونماذج ميكروبية (MFC). على أساس حمض الفورميك (DFAFC) وهيدريدات المعادن (MHFC) معروفة أيضًا.

واحدة من أكثر الواعدة هي خلية وقود الهيدروجين. إن استخدام الهيدروجين في محطات توليد الطاقة يصاحبه إطلاق كبير للطاقة، ويكون العادم الناتج عن مثل هذا الجهاز عبارة عن بخار ماء نقي أو ماء شرب، وهو ما لا يشكل أي خطر على البيئة.

وقد أثار الاختبار الناجح لخلايا الوقود من هذا النوع على المركبات الفضائية مؤخرًا اهتمامًا كبيرًا بين الشركات المصنعة للإلكترونيات والمعدات المختلفة. وهكذا قدمت شركة PolyFuel خلية وقود هيدروجينية مصغرة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. لكن التكلفة العالية جدًا لمثل هذا الجهاز والصعوبات في التزود بالوقود دون عوائق تحد من إنتاجه الصناعي وتوزيعه على نطاق واسع. تقوم شركة هوندا أيضًا بإنتاج خلايا وقود السيارات منذ أكثر من 10 سنوات. ومع ذلك، فإن هذا النوع من وسائل النقل لا يتم طرحه للبيع، ولكن فقط للاستخدام الرسمي لموظفي الشركة. السيارات تحت اشراف مهندسين .

يتساءل الكثير من الناس عما إذا كان من الممكن تجميع خلية وقود بأيديهم. بعد كل شيء، ستكون الميزة الكبيرة لجهاز محلي الصنع بمثابة استثمار بسيط، على عكس النموذج الصناعي. بالنسبة للنموذج المصغر، ستحتاج إلى 30 سم من سلك النيكل المطلي بالبلاتين، وقطعة صغيرة من البلاستيك أو الخشب، ومشبك بطارية 9 فولت والبطارية نفسها، وشريط لاصق شفاف، وكوب من الماء، وفولتميتر. سيسمح لك هذا الجهاز برؤية وفهم جوهر العمل، ولكن، بالطبع، لن يكون من الممكن توليد الكهرباء للسيارة.

fb.ru

خلايا الوقود الهيدروجيني: القليل من التاريخ | هيدروجين

في الوقت الحاضر، أصبحت مشكلة نقص موارد الطاقة التقليدية وتدهور بيئة الكوكب ككل بسبب استخدامها حادة بشكل خاص. ولهذا السبب، تم في الآونة الأخيرة إنفاق موارد مالية وفكرية كبيرة على تطوير بدائل واعدة محتملة للوقود الهيدروكربوني. وقد يصبح الهيدروجين مثل هذا البديل في المستقبل القريب جداً، إذ أن استخدامه في محطات توليد الطاقة يصاحبه إطلاق كمية كبيرة من الطاقة، ويكون العادم عبارة عن بخار ماء، أي أنه لا يشكل خطراً على البيئة.

على الرغم من بعض الصعوبات التقنية التي لا تزال موجودة في تنفيذ خلايا الوقود المعتمدة على الهيدروجين، فقد أعرب العديد من مصنعي السيارات عن تقديرهم للوعد الذي توفره هذه التكنولوجيا ويقومون بالفعل بتطوير نماذج أولية لسيارات الإنتاج القادرة على استخدام الهيدروجين كوقود رئيسي. في عام ألفين وأحد عشر، قدمت شركة Daimler AG نماذج مفاهيمية من مرسيدس-بنز مزودة بمحطات طاقة هيدروجينية. وبالإضافة إلى ذلك، أعلنت شركة Hyndayi الكورية رسميًا أنها لم تعد تنوي تطوير سيارات كهربائية، ولكنها ستركز كل جهودها على تطوير سيارة هيدروجينية بأسعار معقولة.

على الرغم من أن فكرة استخدام الهيدروجين كوقود ليست غريبة بالنسبة للكثيرين، إلا أن معظمهم ليس لديهم فكرة عن كيفية عمل خلايا الوقود التي تستخدم الهيدروجين وما هو ملحوظ فيها.

لفهم أهمية هذه التكنولوجيا، نقترح النظر في تاريخ خلايا الوقود الهيدروجيني.

أول شخص وصف إمكانية استخدام الهيدروجين في خلية الوقود كان الألماني كريستيان فريدريش. في عام 1838، نشر عمله في مجلة علمية مشهورة في ذلك الوقت.

في العام التالي، تم إنشاء نموذج أولي لبطارية هيدروجين قابلة للتشغيل بواسطة قاضٍ من Uhls، السير ويليام روبرت جروف. ومع ذلك، كانت قوة الجهاز صغيرة جدًا حتى بمعايير ذلك الوقت، لذلك كان استخدامه العملي غير وارد.

أما مصطلح "خلية الوقود" فيعود الفضل في وجوده إلى العلماء لودفيج موند وتشارلز لانجر، اللذين حاولا في عام 1889 إنشاء خلية وقود تعمل بالهواء وغاز فرن فحم الكوك. وفقا لمصادر أخرى، تم استخدام هذا المصطلح لأول مرة من قبل ويليام وايت جاك، الذي قرر لأول مرة استخدام حمض الفوسفوريك في المنحل بالكهرباء.

وفي العشرينيات من القرن الماضي، تم إجراء عدد من الدراسات في ألمانيا، والتي أسفرت عن اكتشاف خلايا وقود الأكسيد الصلب وطرق استخدام دورة الكربونات. ومن الجدير بالذكر أن هذه التقنيات تستخدم بفعالية في عصرنا.

في عام 1932، بدأ المهندس فرانسيس تي بيكون العمل على البحث المباشر في خلايا الوقود المعتمدة على الهيدروجين. قبله، استخدم العلماء مخططًا ثابتًا - حيث تم وضع أقطاب البلاتين المسامية في حمض الكبريتيك. يكمن العيب الواضح لمثل هذا المخطط في المقام الأول في تكلفته العالية غير المبررة بسبب استخدام البلاتين. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام حمض الكبريتيك الكاوي يشكل تهديدًا على صحة الباحثين، وأحيانًا على حياتهم. قرر بيكون تحسين الدائرة واستبدل البلاتين بالنيكل، واستخدم تركيبة قلوية كمحلول كهربائي.

بفضل العمل الإنتاجي لتحسين تقنيته، قدم بيكون بالفعل في عام 1959 لعامة الناس خلية وقود الهيدروجين الأصلية، والتي أنتجت 5 كيلووات ويمكنها تشغيل آلة لحام. أطلق على الجهاز المقدم اسم "Bacon Cell".

وفي أكتوبر من نفس العام، تم إنشاء جرار فريد يعمل بالهيدروجين وينتج قوة عشرين حصانًا.

وفي ستينيات القرن العشرين، طورت شركة جنرال إلكتريك الأمريكية المخطط الذي طوره بيكون وطبقته على برنامجي أبولو وناسا جيميني الفضائيين. توصل خبراء من وكالة ناسا إلى استنتاج مفاده أن استخدام المفاعل النووي مكلف للغاية وصعب من الناحية الفنية وغير آمن. بالإضافة إلى ذلك، كان علينا التخلي عن استخدام البطاريات مع الألواح الشمسية بسبب أبعادها الكبيرة. كان حل المشكلة هو خلايا الوقود الهيدروجينية القادرة على إمداد المركبة الفضائية بالطاقة وطاقمها بالمياه النظيفة.

تم بناء أول حافلة تستخدم الهيدروجين كوقود في عام 1993. وتم تقديم النماذج الأولية لسيارات الركاب التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بالفعل في عام 1997 من قبل ماركات السيارات العالمية مثل تويوتا ودايملر بنز.

من الغريب بعض الشيء أن الوقود الواعد الصديق للبيئة الذي تم بيعه في السيارة قبل خمسة عشر عامًا لم ينتشر بعد على نطاق واسع. هناك أسباب كثيرة لذلك، ربما يكون أهمها سياسيًا والمطالبة بإنشاء البنية التحتية المناسبة. دعونا نأمل أن يظل للهيدروجين كلمته ويصبح منافسًا كبيرًا للسيارات الكهربائية. (odnaknopka)

powercraft.org

تم الإنشاء في 14/07/2012 20:44 المؤلف: أليكسي نوركين

إن مجتمعنا المادي بدون طاقة لا يمكن أن يتطور فحسب، بل حتى أن يوجد على الإطلاق. أين تأتي الطاقة من؟ حتى وقت قريب، استخدم الناس طريقة واحدة فقط للحصول عليها؛ لقد حاربنا الطبيعة، وأحرقنا الجوائز التي تم الحصول عليها في أفران المواقد المنزلية الأولى، ثم القاطرات البخارية ومحطات الطاقة الحرارية القوية.

لا توجد ملصقات على الكيلوواط/ساعة التي يستهلكها الشخص العادي في العصر الحديث تشير إلى عدد السنوات التي عملت فيها الطبيعة حتى يتمكن الإنسان المتحضر من الاستمتاع بفوائد التكنولوجيا، وعدد السنوات التي لا يزال يتعين عليها العمل فيها لتخفيف الضرر الذي لحق بالإنسان. لها بهذه الحضارة. ومع ذلك، هناك فهم متزايد في المجتمع بأن الشاعرة الوهمية ستنتهي عاجلاً أم آجلاً. يبتكر الناس بشكل متزايد طرقًا لتوفير الطاقة لتلبية احتياجاتهم بأقل قدر من الضرر للطبيعة.

خلايا الوقود الهيدروجيني هي الكأس المقدسة للطاقة النظيفة. فهي تعالج الهيدروجين، وهو أحد العناصر المشتركة في الجدول الدوري، وتطلق الماء فقط، وهو المادة الأكثر شيوعًا على الكوكب. الصورة الوردية يفسدها عدم حصول الناس على الهيدروجين كمادة. يوجد الكثير منه، ولكن فقط في حالة مقيدة، واستخراجه أصعب بكثير من ضخ النفط من الأعماق أو استخراج الفحم.

أحد الخيارات لإنتاج الهيدروجين النظيف والصديق للبيئة هو خلايا الوقود الميكروبية (MTB)، التي تستخدم الكائنات الحية الدقيقة لتحليل الماء إلى أكسجين وهيدروجين. ليس كل شيء سلسًا هنا أيضًا. تقوم الميكروبات بعمل ممتاز في إنتاج الوقود النظيف، ولكن لتحقيق الكفاءة المطلوبة عمليًا، يتطلب MTB محفزًا يعمل على تسريع أحد التفاعلات الكيميائية للعملية.

هذا المحفز هو المعدن الثمين البلاتيني، الذي تجعل تكلفته استخدام MTB غير مبرر اقتصاديًا ومستحيلًا عمليًا.

لقد وجد علماء من جامعة ويسكونسن-ميلووكي بديلاً للمحفز الباهظ الثمن. وبدلاً من البلاتين، اقترحوا استخدام أعواد نانوية رخيصة مصنوعة من مزيج من الكربون والنيتروجين والحديد. يتكون المحفز الجديد من قضبان الجرافيت مع النيتروجين المدمج في الطبقة السطحية ونوى كربيد الحديد. وخلال ثلاثة أشهر من اختبار المنتج الجديد، أظهر المحفز قدرات أعلى من تلك التي يتمتع بها البلاتين. وتبين أن تشغيل الأنابيب النانوية أكثر استقرارًا وقابلية للتحكم.

والأهم من ذلك أن من بنات أفكار علماء الجامعة أرخص بكثير. وبالتالي، فإن تكلفة محفزات البلاتين تبلغ حوالي 60% من تكلفة MTB، في حين أن تكلفة الأنابيب النانوية تقع في حدود 5% من سعرها الحالي.

وفقًا لمبتكر الأنابيب النانوية التحفيزية، البروفيسور جونهونج تشين: "يمكن لخلايا الوقود تحويل الوقود مباشرة إلى كهرباء. معًا، يمكن توصيل الطاقة الكهربائية من المصادر المتجددة حيثما تكون هناك حاجة إليها بطريقة نظيفة وفعالة ومستدامة.

يدرس البروفيسور تشين وفريقه من الباحثين الآن الخصائص الدقيقة للمحفز. هدفهم هو إعطاء اختراعهم تركيزًا عمليًا، لجعله مناسبًا للإنتاج والاستخدام بكميات كبيرة.

بناءً على مواد من Gizmag

www.facepla.net

خلايا وقود الهيدروجين وأنظمة الطاقة

قد تصبح السيارة التي تعمل بالطاقة المائية حقيقة واقعة قريبًا وسيتم تركيب خلايا وقود الهيدروجين في العديد من المنازل...

تكنولوجيا خلايا الوقود الهيدروجينية ليست جديدة. بدأ الأمر في عام 1776، عندما اكتشف هنري كافنديش لأول مرة الهيدروجين أثناء إذابة المعادن في الأحماض المخففة. تم اختراع أول خلية وقود هيدروجينية في عام 1839 على يد ويليام جروف. ومنذ ذلك الحين، تم تحسين خلايا الوقود الهيدروجيني تدريجيًا، ويتم تركيبها الآن في المكوكات الفضائية، لتزويدها بالطاقة وتكون بمثابة مصدر للمياه. اليوم، تكنولوجيا خلايا الوقود الهيدروجيني على وشك الوصول إلى السوق الشامل، في السيارات والمنازل والأجهزة المحمولة.

في خلية الوقود الهيدروجيني، يتم تحويل الطاقة الكيميائية (على شكل هيدروجين وأكسجين) مباشرة (بدون احتراق) إلى طاقة كهربائية. تتكون خلية الوقود من الكاثود والأقطاب الكهربائية والأنود. يتم تغذية الهيدروجين إلى القطب الموجب، حيث يتم فصله إلى بروتونات وإلكترونات. البروتونات والإلكترونات لها طرق مختلفة للوصول إلى الكاثود. تنتقل البروتونات عبر القطب إلى الكاثود، وتنتقل الإلكترونات حول خلايا الوقود للوصول إلى الكاثود. وتولد هذه الحركة طاقة كهربائية قابلة للاستخدام فيما بعد. وعلى الجانب الآخر، تتحد بروتونات وإلكترونات الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء.

تعد المحللات الكهربائية إحدى طرق استخلاص الهيدروجين من الماء. هذه العملية هي في الأساس عكس ما يحدث مع خلية وقود الهيدروجين. يتكون المحلل الكهربائي من أنود وخلية كهروكيميائية وكاثود. يتم تطبيق الماء والجهد على الأنود، الذي يقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. يمر الهيدروجين عبر الخلية الكهروكيميائية إلى الكاثود ويتم توفير الأكسجين مباشرة إلى الكاثود. ومن هناك يمكن استخلاص الهيدروجين والأكسجين وتخزينهما. خلال الأوقات التي لا تكون هناك حاجة لإنتاج الكهرباء، يمكن إزالة الغاز المتراكم من منشأة التخزين وإعادته عبر خلية الوقود.

يستخدم هذا النظام الهيدروجين كوقود، وربما يكون هذا هو سبب وجود العديد من الأساطير حول سلامته. بعد انفجار هيندنبورغ، أصبح الكثير من الناس بعيدين عن العلم وحتى بعض العلماء يعتقدون أن استخدام الهيدروجين أمر خطير للغاية. لكن الأبحاث الحديثة أظهرت أن سبب هذه المأساة كان مرتبطا بنوع المادة التي استخدمت في البناء، وليس بالهيدروجين الذي تم ضخه داخله. وبعد اختبار سلامة تخزين الهيدروجين، تبين أن تخزين الهيدروجين في خلايا الوقود أكثر أماناً من تخزين البنزين في خزان وقود السيارة.

ما هي تكلفة خلايا الوقود الهيدروجينية الحديثة؟ تقدم الشركات حاليًا أنظمة وقود الهيدروجين التي تنتج الطاقة بحوالي 3000 دولار لكل كيلووات. أثبتت أبحاث التسويق أنه عندما تنخفض التكلفة إلى 1500 دولار لكل كيلووات، سيكون المستهلكون في سوق الطاقة الشامل جاهزين للتحول إلى هذا النوع من الوقود.

لا تزال مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية أكثر تكلفة من مركبات محركات الاحتراق الداخلي، لكن الشركات المصنعة تستكشف طرقًا لرفع السعر إلى مستويات مماثلة. في بعض المناطق النائية حيث لا توجد خطوط كهرباء، قد يكون استخدام الهيدروجين كوقود أو تشغيل المنزل بشكل مستقل أكثر اقتصادا الآن من، على سبيل المثال، بناء البنية التحتية لمصادر الطاقة التقليدية.

لماذا لا تزال خلايا الوقود الهيدروجينية غير مستخدمة على نطاق واسع؟ في الوقت الحالي، تعتبر تكلفتها العالية هي المشكلة الرئيسية لانتشار خلايا الوقود الهيدروجيني. أنظمة وقود الهيدروجين ببساطة ليس لديها طلب كبير في الوقت الحالي. ومع ذلك، فإن العلم لا يقف ساكناً، وفي المستقبل القريب قد تصبح السيارة التي تعمل بالمياه حقيقة واقعة.

www.tesla-tehnika.biz

قم بإعداد كل ما تحتاجه.لصنع خلية وقود بسيطة، ستحتاج إلى 12 بوصة من السلك البلاتيني أو المطلي بالبلاتين، وعصا المصاصة، وبطارية 9 فولت وحامل البطارية، وشريط لاصق شفاف، وكوب من الماء، وملح الطعام (اختياري)، ومعدن رقيق. قضيب، وفولتميتر.

  • يمكن شراء بطارية 9 فولت وحامل البطارية من متجر الأجهزة الإلكترونية أو متجر الأجهزة.

قطع قطعتين بطول 15 سم من السلك البلاتيني أو المطلي بالبلاتين.يستخدم السلك البلاتيني لأغراض خاصة ويمكن شراؤه من متجر الإلكترونيات. سيكون بمثابة محفز للتفاعل.

  • لف قطعًا من الأسلاك حول قضيب معدني رفيع لتكوين شكل الزنبركات.ستكون هذه أقطاب خلية الوقود. أمسك نهاية السلك ولفه بإحكام حول القضيب لإنشاء زنبرك لولبي. قم بإزالة السلك الأول من القضيب ولف القطعة الثانية من السلك.

    • يمكنك استخدام مسمار أو شماعة سلكية أو مسبار اختبار كقضيب لف السلك.

  • قطع أسلاك حامل البطارية إلى النصف.خذ قواطع الأسلاك، وقم بقطع كلا السلكين المتصلين بالحامل إلى النصف وإزالة العزل منهما. سوف تقوم بتوصيل هذه الأسلاك العارية إلى الأقطاب الكهربائية.

    • باستخدام الجزء المناسب من قواطع الأسلاك، قم بإزالة المادة العازلة من أطراف السلك. قم بإزالة العزل من أطراف الأسلاك التي قطعتها من حامل البطارية.
    • قطع الأسلاك تحت إشراف الكبار.

  • قم بتوصيل أطراف الأسلاك، مجردة من العزل، إلى الأقطاب الكهربائية.قم بتوصيل الأسلاك بالأقطاب الكهربائية بحيث يمكنك بعد ذلك توصيل مصدر طاقة (حامل البطارية) ومقياس الفولتميتر لتحديد مقدار الجهد الذي تنتجه خلية الوقود.

    • قم بلف سلك حامل البطارية الأحمر والسلك الأحمر المقطوع حول الطرف العلوي لإحدى بكرات السلك، مع ترك معظمه حرًا.
    • لف الطرف العلوي من الملف الثاني بسلك حامل البطارية الأسود والسلك الأسود المقطوع.

  • قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بعصا المصاصة أو قضيب خشبي.يجب أن تكون عصا المصاصة أطول من عنق كوب الماء حتى يمكن وضعها فوقها. قم بلصق الأقطاب الكهربائية بحيث تتدلى من العصا وتسقط في الماء.

    • يمكنك استخدام شريط شفاف أو شريط كهربائي. الشيء الرئيسي هو أن الأقطاب الكهربائية متصلة بشكل آمن بالعصا.

  • صب ماء الصنبور أو الماء المالح في كوب.لكي يحدث التفاعل، يجب أن يحتوي الماء على إلكتروليتات. الماء المقطر غير مناسب لهذا، لأنه لا يحتوي على شوائب يمكن أن تكون بمثابة إلكتروليتات. لكي يستمر التفاعل الكيميائي بشكل طبيعي، يمكنك إذابة الملح أو صودا الخبز في الماء.

    • تحتوي مياه الصنبور العادية أيضًا على شوائب معدنية، لذا يمكن استخدامها كمحلول إلكتروليت إذا لم يكن لديك ملح في متناول اليد.
    • أضف الملح أو صودا الخبز بمعدل ملعقة كبيرة (20 جرام) لكل كوب من الماء. حرك الماء حتى يذوب الملح أو صودا الخبز تمامًا.

  • ضع عصا ذات أقطاب كهربائية على عنق كوب من الماء.في هذه الحالة، يجب غمر الأقطاب الكهربائية على شكل نوابض سلكية تحت الماء لمعظم طولها، باستثناء نقاط التلامس مع أسلاك حامل البطارية. يجب أن يكون سلك البلاتين فقط تحت الماء.

    • إذا لزم الأمر، قم بتأمين العصا بشريط لاصق للحفاظ على الأقطاب الكهربائية في الماء.

  • قم بتوصيل الأسلاك القادمة من الأقطاب الكهربائية بمصباح الفولتميتر أو مصباح LED.باستخدام الفولتميتر، يمكنك تحديد الجهد الناتج عن خلية الوقود المنشطة. قم بتوصيل السلك الأحمر بالطرف الموجب والسلك الأسود بالطرف السالب للفولتميتر.

    • في هذه المرحلة، قد يظهر الفولتميتر قيمة صغيرة، على سبيل المثال 0.01 فولت، على الرغم من أن الجهد عبره يجب أن يكون صفرًا.
    • يمكنك أيضًا توصيل لمبة إضاءة صغيرة، مثل مصباح يدوي أو LED.

    • قصة

    يبدو أن العنصر الأول مصنوع من قلم رصاص روسي بسيط (هذا مهم)، وكان الجسم عبارة عن سدادة بيرة. تم تسخين كل هذا على موقد المطبخ. كان المنحل بالكهرباء عبارة عن مسحوق منظف أنابيب Digger، وهو NaOH وفقًا للملصق. منذ أن تمكنت من الحصول على بعض التيار، اعتقدت أنه ربما يمكن لمثل هذا العنصر أن يعمل حقًا. بدأت علب الصفيح تتسرب من طبقاتها (تآكل اللحام بسبب القلويات)، ولا أتذكر حتى ما هي النتائج. للحصول على تجربة أكثر جدية، اشتريت الطاغوت الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك، لم ينجح شيء معها. لم يكن الجهد 0.5 فولت فقط، بل تم توجيهه أيضًا في الاتجاه الخاطئ. واتضح أيضًا أن الفحم الناتج عن أقلام الرصاص يحب حقًا أن ينهار إلى الأجزاء المكونة له. على ما يبدو، فهي ليست مصنوعة من بلورة الجرافيت الصلبة، ولكن يتم لصقها معًا من الغبار. نفس المصير حلت بقضبان بطاريات AA. اشترينا أيضًا فرشًا من بعض المحركات الكهربائية، لكن الأماكن التي يدخل فيها سلك الإمداد إلى الفرشاة سرعان ما أصبحت غير صالحة للاستخدام. بالإضافة إلى ذلك، تبين أن زوجًا واحدًا من الفرش يحتوي على النحاس أو بعض المعادن الأخرى (يحدث هذا مع الفرش).

    قررت بخدش رأسي أنه من أجل الموثوقية سيكون من الأفضل صنع الوعاء من الفضة والفحم باستخدام التكنولوجيا التي وصفها جاكو، أي تلبيد. تكلف الفضة أموالاً معتدلة (تتقلب الأسعار، ولكن في مكان ما حوالي 10-20 روبل لكل جرام). لقد قابلت الشاي الذي يكلف أكثر من ذلك بكثير.

    ومن المعروف أن الفضة تكون مستقرة في ذوبان NaOH، بينما يعطي الحديد فرات مثل Na2FeO4. وبما أن الحديد بشكل عام لديه تكافؤ متغير، فإن أيوناته يمكن أن تسبب "ماس كهربائي" في العنصر، على الأقل من الناحية النظرية. لذلك قررت أولاً التحقق من حالة الفضة لأنها أسهل. أولاً، تم شراء ملعقة مطلية بالفضة من النيكل، وعند اختبارها بالفرش، تبين على الفور أنها 0.9 فولت من الدائرة المفتوحة بالقطبية المطلوبة، بالإضافة إلى تيار كبير إلى حد ما. بعد ذلك (ليس عمليًا، ولكن نظريًا) اتضح أن الفضة يمكن أن تذوب أيضًا في القلويات في وجود بيروكسيد الصوديوم Na2O2، الذي يتشكل بكميات معينة عند نفخ الهواء. لا أعرف ما إذا كان هذا يحدث في العنصر أم أن الفضة آمنة تحت حماية الكربون.

    الملعقة لم تعيش طويلا. تضخمت الطبقة الفضية وتوقفت عن العمل. Cupronickel غير مستقر في القلويات (مثل معظم المواد الموجودة في العالم). بعد ذلك، صنعت كوبًا خاصًا من العملة الفضية، أنتج قوة قياسية قدرها 0.176 واط.

    كل هذا تم في شقة عادية في المدينة في المطبخ. لم أتعرض لحروق خطيرة أبدًا، ولم أشعل حريقًا، ولم أسكب الغسول المنصهر على الموقد إلا مرة واحدة (تآكل المينا على الفور). تم استخدام أبسط أداة. إذا تمكنت من معرفة النوع الصحيح من الحديد والتركيب الصحيح للكهارل، فيمكن لكل رجل غير مسلح أن يصنع مثل هذا العنصر على ركبته.

    في عام 2008، تم تحديد عدة "أنواع الحديد الصحيحة". على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ الآمن غذائيًا، وعلب الصفيح، والفولاذ الكهربائي للدوائر المغناطيسية، بالإضافة إلى الفولاذ منخفض الكربون - st1ps، st2ps. كلما قل الكربون، كلما كان الأداء أفضل. يبدو أن الفولاذ المقاوم للصدأ يعمل بشكل أسوأ من الحديد النقي (بالمناسبة، فهو أغلى بكثير). حديد "الصفائح النرويجية"، المعروف أيضًا باسم السويدي، هو حديد تم تصنيعه باستخدام الفحم النباتي في السويد باستخدام الفحم النباتي ولا يحتوي على أكثر من 0.04% من الكربون. حاليًا، لا يمكن العثور على هذا المحتوى المنخفض من الكربون إلا في الفولاذ الكهربائي. ربما يكون من الأفضل صنع الأكواب عن طريق ختمها من صفائح الفولاذ الكهربائية

    صنع كوب من الفضة

    وفي عام 2008، اتضح أن الكوب الحديدي أيضًا يعمل بشكل جيد، لذلك أقوم بإزالة كل ما يلامس الكوب الفضي. لقد كان الأمر مثيرًا للاهتمام، لكنه لم يعد ذا صلة الآن.

    يمكنك تجربة استخدام الجرافيت. ولكن لم يكن لدي الوقت. لقد طلبت من السائق تركيبًا لأبواق حافلة الترولي، لكن هذا كان بالفعل في نهاية ملحمتي التجريبية. يمكنك أيضًا تجربة الفرش المصنوعة من المحركات، لكنها غالبًا ما تكون مصنوعة من النحاس، مما ينتهك نقاء التجربة. كان لدي خياران للفرش، تبين أن أحدهما مصنوع من النحاس. لا تنتج أقلام الرصاص أي نتائج لأنها تحتوي على مساحة سطحية صغيرة ومن غير المناسب سحب التيار منها. تتفكك قضبان البطارية في القلويات
    (يحدث شيء للموثق). بشكل عام، الجرافيت هو أسوأ وقود للعنصر لأنه... فهو الأكثر مقاومة كيميائياً. ولذلك، فإننا نصنع القطب "بصراحة". نحن نأخذ الفحم (اشتريت فحم البتولا لحفلات الشواء من السوبر ماركت)، ونطحنه جيدًا قدر الإمكان (قمت بطحنه أولاً في ملاط ​​خزفي، ثم اشتريت مطحنة قهوة). في الصناعة، تُصنع الأقطاب الكهربائية من عدة أجزاء من الفحم، ويتم خلطها مع بعضها البعض. لا شيء يمنعك من أن تفعل الشيء نفسه. يتم حرق المسحوق لزيادة التوصيل الكهربائي: يجب تسخينه لعدة دقائق إلى أعلى درجة حرارة ممكنة (1000 أو أكثر). وبطبيعة الحال، دون الوصول إلى الهواء.

    لهذا قمت بصنع قالب من علبتين من الصفيح متداخلتين داخل بعضهما البعض. يتم تكديس قطع من الطين الجاف بينهما للعزل الحراري. يتم ثقب الجزء السفلي من العلبتين بحيث يكون هناك مجال لنفخ الهواء. العلبة الداخلية مملوءة بالفحم (الذي يعمل كوقود) ومن بينها صندوق معدني - "بوتقة" ، كما أخرجتها من علبة من الصفيح. يتم تعبئة مسحوق الفحم المغلف في كيس ورقي في الصندوق. يجب أن تكون هناك فجوة بين حزمة الفحم وجدران "البوتقة". وهي مغطاة بالرمل لمنع دخول الهواء. يتم إشعال الفحم، ثم يتم نفخه من خلال الثقوب الموجودة في الأسفل باستخدام مجفف شعر عادي. كل هذا يمثل خطرًا كبيرًا على الحريق - فالشرر يتطاير. أنت بحاجة إلى نظارات أمان، وتحتاج أيضًا إلى التأكد من عدم وجود ستائر أو براميل بنزين أو غيرها من مخاطر الحريق في مكان قريب. سيكون من الأفضل، بطريقة جيدة، القيام بمثل هذه الأشياء في مكان ما على العشب الأخضر خلال موسم الأمطار (في الاستراحة بين هطول الأمطار). آسف، ولكني كسول جدًا بحيث لا أستطيع رسم هذا الهيكل بأكمله. أعتقد أنه يمكنك التخمين بدوني.

    بعد ذلك، تتم إضافة كمية معينة من السكر إلى المسحوق المحترق بالعين (ربما من الثلث إلى النصف). هذا هو الموثق. ثم - القليل من الماء (عندما كانت يدي متسخة وكسولة للغاية بحيث لا أستطيع فتح الصنبور، بصقت فيه وأضفت البيرة بدلاً من الماء، لا أعرف مدى أهمية ذلك؛ فمن الممكن أن تكون المادة العضوية مهمة. "كل هذا يتم خلطه جيدًا في الملاط. يجب أن تكون النتيجة كتلة بلاستيكية. من هذه الكتلة تحتاج إلى تشكيل قطب كهربائي. كلما قمت بضغطه بشكل أفضل، كان ذلك أفضل. أخذت قطعة أنبوبية مسدودة وطرقت الفحم في الأنبوب باستخدام أنبوب أصغر باستخدام المطرقة.حتى لا ينهار المنتج عند إزالته من الأنبوب، قبل الحشو، تم إدخال عدة حواف ورقية في الأنبوب.يجب أن يكون القابس قابلاً للإزالة، والأفضل إذا تم نشر الأنبوب بالطول وتوصيلها بالمشابك. ثم بعد الضغط، يمكنك ببساطة فصل المشابك والحصول على الفحم الفارغ آمنًا وسليمًا. في حالة وجود قابس قابل للإزالة، ستحتاج إلى الضغط على قطعة العمل النهائية من
    الأنابيب (في هذه الحالة قد تنهار). كان قطر الفحم الخاص بي 1.2-1.5 سم وطوله 4-5 سم.

    يتم تجفيف الشكل النهائي. للقيام بذلك، قمت بتشغيل موقد الغاز على نار منخفضة جدًا، ووضعت عليه علبة فارغة مقلوبة رأسًا على عقب، ووضعت الفحم في الأسفل. يجب أن يكون التجفيف بطيئًا بدرجة كافية حتى لا يمزق بخار الماء قطعة العمل. بعد أن يتبخر كل الماء، سيبدأ السكر في "الغليان". سوف يتحول إلى كراميل ويلصق قطع الفحم معًا.

    بعد التبريد، تحتاج إلى حفر ثقب دائري طولي (على طول محور التماثل) في الفحم الذي سيتم إدخال قطب التفريغ فيه. قطر الثقب - لا أتذكر، أعتقد أنه كان 4 ملم. مع هذا الإجراء، قد يكون كل شيء مغطى بالفعل، لأن الهيكل هش. قمت أولاً بالحفر باستخدام مثقاب 2 مم، ثم قمت بتوسيعه بعناية (يدويًا) باستخدام مثاقب 3 مم و4 مم، أو حتى ملف إبرة، لا أتذكر بالضبط. من حيث المبدأ، يمكن إجراء هذا الثقب بالفعل في مرحلة التشكيل. لكن هذا -
    الفروق الدقيقة.

    بعد تجفيف كل شيء وحفره، تحتاج إلى إطلاق النار عليه. الفكرة العامة هي أنه مع زيادة سلسة إلى حد ما في درجة الحرارة، من الضروري إخضاع الفحم لتدفئة قوية وموحدة دون وصول الهواء لبعض الوقت (حوالي 20 دقيقة). تحتاج إلى تسخينه تدريجيًا وتبريده أيضًا. درجة الحرارة - كلما ارتفعت كلما كان ذلك أفضل. ويفضل أن يكون أكثر من 1000. كان لدي
    تسخين الحديد البرتقالي (أقرب إلى الأبيض) في حدادة مؤقتة. يتم تشغيل الأقطاب الكهربائية الصناعية لعدة أيام، مع إمداد وإزالة سلسة للغاية للحرارة. بعد كل شيء، هذا هو في الأساس السيراميك، وهو هش. لا أستطيع أن أضمن أن الفحم لن ينكسر. فعلت كل شيء بالعين. تتشقق بعض أنواع الفحم فور استخدامها.

    لذلك، الفحم جاهز. يجب أن يكون لديها أقل قدر ممكن من المقاومة. عند قياس المقاومة، لا يجب أن تلمس الفحم بإبر جهاز الاختبار، ولكن خذ سلكين مجدولين، وقم بإمالتهما على جانبي الفحم (ليس على أطراف القضيب، ولكن ببساطة على طول القطر) واضغط بقوة باستخدام أصابعك (فقط حتى لا تتشقق)، انظر الشكل، في الشكل، الكتلة الوردية غير المتبلورة هي أصابع تضغط على خيوط السلك.

    إذا كانت المقاومة 0.3-0.4 أوم (كان هذا على حافة حساسية جهاز الاختبار الخاص بي)، فهذا فحم جيد. إذا كانت أكثر من 2-3 أوم، فهي سيئة (كثافة الطاقة ستكون صغيرة). إذا كان الفحم غير ناجح، يمكنك تكرار إطلاق النار.

    بعد إطلاق النار، نصنع قطب التفريغ. هذا شريط من الفضة أو الحديد - 2008طول يساوي ضعف أو أقل قليلا من طول الفحم،
    العرض - قطر الفتحتين. سمك - دعنا نقول 0.5 ملم. منه تحتاج إلى لف الأسطوانة التي يساوي قطرها الخارجي
    حفرة قطرها. لكن الاسطوانة لن تعمل، لأن العرض صغير جدا، وسوف تتحول إلى اسطوانة مع فتحة طولية. هذه الفتحة مهمة للتعويض عن التمدد الحراري. إذا صنعت أسطوانة كاملة، فإن الفضة سوف تنفجر الفحم عند تسخينه.
    نقوم بإدخال "الاسطوانة" في الفحم. تحتاج إلى التأكد من ملاءمته بإحكام للفتحة. هناك جانبان لهذا الأمر: فالاستخدام المفرط للقوة من شأنه أن يكسر الفحم؛ والقليل للغاية من القوة لن يؤدي إلى حدوث اتصال كافٍ (وهذا مهم للغاية). انظر الصورة.

    لم يتم إنشاء هذا التصميم على الفور، فهو يبدو لي أكثر كمالا من تلك المشابك المرسومة في براءة اختراع جاكو. أولا، مع مثل هذا الاتصال، لا يتدفق التيار على طول، ولكن على طول نصف قطر الفحم الأسطواني، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من الخسائر الكهربائية. ثانيًا، تتمتع المعادن بمعامل تمدد حراري أعلى من معامل التمدد الحراري للفحم، وبالتالي يضعف اتصال الفحم بالمشبك المعدني عند تسخينه. في حالتي، يقوي الاتصال أو يحافظ على قوته. ثالثا، إذا لم يكن قطب التفريغ مصنوعا من الفضة، فإن الكربون يحميه من الأكسدة. اسرعوا واعطوني براءة اختراع!

    يمكنك الآن قياس المقاومة مرة أخرى؛ سيكون أحد القطبين هو القطب الذي يحمل التيار. بالمناسبة، جهاز الاختبار الخاص بي لديه 0.3 أوم - وهذا هو بالفعل حد الحساسية، لذلك من الأفضل تمرير تيار بجهد معروف وقياس قوته.

    مزود الهواء

    نحن نأخذ قضيبًا فولاذيًا من قلم حبر جاف ذي سعة كبيرة. ويفضل أن تكون فارغة. نزيل الكتلة بالكرة منه - وما يتبقى هو مجرد أنبوب حديدي. نقوم بإزالة المعجون المتبقي بعناية (لم أفعل ذلك جيدًا وأصبح المعجون متفحمًا فيما بعد، مما جعل الحياة صعبة). أولا يتم ذلك بالماء، ثم من الأفضل إشعال القضيب في لهب الموقد عدة مرات. سوف يتحلل الحبر حراريًا، تاركًا وراءه الكربون الذي يمكن استخلاصه.

    بعد ذلك، نجد أنبوبًا آخر لتوصيل هذا القضيب (سيكون ساخنًا) بأنبوب PVC الممتد من ضاغط الحوض، والذي يستخدم لتكييف الأسماك. كل شيء يجب أن يكون ضيقا إلى حد ما. نضع مشبكًا قابلًا للتعديل على أنبوب PVC، لأنه حتى أضعف الضاغط ينتج الكثير من الهواء. من الناحية المثالية، تحتاج إلى صنع أنبوب فضي، وليس فولاذي، وقد نجحت في ذلك، لكنني لم أتمكن من ضمان وجود اتصال محكم بين الأنبوب الفضي وخط PVC. تسمم الأنابيب المتوسطة الهواء بقوة (بسبب نفس الفجوات الحرارية)، لذلك استقرت في النهاية على قضيب فولاذي. بالطبع هذه المشكلة يمكن حلها، لكن ما عليك سوى قضاء الوقت والجهد في ذلك واختيار الهاتف المناسب للحالة. بشكل عام، في هذا الجزء انحرفت كثيرًا عن براءة اختراع جاكو. لم أتمكن من صنع وردة مثل تلك التي رسمها (ولأكون صادقًا، لم ألقي نظرة على تصميمها جيدًا في ذلك الوقت).

    من المفيد هنا إجراء استطراد قصير ومناقشة كيف أساء جاكو فهم عمل عنصره. من الواضح أن الأكسجين يتحول إلى شكل أيوني في مكان ما عند الكاثود، وفقًا للصيغة O2 + 4e- = 2O2-، أو تفاعل مشابه حيث يتم تقليل الأكسجين واتحاده مع شيء ما. وهذا يعني أنه من المهم ضمان الاتصال الثلاثي للهواء والكهارل والكاثود. يمكن أن يحدث هذا عندما تتلامس فقاعات الهواء مع معدن الرذاذ والكهارل. أي أنه كلما زاد المحيط الإجمالي لجميع فتحات الرذاذ، كلما زاد التيار. وأيضًا، إذا قمت بصنع كوب بحواف مائلة، فقد يزيد أيضًا سطح التلامس الثلاثي، انظر الشكل.

    خيار آخر هو عندما يتم تقليل الأكسجين المذاب عند الكاثود. في هذه الحالة، منطقة الاتصال الثلاثية ليست ذات أهمية خاصة، ولكنك تحتاج فقط إلى زيادة مساحة سطح الفقاعات إلى الحد الأقصى لتسريع ذوبان الأكسجين. صحيح، في هذه الحالة ليس من الواضح لماذا لا يؤدي الأكسجين المذاب إلى أكسدة الفحم مباشرة، دون تفاعل كهروكيميائي (العمل على "تجاوز" الدائرة الكهربائية). على ما يبدو، في هذه الحالة، فإن الخصائص التحفيزية لمادة الكوب مهمة. حسنًا، هذه كل الكلمات. في أي حال، تحتاج إلى تقسيم الدفق إلى فقاعات صغيرة. المحاولات التي قمت بها للقيام بذلك لم تكن ناجحة بشكل خاص.

    للقيام بذلك، كان من الضروري عمل ثقوب رفيعة، مما تسبب في الكثير من المشاكل.

    أولاً، سرعان ما تنسد الثقوب الرفيعة، وذلك بسبب... يتآكل الحديد والصدأ وبقايا الفحم (تذكر أنه كان هناك معجون قلم هناك ذات مرة) يسقط من القضيب ويسد الثقوب.
    ثانيًا، الثقوب ذات حجم غير متساوٍ ومن الصعب تدفق الهواء من جميع الثقوب في وقت واحد.
    ثالثًا، إذا كان هناك ثقبان قريبان، فهذا يعني أن هناك ميلًا سيئًا لاندماج الفقاعات قبل أن تنفصل.
    رابعا، يقوم الضاغط بتزويد الهواء بشكل غير متساو وهذا يؤثر أيضًا بطريقة أو بأخرى على حجم الفقاعات (على ما يبدو، تنبثق فقاعة واحدة بدفعة واحدة). كل هذا يمكن ملاحظته بسهولة عن طريق سكب الماء في وعاء شفاف واختبار البخاخ فيه. وبطبيعة الحال، القلويات لها لزوجة مختلفة ومعامل توتر سطحي، لذلك عليك أن تتصرف بشكل عشوائي. لم أتمكن أبدا من التغلب على هذه المشاكل وفوق ذلك مشكلة تسرب الهواء بسبب الفجوات الحرارية. وبسبب هذه التسريبات لم يتمكن البخاخ من البدء في العمل، لأن ذلك يتطلب التغلب على قوى التوتر السطحي. وهنا أصبحت عيوب المشابك واضحة تمامًا. بغض النظر عن كيفية تشديدها، فإنها لا تزال تخفف عند تسخينها. ونتيجة لذلك، قمت بالتبديل إلى رذاذ قلم حبر جاف بسيط، والذي أعطى تيارًا واحدًا فقط من الفقاعات. على ما يبدو، للقيام بذلك بشكل طبيعي، تحتاج إلى التخلص بعناية من التسريبات، وتزويد الهواء تحت ضغط كبير (أكثر من ذلك الذي تم إنشاؤه بواسطة ضاغط حوض السمك) ومن خلال الثقوب الصغيرة.

    بصراحة هذا الجزء من التصميم تم تصميمه بشكل سيء ...

    حَشد

    الجميع. دعونا نضع كل ذلك معا. تحتاج إلى تثبيت كل شيء على المشابك بحيث
    1. لم يكن هناك ماس كهربائي من خلال الهيكل الداعم.
    2. لم يلمس الفحم أنبوب نفخ الهواء أو الجدران
    كوب. سيكون هذا صعبًا، نظرًا لأن الفجوات صغيرة، والمشابك واهية، وسوف تتقرقر القلويات عندما يعمل العنصر. ستعمل أيضًا قوة أرخميدس، والتي ستحول كل شيء إلى حيث لا تكون هناك حاجة إليه، وقوة التوتر السطحي، التي تجذب الفحم إلى أشياء أخرى. سوف تصبح الفضة ناعمة عند تسخينها. لذلك، في النهاية، أمسكت الفحم بالكماشة بنهاية قطب التفريغ. كان سيئا. للتشغيل العادي، لا تزال بحاجة إلى صنع غطاء (على ما يبدو، فقط من الخزف - ينقع الطين في القلويات ويفقد قوته، وربما يمكنك استخدام الطين المخبوز). فكرة كيفية صنع هذا الغطاء موجودة في براءة اختراع جاكو. الشيء الرئيسي هو أنه يجب أن يحتفظ بالفحم جيدًا، لأن... حتى مع وجود اختلال طفيف في المحاذاة، فسوف يلمس الكوب في الأسفل. للقيام بذلك، يجب أن يكون لها ارتفاع كبير. لم أتمكن من العثور على مثل هذا الغطاء الخزفي، ولم أتمكن من صنع غطاء من السيراميك من الطين (كل ما حاولت صنعه من الطين تصدع بسرعة، ويبدو أنني أطلقته بشكل خاطئ بطريقة ما). الحيلة الصغيرة الوحيدة هي استخدام غطاء معدني وطبقة من الطين المحترق بشكل سيئ كعزل حراري. وهذا المسار أيضًا ليس بهذه السهولة.

    باختصار، كان تصميم العناصر الخاص بي عديم القيمة أيضًا.

    من الجيد أيضًا تحضير أداة يمكن استخدامها للحصول على قطعة من الفحم قد تسقط من القطب وتسقط في القلويات. قد تسقط قطعة من الفحم وتسقط في القلويات، ثم يحدث ماس كهربائي. كأداة كهذه، كان لدي مشبك فولاذي منحني، أمسكته بالكماشة. نقوم بتوصيل الأسلاك - أحدهما بالمقبض والآخر بالقطب الكهربائي. يمكنك لحامها، على الرغم من أنني استخدمت لوحين معدنيين وربطتهما معًا بمسامير (كلها من مجموعة البناء المعدنية للأطفال). الشيء الرئيسي هو أن نفهم أن الهيكل بأكمله يعمل بجهد منخفض ويجب إجراء جميع التوصيلات بشكل جيد. نقيس المقاومة في حالة عدم وجود إلكتروليت بين الأقطاب الكهربائية - نتأكد من أنها عالية (20 أوم على الأقل). نقيس مقاومة جميع التوصيلات ونتأكد من أنها صغيرة. نقوم بتجميع الدائرة مع الحمل. على سبيل المثال، مقاومة قدرها 1 أوم وأميتر متصلان على التوالي. يتمتع المختبرون بمقاومة منخفضة للأميتر فقط في وضع وحدات قياس الأمبيرات، ومن المستحسن معرفة ذلك مسبقًا. يمكنك إما تشغيل وضع تغيير وحدة الأمبير (سيكون التيار من 0.001 إلى 0.4 أ)، أو بدلاً من مقياس التيار المتسلسل، قم بتشغيل مقياس الفولتميتر بالتوازي (سيكون الجهد من 0.2 إلى 0.9 فولت). من المستحسن توفير القدرة على تغيير الظروف أثناء التجربة لقياس جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة والتيار بحمل 1 أوم. من الأفضل أن يتم تغيير المقاومة أيضًا: 0.5 أوم و1 أوم و2 أوم للعثور على المقاومة التي سيتم من خلالها تحقيق أقصى قدر من الطاقة.

    نقوم بتشغيل الضاغط من الحوض ونشدد المشبك بحيث يتدفق الهواء بالكاد (وبالمناسبة، يجب التحقق من وظيفة خط أنابيب الإمداد عن طريق غمره في الماء. وبما أن كثافة القلويات تبلغ 2.7، فهي يجب أن يتم غمره إلى عمق كبير مناسب، وليس من الضروري إحكام الغلق التام، والشيء الرئيسي هو أنه حتى في مثل هذا العمق يصدر شيء ما صوت قرقرة من نهاية الأنبوب.

    تدابير وقائية

    بعد ذلك يأتي العمل مع القلويات المنصهرة. كيف يمكنني شرح ما هو ذوبان القلويات؟ هل دخل الصابون إلى عينيك؟ إنه أمر غير سار، أليس كذلك؟ لذلك، فإن NaOH المذاب هو أيضًا صابون، حيث يتم تسخينه إلى 400 درجة فقط ومئات المرات من الكاوية.

    إجراءات الحماية عند العمل مع القلويات المنصهرة مطلوبة بشكل صارم!

    أولاً، نظارات السلامة الجيدة ضرورية للغاية. أنا مصاب بقصر النظر، لذا ارتديت نظارتين - نظارة أمان بلاستيكية في الأعلى، ونظارة زجاجية في الأسفل. يجب أن تحمي نظارات السلامة من البقع ليس فقط من الأمام، ولكن أيضًا من الجوانب. شعرت بالأمان في مثل هذه الذخيرة. على الرغم من نظارات السلامة، لا ينصح بتقريب وجهك من الجهاز.

    بالإضافة إلى عينيك، تحتاج أيضًا إلى حماية يديك. لقد فعلت كل شيء بعناية فائقة، وفي النهاية تمكنت من ذلك وعملت مرتديًا قميصًا. يعد هذا مفيدًا ، نظرًا لأن أصغر البقع القلوية التي تقع أحيانًا على يديك تسبب حرقًا لا يسمح لك أن تنسى المادة التي تتعامل معها لعدة أيام.

    لكن، بطبيعة الحال، كانت هناك قفازات على يدي. أولاً، تلك المنزلية المطاطية (وليس الأنحف)، وفوقها - بثور خرقة تخرج من الجزء الخلفي من راحة اليد. بلّلتهم بالماء حتى أتمكن من التعامل مع الأشياء الساخنة. مع هذا الزوج من القفازات، تكون يديك محمية بشكل أو بآخر. ولكن عليك التأكد من أن القفازات الخارجية ليست مبللة أبدًا. تغلي قطرة الماء التي تسقط في المنحل بالكهرباء على الفور، ويتناثر المنحل بالكهرباء جيدًا. إذا حدث هذا (وحدث لي ثلاث مرات)، تنشأ مشاكل في الجهاز التنفسي. في هذه الحالات، حبست أنفاسي على الفور دون إكمال الاستنشاق (ممارسة قوارب الكاياك تساعد على عدم الذعر في مثل هذه المواقف)، وخرجت من المطبخ في أسرع وقت ممكن.

    بشكل عام، لحماية الجهاز التنفسي، هناك حاجة إلى تهوية جيدة أثناء التجربة. في حالتي كانت مجرد مسودة (كانت في الصيف). ولكن من الناحية المثالية ينبغي أن يكون غطاء محرك السيارة أو الهواء الطلق.

    وبما أن بقع الغسول أمر لا مفر منه، فإن كل شيء في المنطقة المجاورة مباشرة للكوب مغطى بدرجة ما من الغسول. إذا كنت تتعامل معها بيديك العاريتين، فقد تصاب بالحروق. ومن الضروري غسل كل شيء بعد الانتهاء من التجربة، بما في ذلك القفازات.

    في حالة الحرق، كان لدي دائمًا وعاء من الماء ووعاء من الخل المخفف في مكان قريب لتحييد القلويات في حالة حدوث حرق شديد. لحسن الحظ، لم يكن الخل مفيدًا أبدًا، ولا أستطيع أن أقول ما إذا كان يستحق استخدامه على الإطلاق. في حالة الحرق، اغسل القلويات فورًا بكمية كبيرة من الماء. هناك أيضًا علاج شعبي للحروق - البول. يبدو أنه يساعد أيضًا.

    العمل في الواقع مع العنصر

    صب NaOH الجاف في كوب (اشتريت Digger لتنظيف الأنابيب). يمكنك إضافة MgO ومكونات أخرى، مثل CaCO3 (مسحوق الأسنان أو الطباشير) أو MgCO3 (كان لدي MgO من الأصدقاء). أشعل الموقد وقم بتسخينه. نظرًا لأن NaOH شديد الاسترطاب، فيجب القيام بذلك على الفور (ويجب إغلاق الكيس الذي يحتوي على NaOH بإحكام). ستكون فكرة جيدة التأكد من أن الزجاج محاط بالحرارة من جميع الجوانب - حيث يعتمد التيار بشدة على درجة الحرارة. وهذا يعني إنشاء غرفة احتراق مرتجلة وتوجيه لهب الموقد إليها (تحتاج أيضًا إلى التأكد من أن الخرطوشة الموجودة في الموقد لا تنفجر ، في رأيي أن هذه الشعلات مصنوعة بشكل سيء للغاية من وجهة النظر هذه ، كما سبق لي كتب، لهذا تحتاج إلى عدم سقوط الغازات الساخنة على العلبة، وكان من الأفضل إبقائها في وضعها الطبيعي، وليس "رأسًا على عقب").
    في بعض الأحيان يكون من المناسب إحضار شعلة الموقد من الأعلى، ولكن هذا بعد ذوبان كل شيء. ثم يتم تسخين أنبوب التفريغ، وقطب التفريغ (والكربون من خلاله)، والجزء العلوي من الزجاج، حيث توجد معظم فقاعات الهواء، في نفس الوقت). إذا كانت ذاكرتي تخدمني بشكل صحيح، فقد تم الحصول على أعظم نتيجة بهذه الطريقة.

    بعد مرور بعض الوقت، ستبدأ القلويات في الذوبان وسيقل حجمها. تحتاج إلى إضافة مسحوق بحيث يكون ارتفاع الزجاج 2/3 بالكامل (سوف تتدفق القلويات بعيدًا بسبب الشعيرية والرش). لم يعمل أنبوب إمداد الهواء بشكل جيد بالنسبة لي (بسبب التمدد الحراري، ستزداد الفجوات والتسريبات، وبسبب إزالة الحرارة الجيدة، يمكن للقلويات الموجودة فيه أن تتصلب). في بعض الأحيان توقف الهواء عن التدفق تمامًا. لإصلاح هذا فعلت ما يلي:
    1. النفخ (زيادة مؤقتة لطيفة في إمدادات الهواء)
    2. قم. (سيكون الضغط أقل وسيقوم الهواء بإزاحة عمود القلويات منه
    أنابيب)
    3. التسخين (أخرجه من الكوب وقم بتسخينه بالموقد حتى تذوب القلويات الموجودة داخل البخاخ).

    بشكل عام، يبدأ العنصر في العمل بشكل جيد عند درجة حرارة شديدة الاحمرار (تبدأ القلويات في التوهج). في الوقت نفسه، تبدأ الرغوة في التدفق (هذا ثاني أكسيد الكربون)، وتسمع أصوات فرقعة مع ومضات (إما أن يكون هيدروجين، أو أن ثاني أكسيد الكربون يحترق، ما زلت لا أفهم).
    لقد تمكنت من تحقيق أقصى قدر من الطاقة يبلغ 0.025 واط/سم2 أو 0.176 واط إجماليًا لكل عنصر، مع مقاومة حمل تبلغ 1.1 أوم. وفي الوقت نفسه، قمت بقياس التيار باستخدام مقياس التيار الكهربائي. كان من الممكن أيضًا قياس انخفاض الجهد عبر الحمل.

    تنكس المنحل بالكهرباء

    يحدث رد فعل جانبي سيء في العنصر

    هيدروكسيد الصوديوم+CO2=Na2CO3+H2O.

    أي أنه بعد مرور بعض الوقت (عشرات الدقائق) سوف يتصلب كل شيء (درجة انصهار الصودا - لا أتذكر، ولكن حوالي 800). لبعض الوقت، يمكن التغلب على ذلك عن طريق إضافة المزيد من القلويات، ولكن في النهاية لا يهم - سوف يتصلب المنحل بالكهرباء. فيما يتعلق بكيفية مكافحة ذلك، راجع الصفحات الأخرى على هذا الموقع، بدءًا من الصفحة الخاصة بـ UTE، بشكل عام، يمكنك استخدام NaOH، على الرغم من هذه المشكلة، وهو ما كتب عنه جاكو في براءة اختراعه. لأن هناك طرقًا لإنتاج NaOH من Na2CO3. على سبيل المثال، الإزاحة بالجير الحي وفقا للتفاعل Na2CO3+CaOH=2NaOH+CaCO3، وبعد ذلك يمكن تكليس CaCO3 والحصول على CaO مرة أخرى. صحيح أن هذه الطريقة تستهلك الكثير من الطاقة وستنخفض الكفاءة الإجمالية للعنصر بشكل كبير وسيزداد التعقيد. لذلك، أعتقد أنك لا تزال بحاجة إلى البحث عن تركيبة إلكتروليت مستقرة، والتي تم العثور عليها في SARA. من الممكن أن يتم ذلك من خلال العثور على طلبات براءات الاختراع SARA في قاعدة بيانات مكتب براءات الاختراع الأمريكي (http://www.uspto.gov)، خاصة أنه مع مرور الوقت كان من الممكن أن تصبح براءات اختراع صادرة بالفعل. لكني لم أتمكن من ذلك بعد. في الواقع، ظهرت هذه الفكرة نفسها فقط أثناء إعداد هذه المواد. على ما يبدو، سأفعل ذلك قريبا.

    النتائج والأفكار والاستنتاجات

    وهنا يمكنني أن أكرر نفسي قليلاً. لا يمكنك البدء بالفضة، ولكن على الفور بالحديد. عندما حاولت استخدام الغشاش
    مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، واتضح أنها سيئة بالنسبة لي. أفهم الآن أن السبب الأول لذلك هو انخفاض درجة الحرارة والفجوة الكبيرة بين الأقطاب الكهربائية. في مقالته، يكتب جاك أن الأداء الضعيف مع الحديد يرجع إلى حقيقة أن الزيت يحترق في الحديد ويتم تشكيل قطب كربون ثانٍ، لذلك تحتاج إلى تنظيف الحديد بعناية فائقة من أدنى آثار الزيت، وكذلك استخدام الحديد
    منخفض الكربون. ربما يكون الأمر كذلك، ولكنني ما زلت أعتقد أن هناك سببًا آخر أكثر أهمية. الحديد هو عنصر التكافؤ المتغير. يذوب ويشكل "دائرة كهربائية قصيرة". ويدعم هذا أيضًا التغيير في اللون. عند استخدام الفضة، لا يتغير لون المنحل بالكهرباء (الفضة هي المعدن الأكثر مقاومة لعمل القلويات المنصهرة). في
    عند استخدام الحديد، يتحول المنحل بالكهرباء إلى اللون البني. عند استخدام الفضة، يصل جهد الدائرة المفتوحة إلى 0.9 فولت أو أعلى. عند استخدام الحديد، فهو أقل بكثير (لا أتذكر بالضبط، ولكن ليس أكثر من 0.6 فولت)، أما بالنسبة لنوع الحديد الذي يجب استخدامه لكي يعمل كل شيء بشكل جيد، راجع الصفحات الأخرى. المزيد عن بخار الماء الذي تكتب عنه سارة. من ناحية، فهو مفيد للجميع (نظريًا): فهو يمنع الحديد من الدخول إلى المحلول (تفاعل تحلل الفلزات القلوية مع الماء الساخن معروف، شيء مثل Na2FeO4+H2O=2NaOH+Fe2O3) ويبدو أنه يتحول التوازن في رد الفعل الجانبي السيئ. لقد بحثت عن الديناميكا الحرارية للتفاعل NaOH+CO2=Na2CO3+H2O باستخدام البرنامج عبر الإنترنت F*A*C*T (http://www.crct.polymtl.ca/FACT/index.php) في جميع درجات الحرارة، ينزاح التوازن فيه بقوة إلى اليمين، أي أنه من غير المرجح أن يحل الماء محل ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير من مركبه بأكسيد الصوديوم. من الممكن أن يتغير الوضع في سبيكة NaOH-Na2CO3، أو أن يتشكل نوع من المحلول المائي، لكني لا أعرف كيف أعرف ذلك. أعتقد أن الممارسة في هذه الحالة هي معيار الحقيقة.

    الشيء الرئيسي الذي قد تواجهه عند إجراء تجارب البخار هو التكثيف. إذا انخفضت درجة حرارة أي جدار في مكان ما على طول الطريق من النقطة التي يدخل فيها الماء إلى مجرى الهواء الرئيسي إلى أقل من 100 درجة مئوية، فيمكن أن يتكثف الماء ثم، مع تدفق الهواء، يدخل القلوي على شكل قطرة. وهذا أمر خطير للغاية ويجب تجنبه بأي ثمن. الأمر الخطير بشكل خاص هو أنه ليس من السهل قياس درجة حرارة الجدران. أنا شخصياً لم أحاول فعل أي شيء بالبخار.

    بشكل عام، بالطبع، من الضروري إجراء مثل هذا العمل ليس في الشقة، ولكن على الأقل في منزل ريفي، وجعل عنصر أكبر على الفور. للقيام بذلك، بطبيعة الحال، سوف تحتاج إلى فرن أكبر لإطلاق النار، و "موقد" أكبر لتسخين العنصر، والمزيد من المواد الأولية. ولكن سيكون العمل بكل التفاصيل أكثر ملاءمة. هذا ينطبق بشكل خاص على هيكل العنصر نفسه، الذي لم يكن لدي غطاء. إن صنع غطاء كبير أسهل بكثير من صنع غطاء صغير.

    عن الفضة. الفضة بالطبع ليست رخيصة إلى هذا الحد. ولكن إذا جعلت القطب الفضي رقيقًا بدرجة كافية، فيمكن أن تصبح الخلية الفضية فعالة من حيث التكلفة. على سبيل المثال، لنفترض أننا تمكنا من صنع قطب كهربائي بسمك 0.1 مم. نظرًا لمرونة الفضة وقابليتها للطرق ، سيكون هذا أمرًا سهلاً (يمكن سحب الفضة من خلال بكرات إلى رقائق رفيعة جدًا ، وقد أردت أيضًا القيام بذلك ، لكن لم تكن هناك بكرات). بكثافة حوالي 10 جم/سم3، يبلغ سعر السنتيمتر المكعب من الفضة حوالي 150 روبل. سيعطي 100 سم مربع من سطح القطب. يمكنك الحصول على 200 سم^2 إذا أخذت قطعتي فحم مسطحتين ووضعت طبقًا فضيًا بينهما. مع قدرة محددة تبلغ 0.025 واط/سم^2 التي حققتها، تبلغ الطاقة 5 واط أو 30 روبل لكل واط، أو 30000 روبل لكل كيلووات. نظرا لبساطة التصميم، يمكنك أن تتوقع أن المكونات المتبقية من عنصر كيلووات (موقد، مضخة الهواء) ستكون أرخص بكثير. يمكن أن يكون الجسم مصنوعًا من البورسلين، وهو مقاوم نسبيًا للذوبان القلوي. ولن تكون النتيجة باهظة الثمن، حتى بالمقارنة مع محطات توليد الطاقة التي تعمل بالبنزين منخفضة الطاقة. والألواح الشمسية مع طواحين الهواء والمولدات الكهربائية الحرارية تستقر بعيدًا. لمزيد من التخفيض في السعر، يمكنك محاولة صنع وعاء من النحاس المطلي بالفضة. في هذه الحالة، ستكون الطبقة الفضية أرق بمقدار 100-1000 مرة. صحيح أن تجاربي مع ملعقة كوبرونيكل انتهت دون جدوى، لذلك ليس من الواضح مدى متانة الطلاء الفضي. وهذا يعني أنه حتى استخدام الفضة يفتح آفاقًا جيدة جدًا. الشيء الوحيد الذي يمكن أن يفشل هنا هو إذا لم تكن الفضة قوية بما فيه الكفاية.

    المزيد عن مواد القضية. يُزعم أن بيروكسيدات الصوديوم، على سبيل المثال Na2O2، والتي يجب أن تظهر عند نفخ الهواء في NaOH، لها أهمية كبيرة أثناء تشغيل العنصر. عند درجات الحرارة المرتفعة، يؤدي البيروكسيد إلى تآكل جميع المواد تقريبًا. أجريت تجارب لقياس فقدان الوزن باستخدام بوتقات مصنوعة من مواد مختلفة تحتوي على بيروكسيد الصوديوم المنصهر. وتبين أن الزركونيوم هو الأكثر مقاومة، يليه الحديد، ثم النيكل، ثم البورسلين. الفضة لم تصل إلى المراكز الأربعة الأولى. لسوء الحظ، لا أتذكر بالضبط مدى استقرار الفضة. وقد كتب هناك أيضًا عن المقاومة الجيدة لـ Al2O3 وMgO. لكن المركز الثاني الذي يحتله الحديد يبعث على التفاؤل.

    هذا كل شيء، في الواقع.

    أود أن أحذرك على الفور من أن هذا الموضوع لا يتعلق بالكامل بموضوع الهبر، ولكن في التعليقات على المنشور حول العنصر الذي تم تطويره في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، يبدو أن الفكرة مدعومة، لذلك سأصف أدناه بعض الأفكار حول الوقود الحيوي عناصر.
    العمل الذي كتب عنه هذا الموضوع قمت به في الصف الحادي عشر وحصل على المركز الثاني في المؤتمر الدولي INTEL ISEF.

    خلية الوقود هي مصدر تيار كيميائي يتم فيه تحويل الطاقة الكيميائية لعامل الاختزال (الوقود) وعامل الأكسدة، بشكل مستمر ومنفصل إلى الأقطاب الكهربائية، مباشرة إلى طاقة كهربائية
    طاقة. يتم عرض الرسم التخطيطي لخلية الوقود (FC) أدناه:

    تتكون خلية الوقود من غرف الأنود والكاثود والموصل الأيوني والأنود وغرف الكاثود. في الوقت الحالي، قوة خلايا الوقود الحيوي ليست كافية للاستخدام على نطاق صناعي، ولكن يمكن استخدام مركبات الكربون الكلورية فلورية منخفضة الطاقة للأغراض الطبية كأجهزة استشعار حساسة لأن القوة الحالية فيها تتناسب مع كمية الوقود الذي تتم معالجته.
    حتى الآن، تم اقتراح عدد كبير من أنواع التصميم لخلايا الوقود. وفي كل حالة محددة، يعتمد تصميم خلية الوقود على الغرض من خلية الوقود ونوع الكاشف والموصل الأيوني. مجموعة خاصة تشمل خلايا الوقود الحيوي التي تستخدم المحفزات البيولوجية. من السمات المميزة المهمة للأنظمة البيولوجية قدرتها على أكسدة أنواع الوقود المختلفة بشكل انتقائي عند درجات حرارة منخفضة.
    في معظم الحالات، يتم استخدام الإنزيمات المثبتة في التحفيز الكهربائي الحيوي، أي. الإنزيمات معزولة عن الكائنات الحية ومثبتة على حامل، ولكنها تحتفظ بالنشاط التحفيزي (جزئيًا أو كليًا)، مما يسمح بإعادة استخدامها. دعونا نفكر في مثال خلية الوقود الحيوي التي يقترن فيها التفاعل الأنزيمي بتفاعل القطب الكهربائي باستخدام وسيط. مخطط خلية الوقود الحيوي على أساس أوكسيديز الجلوكوز:

    تتكون خلية الوقود الحيوي من قطبين كهربائيين خاملين مصنوعين من الذهب أو البلاتين أو الكربون، مغمورين في محلول منظم. يتم فصل الأقطاب الكهربائية بواسطة غشاء التبادل الأيوني: يتم تطهير حجرة الأنود بالهواء، وحجرة الكاثود بالنيتروجين. يسمح الغشاء بالفصل المكاني للتفاعلات التي تحدث في حجرات القطب الكهربائي للخلية، وفي الوقت نفسه يضمن تبادل البروتونات فيما بينها. يتم إنتاج الأغشية بمختلف أنواعها المناسبة لأجهزة الاستشعار الحيوية في المملكة المتحدة من قبل العديد من الشركات (VDN، VIROKT).
    يؤدي إدخال الجلوكوز إلى خلية وقود حيوي تحتوي على أوكسيديز الجلوكوز ووسيط قابل للذوبان عند 20 درجة مئوية إلى تدفق الإلكترونات من الإنزيم إلى الأنود عبر الوسيط. تنتقل الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود، حيث، في ظل الظروف المثالية، يتشكل الماء في وجود البروتونات والأكسجين. يتناسب التيار الناتج (في حالة عدم التشبع) مع إضافة المكون المحدد للمعدل (الجلوكوز). من خلال قياس التيارات الثابتة، يمكنك بسرعة (5 ثوانٍ) تحديد التركيزات المنخفضة للجلوكوز - حتى 0.1 مم. كجهاز استشعار، فإن خلية الوقود الحيوي الموصوفة لها قيود معينة مرتبطة بوجود وسيط ومتطلبات معينة لكاثود الأكسجين والغشاء. يجب أن يحتفظ الأخير بالإنزيم وفي نفس الوقت يسمح للمكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض بالمرور عبر: الغاز والوسيط والركيزة. تلبي أغشية التبادل الأيوني عمومًا هذه المتطلبات، على الرغم من أن خصائص انتشارها تعتمد على الرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم. يؤدي انتشار المكونات عبر الغشاء إلى انخفاض كفاءة نقل الإلكترون بسبب التفاعلات الجانبية.
    توجد اليوم نماذج مخبرية لخلايا الوقود ذات المحفزات الإنزيمية، والتي لا تلبي خصائصها متطلبات تطبيقها العملي. ستهدف الجهود الرئيسية في السنوات القليلة المقبلة إلى تكرير خلايا الوقود الحيوي، وستكون التطبيقات الإضافية لخلية الوقود الحيوي أكثر ارتباطًا بالطب، على سبيل المثال: خلية وقود حيوي قابلة للزرع باستخدام الأكسجين والجلوكوز.
    عند استخدام الإنزيمات في التحفيز الكهربائي، فإن المشكلة الرئيسية التي يجب حلها هي مشكلة اقتران التفاعل الأنزيمي مع التفاعل الكهروكيميائي، أي ضمان نقل الإلكترون الفعال من المركز النشط للإنزيم إلى القطب، وهو ما يمكن تحقيقه في الطرق التالية:
    1. نقل الإلكترونات من المركز النشط للإنزيم إلى القطب باستخدام حامل جزيئي منخفض - وسيط (التحفيز الكهربائي الحيوي الوسيط).
    2. الأكسدة المباشرة والمباشرة وتقليل المواقع النشطة للإنزيم على القطب (التحفيز الكهربائي الحيوي المباشر).
    في هذه الحالة، يمكن إجراء الاقتران الوسيط للتفاعلات الأنزيمية والكهروكيميائية بدوره بأربع طرق:
    1) يوجد الإنزيم والوسيط في الجزء الأكبر من المحلول وينتشر الوسيط على سطح القطب؛
    2) الإنزيم موجود على سطح القطب، والوسيط موجود في حجم المحلول؛
    3) يتم تثبيت الإنزيم والوسيط على سطح القطب؛
    4) يتم خياطة الوسيط على سطح القطب، ويكون الإنزيم في المحلول.

    في هذا العمل، كان اللاكيز بمثابة محفز للتفاعل الكاثودي لاختزال الأكسجين، وكان أوكسيديز الجلوكوز (GOD) بمثابة محفز للتفاعل الأنودي لأكسدة الجلوكوز. تم استخدام الإنزيمات كجزء من المواد المركبة، والتي يعد إنشائها أحد أهم المراحل في إنشاء خلايا الوقود الحيوي التي تعمل في نفس الوقت كجهاز استشعار تحليلي. في هذه الحالة، يجب أن توفر المواد المركبة الحيوية انتقائية وحساسية لتحديد الركيزة وفي نفس الوقت يكون لها نشاط تحفيزي كهربائي حيوي مرتفع، يقترب من النشاط الأنزيمي.
    لاكاز هو إنزيم مؤكسد يحتوي على النحاس، وتتمثل وظيفته الرئيسية في الظروف المحلية في أكسدة الركائز العضوية (الفينولات ومشتقاتها) بالأكسجين، الذي يتحول إلى ماء. الوزن الجزيئي للإنزيم هو 40000 جم / مول.

    لقد ثبت حتى الآن أن اللاكيز هو المحفز الكهربي الأكثر نشاطًا لتقليل الأكسجين. في وجوده على القطب في جو الأكسجين، يتم إنشاء إمكانات قريبة من إمكانات الأكسجين المتوازنة، ويحدث اختزال الأكسجين مباشرة في الماء.
    تم استخدام مادة مركبة أساسها اللاكيز والأسيتيلين الأسود AD-100 والنافيون كمحفز للتفاعل الكاثودي (اختزال الأكسجين). الميزة الخاصة للمركب هي هيكله، الذي يضمن اتجاه جزيء الإنزيم بالنسبة إلى المصفوفة الموصلة للإلكترون، اللازمة لنقل الإلكترون المباشر. نشاط التحفيز الحيوي الكهربي المحدد لللاكيز في الطرق المركبة التي لوحظت في التحفيز الأنزيمي. طريقة اقتران التفاعلات الأنزيمية والكهروكيميائية في حالة اللاكيز، أي. طريقة لنقل إلكترون من الركيزة عبر المركز النشط لإنزيم اللاكيز إلى قطب كهربائي - التحفيز الكهربائي الثنائي المباشر.

    أوكسيديز الجلوكوز (GOD) هو إنزيم من فئة الأكسيدوريدوكتيز، وله وحدتان فرعيتان، لكل منهما مركز نشط خاص به - (فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد) FAD. GOD هو إنزيم انتقائي للجلوكوز المتبرع بالإلكترون، ويمكنه استخدام العديد من الركائز كمستقبلات للإلكترون. الوزن الجزيئي للإنزيم هو 180.000 جم / مول.

    في هذا العمل، استخدمنا مادة مركبة تعتمد على GOD والفيروسين (FC) للأكسدة الأنودية للجلوكوز عبر آلية وسيطة. تشتمل المادة المركبة على GOD، والجرافيت الغروي عالي التشتت (HCG)، وFc، وNafion، مما جعل من الممكن الحصول على مصفوفة موصلة للإلكترون مع سطح متطور للغاية، وضمان النقل الفعال للكواشف إلى منطقة التفاعل والخصائص المستقرة للمركب. مادة. طريقة لاقتران التفاعلات الأنزيمية والكهروكيميائية، أي. ضمان النقل الفعال للإلكترونات من المركز النشط لـ GOD إلى القطب الوسيط، بينما تم تثبيت الإنزيم والوسيط على سطح القطب. تم استخدام الفيروسين كوسيط - متقبل الإلكترون. عند أكسدة الركيزة العضوية، الجلوكوز، يتم تقليل الفيروسين ومن ثم أكسدته عند القطب.

    إذا كان أي شخص مهتمًا، فيمكنني أن أصف بالتفصيل عملية الحصول على طلاء القطب الكهربائي، ولكن من الأفضل أن تكتب في رسالة شخصية. وفي الموضوع سأصف ببساطة البنية الناتجة.

    1. م-100.
    2. لاكسيس.
    3. الركيزة المسامية مسعور.
    4. نافيون.

    وبعد استقبال الناخبين انتقلنا مباشرة إلى الجزء التجريبي. هذا ما تبدو عليه خلية العمل لدينا:

    1. Ag/AgCl القطب المرجعي؛
    2. القطب العامل.
    3. القطب المساعد - RT.
    في تجربة الجلوكوز أوكسيديز - التطهير بالأرجون واللاكاز - بالأكسجين.

    يحدث اختزال الأكسجين في السخام في غياب اللاكاز عند إمكانات أقل من الصفر ويحدث على مرحلتين: من خلال التكوين الوسيط لبيروكسيد الهيدروجين. يوضح الشكل منحنى الاستقطاب للاختزال الكهربي للأكسجين بواسطة اللاكاز المثبت على AD-100، والذي تم الحصول عليه في جو أكسجين في محلول بدرجة حموضة 4.5. في ظل هذه الظروف، يتم إنشاء جهد ثابت قريب من جهد الأكسجين المتوازن (0.76 فولت). في الإمكانات الكاثودية البالغة 0.76 فولت، يتم ملاحظة الاختزال التحفيزي للأكسجين في قطب الإنزيم، والذي يستمر من خلال آلية التحفيز الكهربائي الحيوي المباشر مباشرة إلى الماء. في المنطقة المحتملة تحت الكاثود 0.55 فولت، لوحظ وجود هضبة على المنحنى، وهو ما يتوافق مع التيار الحركي المحدود لتقليل الأكسجين. كانت القيمة الحالية المحددة حوالي 630 ميكرو أمبير / سم 2.

    تمت دراسة السلوك الكهروكيميائي للمادة المركبة المعتمدة على GOD Nafion والفيروسين وVKG بواسطة قياس الجهد الدوري (CV). تمت مراقبة حالة المادة المركبة في غياب الجلوكوز في محلول عازل للفوسفات باستخدام منحنيات الشحن. على منحنى الشحن عند جهد قدره (–0.40) فولت، يتم ملاحظة الحد الأقصى المتعلق بتحولات الأكسدة والاختزال للمركز النشط لـ GOD - (FAD)، وعند 0.20-0.25 فولت يوجد الحد الأقصى للأكسدة وتقليل الفيروسين.

    من النتائج التي تم الحصول عليها يترتب على ذلك أنه على أساس الكاثود مع اللاكيز كمحفز لتفاعل الأكسجين، والأنود على أساس أوكسيديز الجلوكوز لأكسدة الجلوكوز، هناك إمكانية أساسية لإنشاء خلية وقود حيوي. صحيح أن هناك العديد من العقبات في هذا المسار، على سبيل المثال، يتم ملاحظة قمم نشاط الإنزيم عند مستويات مختلفة من الرقم الهيدروجيني. وأدى ذلك إلى ضرورة إضافة غشاء التبادل الأيوني إلى BFC، حيث يسمح الغشاء بالفصل المكاني للتفاعلات التي تحدث في حجيرات الأقطاب الكهربائية في الخلية، وفي الوقت نفسه يضمن تبادل البروتونات فيما بينها. يدخل الهواء إلى حجرة الأنود.
    يؤدي إدخال الجلوكوز إلى خلية الوقود الحيوي التي تحتوي على أوكسيديز الجلوكوز ووسيط إلى تدفق الإلكترونات من الإنزيم إلى الأنود عبر الوسيط. تنتقل الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود، حيث، في ظل الظروف المثالية، يتشكل الماء في وجود البروتونات والأكسجين. يتناسب التيار الناتج (في حالة عدم التشبع) مع إضافة المكون المحدد للمعدل وهو الجلوكوز. من خلال قياس التيارات الثابتة، يمكنك بسرعة (5 ثوانٍ) تحديد التركيزات المنخفضة للجلوكوز - حتى 0.1 مم.

    لسوء الحظ، لم أتمكن من جلب فكرة BFC إلى التنفيذ العملي، لأنه مباشرة بعد الصف الحادي عشر، ذهبت للدراسة لأصبح مبرمجًا، وهو ما ما زلت أفعله بجد حتى اليوم. شكرا لكل من أكملها.


    أصحاب براءة الاختراع RU 2379795:

    يتعلق الاختراع بخلايا وقود كحولية ذات تأثير مباشر باستخدام إلكتروليتات حمضية صلبة ومحفزات إعادة تشكيل داخلية. النتيجة الفنية للاختراع هي زيادة الطاقة والجهد النوعي للعنصر. وفقا للاختراع، تشتمل خلية الوقود على أنود، وكاثود، وإلكتروليت حمض صلب، وطبقة انتشار غاز، ومحفز إصلاح داخلي. يمكن أن يكون محفز الإصلاح الداخلي أي مصلح مناسب ويقع بالقرب من القطب الموجب. في هذا التكوين، تكون الحرارة المتولدة في التفاعلات الطاردة للحرارة على المحفز الموجود في خلية الوقود والتسخين الأومي لإلكتروليت خلية الوقود هي القوة الدافعة لتفاعل إصلاح الوقود الماص للحرارة الذي يحول وقود الكحول إلى هيدروجين. يمكن استخدام أي وقود كحولي، مثل الميثانول أو الإيثانول. 5 ن. و20 راتب و-لي، 4 مرضى.

    مجال التكنولوجيا

    يتعلق الاختراع بخلايا وقود الكحول المباشرة باستخدام إلكتروليتات الحمض الصلب.

    مثال رائع من الفن

    لقد تلقت الكحوليات مؤخرًا بحثًا مكثفًا كوقود محتمل. أنواع الوقود المرغوبة بشكل خاص هي الكحوليات مثل الميثانول والإيثانول لأنها تحتوي على كثافة طاقة أكبر بخمس إلى سبع مرات من كثافة الهيدروجين المضغوط القياسي. على سبيل المثال، لتر واحد من الميثانول يعادل طاقيًا 5.2 لترًا من الهيدروجين المضغوط إلى 320 ضغطًا جويًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن لترًا واحدًا من الإيثانول يعادل طاقيًا 7.2 لترًا من الهيدروجين المضغوط إلى 350 ضغطًا جويًا. تعتبر هذه الكحوليات مرغوبة أيضًا لأنها سهلة التعامل والتخزين والنقل.

    كان الميثانول والإيثانول موضوعًا لكثير من الأبحاث من منظور الوقود الكحولي. يمكن إنتاج الإيثانول عن طريق تخمير النباتات التي تحتوي على السكر والنشا. يمكن إنتاج الميثانول عن طريق تغويز الخشب أو نفايات الخشب/الحبوب (القش). ومع ذلك، فإن تخليق الميثانول أكثر فعالية. تعتبر هذه الكحوليات، من بين أمور أخرى، موارد متجددة، وبالتالي يُعتقد أنها تلعب دورًا مهمًا في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

    وقد تم اقتراح خلايا الوقود كأجهزة تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية لهذه الكحوليات إلى طاقة كهربائية. وفي هذا الصدد، خضعت خلايا الوقود الكحولي المباشر التي تحتوي على أغشية بوليمر إلكتروليتية لأبحاث مكثفة. وعلى وجه التحديد، ركز البحث على خلايا وقود الميثانول المباشر وخلايا وقود الإيثانول المباشر. ومع ذلك، فإن الأبحاث على خلايا وقود الإيثانول المباشرة كانت محدودة بسبب الصعوبة النسبية لأكسدة الإيثانول مقارنة بأكسدة الميثانول.

    على الرغم من هذه الجهود البحثية المكثفة، فإن أداء خلايا الوقود الكحولي المباشر لا يزال غير مرض، ويرجع ذلك أساسًا إلى القيود الحركية التي تفرضها محفزات الأقطاب الكهربائية. على سبيل المثال، تتمتع خلايا وقود الميثانول المباشر النموذجية بكثافة طاقة تبلغ حوالي 50 ميجاوات/سم2. تم تحقيق كثافة طاقة أعلى، مثل 335 ميجاوات/سم2، ولكن فقط في ظل ظروف قاسية للغاية (Nafion®، 130 درجة مئوية، أكسجين 5 atm و1 مولار ميثانول بمعدل تدفق 2 سم مكعب/دقيقة عند ضغط 1.8 ضغط جوي ). وبالمثل، تتمتع خلية وقود الإيثانول المباشرة بكثافة طاقة تبلغ 110 ميجاوات/سم2 في ظل ظروف قاسية للغاية مماثلة (Nafion® - silica، 140 درجة مئوية، الأنود 4 atm، الأكسجين 5.5 atm). وبناء على ذلك، هناك حاجة إلى خلايا وقود كحولية مباشرة ذات كثافة طاقة عالية في غياب مثل هذه الظروف القاسية.

    ملخص الاختراع

    يتعلق الاختراع الحالي بخلايا وقود الكحول التي تحتوي على إلكتروليتات حمض صلبة وباستخدام محفز إعادة تشكيل داخلي. تشتمل خلية الوقود بشكل عام على أنود، وكاثود، وإلكتروليت حمض صلب، ومصلح داخلي. يضمن المصلح إصلاح الوقود الكحولي لإنتاج الهيدروجين. القوة الدافعة لتفاعل الإصلاح هي الحرارة المتولدة أثناء التفاعلات الطاردة للحرارة في خلية الوقود.

    إن استخدام إلكتروليتات الأحماض الصلبة في خلية الوقود يجعل من الممكن وضع المصلح بجوار الأنود مباشرة. لم يكن يُعتقد سابقًا أن هذا ممكنًا بسبب درجات الحرارة المرتفعة المطلوبة لمواد الإصلاح المعروفة لتعمل بفعالية والحساسية الحرارية لأغشية البوليمر بالكهرباء النموذجية. ومع ذلك، بالمقارنة مع أغشية البوليمر الإلكتروليتية التقليدية، يمكن للإلكتروليتات الحمضية الصلبة أن تتحمل درجات حرارة أعلى بكثير، مما يجعل من الممكن تحديد موقع المصلح بجوار الأنود وبالتالي بالقرب من الإلكتروليت. في هذا التكوين، يتم امتصاص الحرارة المهدورة الناتجة عن المنحل بالكهرباء بواسطة المصلح ويعمل كقوة دافعة لتفاعل الإصلاح الماص للحرارة.

    وصف موجز للرسومات

    سيتم فهم هذه الميزات والمزايا الأخرى للاختراع الحالي بشكل أفضل من خلال الرجوع إلى الوصف التفصيلي التالي المأخوذ بالتزامن مع الرسومات المصاحبة، والتي:

    يمثل الشكل 1 رسمًا توضيحيًا تخطيطيًا لخلية الوقود وفقًا لأحد تجسيدات الاختراع الحالي؛

    يمثل الشكل 2 مقارنة رسومية للمنحنيات بين كثافة الطاقة وجهد الخلية لخلايا الوقود التي تم الحصول عليها وفقًا للمثالين 1 و2 والمثال المقارن 1؛

    يمثل الشكل 3 مقارنة رسومية لمنحنيات جهد خلية كثافة القدرة لخلايا الوقود التي تم الحصول عليها وفقًا للأمثلة 3 و4 و5 والمثال المقارن 2؛ و

    الشكل 4 عبارة عن مقارنة رسومية لكثافة الطاقة مقابل منحنيات جهد الخلية لخلايا الوقود التي تم الحصول عليها وفقًا للمثالين المقارنين 2 و3.

    وصف تفصيلي للاختراع

    يتعلق الاختراع الحالي بخلايا وقود الكحول المباشرة التي تحتوي على إلكتروليتات حمض صلب واستخدام محفز إعادة تشكيل داخلي في اتصال مادي مع مجموعة قطب كهربي غشائي (MEA) مصممة لإصلاح وقود الكحول لإنتاج الهيدروجين. كما هو مذكور أعلاه، فإن أداء خلايا الوقود، التي تحول الطاقة الكيميائية في الكحوليات مباشرة إلى طاقة كهربائية، لا يزال غير مرض بسبب القيود الحركية التي تفرضها محفزات قطب كهربائي خلية الوقود. ومع ذلك، فمن المعروف أن هذه القيود الحركية تقل بشكل كبير عند استخدام وقود الهيدروجين. وفقًا لذلك، يستخدم الاختراع الحالي محفز إعادة التشكيل أو المصلح المصمم لإصلاح وقود الكحول لإنتاج الهيدروجين، وبالتالي تقليل أو إزالة القيود الحركية المرتبطة بوقود الكحول. يتم إصلاح الوقود الكحولي بالبخار وفقًا لأمثلة التفاعل التالية:

    الميثانول إلى الهيدروجين: CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 ؛

    الإيثانول إلى الهيدروجين: C 2 H 5 OH+3H 2 O→6H 2 +2CO 2.

    ومع ذلك، فإن رد الفعل الإصلاحي ماص للحرارة بدرجة كبيرة. لذلك، للحصول على القوة الدافعة لرد الفعل الإصلاحي، يجب تسخين المصلح. تبلغ كمية الحرارة المطلوبة عادةً حوالي 59 كيلوجول لكل مول من الميثانول (أي ما يعادل حرق حوالي 0.25 مول من الهيدروجين) وحوالي 190 كيلوجول لكل مول من الإيثانول (أي ما يعادل حرق حوالي 0.78 مول من الهيدروجين).

    نتيجة لمرور التيار الكهربائي أثناء تشغيل خلايا الوقود، يتم توليد حرارة مهدرة، والتي تعتبر إزالتها بشكل فعال مشكلة. ومع ذلك، فإن توليد هذه الحرارة المهدرة يجعل وضع المصلح بجوار خلية الوقود مباشرة خيارًا طبيعيًا. يسمح هذا التكوين بتزويد الهيدروجين من جهاز الإصلاح إلى خلية الوقود وتبريد خلية الوقود، ويسمح لخلية الوقود بتسخين جهاز الإصلاح وتوفير القوة الدافعة للتفاعلات فيه. يُستخدم هذا التكوين في خلايا وقود الكربونات المنصهرة وفي تفاعلات إعادة تشكيل الميثان التي تحدث عند درجة حرارة 650 درجة مئوية تقريبًا. مع ذلك، تحدث تفاعلات إعادة تشكيل الكحول عمومًا عند درجات حرارة تتراوح من حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية، ولم يتم تطوير خلية وقود مناسبة تستخدم إعادة تشكيل الكحول حتى الآن.

    يتعلق الاختراع الحالي بخلية وقود تستخدم إعادة تشكيل الكحول. كما هو موضح في الشكل 1، تشتمل خلية الوقود 10 وفقًا للاختراع الحالي بشكل عام على مجمع تيار أول/طبقة نشر غاز 12، وأنود 12أ، وطبقة تجميع تيار/انتشار غاز ثانية 14، وكاثود 14أ، وإلكتروليت 16، ومحفز الإصلاح الداخلي 18. يقع محفز الإصلاح الداخلي 18 بجوار الأنود 12أ. وبشكل أكثر تحديدًا، يتم وضع محفز الإصلاح 18 بين طبقة انتشار الغاز الأولى 12 والأنود 12أ. يمكن استخدام أي محفز إعادة تشكيل مناسب معروف 18. تشتمل الأمثلة غير المحدودة لمحفزات إعادة التشكيل المناسبة على مخاليط أكسيد Cu-Zn-Al، ومخاليط أكسيد Cu-Co-Zn-Al، ومخاليط أكسيد Cu-Zn-Al-Zr.

    يمكن استخدام أي وقود كحولي مثل الميثانول والإيثانول والبروبانول. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام ثنائي ميثيل الأثير كوقود.

    تاريخيًا، لم يكن هذا التكوين ممكنًا بالنسبة لخلايا الوقود الكحولي بسبب الطبيعة الماصة للحرارة لتفاعل الإصلاح وحساسية المنحل بالكهرباء للحرارة. تستخدم خلايا الوقود الكحولية النموذجية أغشية بوليمر إلكتروليت لا يمكنها تحمل الحرارة المطلوبة لتوفير القوة الدافعة لمحفز الإصلاح. ومع ذلك، فإن الإلكتروليتات المستخدمة في خلايا الوقود بالاختراع الحالي تحتوي على إلكتروليتات حمض صلب، مثل تلك الموصوفة في براءة الاختراع الأمريكية رقم 6,468,684 بعنوان غشاء موصل للبروتون باستخدام حمض صلب، والتي تم دمج محتوياتها بالكامل هنا كمرجع، وفي في نفس الوقت، طلب براءة الاختراع الأمريكي المعلق رقم تسلسلي 10/139043 بعنوان غشاء موصل للبروتون باستخدام حمض صلب، وقد تم تضمين محتوياته بالكامل هنا أيضًا كمرجع. أحد الأمثلة غير المقيدة لحمض صلب مناسب للاستخدام ككهارل في الاختراع الحالي هو CsH 2 PO 4 . يمكن للكهارل الحمضية الصلبة المستخدمة في خلايا الوقود الخاصة بالاختراع الحالي أن تتحمل درجات حرارة أعلى بكثير، مما يجعل من الممكن وضع محفز الإصلاح بجوار الأنود مباشرة. بالإضافة إلى ذلك، يستهلك تفاعل إعادة التشكيل الماص للحرارة الحرارة الناتجة عن التفاعلات الطاردة للحرارة في خلية الوقود، مما يشكل نظامًا متوازنًا حراريًا.

    تُستخدم هذه الأحماض الصلبة في مراحلها فائقة البروتين وتعمل كأغشية موصلة للبروتون في نطاق درجات الحرارة من حوالي 100 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية. يعتبر الطرف العلوي من نطاق درجة الحرارة هذا مثاليًا لإصلاح الميثانول. لتوفير توليد حرارة كافية لتوفير القوة الدافعة لتفاعل إعادة التشكيل، ولضمان التوصيل البروتوني للإلكتروليت الحمضي الصلب، يفضل تشغيل خلية الوقود الخاصة بالاختراع الحالي عند درجات حرارة تتراوح من حوالي 100 درجة مئوية إلى حوالي 500 درجة مئوية. ومع ذلك، فمن الأفضل تشغيل خلية الوقود في درجات حرارة تتراوح من حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية. بالإضافة إلى تحسين أداء خلايا وقود الكحول بشكل ملحوظ، فإن درجات حرارة التشغيل المرتفعة نسبيًا لخلايا وقود الكحول الخاصة بالاختراع قد تمكن من استبدال المحفزات المعدنية باهظة الثمن مثل Pt/Ru وPt على الأنود والكاثود، على التوالي، بتكاليف أقل المواد المحفزة باهظة الثمن.

    توضح الأمثلة والأمثلة المقارنة التالية خصائص الأداء الفائق لخلايا وقود الكحول الخاصة بالاختراع. ومع ذلك، تم تقديم هذه الأمثلة لأغراض التوضيح فقط ولا ينبغي تفسيرها على أنها تقصر الاختراع على هذه الأمثلة.

    مثال 1: خلية وقود الميثانول

    تم استخدام 13 مجم/سم2 Pt/Ru كمحفز كهربائي أنودي. النحاس (30% بالوزن) - الزنك (20% بالوزن) - تم استخدام Al كمحفز للإصلاح الداخلي. تم استخدام 15 مجم/سم 2 نقطة كمحفز كهربائي للكاثود. تم استخدام غشاء CsH 2 PO 4 بسمك 160 ميكرومتر كإلكتروليت. تم تغذية مخاليط الميثانول والماء المحول إلى بخار في مساحة الأنود بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة. تم تزويد الكاثود بنسبة 30% من الأكسجين المرطب بمعدل تدفق 50 سم 3 / دقيقة (درجة الحرارة والضغط القياسيين). وكانت نسبة الميثانول إلى الماء 25:75. تم ضبط درجة حرارة العنصر على 260 درجة مئوية.

    مثال 2: خلية وقود الإيثانول

    تم استخدام 13 مجم/سم2 Pt/Ru كمحفز كهربائي أنودي. النحاس (30% بالوزن) - الزنك (20% بالوزن) - تم استخدام Al كمحفز للإصلاح الداخلي. تم استخدام 15 مجم/سم 2 نقطة كمحفز كهربائي للكاثود. تم استخدام غشاء CsH 2 PO 4 بسمك 160 ميكرومتر كإلكتروليت. تم تغذية مخاليط الإيثانول والماء المحولة إلى بخار في مساحة الأنود بمعدل تدفق 100 ميكرولتر / دقيقة. تم تزويد الكاثود بنسبة 30% من الأكسجين المرطب بمعدل تدفق 50 سم 3 / دقيقة (درجة الحرارة والضغط القياسيين). كانت نسبة الإيثانول إلى الماء 15:85. تم ضبط درجة حرارة العنصر على 260 درجة مئوية.

    مثال مقارن 1 - خلية الوقود باستخدام H النقي 2

    تم استخدام 13 مجم/سم2 Pt/Ru كمحفز كهربائي أنودي. تم استخدام 15 مجم/سم 2 نقطة كمحفز كهربائي للكاثود. تم استخدام غشاء CsH 2 PO 4 بسمك 160 ميكرومتر كإلكتروليت. تم توفير الهيدروجين المرطب بنسبة 3% إلى مساحة الأنود بمعدل تدفق 100 ميكرولتر/دقيقة. تم تزويد الكاثود بنسبة 30% من الأكسجين المرطب بمعدل تدفق 50 سم 3 / دقيقة (درجة الحرارة والضغط القياسيين). تم ضبط درجة حرارة العنصر على 260 درجة مئوية.

    يوضح الشكل 2 منحنيات العلاقة بين القدرة المحددة وجهد الخلية في المثالين 1 و2 والمثال المقارن 1. كما هو موضح، بالنسبة لخلية وقود الميثانول (المثال 1) تم تحقيق كثافة قدرة قصوى قدرها 69 ميجاوات/سم2، بالنسبة تحقق خلية وقود الإيثانول (المثال 2) كثافة طاقة قصوى تبلغ 53 ميجاوات/سم2، وبالنسبة لخلية وقود الهيدروجين (المثال المقارن 1) يتم تحقيق كثافة قدرة قصوى تبلغ 80

    ميغاواط/سم2. توضح هذه النتائج أن خلايا الوقود التي تم الحصول عليها وفقًا للمثال 1 والمثال المقارن 1 متشابهة جدًا، مما يشير إلى أن خلية وقود الميثانول التي تحتوي على مُصلح تعرض أداءً جيدًا تقريبًا مثل أداء خلية وقود الهيدروجين. وهو تحسن كبير. ومع ذلك، كما هو موضح في الأمثلة التالية والأمثلة المقارنة، عن طريق تقليل سمك المنحل بالكهرباء، يتم تحقيق زيادة إضافية في كثافة الطاقة.

    تم إنتاج خلية الوقود عن طريق ترسيب ملاط ​​CsH 2 PO 4 على دعامة مسامية من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي كانت بمثابة طبقة انتشار الغاز ومجمع التيار. تم ترسيب طبقة المحفز الكهربائي الكاثود أولاً على طبقة انتشار الغاز ثم ضغطها قبل ترسيب طبقة الإلكتروليت. بعد ذلك، تم ترسيب طبقة من المحفز الكهربائي الأنود، يليها وضع قطب كهربائي ثانٍ لنشر الغاز كطبقة نهائية من الهيكل.

    تم استخدام خليط من CsH 2 PO 4، Pt (50 بالوزن الذري %) Ru، Pt (40 بالوزن %) - Ru (20 بالوزن %) مدعومًا على C (40 بالوزن %) والنفثالين كقطب كهربائي للأنود. كانت نسبة المكونات في خليط CsH 2 PO 4:Pt-Ru:Pt-Ru-C: النفثالين 3:3:1:0.5 (بالوزن). تم استخدام الخليط بمبلغ إجمالي قدره 50 ملغ. كانت التحميلات Pt وRu 5.6 مجم/سم2 و2.9 مجم/سم2 على التوالي. وكانت مساحة قطب الأنود 1.74 سم2 .

    تم ترسيب خليط من CsH 2 PO 4، Pt، Pt (50 بالوزن%) على C (50 بالوزن %) والنفثالين كقطب كاثود. كانت نسبة المكونات في خليط CsH 2 PO 4:Pt:Pt-C: النفثالين 3:3:1:1 (بالوزن). تم استخدام الخليط بمبلغ إجمالي قدره 50 ملغ. وكانت التحميلات 7.7 ملغم/سم2. وكانت منطقة الكاثود 2.3-2.9 سم 1 .

    CuO (30 بالوزن %) - ZnO (20 بالوزن %) - تم استخدام Al 2 O 3 كمحفز إصلاح، أي CuO (31 mol. %) - ZnO (16 mol. %) - Al 2 O 3 . تم تحضير محفز إعادة التشكيل بطريقة الترسيب المشترك باستخدام محلول من نترات النحاس والزنك والألمنيوم (إجمالي تركيز المعدن 1 مول/لتر) ومحلول مائي من كربونات الصوديوم (1.1 مول/لتر). تم غسل المادة المترسبة بالماء منزوع الأيونات، وتم ترشيحها وتجفيفها في الهواء عند درجة حرارة 120 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. تم ضغط المسحوق المجفف بكمية 1 جم بخفة إلى سمك 3.1 مم وقطر 15.6 مم، ثم تحميصه عند 350 درجة مئوية لمدة ساعتين.

    تم استخدام غشاء CsH 2 PO 4 بسمك 47 ميكرومتر كإلكتروليت.

    تمت تغذية محلول ميثانول-ماء (43% حجم أو 37% وزن أو 25% مول أو 1.85 مولار ميثانول) من خلال مبخر زجاجي (200 درجة مئوية) بمعدل تدفق 135 ميكرولتر/دقيقة. تم ضبط درجة حرارة العنصر على 260 درجة مئوية.

    تم تحضير خلية الوقود طبقاً للمثال 3 أعلاه، فيما عدا أنه لم يتم تغذية خليط ميثانول-ماء، ولكن خليط إيثانول-ماء (36% حجم أو 31% وزن) من خلال المبخر (200 درجة مئوية) عند درجة حرارة معدل التدفق 114 ميكرولتر/دقيقة أو 15 مول%، أو 0.98 مولار إيثانول).

    تم تحضير خلية الوقود وفقًا للمثال 3 أعلاه، باستثناء أنه عند معدل تدفق 100 ميكرولتر/دقيقة، بدلاً من خليط الميثانول والماء، يتم استخدام الفودكا (Absolut Vodka، السويد) (40% حجمًا أو 34% وزنًا، أو 17% مول) تم توفير الإيثانول).

    مثال مقارن 2

    تم تحضير خلية الوقود طبقاً للمثال 3 أعلاه، فيما عدا أنه بدلاً من خليط ميثانول-ماء، تم استخدام الهيدروجين المجفف بكمية 100 سم مكعب قياسي في الدقيقة، وتم ترطيبه بماء ساخن (70 درجة مئوية).

    مثال مقارن 3

    تم تحضير خلية وقود طبقاً للمثال 3 أعلاه، فيما عدا أنه لم يتم استخدام محفز إعادة التشكيل وتم ضبط درجة حرارة الخلية على 240 درجة مئوية.

    مثال مقارن 4

    تم تحضير خلية وقود طبقاً للمثال المقارن 2، باستثناء أنه تم ضبط درجة حرارة الخلية على 240 درجة مئوية.

    يوضح الشكل 3 كثافة الطاقة مقابل منحنيات جهد الخلية في الأمثلة 3 و4 و5 والمثال المقارن 2. كما هو موضح، حققت خلية وقود الميثانول (المثال 3) كثافة قدرة قصوى قدرها 224 ميجاوات/سم2، وهو ما يمثل زيادة كبيرة في القدرة الكثافة مقارنة بخلية الوقود التي تم الحصول عليها وفقًا للمثال 1 وتحتوي على إلكتروليت أكثر سمكًا. تُظهر خلية وقود الميثانول هذه أيضًا تحسنًا كبيرًا في الأداء مقارنة بخلايا وقود الميثانول التي لا تستخدم مصلحًا داخليًا، كما هو موضح بشكل أفضل في الشكل 4. توضح خلية وقود الإيثانول (المثال 4) أيضًا زيادة كثافة الطاقة وجهد الخلية مقارنة بخلايا وقود الميثانول. خلية وقود الإيثانول تحتوي على غشاء إلكتروليت أكثر سمكًا (المثال 2). ومع ذلك، فقد تبين أن خلية وقود الميثانول (المثال 3) تعمل بشكل أفضل من خلية وقود الإيثانول (المثال 4). بالنسبة لخلية وقود الفودكا (المثال 5)، يتم تحقيق كثافات طاقة مماثلة لتلك الموجودة في خلية وقود الإيثانول. كما هو مبين في الشكل 3، تعرض خلية وقود الميثانول (المثال 3) خصائص أداء جيدة تقريبًا مثل تلك الخاصة بخلية وقود الهيدروجين (المثال المقارن 2).

    يوضح الشكل 4 كثافة الطاقة مقابل منحنيات جهد الخلية للمثالين المقارنين 3 و4. كما هو موضح، تحقق خلية وقود الميثانول عديمة التشكيل (المثال المقارن 3) كثافات طاقة أقل بكثير من تلك التي تم تحقيقها لخلية وقود الهيدروجين (المثال المقارن 4). بالإضافة إلى ذلك، توضح الأشكال 2 و3 و4 أنه، بالمقارنة بخلية وقود الميثانول بدون مُصلح (مثال مقارن 3)، يتم تحقيق كثافة طاقة أعلى بكثير لخلايا وقود الميثانول مع مُصلح (المثالان 1 و3).

    تم تقديم الوصف السابق لتقديم التجسيدات المفضلة حاليًا للاختراع. سوف يفهم أولئك المهرة في الفن والتكنولوجيا ذات الصلة التي يتعلق بها هذا الاختراع أنه يمكن إجراء تغييرات وتعديلات على النماذج الموصوفة دون الانحراف بشكل كبير عن مبادئ الاختراع الحالي ونطاقه وروحه. وبناء على ذلك، لا ينبغي أن يؤخذ الوصف السابق للإشارة فقط إلى النماذج المحددة الموصوفة، بل يجب أن يُفهم على أنه متسق مع ويدعم المطالبات التالية، التي تحتوي على النطاق الأكمل والأكثر موضوعية للاختراع.

    1. خلية وقود تشتمل على: طبقة تحفيز كهربائي أنود، وطبقة تحفيز كهربائي كاثود، وطبقة إلكتروليت تحتوي على حمض صلب، وطبقة انتشار غاز، ومحفز إصلاح داخلي يقع بجوار طبقة التحفيز الكهربائي الأنود، بحيث يكون محفز الإصلاح الداخلي هو يقع بين طبقة التحفيز الكهربائي للأنود وطبقة انتشار الغاز، ويكون على اتصال مادي مع طبقة التحفيز الكهربائي للأنود.

    2. خلية الوقود وفقًا للمطالبة 1، حيث يحتوي إلكتروليت الحمض الصلب على CsH 2 PO 4 .

    3. خلية الوقود الخاصة بالمطالبة 1، حيث يتم اختيار محفز إعادة التشكيل من المجموعة التي تتكون من مخاليط أكسيد Cu-Zn-Al، ومخاليط أكسيد Cu-Co-Zn-Al ومخاليط أكسيد Cu-Zn-Al-Zr.

    4. طريقة تشغيل خلية الوقود وتشمل:





    إمدادات الوقود وتشغيل خلية الوقود عند درجة حرارة تتراوح من حوالي 100 درجة مئوية إلى حوالي 500 درجة مئوية.

    5. الطريقة حسب المطالبة رقم 4 حيث الوقود هو الكحول.

    6. الطريقة حسب المطالبة رقم 4 حيث يتم اختيار الوقود من المجموعة المكونة من الميثانول والإيثانول والبروبانول وثنائي ميثيل الأثير.

    7. طريقة المطالبة رقم 4، حيث يتم تشغيل خلية الوقود عند درجة حرارة تتراوح بين حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية.

    8. طريقة المطالبة 4، حيث يتم اختيار محفز إعادة التشكيل من المجموعة التي تتكون من مخاليط أكسيد Cu-Zn-Al، ومخاليط أكسيد Cu-Co-Zn-Al ومخاليط أكسيد Cu-Zn-Al-Zr.

    9. الطريقة حسب المطالبة رقم 4 حيث يحتوي الإلكتروليت على حمض صلب.

    10. الطريقة حسب المطالبة رقم 9 حيث يحتوي الحمض الصلب على CsH 2 PO 4 .

    11. طريقة تشغيل خلية الوقود وتشمل:
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي انوديك.
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي الكاثود.
    تشكيل طبقة بالكهرباء تحتوي على حمض صلب؛
    تشكيل طبقة انتشار الغاز و
    تشكيل محفز إعادة تشكيل داخلي مجاور لطبقة التحفيز الكهربي الأنودي بحيث يقع محفز إعادة التشكيل الداخلي بين طبقة التحفيز الكهربي الأنودية وطبقة انتشار الغاز ويكون على اتصال فيزيائي مع طبقة التحفيز الكهربي الأنودية؛
    إمدادات الوقود وتشغيل خلية الوقود في درجة حرارة تتراوح من حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية.

    12. الطريقة حسب المطالبة 11 حيث الوقود هو الكحول.

    13. الطريقة حسب المطالبة رقم 11 حيث يتم اختيار الوقود من المجموعة المكونة من الميثانول والإيثانول والبروبانول وثنائي ميثيل الأثير.

    14. طريقة المطالبة 11، حيث يتم اختيار محفز إعادة التشكيل من المجموعة التي تتكون من خليط من أكاسيد Cu-Zn-Al، ومخاليط من أكاسيد Cu-Co-Zn-Al ومخاليط من أكاسيد Cu-Zn-Zr .

    15. الطريقة حسب المطالبة رقم 11 حيث يحتوي المحلول الكهربي على حمض صلب.

    16. الطريقة حسب المطالبة 15 حيث يحتوي الحمض الصلب على CsH 2 PO 4 .

    17. طريقة تشغيل خلية الوقود وتشمل:
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي انوديك.
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي الكاثود.
    تشكيل طبقة بالكهرباء تحتوي على حمض صلب؛
    تشكيل طبقة انتشار الغاز و
    تشكيل محفز إعادة تشكيل داخلي مجاور لطبقة التحفيز الكهربي الأنودي بحيث يقع محفز إعادة التشكيل الداخلي بين طبقة التحفيز الكهربي الأنودية وطبقة انتشار الغاز ويكون على اتصال فيزيائي مع طبقة التحفيز الكهربي الأنودية؛
    توريد الوقود الكحولي؛ وتشغيل خلية الوقود عند درجة حرارة تتراوح من حوالي 100 درجة مئوية إلى حوالي 500 درجة مئوية.

    18. الطريقة حسب المطالبة رقم 17 حيث يتم اختيار الوقود من المجموعة المكونة من الميثانول والإيثانول والبروبانول وثنائي ميثيل الأثير.

    19. طريقة المطالبة رقم 17 حيث يتم تشغيل خلية الوقود عند درجة حرارة تتراوح من حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية.

    20. طريقة المطالبة 17، حيث يتم اختيار محفز إعادة التشكيل من المجموعة التي تتكون من مخاليط أكسيد Cu-Zn-Al، ومخاليط أكسيد Cu-Co-Zn-Al ومخاليط أكسيد Cu-Zn-Al-Zr.

    21. الطريقة حسب المطالبة رقم 17، حيث يحتوي إلكتروليت الحمض الصلب على CsH 2 PO 4 .

    22. طريقة تشغيل خلية الوقود وتشمل:
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي انوديك.
    تشكيل طبقة التحفيز الكهربائي الكاثود.
    تشكيل طبقة بالكهرباء تحتوي على حمض صلب؛
    تشكيل طبقة انتشار الغاز و
    تشكيل محفز إعادة تشكيل داخلي مجاور لطبقة التحفيز الكهربي الأنودي بحيث يقع محفز إعادة التشكيل الداخلي بين طبقة التحفيز الكهربي الأنودية وطبقة انتشار الغاز ويكون على اتصال فيزيائي مع طبقة التحفيز الكهربي الأنودية؛
    توريد الوقود الكحولي؛ وتشغيل خلية الوقود في درجة حرارة تتراوح من حوالي 200 درجة مئوية إلى حوالي 350 درجة مئوية.

    يتعلق الاختراع بخلايا وقود كحولية ذات تأثير مباشر باستخدام إلكتروليتات حمضية صلبة ومحفزات إعادة تشكيل داخلية

    مقالات مماثلة:
    فئات
    شائع