Cum să faci o celulă de combustibil cu propriile mâini. Pile de biocombustibil DIY

Am introdus racordul furtunului de umplere în gâtul de umplere a combustibilului și îl rotesc o jumătate de tură pentru a etanșa conexiunea. Un clic al comutatorului - și LED-ul care clipește pe pompa de benzină cu o inscripție uriașă h3 indică faptul că a început realimentarea. Un minut - și rezervorul este plin, poți pleca!

Contururile elegante ale caroseriei, suspensiile ultra joase, slick-urile cu profil redus dau o adevărată rasă de curse. Prin capacul transparent, este vizibilă o rețea complicată de conducte și cabluri. Am vazut deja pe undeva o solutie asemanatoare... A da, la Audi R8 motorul se vede si prin luneta. Dar la Audi este benzină tradițională, iar această mașină funcționează cu hidrogen. La fel ca BMW Hydrogen 7, dar spre deosebire de acesta din urmă, nu există un motor cu ardere internă. Singurele părți mobile sunt mecanismul de direcție și rotorul motorului electric. Iar energia pentru aceasta este furnizată de o pilă de combustibil. Această mașină a fost produsă de compania singaporeană Horizon Fuel Cell Technologies, specializată în dezvoltarea și producția de celule de combustie. În 2009, compania britanică Riversimple a introdus deja o mașină urbană cu hidrogen alimentată de celule de combustibil Horizon Fuel Cell Technologies. A fost dezvoltat în colaborare cu universitățile Oxford și Cranfield. Dar Horizon H-racer 2.0 este o dezvoltare individuală.

Pila de combustibil este formată din doi electrozi poroși acoperiți cu un strat de catalizator și separați de o membrană schimbătoare de protoni. Hidrogenul de la catalizatorul anod este transformat în protoni și electroni, care călătoresc prin anod și un circuit electric extern către catod, unde hidrogenul și oxigenul se recombină pentru a forma apă.

"Merge!" - redactorul-șef mă ghiontește cu cotul în stil Gagarin. Dar nu atât de repede: mai întâi trebuie să „încălziți” celula de combustibil la sarcină parțială. Comut comutatorul în modul „încălzire” și aștept timpul alocat. Apoi, pentru orice eventualitate, umplu rezervorul până se umple. Acum să mergem: mașina, cu motorul bâzâind lin, merge înainte. Dinamica este impresionantă, deși, apropo, la ce te mai poți aștepta de la o mașină electrică - cuplul este constant la orice viteză. Deși nu pentru mult timp - un rezervor plin de hidrogen durează doar câteva minute (Horizon promite să lanseze o nouă versiune în viitorul apropiat, în care hidrogenul nu este stocat ca gaz sub presiune, ci este reținut de un material poros în absorbant ). Și, sincer vorbind, nu este foarte controlat - sunt doar două butoane pe telecomandă. Dar, în orice caz, este păcat că aceasta este doar o jucărie controlată prin radio, care ne-a costat 150 de dolari. Nu ne-ar deranja să conducem o mașină adevărată cu celule de combustibil pentru putere.

Rezervorul, un recipient elastic din cauciuc în interiorul unei carcase rigide, se întinde la realimentare și funcționează ca o pompă de combustibil, „strângând” hidrogenul în celula de combustibil. Pentru a nu „umple excesiv” rezervorul, unul dintre fitinguri este conectat cu un tub de plastic la supapa de siguranță de urgență.

Benzinărie

Fă-o singur

Aparatul Horizon H-racer 2.0 este furnizat ca kit pentru asamblare la scară largă (tip bricolaj), îl puteți cumpăra, de exemplu, pe Amazon. Cu toate acestea, asamblarea nu este dificilă - doar puneți pila de combustibil la loc și fixați-o cu șuruburi, conectați furtunurile la rezervorul de hidrogen, celula de combustibil, gâtul de umplere și supapa de urgență și tot ce rămâne este să puneți partea superioară a caroserie pe loc, fără a uita de barele de protecție față și spate. Setul include o stație de alimentare care produce hidrogen prin electroliza apei. Este alimentat de două baterii AA, iar dacă doriți ca energia să fie complet „curată”, de panouri solare (sunt și ele incluse în kit).

www.popmech.ru

Cum să faci o celulă de combustibil cu propriile mâini?

Desigur, cea mai simplă soluție la problema asigurării funcționării constante a sistemelor fără combustibil este achiziționarea unei surse de energie secundară gata făcută pe bază hidraulică sau pe orice altă bază, dar în acest caz cu siguranță nu va fi posibilă evitarea suplimentară. costuri, iar în acest proces este destul de dificil să luăm în considerare orice idee pentru zborul gândirii creative. În plus, realizarea unei celule de combustibil cu propriile mâini nu este deloc atât de dificilă pe cât ați putea crede la prima vedere și chiar și cel mai neexperimentat meșteșugar poate face față sarcinii dacă dorește. In plus, un bonus mai mult decat placut va fi costul scazut al crearii acestui element, deoarece in ciuda tuturor beneficiilor si importantei sale, te poti descurca absolut usor cu mijloacele pe care le ai deja la indemana.

În acest caz, singura nuanță care trebuie luată în considerare înainte de a finaliza sarcina este că puteți realiza un dispozitiv extrem de redus cu propriile mâini, iar implementarea unor instalații mai avansate și mai complexe ar trebui lăsată în continuare în seama specialiștilor calificați. În ceea ce privește ordinea lucrărilor și succesiunea acțiunilor, primul pas este completarea corpului, pentru care cel mai bine este să folosiți plexiglas cu pereți groși (cel puțin 5 centimetri). Pentru lipirea pereților carcasei și instalarea pereților despărțitori interioare, pentru care cel mai bine este să utilizați plexiglas mai subțire (3 milimetri este suficient), în mod ideal, utilizați lipici din două compozite, deși dacă doriți cu adevărat, puteți face singur lipire de înaltă calitate, folosind următoarele proporții: la 100 de grame de cloroform - 6 grame așchii din același plexiglas.

În acest caz, procesul trebuie efectuat exclusiv sub o hotă. Pentru a echipa carcasa cu așa-numitul sistem de scurgere, este necesar să găuriți cu atenție un orificiu traversant în peretele său frontal, al cărui diametru se va potrivi exact cu dimensiunile dopului de cauciuc, care servește ca un fel de garnitură între carcasa și tubul de scurgere din sticlă. În ceea ce privește dimensiunea tubului în sine, în mod ideal, lățimea acestuia ar trebui să fie de cinci până la șase milimetri, deși totul depinde de tipul de structură proiectată. Este mai probabil să spunem că vechea mască de gaz enumerată în lista de elemente necesare pentru realizarea unei pile de combustibil va provoca o oarecare surpriză în rândul potențialilor cititori ai acestui articol. Între timp, întregul beneficiu al acestui dispozitiv constă în cărbunele activ situat în compartimentele respiratorului său, care ulterior poate fi folosit ca electrozi.

Deoarece vorbim despre o consistență pudrată, pentru a îmbunătăți designul veți avea nevoie de ciorapi de nailon, din care puteți face cu ușurință o pungă și puteți pune cărbunele în ea, altfel pur și simplu se va vărsa din gaură. În ceea ce privește funcția de distribuție, concentrația de combustibil are loc în prima cameră, în timp ce oxigenul necesar funcționării normale a celulei de combustie, dimpotrivă, va circula în ultimul, al cincilea compartiment. Electrolitul în sine, situat între electrozi, trebuie să fie înmuiat într-o soluție specială (benzină cu parafină într-un raport de 125 până la 2 mililitri), iar acest lucru trebuie făcut înainte de a plasa electrolitul de aer în al patrulea compartiment. Pentru a asigura o conductivitate adecvată, deasupra cărbunelui sunt așezate plăci de cupru cu fire pre-lidate, prin care electricitatea va fi transmisă de la electrozi.

Această etapă de proiectare poate fi considerată în siguranță etapa finală, după care dispozitivul finit este încărcat, pentru care va fi nevoie de un electrolit. Pentru a-l pregăti, trebuie să amestecați alcool etilic cu apă distilată în părți egale și să începeți să introduceți treptat potasiu caustic la o rată de 70 de grame pe pahar de lichid. Primul test al dispozitivului fabricat presupune umplerea simultană a primului (combustibil lichid) și a celui de-al treilea (electrolit din alcool etilic și potasiu caustic) al carcasei din plexiglas.

uznay-kak.ru

Pile de combustibil cu hidrogen | LAVENT

Îmi doream de mult să vă povestesc despre o altă direcție a companiei Alfaintek. Aceasta este dezvoltarea, vânzarea și service-ul pilelor de combustie cu hidrogen. Aș dori să explic imediat situația cu aceste pile de combustibil din Rusia.

Din cauza costului destul de ridicat și a lipsei totale de stații de hidrogen pentru încărcarea acestor celule de combustibil, vânzarea lor în Rusia nu este de așteptat. Cu toate acestea, în Europa, în special în Finlanda, aceste celule de combustibil câștigă popularitate în fiecare an. Care este secretul? Să aruncăm o privire. Acest dispozitiv este ecologic, ușor de utilizat și eficient. Vine în ajutorul unei persoane unde are nevoie de energie electrică. Îl poți lua cu tine pe drum, într-o drumeție sau îl poți folosi în casa ta la țară sau apartamentul tău ca sursă autonomă de energie electrică.

Electricitatea dintr-o pilă de combustibil este generată printr-o reacție chimică a hidrogenului din rezervor cu hidrura metalică și oxigenul din aer. Cilindrul nu este exploziv și poate fi depozitat în dulapul tău ani de zile, așteptând în aripi. Acesta este poate unul dintre principalele avantaje ale acestei tehnologii de stocare a hidrogenului. Stocarea hidrogenului este una dintre principalele probleme în dezvoltarea combustibilului cu hidrogen. Pile de combustie noi, unice, ușoare, care transformă hidrogenul în energie electrică convențională în siguranță, silențios și fără emisii.

Acest tip de electricitate poate fi folosit în locuri în care nu există electricitate centrală sau ca sursă de energie de urgență.

Spre deosebire de bateriile convenționale, care trebuie încărcate și deconectate de la consumatorul electric în timpul procesului de încărcare, o pilă de combustibil funcționează ca un dispozitiv „inteligent”. Această tehnologie oferă putere neîntreruptă pe toată perioada de utilizare datorită funcției unice de economisire a energiei la schimbarea recipientului de combustibil, care permite utilizatorului să nu oprească niciodată consumatorul. Într-o carcasă închisă, celulele de combustie pot fi depozitate câțiva ani fără a pierde volumul de hidrogen și a le reduce puterea.

Celula de combustie este concepută pentru oameni de știință și cercetători, forțele de ordine, agenții de intervenție în caz de urgență, proprietarii de bărci și porturi de agrement și oricine altcineva care are nevoie de o sursă de energie fiabilă în caz de urgență. Puteți obține 12 volți sau 220 volți și atunci veți avea suficientă energie pentru a vă funcționa televizorul, stereo, frigiderul, aparatul de cafea, ceainic, aspiratorul, mașina de găurit, microsoba și alte aparate electrice.

Pilele de combustie cu hidrocelule pot fi vândute ca o singură unitate sau în baterii de 2-4 celule. Două sau patru elemente pot fi combinate fie pentru a crește puterea, fie pentru a crește amperajul.

TIMPUL DE FUNCȚIONARE A APARATELOR DE CASĂ CU PILE DE COMBUSTIBIL

	Electrocasnice	Timp de funcționare pe zi (min.)	Necesar putere pe zi (Wh)	Timp de funcționare cu celule de combustibil
	Ceainic electric
	Cafetiera
	Microslab
	televizor
	1 bec 60W
	1 bec 75W
	3 becuri 60W
	Computer laptop
	Frigider
	Lampa de economisire a energiei

* - operație continuă

Pilele de combustie sunt complet încărcate la stații speciale de hidrogen. Dar ce se întâmplă dacă călătoriți departe de ei și nu există nicio modalitate de a vă reîncărca? Special pentru astfel de cazuri, specialiștii Alfaintek au dezvoltat cilindri pentru stocarea hidrogenului, cu care pilele de combustie vor funcționa mult mai mult.

Sunt disponibile două tipuri de cilindri: NS-MN200 și NS-MN1200. NS-MN200 asamblat este puțin mai mare decât o cutie de Coca-Cola, conține 230 de litri de hidrogen, ceea ce corespunde la 40Ah (12V) și cântărește doar 2,5 kg. .Cilindrul de hidrură metalică NS-MH1200 deține 1200 litri de hidrogen, ceea ce corespunde la 220Ah (12V). Greutatea cilindrului este de 11 kg.

Tehnica hidrurii metalice este o modalitate sigură și ușoară de depozitare, transport și utilizare a hidrogenului. Când este stocat ca hidrură de metal, hidrogenul este mai degrabă sub formă de compus chimic decât sub formă gazoasă. Această metodă face posibilă obținerea unei densități de energie suficient de mare. Avantajul folosirii hidrurii metalice este ca presiunea din interiorul cilindrului este de doar 2-4 bar.Cilindrul nu este exploziv si poate fi depozitat ani de zile fara a reduce volumul substantei. Deoarece hidrogenul este stocat sub formă de hidrură de metal, puritatea hidrogenului obținut din cilindru este foarte mare la 99,999%. Cilindrii de stocare a hidrogenului cu hidrură metalică pot fi utilizați nu numai cu pile de combustie HC 100.200.400, ci și în alte cazuri în care este nevoie de hidrogen pur. Cilindrii pot fi conectați cu ușurință la o pilă de combustie sau la alt dispozitiv folosind un conector rapid și un furtun flexibil.

Este păcat că aceste pile de combustibil nu sunt vândute în Rusia. Dar în rândul populației noastre există atât de mulți oameni care au nevoie de ele. Ei bine, o să așteptăm și să vedem, și veți vedea, vom avea câteva. Între timp, vom cumpăra becuri economice impuse de stat.

P.S. Se pare că subiectul a dispărut în sfârșit în uitare. La mulți ani după ce a fost scris acest articol, nu a rezultat nimic din el. Poate că nu mă uit peste tot, desigur, dar ceea ce îmi atrage atenția nu este deloc plăcut. Tehnologia și ideea sunt bune, dar nu au găsit încă nicio dezvoltare.

lavent.ru

Pila de combustibil este un viitor care începe astăzi!

Începutul secolului al XXI-lea consideră ecologia una dintre cele mai importante provocări globale. Iar primul lucru la care ar trebui acordată atenție în condițiile actuale este căutarea și utilizarea surselor alternative de energie. Ei sunt cei care sunt capabili să prevină poluarea mediului nostru, precum și să abandoneze complet prețurile în continuă creștere la combustibilii pe bază de hidrocarburi.

Deja astăzi, surse de energie precum celulele solare și turbinele eoliene și-au găsit aplicație. Dar, din păcate, dezavantajul lor este asociat cu dependența de vreme, precum și de anotimp și ora din zi. Din acest motiv, utilizarea lor în industria astronautică, aeronautică și auto este abandonată treptat, iar pentru utilizare staționară sunt echipate cu surse secundare de energie - baterii.

Cu toate acestea, cea mai bună soluție este o pilă de combustie, deoarece nu necesită reîncărcare constantă cu energie. Acesta este un dispozitiv care este capabil să prelucreze și să transforme diferite tipuri de combustibil (benzină, alcool, hidrogen etc.) direct în energie electrică.

O celulă de combustie funcționează pe următorul principiu: combustibilul este furnizat din exterior, care este oxidat de oxigen, iar energia eliberată este transformată în electricitate. Acest principiu de funcționare asigură o funcționare aproape veșnică.

De la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au studiat pila de combustibil în sine și au dezvoltat constant noi modificări ale acesteia. Așadar, astăzi, în funcție de condițiile de funcționare, există modele alcaline sau alcaline (AFC), borohidrat direct (DBFC), electro-galvanice (EGFC), metanol direct (DMFC), zinc-aer (ZAFC), microbiene (MFC), pe bază de acid formic (DFAFC) și hidruri metalice (MHFC) sunt de asemenea cunoscute.

Una dintre cele mai promițătoare este pila de combustibil cu hidrogen. Utilizarea hidrogenului în centralele electrice este însoțită de o eliberare semnificativă de energie, iar evacuarea unui astfel de dispozitiv este vapori de apă puri sau apă potabilă, care nu reprezintă nicio amenințare pentru mediu.

Testarea cu succes a celulelor de combustie de acest tip pe nave spațiale a trezit recent un interes considerabil în rândul producătorilor de electronice și diverse echipamente. Astfel, compania PolyFuel a prezentat o celulă de combustie cu hidrogen miniaturală pentru laptopuri. Dar costul prea mare al unui astfel de dispozitiv și dificultățile de realimentare nestingherită îi limitează producția industrială și distribuția largă. Honda produce, de asemenea, celule de combustibil pentru automobile de peste 10 ani. Cu toate acestea, acest tip de transport nu se pune în vânzare, ci doar pentru uzul oficial al angajaților companiei. Mașinile sunt sub supravegherea inginerilor.

Mulți oameni se întreabă dacă este posibil să asamblați o celulă de combustibil cu propriile mâini. La urma urmei, un avantaj semnificativ al unui dispozitiv de casă va fi o investiție minoră, în contrast cu un model industrial. Pentru modelul în miniatură, veți avea nevoie de 30 cm de sârmă de nichel acoperită cu platină, o bucată mică de plastic sau lemn, o clemă de baterie de 9 volți și bateria în sine, bandă adezivă transparentă, un pahar cu apă și un voltmetru. Un astfel de dispozitiv vă va permite să vedeți și să înțelegeți esența lucrării, dar, desigur, nu va fi posibil să generați energie electrică pentru mașină.

fb.ru

Pile de combustibil cu hidrogen: puțină istorie | Hidrogen

În prezent, problema deficitului de resurse energetice tradiționale și deteriorarea ecologiei planetei în ansamblu din cauza utilizării lor este deosebit de acută. Acesta este motivul pentru care, recent, s-au cheltuit resurse financiare și intelectuale semnificative pentru dezvoltarea unor înlocuitori potențial promițători pentru combustibilii cu hidrocarburi. Hidrogenul poate deveni un astfel de înlocuitor în viitorul foarte apropiat, deoarece utilizarea lui în centralele electrice este însoțită de eliberarea unei cantități mari de energie, iar evacuarea este vapori de apă, adică nu reprezintă un pericol pentru mediu.

În ciuda unor dificultăți tehnice care încă există în implementarea pilelor de combustie pe bază de hidrogen, mulți producători de automobile au apreciat promisiunea tehnologiei și dezvoltă deja în mod activ prototipuri de mașini de producție capabile să folosească hidrogenul ca combustibil principal. În două mii unsprezece, Daimler AG a prezentat modele conceptuale Mercedes-Benz cu centrale electrice pe hidrogen. În plus, compania coreeană Hyndayi a anunțat oficial că nu mai intenționează să dezvolte mașini electrice, ci își va concentra toate eforturile pe dezvoltarea unei mașini cu hidrogen la prețuri accesibile.

În ciuda faptului că însăși ideea de a folosi hidrogenul ca combustibil nu este sălbatică pentru mulți, cei mai mulți nu au idee cum funcționează celulele de combustie care utilizează hidrogen și ce este atât de remarcabil la ele.

Pentru a înțelege importanța tehnologiei, vă sugerăm să privim istoria pilelor de combustibil cu hidrogen.

Prima persoană care a descris potențialul utilizării hidrogenului într-o pilă de combustibil a fost un german, Christian Friedrich. În 1838, el și-a publicat lucrările într-un reviste științifice faimoase ale vremii.

Chiar în anul următor, a fost creat un prototip al unei baterii cu hidrogen funcționale de către un judecător din Uhls, Sir William Robert Grove. Cu toate acestea, puterea dispozitivului era prea mică chiar și după standardele din acea vreme, așa că utilizarea sa practică era exclusă.

În ceea ce privește termenul „pilă de combustie”, acesta își datorează existența oamenilor de știință Ludwig Mond și Charles Langer, care în 1889 au încercat să creeze o celulă de combustie care funcționează cu aer și gazul cuptorului de cocs. Potrivit altor surse, termenul a fost folosit pentru prima dată de William White Jaques, care a decis pentru prima dată să folosească acid fosforic într-un electrolit.

În anii 1920, în Germania au fost efectuate o serie de studii, care au dus la descoperirea pilelor de combustie cu oxid solid și a modalităților de utilizare a ciclului carbonatului. Este de remarcat faptul că aceste tehnologii sunt utilizate eficient în timpul nostru.

În 1932, inginerul Francis T Bacon a început să lucreze la cercetarea directă a celulelor de combustibil pe bază de hidrogen. Înaintea lui, oamenii de știință au folosit o schemă stabilită - electrozi poroși de platină au fost plasați în acid sulfuric. Dezavantajul evident al unei astfel de scheme constă, în primul rând, în costul ridicat nejustificat din cauza utilizării platinei. În plus, utilizarea acidului sulfuric caustic a reprezentat o amenințare pentru sănătatea și uneori chiar viața cercetătorilor. Bacon a decis să optimizeze circuitul și a înlocuit platina cu nichel și a folosit o compoziție alcalină ca electrolit.

Datorită muncii productive pentru a-și îmbunătăți tehnologia, Bacon a prezentat publicului larg deja în 1959 celula sa originală cu hidrogen, care producea 5 kW și putea alimenta o mașină de sudură. El a numit dispozitivul prezentat „Bacon Cell”.

În octombrie același an, a fost creat un tractor unic care funcționa pe hidrogen și producea douăzeci de cai putere.

În anii șaizeci ai secolului XX, compania americană General Electric a dezvoltat schema dezvoltată de Bacon și a aplicat-o programelor spațiale Apollo și NASA Gemini. Experții de la NASA au ajuns la concluzia că utilizarea unui reactor nuclear este prea costisitoare, dificilă din punct de vedere tehnic și nesigură. În plus, a trebuit să renunțăm la utilizarea bateriilor împreună cu panourile solare din cauza dimensiunilor mari ale acestora. Soluția problemei au fost celulele de combustibil cu hidrogen, care sunt capabile să furnizeze nava spațială cu energie și echipajul său cu apă curată.

Primul autobuz care folosea hidrogen drept combustibil a fost construit în 1993. Și prototipurile de mașini de pasageri alimentate cu celule de combustibil cu hidrogen au fost prezentate deja în 1997 de astfel de mărci de automobile globale precum Toyota și Daimler Benz.

Este puțin ciudat că un combustibil promițător, prietenos cu mediul, vândut acum cincisprezece ani într-o mașină, nu a devenit încă răspândit. Există multe motive pentru aceasta, principalele, poate, sunt politice și solicitările pentru crearea infrastructurii adecvate. Să sperăm că hidrogenul își va spune în continuare cuvântul și va deveni un concurent semnificativ al mașinilor electrice.(odnaknopka)

energycraft.org

Creat 14.07.2012 20:44 Autor: Alexey Norkin

Societatea noastră materială fără energie nu poate doar să se dezvolte, ci chiar să existe deloc. De unde vine energia? Până nu demult, oamenii foloseau doar o singură modalitate de a-l obține; ne-am luptat cu natura, ardând trofeele obținute în cuptoarele de la focarele de acasă, apoi locomotivele cu abur și centralele termice puternice.

Nu există etichete pe kilowați-oră consumați de omul obișnuit modern care să indice câți ani a lucrat natura pentru ca omul civilizat să se poată bucura de beneficiile tehnologiei și câți ani mai are de muncit pentru a netezi daunele cauzate. ea de o asemenea civilizaţie. Cu toate acestea, există o înțelegere tot mai mare în societate că, mai devreme sau mai târziu, idila iluzorie se va termina. Din ce în ce mai mult, oamenii inventează modalități de a furniza energie pentru nevoile lor cu daune minime aduse naturii.

Pilele de combustibil cu hidrogen sunt Sfântul Graal al energiei curate. Ei procesează hidrogenul, unul dintre elementele comune ale tabelului periodic, și eliberează doar apă, cea mai comună substanță de pe planetă. Tabloul roz este stricat de lipsa accesului oamenilor la hidrogen ca substanță. Există o mulțime, dar numai în stare legată, iar extragerea lui este mult mai dificilă decât pomparea uleiului din adâncuri sau săpatul cărbunelui.

Una dintre opțiunile pentru producția curată și ecologică a hidrogenului este celulele de combustie microbiană (MTB), care folosesc microorganisme pentru a descompune apa în oxigen și hidrogen. Nici aici nu totul este bine. Microbii fac o treabă excelentă producând combustibil curat, dar pentru a obține eficiența necesară în practică, MTB necesită un catalizator care accelerează una dintre reacțiile chimice ale procesului.

Acest catalizator este metalul prețios platină, al cărui cost face ca utilizarea MTB-ului să fie nejustificată din punct de vedere economic și practic imposibilă.

Oamenii de știință de la Universitatea din Wisconsin-Milwaukee au găsit un înlocuitor pentru catalizatorul scump. În loc de platină, ei au propus să folosească nanorods ieftine realizate dintr-o combinație de carbon, azot și fier. Noul catalizator constă din tije de grafit cu azot încorporat în stratul de suprafață și miezuri de carbură de fier. Pe parcursul a trei luni de testare a noului produs, catalizatorul a demonstrat capacități mai mari decât cele ale platinei. Funcționarea nanorods s-a dovedit a fi mai stabilă și mai controlabilă.

Și, cel mai important, creația oamenilor de știință din universitate este mult mai ieftină. Astfel, costul catalizatorilor de platină este de aproximativ 60% din costul MTB, în timp ce costul nanorods este la 5% din prețul lor actual.

Potrivit creatorului nanorodurilor catalitice, profesorul Junhong Chen: „Pilele de combustie pot transforma direct combustibilul în electricitate. Împreună, energia electrică din surse regenerabile poate fi livrată acolo unde este nevoie, într-un mod curat, eficient și durabil.”

Profesorul Chen și echipa sa de cercetători studiază acum caracteristicile exacte ale catalizatorului. Scopul lor este de a oferi invenției lor un accent practic, pentru a o face potrivită pentru producția și utilizarea în masă.

Pe baza materialelor de la Gizmag

www.facepla.net

Pile de combustibil cu hidrogen și sisteme energetice

O mașină alimentată cu apă poate deveni în curând o realitate, iar celulele de combustibil cu hidrogen vor fi instalate în multe case...

Tehnologia celulelor de combustibil cu hidrogen nu este nouă. A început în 1776, când Henry Cavendish a descoperit pentru prima dată hidrogenul în timp ce dizolva metalele în acizi diluați. Prima pilă de combustibil cu hidrogen a fost inventată deja în 1839 de William Grove. De atunci, pilele de combustibil cu hidrogen au fost îmbunătățite treptat și sunt acum instalate în navetele spațiale, furnizându-le energie și servind drept sursă de apă. Astăzi, tehnologia celulelor de combustie cu hidrogen este pe punctul de a ajunge pe piața de masă, în mașini, case și dispozitive portabile.

Într-o pilă de combustibil cu hidrogen, energia chimică (sub formă de hidrogen și oxigen) este transformată direct (fără ardere) în energie electrică. O celulă de combustibil este formată dintr-un catod, electrozi și un anod. Hidrogenul este alimentat la anod, unde este separat în protoni și electroni. Protonii și electronii au căi diferite către catod. Protonii se deplasează prin electrod către catod, iar electronii trec în jurul celulelor de combustibil pentru a ajunge la catod. Această mișcare creează ulterior energie electrică utilizabilă. Pe de altă parte, protonii și electronii hidrogenului se combină cu oxigenul pentru a forma apă.

Electrolizoarele sunt o modalitate de a extrage hidrogenul din apă. Procesul este practic opusul a ceea ce se întâmplă cu o pilă de combustibil cu hidrogen. Electrolizorul este format dintr-un anod, o celulă electrochimică și un catod. Apa și tensiunea sunt aplicate anodului, care împarte apa în hidrogen și oxigen. Hidrogenul trece prin celula electrochimică către catod și oxigenul este furnizat direct către catod. De acolo, hidrogenul și oxigenul pot fi extrase și stocate. În perioadele în care nu este necesară producerea de energie electrică, gazul acumulat poate fi îndepărtat din instalația de stocare și trecut înapoi prin celula de combustie.

Acest sistem folosește hidrogenul drept combustibil, motiv pentru care probabil există multe mituri despre siguranța lui. După explozia Hindenburgului, mulți oameni departe de știință și chiar unii oameni de știință au început să creadă că utilizarea hidrogenului este foarte periculoasă. Cu toate acestea, cercetările recente au arătat că cauza acestei tragedii a fost legată de tipul de material care a fost folosit în construcție, și nu de hidrogenul care a fost pompat în interior. După testarea siguranței stocării hidrogenului, s-a constatat că stocarea hidrogenului în celulele de combustie este mai sigură decât depozitarea benzinei într-un rezervor de combustibil al mașinii.

Cât costă pilele moderne de combustibil cu hidrogen? Companiile oferă în prezent sisteme de combustibil cu hidrogen care produc energie pentru aproximativ 3.000 USD per kilowatt. Cercetările de marketing au stabilit că atunci când costul scade la 1.500 USD per kilowatt, consumatorii de pe piața de energie de masă vor fi gata să treacă la acest tip de combustibil.

Vehiculele cu celule de combustibil cu hidrogen sunt încă mai scumpe decât vehiculele cu motor cu ardere internă, dar producătorii explorează modalități de a aduce prețul la niveluri comparabile. În unele zone îndepărtate, unde nu există linii electrice, utilizarea hidrogenului ca combustibil sau alimentarea casei în mod independent poate fi mai economică acum decât, de exemplu, construirea infrastructurii pentru sursele tradiționale de energie.

De ce pilele de combustibil cu hidrogen nu sunt încă utilizate pe scară largă? În prezent, costul lor ridicat este principala problemă pentru răspândirea pilelor de combustie cu hidrogen. Sistemele de combustibil cu hidrogen pur și simplu nu au cerere în masă în acest moment. Cu toate acestea, știința nu stă pe loc și în viitorul apropiat o mașină care rulează pe apă poate deveni o realitate reală.

www.tesla-tehnika.biz

Pregătiți tot ce aveți nevoie. Pentru a face o celulă de combustie simplă, veți avea nevoie de 12 inci de sârmă acoperită cu platină sau platină, un bețișor de ghiveci, o baterie de 9 volți și suport pentru baterie, bandă adezivă transparentă, un pahar cu apă, sare de masă (opțional), un metal subțire tijă și un voltmetru.

• O baterie de 9 volți și un suport pentru baterie pot fi achiziționate de la un magazin de electronice sau hardware.

Tăiați două bucăți de 15 centimetri lungime din sârmă de platină sau acoperită cu platină. Sârma de platină este folosită în scopuri speciale și poate fi achiziționată de la un magazin de electronice. Va servi drept catalizator pentru reacție.

Înfășurați bucăți de sârmă în jurul unei tije subțiri de metal pentru a crea forma unor arcuri. Aceștia vor fi electrozii celulei de combustie. Prinde capătul sârmei și înfășoară-l strâns în jurul tijei pentru a crea un arc elicoidal. Scoateți primul fir din tijă și înfășurați a doua bucată de sârmă.

• Puteți folosi un cui, un cuier de sârmă sau o sondă de testare ca tijă pentru înfășurarea sârmei.

Tăiați firele suportului bateriei în jumătate. Luați tăietoarele de sârmă, tăiați ambele fire atașate de suport în jumătate și îndepărtați izolația de pe ele. Veți atașa aceste fire goale la electrozi.

• Folosind partea corespunzătoare a tăietorilor de sârmă, îndepărtați izolația de la capetele firului. Îndepărtați izolația de la capetele firelor pe care le tăiați de la suportul bateriei.
• Tăiați firul sub supravegherea unui adult.

Atașați capetele firelor, dezbrăcate de izolație, la electrozi. Conectați firele la electrozi, astfel încât să puteți conecta apoi o sursă de alimentare (suport pentru baterie) și un voltmetru pentru a determina cât de multă tensiune produce celula de combustibil.

• Răsuciți firul roșu al suportului bateriei și firul roșu tăiat în jurul capătului superior al uneia dintre bobinele de sârmă, lăsând cea mai mare parte liberă.
• Înfășurați capătul superior al celei de-a doua bobine cu firul negru al suportului bateriei și firul negru tăiat.

Atașați electrozii la un bețișor de popsicle sau o tijă de lemn. Batonul de popsicle ar trebui să fie mai lung decât gâtul paharului cu apă, astfel încât să se poată sprijini deasupra acestuia. Lipiți electrozii astfel încât să atârne de băț și să cadă în apă.

• Puteți folosi bandă transparentă sau bandă electrică. Principalul lucru este că electrozii sunt atașați bine de stick.

Turnați apă de la robinet sau sărată într-un pahar. Pentru ca reacția să aibă loc, apa trebuie să conțină electroliți. Apa distilată nu este potrivită pentru aceasta, deoarece nu conține impurități care pot servi drept electroliți. Pentru ca reacția chimică să decurgă normal, puteți dizolva sarea sau bicarbonatul de sodiu în apă.

• Apa obișnuită de la robinet conține și impurități minerale, așa că poate fi folosită ca electrolit dacă nu aveți sare la îndemână.
• Adăugați sare sau bicarbonat de sodiu în proporție de o lingură (20 de grame) pe pahar de apă. Amestecați apa până când sarea sau bicarbonatul de sodiu se dizolvă complet.

Pune un bețișor cu electrozi pe gâtul unui pahar cu apă.În acest caz, electrozii sub formă de arcuri de sârmă ar trebui să fie scufundați în apă pe cea mai mare parte a lungimii lor, cu excepția contactelor cu firele suportului bateriei. Numai firul de platină ar trebui să fie sub apă.

• Dacă este necesar, fixați stick-ul cu bandă adezivă pentru a menține electrozii în apă.

Conectați firele care vin de la electrozi la un voltmetru sau un bec LED. Folosind un voltmetru, puteți determina tensiunea produsă de celula de combustibil activată. Conectați firul roșu la borna pozitivă și firul negru la borna negativă a voltmetrului.

• În această etapă, voltmetrul poate afișa o valoare mică, de exemplu 0,01 volți, deși tensiunea pe el ar trebui să fie zero.
• De asemenea, puteți conecta un bec mic, cum ar fi o lanternă sau un LED.

Poveste

Primul element a fost realizat, se pare, din mina unui creion simplu rusesc (este important), iar corpul era un dop de bere. Toate acestea au fost încălzite pe aragazul din bucătărie. Electrolitul a fost pulbere de curățat țevi Digger, care este NaOH conform etichetei. Din moment ce am reușit să iau ceva curent, m-am gândit că poate un astfel de element ar putea funcționa cu adevărat. Cutiile de tablă au început să curgă la cusături (lipirea a fost corodata de alcalii) și nici nu-mi amintesc care au fost rezultatele. Pentru o experiență mai serioasă, mi-am cumpărat un juggernaut din oțel inoxidabil. Cu toate acestea, nimic nu a mers cu ea. Nu numai că tensiunea era de doar 0,5 volți, dar era și direcționată în direcția greșită. De asemenea, s-a dovedit că cărbunii de la creioane chiar le place să se prăbușească în părțile lor componente. Aparent, acestea nu sunt realizate dintr-un cristal solid de grafit, ci sunt lipite împreună din praf. Aceeași soartă a avut-o și tijele de la bateriile AA. Am cumpărat și perii de la niște motoare electrice, dar locurile în care firul de alimentare intră în perie au devenit rapid inutilizabile. În plus, o pereche de perii s-a dovedit a conține cupru sau alt metal (acest lucru se întâmplă cu periile).

Scărpinându-mă ferm capul, am decis că pentru fiabilitate ar fi mai bine să fac vasul din argint, iar cărbunele folosind tehnologia descrisă de Jaco, adică sinterizarea. Argintul costă bani moderat (prețurile fluctuează, dar undeva în jur de 10-20 de ruble pe gram). Am întâlnit ceai care costă mult mai mult.

Se știe că argintul este stabil în topirea NaOH, în timp ce fierul dă ferați, de exemplu, Na2FeO4. Deoarece fierul are în general o valență variabilă, ionii săi pot provoca un „scurtcircuit” în element, cel puțin în teorie. Prin urmare, am decis să verific mai întâi carcasa argintului, deoarece este mai simplu. În primul rând, a fost achiziționată o lingură placată cu argint cupruronic și, atunci când a fost testată cu perii, sa dovedit imediat a fi 0,9V dintr-un circuit deschis cu polaritatea necesară, precum și un curent destul de mare. Ulterior (nu practic, dar teoretic) s-a dovedit că argintul se poate dizolva și în alcali în prezența peroxidului de sodiu Na2O2, care se formează în unele cantități atunci când aerul este suflat. Dacă acest lucru se întâmplă în element sau dacă sub protecția carbonului argintul este sigur, nu știu.

Lingura nu a trăit mult. Stratul de argint s-a umflat și a încetat să funcționeze. Cupronickelul este instabil în alcali (ca majoritatea materialelor existente în lume). După aceea, dintr-o monedă de argint am făcut o ceașcă specială, care a produs o putere record de 0,176 wați.

Toate acestea s-au făcut într-un apartament obișnuit de oraș, în bucătărie. Nu m-am ars grav, n-am aprins focul și am vărsat o singură leșie topită pe aragaz (smalțul s-a corodat imediat). S-a folosit cel mai simplu instrument. Dacă puteți afla tipul corect de fier și compoziția corectă a electrolitului, atunci fiecare bărbat nu atât de fără brațe poate face un astfel de element pe genunchi.

În 2008, au fost identificate mai multe „tipuri corecte de fier”. De exemplu, oțel inoxidabil alimentar, conserve, oțeluri electrice pentru circuite magnetice, precum și oțeluri cu conținut scăzut de carbon - st1ps, st2ps. Cu cât este mai puțin carbon, cu atât performanța este mai bună. Oțelul inoxidabil pare să funcționeze mai rău decât fierul pur (apropo, este mult mai scump). Fierul „foaie norvegiană”, cunoscut și sub numele de suedez, este fier care a fost fabricat din cărbune în Suedia folosind cărbune și nu conținea mai mult de 0,04% carbon. În prezent, un astfel de conținut scăzut de carbon poate fi găsit doar în oțelurile electrice. Cel mai bine este probabil să faceți cupe prin ștanțare din tablă de oțel electric

Făcând o ceașcă de argint

În 2008, s-a dovedit că și cupa de fier funcționează bine, așa că scot tot ce atinge cupa de argint. A fost interesant, dar acum nu mai este relevant.

Puteți încerca să utilizați grafit. Dar nu am avut timp. I-am cerut șoferului o suprapunere pentru claxoanele de troleibuz, dar asta era deja la sfârșitul epopeei mele experimentale. Puteți încerca și perii de la motoare, dar acestea sunt adesea realizate cu cupru, ceea ce încalcă puritatea experimentului. Aveam două opțiuni pentru perii, una s-a dovedit a fi cu cupru. Creioanele nu produc niciun rezultat deoarece au o suprafață mică și sunt incomod pentru a extrage curent. Tijele bateriei se destramă în alcalii
(se întâmplă ceva cu liantul). În general vorbind, grafitul este cel mai prost combustibil pentru element deoarece... este cel mai rezistent chimic. Prin urmare, facem electrodul „cinstit”. Luăm cărbune (eu am cumpărat cărbune de mesteacăn pentru grătare de la supermarket), îl macinăm cât mai fin (am măcinat mai întâi într-un mortar de porțelan, apoi mi-am cumpărat o râșniță de cafea). În industrie, electrozii sunt fabricați din mai multe fracțiuni de cărbune, amestecându-le între ele. Nimic nu te împiedică să faci la fel. Pulberea se arde pentru a crește conductivitatea electrică: trebuie încălzită timp de câteva minute la cea mai mare temperatură posibilă (1000 sau mai mult). Desigur, fără acces la aer.

Pentru asta am făcut o forjă din două cutii de tablă cuibărite una în cealaltă. Bucăți de argilă uscată sunt îngrămădite între ele pentru izolare termică. Fundul ambelor cutii este perforat astfel încât să existe loc pentru aer să sufle. Cutia interioară este umplută cu cărbuni (care acționează ca combustibil), printre aceștia este plasată o cutie de metal - un „crezeuț”, l-am rulat și din tablă dintr-o cutie de tablă. Pudra de cărbune înfășurată într-o pungă de hârtie este umplută în cutie. Trebuie să existe un spațiu între mănunchiul de cărbune și pereții „crezetului”. Este acoperit cu nisip pentru a preveni intrarea aerului. Cărbunii sunt aprinși, apoi suflați prin găurile din fund cu un uscător de păr obișnuit. Toate acestea reprezintă un pericol de incendiu - zboară scântei. Aveți nevoie de ochelari de protecție și, de asemenea, trebuie să vă asigurați că nu există perdele, butoaie de benzină sau alte pericole de incendiu în apropiere. Ar fi bine, în sensul bun, să faci astfel de lucruri undeva pe o gazon verde în timpul sezonului ploios (în pauza dintre ploi). Îmi pare rău, dar mi-e prea lene să desenez toată această structură. Cred că poți ghici fără mine.

În continuare, la pulberea arsă se adaugă o anumită cantitate de zahăr (probabil de la o treime la jumătate). Acesta este liantul. Apoi - puțină apă (când mâinile mele erau murdare și prea leneș să deschid robinetul, doar am scuipat în el și am adăugat bere în loc de apă, nu știu cât de mult contează; e foarte posibil ca materia organică să fie importantă. Toate acestea se amestecă bine în mortar.Rezultatul ar trebui să fie o masă de plastic.Din această masă trebuie să formați un electrod.Cu cât îl comprimați mai bine, cu atât mai bine.Am luat o bucată de tub astupată și am bătut cărbunele în tub cu un tub mai mic, folosind un ciocan.Pentru ca produsul să nu se destrame atunci când este scos din tub, înainte de umplere, au fost introduse mai multe jante de hârtie în țeavă.Dopul ar trebui să fie detașabil și chiar mai bine dacă țeava este tăiată pe lungime și conectat cu cleme. Apoi, după apăsare, puteți pur și simplu să deconectați clemele și să obțineți semifabricatul de cărbune în siguranță și sănătos. În cazul unui dop detașabil, aveți nevoie să stoarceți piesa finită din
țevi (în acest caz se poate destrăma). Cărbunele meu avea un diametru de 1,2-1,5 cm și o lungime de 4-5 cm.

Forma finită este uscată. Pentru a face acest lucru, am aprins aragazul la foc foarte mic, am așezat pe el o cutie goală cu susul în jos și am pus un cărbune pe fund. Uscarea trebuie să fie suficient de lentă, astfel încât vaporii de apă să nu rupă piesa de prelucrat. După ce toată apa s-a evaporat, zahărul va începe să „fierbe”. Se va transforma în caramel și se va lipi bucățile de cărbune împreună.

După răcire, trebuie să forați o gaură rotundă longitudinală (de-a lungul axei sale de simetrie) în cărbune în care va fi introdus electrodul de descărcare. Diametrul găurii - nu-mi amintesc, cred că era de 4 mm. Cu această procedură, totul poate fi deja acoperit, deoarece structura este fragilă. Am găurit mai întâi cu un burghiu de 2 mm, apoi am extins cu grijă (cu mâna) cu burghie de 3 mm și 4 mm, sau chiar o pilă cu ac, nu-mi amintesc exact. În principiu, această gaură poate fi făcută deja în faza de turnare. Dar asta -
nuanțe.

După ce totul este uscat și găurit, trebuie să-l trageți. Ideea generală este că, cu o creștere destul de lină a temperaturii, trebuie să supuși cărbunele la o încălzire puternică și uniformă fără acces la aer timp de ceva timp (aproximativ 20 de minute). Trebuie să-l încălzești treptat și să-l răcești. Temperatura - cu cât mai mare, cu atât mai bine. De preferat mai mult de 1000. Am avut
portocaliu (mai aproape de alb) încălzire a fierului într-o forjă improvizată. Electrozii industriali sunt aprinși timp de multe zile, cu o furnizare și eliminare foarte lină a căldurii. La urma urmei, aceasta este în esență ceramică, care este fragilă. Nu pot garanta că cărbunele nu va crăpa. Am făcut totul cu ochii. Unii cărbuni s-au crăpat imediat după utilizare.

Deci, cărbunele este gata. Ar trebui să aibă cât mai puțină rezistență. Când măsurați rezistența, nu trebuie să atingeți cărbunele cu ace ale testerului, ci să luați două fire toronate, să le sprijiniți de părțile laterale ale cărbunelui (nu de capetele tijei, ci pur și simplu de-a lungul diametrului) și să apăsați ferm cu degetele tale (doar pentru a nu crăpa), vezi figură, în figură masa amorfă roz este degetele care strâng firele de sârmă.

Dacă rezistența este de 0,3-0,4 ohmi (aceasta a fost la limita sensibilității testerului meu), atunci acesta este un cărbune bun. Dacă este mai mare de 2-3 ohmi, atunci este rău (densitatea de putere va fi mică). Dacă cărbunele nu are succes, puteți repeta arderea.

După ardere, facem un electrod de descărcare. Aceasta este o fâșie de argint sau fier - 2008 lungime egală cu de două ori sau puțin mai mică decât lungimea cărbunelui,
lățime - două diametre de găuri. Grosime - să spunem 0,5 mm. Din el trebuie să rulați un cilindru al cărui diametru exterior este egal cu
diametrul găurii. Dar cilindrul nu va funcționa, deoarece lățimea este prea mică; se va dovedi a fi un cilindru cu o fantă longitudinală. Acest slot este important pentru a compensa expansiunea termică. Dacă faceți un cilindru plin, argintul va sparge cărbunele când este încălzit.
Introducem „cilindrul” în cărbune. Trebuie să vă asigurați că se potrivește strâns în gaură. Există două părți ale acestui lucru: prea multă forță va sparge cărbunele; prea puțină forță nu va face suficient contact (acest lucru este foarte important). Vezi poza.

Acest design nu s-a născut imediat, mi se pare mai perfect decât acele cleme care sunt desenate în brevetul lui Jaco. În primul rând, cu un astfel de contact, curentul curge nu de-a lungul, ci de-a lungul razei cărbunelui cilindric, ceea ce poate reduce semnificativ pierderile electrice. În al doilea rând, metalele au un coeficient de dilatare termică mai mare decât cărbunele, astfel încât contactul cărbunelui cu clema metalică slăbește atunci când sunt încălzite. În cazul meu, contactul își întărește sau își menține puterea. În al treilea rând, dacă electrodul de descărcare nu este fabricat din argint, atunci carbonul îl protejează de oxidare. Grăbește-te și dă-mi un brevet!

Acum puteți măsura din nou rezistența; unul dintre poli va fi electrodul care transportă curent. Apropo, testerul meu are 0,3 ohmi - aceasta este deja limita de sensibilitate, deci este mai bine să treceți un curent cu o tensiune cunoscută și să măsurați puterea acestuia.

Rezervă de aer

Luăm o tijă de oțel dintr-un pix de mare capacitate. De preferat gol. Scoatem blocul cu mingea din el - ceea ce rămâne este doar un tub de fier. Îndepărtăm cu grijă pasta rămasă (nu am făcut asta foarte bine și pasta s-a carbonizat ulterior, ceea ce a îngreunat viața). În primul rând, acest lucru se face cu apă, apoi este mai bine să aprindeți tija de mai multe ori în flacăra arzătorului. Cerneala se va piroliza, lăsând în urmă carbon care poate fi scos.

În continuare, găsim un alt tub pentru a conecta această tijă (va fi fierbinte) cu un tub din PVC care duce de la compresorul acvariului, care este folosit pentru a condiționa peștii. Totul ar trebui să fie destul de strâns. Punem o clema reglabila pe teava din PVC, pentru ca pana si cel mai slab compresor produce prea mult aer. Ideal ar fi să faci un tub de argint, nu oțel, și chiar am reușit, dar nu am putut asigura o legătură strânsă între tubul de argint și linia PVC. Tuburile intermediare au otrăvit puternic aerul (din cauza acelorași goluri termice), așa că până la urmă m-am așezat pe o tijă de oțel. Desigur, această problemă este rezolvabilă, dar trebuia doar să-ți petreci timp și efort și să alegi receptorul potrivit pentru situație. În general, în această parte am deviat foarte mult de la brevetul lui Jaco. Nu am putut să fac un trandafir ca cel pictat de el (și sincer, nu m-am uitat la designul său suficient de bine la acea vreme).

Aici merită să facem o scurtă digresiune și să discutăm despre modul în care Jaco a înțeles greșit munca elementului său. Evident, oxigenul intră într-o formă ionică undeva la catod, conform formulei O2 + 4e- = 2O2-, sau o reacție similară în care oxigenul este redus și se combină cu ceva. Adică, este important să se asigure contactul triplu al aerului, electrolitului și catodului. Acest lucru poate apărea atunci când bulele de aer intră în contact cu metalul atomizorului și electrolitul. Adică, cu cât perimetrul total al tuturor găurilor atomizorului este mai mare, cu atât curentul ar trebui să fie mai mare. De asemenea, daca faci o cana cu margini inclinate, se poate mari si suprafata de contact triplu, vezi fig.

O altă opțiune este atunci când oxigenul dizolvat este redus la catod. În acest caz, zona de contact triplu nu este deosebit de importantă, dar trebuie doar să maximizați suprafața bulelor pentru a accelera dizolvarea oxigenului. Adevărat, în acest caz, nu este clar de ce oxigenul dizolvat nu oxidează cărbunele în mod direct, fără o reacție electrochimică (funcționând „ocolind” circuitul electric). Aparent, în acest caz, proprietățile catalitice ale materialului cupei sunt importante. Bine, astea sunt toate versurile. În orice caz, trebuie să împărțiți fluxul în bule mici. Încercările pe care le-am făcut pentru a face acest lucru nu au avut un succes deosebit.

Pentru a face acest lucru, a fost necesar să se facă găuri subțiri, ceea ce a cauzat o mulțime de probleme.

În primul rând, găurile subțiri se înfundă rapid, deoarece... fierul se corodează, rugina și reziduurile de cărbune (amintiți-vă că acolo a fost cândva pastă de stilou) cad din tijă și astupă găurile.
În al doilea rând, găurile sunt de dimensiuni inegale și este dificil să faci aer să curgă simultan din toate găurile.
În al treilea rând, dacă două găuri sunt situate în apropiere, atunci există o tendință proastă ca bulele să se îmbine înainte de a se rupe.
În al patrulea rând, compresorul furnizează aer neuniform și acest lucru afectează cumva și dimensiunea bulelor (se pare că o bula iese la o singură apăsare). Toate acestea pot fi observate cu ușurință turnând apă într-un borcan transparent și testând pulverizatorul din acesta. Desigur, alcalii au un coeficient diferit de vâscozitate și tensiune superficială, așa că trebuie să acționezi la întâmplare. Nu am reușit niciodată să depășesc aceste probleme și, pe deasupra, problema scurgerilor de aer din cauza golurilor termice. Din cauza acestor scurgeri, pulverizatorul nu a putut începe să funcționeze, deoarece aceasta necesită depășirea forțelor de tensiune superficială. Aici au devenit pe deplin evidente deficiențele clemelor. Indiferent cum le strângeți, se mai slăbesc atunci când sunt încălzite. Drept urmare, am trecut la un simplu atomizator cu pix, care dădea un singur flux de bule. Aparent, pentru a face acest lucru într-un mod normal, trebuie să scăpați cu atenție de scurgeri, să furnizați aer sub o presiune semnificativă (mai mult decât cea creată de un compresor de acvariu) și prin găuri mici.

Această parte a designului este sincer prost elaborată...

Asamblare

Toate. Să punem totul împreună. Trebuie să instalați totul pe cleme astfel încât
1. Nu a existat un scurtcircuit prin structura de susținere.
2. Cărbunele nu a atins tubul de suflare a aerului sau pereții
ceașcă. Acest lucru va fi dificil, deoarece golurile sunt mici, clemele sunt slabe, iar alcalii vor gâfâi atunci când elementul funcționează. Va acționa și forța arhimediană, care va muta totul acolo unde nu este nevoie, și forța de tensiune superficială, atrăgând cărbunele spre alte obiecte. Argintul va deveni moale când este încălzit. Prin urmare, până la urmă, am ținut cărbunele cu un clește de capătul electrodului de descărcare. A fost rau. Pentru funcționarea normală, mai trebuie să faceți un capac (se pare că numai din porțelan - argila se înmoaie în alcali și își pierde rezistența, poate puteți folosi lut copt). Ideea cum se face acest capac se află în brevetul lui Jaco. Principalul lucru este că ar trebui să țină destul de bine cărbunele, pentru că... chiar și cu o ușoară nealiniere va atinge cupa din fund. Pentru a face acest lucru, trebuie să aibă o înălțime mare. Nu am reușit să găsesc un astfel de capac de porțelan și nici nu am reușit să fac unul ceramic din lut (tot ce am încercat să fac din lut s-a spart rapid, se pare că am tras cumva greșit). Singurul truc mic este să folosiți ca izolație termică un înveliș metalic și un strat de lut chiar și slab ars. Nici această cale nu este atât de ușoară.

Pe scurt, designul meu element a fost, de asemenea, lipsit de valoare.

De asemenea, este o idee bună să pregătiți un instrument care poate fi folosit pentru a obține o bucată de cărbune care poate cădea de pe electrod și poate cădea în alcali. O bucată de cărbune poate cădea și cădea în alcali, apoi va avea loc un scurtcircuit. Ca astfel de unealtă, aveam o clemă de oțel îndoită, pe care o țineam cu clești. Conectăm firele - unul la mâner, celălalt la electrodul de ieșire. Îl poți lipi, deși am folosit două plăci metalice și le-am înșurubat împreună cu șuruburi (toate dintr-un set de construcții metalice pentru copii). Principalul lucru este să înțelegeți că întreaga structură funcționează la tensiune joasă și toate conexiunile trebuie făcute bine. Măsurăm rezistența în absența electrolitului între electrozi - ne asigurăm că este mare (cel puțin 20 Ohmi). Măsurăm rezistența tuturor conexiunilor și ne asigurăm că sunt mici. Asamblam un circuit cu o sarcină. De exemplu, o rezistență de 1 Ohm și un ampermetru conectate în serie. Testerii au o rezistență scăzută a ampermetrului numai în modul de măsurare a unităților de amperi; este recomandabil să aflați acest lucru în avans. Puteți fie să porniți modul de schimbare a unității de amperi (curentul va fi de la 0,001 la 0,4 A), fie în loc de un ampermetru conectat în serie, porniți un voltmetru în paralel (tensiunea va fi de la 0,2 la 0,9 V). Este de dorit să se ofere capacitatea de a schimba condițiile în timpul experimentului pentru a măsura tensiunea în circuit deschis, curentul de scurtcircuit și curentul cu o sarcină de 1 ohm. Este mai bine dacă se poate schimba și rezistența: 0,5 ohm, 1 ohm și 2 ohm pentru a găsi cea la care se va atinge puterea maximă.

Pornim compresorul din acvariu și strângem clema astfel încât aerul să curgă abia (și, apropo, funcționalitatea conductei de alimentare trebuie verificată prin scufundarea acesteia în apă. Deoarece densitatea alcalinei este de 2,7, aceasta trebuie scufundat la o adâncime suficient de mare.Etanșeitatea completă nu este necesară, Principalul lucru este că, chiar și la o astfel de adâncime, ceva gâlgâie de la capătul tubului.

Masuri de precautie

Urmează lucrul cu alcalii topiți. Cum pot explica ce este topirea alcaline? Ți-a luat săpun în ochi? E neplăcut, nu-i așa? Deci, NaOH topit este, de asemenea, săpun, încălzit doar la 400 de grade și de sute de ori mai caustic.

Măsurile de protecție la lucrul cu alcalii topite sunt strict necesare!

În primul rând, Ochelarii de protecție buni sunt strict necesari. Sunt miop, așa că am purtat doi ochelari - ochelari de protecție din plastic deasupra și sticlă dedesubt. Ochelarii de protecție ar trebui să protejeze împotriva stropilor nu numai din față, ci și din lateral. Mă simțeam în siguranță în asemenea muniții. În ciuda ochelarilor de protecție, nu este recomandat să vă apropiați fața de dispozitiv.

Pe lângă ochii tăi, trebuie să-ți protejezi și mâinile. Am făcut totul cu mare atenție, așa că până la urmă m-am priceput și am lucrat într-un tricou. Acest lucru este util, deoarece cele mai mici stropi de alcali care cad uneori pe mâini dau o arsură care nu vă permite să uitați timp de câteva zile cu ce substanță aveți de-a face.

Dar, firește, aveam mănuși pe mâini. În primul rând, cele de cauciuc de uz casnic (nu cele mai subțiri), iar deasupra lor - coșuri de cârpe ieșind din dosul palmei. Le-am umezit cu apă ca să mă descurc cu obiectele fierbinți. Cu o astfel de pereche de manusi mainile sunt mai mult sau mai putin protejate. Dar trebuie să vă asigurați că mănușile exterioare nu sunt niciodată prea umede. O picătură de apă care cade în electrolit fierbe instantaneu, iar electrolitul stropește foarte frumos. Dacă se întâmplă acest lucru (și mi s-a întâmplat mie de trei ori), apar probleme cu sistemul respirator. În aceste cazuri, mi-am ținut imediat respirația fără a finaliza inhalarea (practica de caiac ajută să nu intru în panică în astfel de situații) și am ieșit cât mai repede din bucătărie.

În general, pentru a proteja sistemul respirator, este necesară o bună ventilație în timpul experimentului. In cazul meu a fost doar un draft (era vara). Dar în mod ideal ar trebui să fie o hotă sau în aer liber.

Deoarece stropii de leșie sunt inevitabile, tot ce se află în imediata apropiere a cupei este acoperit într-un anumit grad de leșie. Dacă îl manipulezi cu mâinile goale, s-ar putea să te arzi. Este necesar să spălați totul după finalizarea experimentului, inclusiv mănușile.

În cazul unei arsuri, am avut întotdeauna în apropiere un recipient cu apă și un recipient cu oțet diluat pentru a neutraliza alcalii în cazul unei arsuri severe. Din fericire, oțetul nu a fost niciodată util și nu pot spune dacă merită deloc folosit. În cazul unei arsuri, spălați imediat alcalii cu multă apă. Există, de asemenea, un remediu popular pentru arsuri - urina. Se pare că ajută și.

Lucrează de fapt cu elementul

Turnați NaOH uscat într-un pahar (eu am cumpărat Digger pentru curățarea țevilor). Puteți adăuga MgO și alte ingrediente, precum CaCO3 (pulbere de dinți sau cretă) sau MgCO3 (am luat MgO de la prieteni). Aprindeți arzătorul și încălziți-l. Deoarece NaOH este extrem de higroscopic, acest lucru trebuie făcut imediat (și punga cu NaOH trebuie să fie bine închisă). Ar fi o idee bună să vă asigurați că paharul este înconjurat de căldură pe toate părțile - curentul depinde FOARTE puternic de temperatură. Adică, faceți o cameră de ardere improvizată și direcționați flacăra arzătorului în ea (de asemenea, trebuie să vă asigurați că cartuşul de la arzător nu explodează, după părerea mea, aceste arzătoare sunt destul de prost făcute din acest punct de vedere, așa cum am deja a scris, pentru aceasta trebuie să gazele fierbinți nu au căzut pe recipient și era mai bine să-l mențineți în poziția sa normală și nu „cu susul în jos”).
Uneori se dovedește a fi convenabil să aduceți flacăra arzătorului de sus, dar asta după ce totul s-a topit. Apoi tubul de descărcare, electrodul de descărcare (și carbonul prin acesta) și partea superioară a sticlei, unde există cele mai multe bule de aer, sunt încălzite în același timp). Dacă memoria îmi servește corect, cel mai mare rezultat s-a obținut în acest fel.

După ceva timp, alcaliul va începe să se topească și volumul său va scădea. Trebuie să adăugați pulbere astfel încât paharul să aibă 2/3 din înălțime (alcaliul va curge din cauza capilarității și stropirii). Conducta de alimentare cu aer nu a funcționat bine pentru mine (din cauza expansiunii termice, golurile și scurgerile vor crește, iar datorită unei bune eliminări a căldurii, alcalii din ea se pot solidifica). Uneori, aerul înceta să curgă cu totul. Pentru a remedia acest lucru am făcut următoarele:
1. Suflare (creștere ușoară temporară a alimentării cu aer)
2. Ridică-te. (presiunea va fi mai mică și aerul va deplasa coloana de alcali din
tevi)
3. Încălzire (se scoate din cană și se încălzește cu un arzător pentru ca alcaliul din interiorul pulverizatorului să se topească).

În general, elementul începe să funcționeze bine la o temperatură roșie (alcaliul începe să strălucească). În același timp, începe să curgă spuma (acesta este CO2) și se aud zgomote de zgomot cu fulgerări (fie acesta este hidrogen, fie CO se arde, încă nu înțeleg).
Am reușit să obțin o putere maximă de 0,025 W/cm2 sau 0,176 W total per element, cu o rezistență la sarcină de 1,1 Ohmi. În același timp, am măsurat curentul cu un ampermetru. De asemenea, a fost posibilă măsurarea căderii de tensiune pe sarcină.

Degenerarea electrolitică

În element are loc o reacție secundară proastă

NaOH+CO2=Na2CO3+H2O.

Adică, după ceva timp (zeci de minute) totul se va întări (punctul de topire al sifonului - nu-mi amintesc, dar aproximativ 800). De ceva timp, acest lucru poate fi depășit prin adăugarea mai multor alcali, dar în cele din urmă nu contează - electrolitul se va întări. În ceea ce privește modul de combatere a acestui lucru, vezi alte pagini de pe acest site, începând cu pagina despre UTE.În general, poți folosi NaOH, în ciuda acestei probleme, despre care a scris Jaco în brevetul său. Pentru că există modalități de a produce NaOH din Na2CO3. De exemplu, deplasarea prin var nestins conform reacției Na2CO3+CaOH=2NaOH+CaCO3, după care se poate calcina CaCO3 și se va obține din nou CaO. Adevărat, această metodă este foarte consumatoare de energie și eficiența generală a elementului va scădea foarte mult, iar complexitatea va crește. Prin urmare, cred că mai trebuie să căutați o compoziție stabilă de electroliți, care a fost găsită în SARA. Este foarte posibil ca acest lucru să se poată realiza prin găsirea cererilor de brevet SARA în baza de date a Oficiului de Brevete al SUA (http://www.uspto.gov), mai ales că în timp acestea ar fi putut deveni brevete deja emise. Dar încă nu am ajuns la asta. De fapt, această idee în sine a apărut doar în timpul pregătirii acestor materiale. Se pare că o voi face în curând.

Rezultate, gânduri și concluzii

Aici s-ar putea să mă repet puțin. Puteți începe nu cu argint, ci imediat cu fier. Când am încercat să folosesc un trișor
din otel inoxidabil, mi-a iesit prost. Acum înțeleg că primul motiv pentru aceasta este temperatura scăzută și decalajul mare dintre electrozi. În articolul său, Jacques scrie că performanța slabă cu fierul se datorează faptului că uleiul arde la fier și se formează un al doilea electrod de carbon, așa că trebuie să curățați foarte atent fierul de călcat de cele mai mici urme de ulei și, de asemenea, să folosiți fier.
continut redus de carbon. Poate da, dar tot cred că există un alt motiv, mai important. Fierul este un element de valență variabilă. Se dizolvă și formează un „scurtcircuit”. Acest lucru este susținut și de schimbarea culorii. La utilizarea argintului, culoarea electrolitului nu se schimbă (argintul este cel mai rezistent metal la acțiunea alcalinelor topite). La
Când folosiți fierul, electrolitul devine maro. Când utilizați argint, tensiunea în circuit deschis ajunge la 0,9 V sau mai mare. Când utilizați fierul de călcat, acesta este semnificativ mai mic (nu îmi amintesc exact, dar nu mai mult de 0,6 V). În ceea ce privește ce fel de fier de călcat trebuie folosit pentru ca totul să funcționeze bine, consultați alte pagini. Mai multe despre vaporii de apă, despre care scrie SARA. Pe de o parte, este bine pentru toată lumea (teoretic): împiedică intrarea fierului în soluție (se cunoaște reacția de descompunere a feratilor de metale alcaline cu apa fierbinte, ceva de genul Na2FeO4+H2O=2NaOH+Fe2O3) și pare să se schimbe echilibrul într-o reacție secundară proastă. Am căutat termodinamica reacției NaOH+CO2=Na2CO3+H2O folosind programul online F*A*C*T (http://www.crct.polymtl.ca/FACT/index.php) La toate temperaturile, echilibrul în el este foarte puternic deplasat spre dreapta, adică este puțin probabil ca apa să înlocuiască semnificativ dioxidul de carbon din compusul său cu oxid de sodiu. Este posibil ca situația să se schimbe în aliajul NaOH-Na2CO3 sau să se formeze un fel de soluție apoasă, dar nu știu cum să aflu. Cred că în acest caz practica este criteriul adevărului.

Principalul lucru pe care îl puteți întâlni atunci când efectuați experimente cu abur este condensul. Dacă undeva pe parcurs din punctul în care apa intră în magistrala de aer, temperatura oricărui perete scade sub 100C, apa se poate condensa și apoi, odată cu fluxul de aer, să intre în alcali sub formă de picătură. Acest lucru este foarte periculos și trebuie evitat cu orice preț. Ceea ce este deosebit de periculos este că temperatura pereților nu este atât de ușor de măsurat. Eu însumi nu am încercat să fac nimic cu abur.

În general, desigur, trebuie să efectuați o astfel de muncă nu într-un apartament, ci cel puțin într-o casă de țară și să faceți imediat un element mai mare. Pentru a face acest lucru, desigur, veți avea nevoie de un cuptor mai mare pentru ardere, de o „sobă” mai mare pentru încălzirea elementului și de mai multe materii prime. Dar va fi mult mai convenabil să lucrezi cu toate detaliile. Acest lucru este valabil mai ales pentru structura elementului în sine, pe care nu am avut capac. A face un capac mare este mult mai ușor decât a face unul mic.

Despre argint. Argintul, desigur, nu este atât de ieftin. Dar dacă faceți electrodul de argint suficient de subțire, atunci celula de argint poate deveni rentabilă. De exemplu, să presupunem că am reușit să facem un electrod cu o grosime de 0,1 mm. Având în vedere plasticitatea și maleabilitatea argintului, acest lucru va fi ușor (argintul poate fi tras prin role într-o folie foarte subțire și chiar am vrut să fac asta, dar nu existau role). Cu o densitate de aproximativ 10 g/cm^3, un centimetru cub de argint costă aproximativ 150 de ruble. Acesta va oferi 100 de centimetri pătrați de suprafață a electrodului. Puteți obține 200cm^2 dacă luați doi cărbuni plate și puneți o farfurie de argint între ei. Cu o putere specifică de 0,025 W/cm^2 pe care am obținut-o, puterea este de 5 wați sau 30 de ruble pe watt, sau 30.000 de ruble pe kilowatt. Datorită simplității designului, vă puteți aștepta ca componentele rămase ale elementului kilowatt (aragaz, pompă de aer) să fie semnificativ mai ieftine. Corpul poate fi realizat din porțelan, care este relativ rezistent la topirea alcaline. Rezultatul nu va fi prea scump, chiar și în comparație cu centralele electrice pe benzină de putere redusă. Și panourile solare cu mori de vânt și generatoare termoelectrice se odihnesc mult în urmă. Pentru a reduce și mai mult prețul, puteți încerca să faceți un vas din cupru placat cu argint. În acest caz, stratul de argint va fi de 100-1000 de ori mai subțire. Adevărat, experimentele mele cu o lingură de cupronickel s-au încheiat fără succes, așa că nu este clar cât de durabil va fi stratul de argint. Adică, chiar și utilizarea argintului deschide perspective destul de bune. Singurul lucru care ar putea eșua aici este dacă argintul nu este suficient de puternic.

Mai multe despre materialele carcasei. Se presupune că peroxizii de sodiu, de exemplu, Na2O2, care ar trebui să apară atunci când aerul este suflat în NaOH, sunt de mare importanță în timpul funcționării elementului. La temperaturi ridicate, peroxidul corodează aproape toate substanțele. Au fost efectuate experimente pentru a măsura pierderea în greutate cu creuzete din diferite materiale care conțin peroxid de sodiu topit. Zirconiul s-a dovedit a fi cel mai rezistent, urmat de fier, apoi nichel, apoi porțelan. Silver nu a ajuns în primele patru. Din păcate, nu-mi amintesc exact cât de stabil este argintul. S-a scris acolo și despre rezistența bună a Al2O3 și MgO. Dar locul doi, care este ocupat de fier, inspiră optimism.

Asta e tot, de fapt.

Aș dori să vă avertizez imediat că acest subiect nu este în întregime pe subiectul Habr, dar în comentariile postării despre elementul dezvoltat la MIT, ideea părea susținută, așa că mai jos voi descrie câteva gânduri despre biocombustibil elemente.
Lucrarea pe care este scrisă această temă a fost făcută de mine în clasa a XI-a și a ocupat locul doi la conferința internațională INTEL ISEF.

O pilă de combustie este o sursă de curent chimic în care energia chimică a unui agent reducător (combustibil) și a unui agent oxidant, furnizate în mod continuu și separat electrozilor, este direct transformată în energie electrică.
energie. Diagrama schematică a unei celule de combustibil (FC) este prezentată mai jos:

Pila de combustibil este formată dintr-un anod, catod, conductor ionic, anod și camere catodice. În prezent, puterea celulelor de biocombustibil nu este suficientă pentru utilizare la scară industrială, dar BFC-urile de putere redusă pot fi utilizate în scopuri medicale ca senzori sensibili, deoarece puterea curentă a acestora este proporțională cu cantitatea de combustibil procesată.
Până în prezent, au fost propuse un număr mare de soiuri de design de celule de combustie. În fiecare caz specific, proiectarea celulei de combustie depinde de scopul celulei de combustie, de tipul de reactiv și de conductorul ionic. Un grup special include celulele de biocombustibil care folosesc catalizatori biologici. O caracteristică distinctivă importantă a sistemelor biologice este capacitatea lor de a oxida selectiv diferiți combustibili la temperaturi scăzute.
În cele mai multe cazuri, enzimele imobilizate sunt utilizate în bioelectrocataliză, adică. enzime izolate din organismele vii și fixate pe un purtător, dar păstrând activitatea catalitică (parțial sau complet), ceea ce le permite reutilizarea. Să luăm în considerare exemplul unei celule de biocombustibil în care o reacție enzimatică este cuplată cu o reacție cu electrod folosind un mediator. Schema unei celule de biocombustibil bazată pe glucozooxidază:

O celulă de biocombustibil constă din doi electrozi inerți din aur, platină sau carbon, cufundați într-o soluție tampon. Electrozii sunt separați printr-o membrană schimbătoare de ioni: compartimentul anodului este purjat cu aer, compartimentul catodic cu azot. Membrana permite separarea spatiala a reactiilor care au loc in compartimentele electrozilor celulei, si in acelasi timp asigura schimbul de protoni intre ele. Membrane de diferite tipuri potrivite pentru biosenzori sunt produse în Marea Britanie de multe companii (VDN, VIROKT).
Introducerea glucozei într-o celulă de biocombustibil care conține glucoză oxidază și un mediator solubil la 20 °C are ca rezultat un flux de electroni de la enzimă la anod prin mediator. Electronii călătoresc prin circuitul extern până la catod, unde, în condiții ideale, se formează apa în prezența protonilor și a oxigenului. Curentul rezultat (în absența saturației) este proporțional cu adăugarea componentei care determină viteza (glucoza). Măsurând curenții staționari, puteți determina rapid (5 s) chiar și concentrații scăzute de glucoză - până la 0,1 mM. Ca senzor, celula de biocombustibil descrisă are anumite limitări asociate cu prezența unui mediator și anumite cerințe pentru catodul de oxigen și membrana. Acesta din urmă trebuie să rețină enzima și în același timp să permită trecerea componentelor cu greutate moleculară mică prin: gaz, mediator, substrat. Membranele schimbătoare de ioni satisfac în general aceste cerințe, deși proprietățile lor de difuzie depind de pH-ul soluției tampon. Difuzia componentelor prin membrană duce la o scădere a eficienței transferului de electroni din cauza reacțiilor secundare.
Astăzi, există modele de laborator de celule de combustie cu catalizatori enzimatici, ale căror caracteristici nu îndeplinesc cerințele aplicării lor practice. Principalele eforturi din următorii câțiva ani vor fi îndreptate spre rafinarea celulelor de biocombustibil, iar aplicațiile ulterioare ale celulei de biocombustibil vor fi legate mai mult de medicină, de exemplu: o celulă de biocombustibil implantabilă care utilizează oxigen și glucoză.
Atunci când se utilizează enzime în electrocataliză, principala problemă care trebuie rezolvată este problema cuplării reacției enzimatice cu cea electrochimică, adică asigurarea unui transport eficient de electroni de la centrul activ al enzimei la electrod, care poate fi realizat în următoarele moduri:
1. Transferul electronilor de la centrul activ al enzimei la electrod folosind un purtător cu un nivel molecular scăzut - mediator (mediator bioelectrocataliza).
2. Oxidarea și reducerea directă, directă a situsurilor active ale enzimei de pe electrod (bioelectrocataliza directă).
În acest caz, cuplarea mediatoare a reacțiilor enzimatice și electrochimice, la rândul său, poate fi efectuată în patru moduri:
1) enzima și mediatorul se află în cea mai mare parte a soluției, iar mediatorul difuzează la suprafața electrodului;
2) enzima se află pe suprafața electrodului, iar mediatorul se află în volumul soluției;
3) enzima și mediatorul sunt imobilizate pe suprafața electrodului;
4) mediatorul este cusut la suprafața electrodului, iar enzima este în soluție.

În această lucrare, lacaza a servit ca catalizator pentru reacția catodică de reducere a oxigenului, iar glucozooxidaza (GOD) a servit ca catalizator pentru reacția anodică de oxidare a glucozei. Enzimele au fost utilizate ca parte a materialelor compozite, a căror creare este una dintre cele mai importante etape în crearea celulelor de biocombustibil care servesc simultan ca senzor analitic. In acest caz, materialele biocompozite trebuie sa ofere selectivitate si sensibilitate pentru determinarea substratului si in acelasi timp sa aiba activitate bioelectrocatalitica mare, apropiindu-se de activitatea enzimatica.
Laccaza este o oxidoreductază care conține Cu, a cărei funcție principală în condiții native este oxidarea substraturilor organice (fenoli și derivații acestora) cu oxigen, care este redus în apă. Greutatea moleculară a enzimei este de 40.000 g/mol.

Până în prezent, s-a demonstrat că lacaza este cel mai activ electrocatalizator pentru reducerea oxigenului. În prezența acestuia pe electrod într-o atmosferă de oxigen, se stabilește un potențial apropiat de potențialul de oxigen de echilibru, iar reducerea oxigenului are loc direct la apă.
Un material compozit pe bază de lacază, negru de acetilenă AD-100 și Nafion a fost utilizat ca catalizator pentru reacția catodică (reducerea oxigenului). O caracteristică specială a compozitului este structura sa, care asigură orientarea moleculei de enzimă în raport cu matricea conducătoare de electroni, necesară transferului direct de electroni. Activitatea bioelectrocatalitică specifică a lacazei în abordările compozite care s-au observat în cataliză enzimatică. Metoda de cuplare a reacțiilor enzimatice și electrochimice în cazul lacazei, i.e. o metodă de transfer a unui electron de la un substrat prin centrul activ al enzimei lacaze la un electrod - bielectrocataliza directă.

Glucozooxidaza (GOD) este o enzimă din clasa oxidoreductazei, are două subunități, fiecare având propriul său centru activ - (flavin adenin dinucleotide) FAD. GOD este o enzimă selectivă pentru donorul de electroni, glucoza, și poate folosi multe substraturi ca acceptori de electroni. Greutatea moleculară a enzimei este de 180.000 g/mol.

În această lucrare, am folosit un material compozit bazat pe GOD și ferocen (FC) pentru oxidarea anodică a glucozei printr-un mecanism mediator. Materialul compozit include GOD, grafit coloidal foarte dispersat (HCG), Fc și Nafion, ceea ce a făcut posibilă obținerea unei matrice conducătoare de electroni cu o suprafață foarte dezvoltată, asigurarea transportului eficient al reactivilor în zona de reacție și a caracteristicilor stabile ale compozitului. material. O metodă de cuplare a reacțiilor enzimatice și electrochimice, de ex. asigurând transportul eficient al electronilor de la centrul activ al lui Dumnezeu la electrodul mediator, în timp ce enzima și mediatorul au fost imobilizate pe suprafața electrodului. Ferocenul a fost folosit ca mediator - acceptor de electroni. Când un substrat organic, glucoza, este oxidat, ferocenul este redus și apoi oxidat la electrod.

Dacă cineva este interesat, pot descrie în detaliu procesul de obținere a acoperirii electrodului, dar pentru aceasta este mai bine să scrieți într-un mesaj personal. Și în subiect voi descrie pur și simplu structura rezultată.

1. AD-100.
2. lacază.
3. substrat poros hidrofob.
4. Nafion.

După primirea alegătorilor, am trecut direct la partea experimentală. Iată cum arăta celula noastră de lucru:

1. Electrod de referință Ag/AgCl;
2. electrod de lucru;
3. electrod auxiliar - Рt.
În experimentul cu glucozooxidază - purjare cu argon, cu lacază - cu oxigen.

Reducerea oxigenului pe funingine în absența lacazei are loc la potențiale sub zero și are loc în două etape: prin formarea intermediară a peroxidului de hidrogen. În figura este prezentată curba de polarizare a electroreducerii oxigenului prin lacază imobilizată pe AD-100, obținută în atmosferă de oxigen într-o soluție cu pH 4,5. În aceste condiții, se stabilește un potențial staționar aproape de potențialul de oxigen de echilibru (0,76 V). La potențiale catodice de 0,76 V, se observă reducerea catalitică a oxigenului la electrodul enzimei, care se desfășoară prin mecanismul bioelectrocatalizei directe direct în apă. În regiunea potențială sub catodul de 0,55 V, pe curbă se observă un platou, care corespunde curentului cinetic limitator al reducerii oxigenului. Valoarea limită a curentului a fost de aproximativ 630 μA/cm2.

Comportamentul electrochimic al materialului compozit bazat pe GOD Nafion, ferocen și VKG a fost studiat prin voltametrie ciclică (CV). Starea materialului compozit în absența glucozei într-o soluție tampon fosfat a fost monitorizată folosind curbele de încărcare. Pe curba de încărcare la un potențial de (–0,40) V se observă maxime legate de transformările redox ale centrului activ al lui DUMNEZEU - (FAD), iar la 0,20-0,25 V sunt maxime de oxidare și reducere a ferocenului.

Din rezultatele obtinute rezulta ca pe baza unui catod cu lacaza ca catalizator pentru reactia oxigenului, si a unui anod pe baza de glucozooxidaza pentru oxidarea glucozei, exista o posibilitate fundamentala de creare a unei celule de biocombustibil. Adevărat, există multe obstacole pe această cale, de exemplu, vârfurile activității enzimatice sunt observate la diferite niveluri de pH. Acest lucru a condus la necesitatea de a adăuga o membrană schimbătoare de ioni la BFC.Membrana permite separarea spațială a reacțiilor care apar în compartimentele electrozilor celulei și, în același timp, asigură schimbul de protoni între ele. Aerul intră în compartimentul anodului.
Introducerea glucozei într-o celulă de biocombustibil care conține glucozooxidază și un mediator are ca rezultat un flux de electroni de la enzimă la anod prin mediator. Electronii călătoresc prin circuitul extern până la catod, unde, în condiții ideale, se formează apa în prezența protonilor și a oxigenului. Curentul rezultat (în absența saturației) este proporțional cu adăugarea componentei care determină viteza, glucoza. Măsurând curenții staționari, puteți determina rapid (5 s) chiar și concentrații scăzute de glucoză - până la 0,1 mM.

Din păcate, nu am reușit să aduc ideea acestui BFC la implementare practică, deoarece Imediat după clasa a XI-a, am plecat să studiez pentru a deveni programator, ceea ce fac și astăzi cu sârguință. Mulțumesc tuturor celor care l-au finalizat.

Deținătorii brevetului RU 2379795:

Invenţia se referă la pile de combustie cu alcool cu ​​acţiune directă care utilizează electroliţi acizi solizi şi catalizatori interni de reformare. Rezultatul tehnic al invenției este creșterea puterii specifice și a tensiunii elementului. Conform invenţiei, o pilă de combustie include un anod, un catod, un electrolit acid solid, un strat de difuzie a gazului şi un catalizator de reformare intern. Catalizatorul de reformare intern poate fi orice reformator adecvat și este situat adiacent anodului. În această configurație, căldura generată în reacțiile exoterme pe catalizatorul din pila de combustie și încălzirea ohmică a electrolitului celulei de combustie sunt forța motrice pentru reacția de reformare a combustibilului endotermic care transformă combustibilul alcoolic în hidrogen. Se poate folosi orice combustibil alcoolic, cum ar fi metanolul sau etanolul. 5 n. si 20 de salariu f-ly, 4 bolnav.

Domeniul tehnologiei

Invenţia se referă la pile de combustie cu alcool direct folosind electroliţi acizi solizi.

De ultimă oră

Alcoolurile au primit recent cercetări intense ca potențiali combustibili. Combustibilii deosebit de preferați sunt alcoolii, cum ar fi metanolul și etanolul, deoarece au densități energetice de cinci până la șapte ori mai mari decât cele ale hidrogenului comprimat standard. De exemplu, un litru de metanol este echivalent energetic cu 5,2 litri de hidrogen comprimat la 320 atm. În plus, un litru de etanol este echivalent energetic cu 7,2 litri de hidrogen comprimat la 350 atm. Astfel de alcooli sunt de asemenea de dorit deoarece sunt ușor de manipulat, depozitat și transportat.

Metanolul și etanolul au făcut obiectul multor cercetări din perspectiva combustibilului alcoolic. Etanolul poate fi produs prin fermentarea plantelor care conțin zahăr și amidon. Metanolul poate fi produs prin gazeificarea lemnului sau a deșeurilor de lemn/cereale (paie). Cu toate acestea, sinteza metanolului este mai eficientă. Acești alcooli sunt, printre altele, resurse regenerabile și, prin urmare, se consideră că joacă un rol important atât în ​​reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, cât și în reducerea dependenței de combustibilii fosili.

Pilele de combustie au fost propuse ca dispozitive care convertesc energia chimică a unor astfel de alcooli în energie electrică. În acest sens, pilele de combustie cu alcool direct având membrane electrolitice polimerice au fost supuse unor cercetări intense. Mai exact, cercetarea s-a concentrat pe celulele de combustibil cu metanol direct și pe celulele de combustibil cu etanol direct. Cu toate acestea, cercetările privind pilele de combustibil cu etanol direct au fost limitate din cauza dificultății relative de oxidare a etanolului în comparație cu oxidarea metanolului.

În ciuda acestor eforturi ample de cercetare, performanța pilelor de combustie cu alcool direct rămâne nesatisfăcătoare, în principal din cauza limitărilor cinetice impuse de catalizatorii cu electrozi. De exemplu, celulele de combustibil cu metanol direct tipice au o densitate de putere de aproximativ 50 mW/cm2. Au fost atinse densități de putere mai mari, cum ar fi 335 mW/cm2, dar numai în condiții extrem de dure (Nafion®, 130°C, 5 atm oxigen și 1 M metanol pentru un debit de 2 cc/min la o presiune de 1,8 atm). ). În mod similar, o pilă de combustie cu etanol direct are o densitate de putere de 110 mW/cm2 în condiții similare extrem de dure (Nafion® - silice, 140°C, anod 4 atm, oxigen 5,5 atm). În consecinţă, este nevoie de celule de combustie cu alcool direct, având densităţi mari de putere în absenţa unor astfel de condiţii extreme.

Rezumatul invenției

Prezenta invenţie se referă la pile de combustie cu alcool care conţin electroliţi acizi solizi şi care utilizează un catalizator de reformare intern. O celulă de combustie include în general un anod, un catod, un electrolit acid solid și un reformator intern. Reformatorul asigură reformarea combustibilului alcoolic pentru a produce hidrogen. Forța motrice pentru reacția de reformare este căldura generată în timpul reacțiilor exoterme din pila de combustie.

Utilizarea electroliților acizi solizi în pila de combustie face posibilă plasarea reformatorului direct adiacent anodului. Acest lucru nu s-a crezut anterior posibil din cauza temperaturilor ridicate necesare pentru ca materialele de reformare cunoscute să funcționeze eficient și a sensibilității la căldură a membranelor electrolitice polimerice tipice. Cu toate acestea, în comparație cu membranele electrolitice polimerice convenționale, electroliții acizi solizi pot rezista la temperaturi mult mai ridicate, făcând posibilă localizarea reformatorului adiacent anodului și, prin urmare, aproape de electrolit. În această configurație, căldura reziduală generată de electrolit este absorbită de reformator și servește drept forță motrice pentru reacția de reformare endotermă.

Scurtă descriere a desenelor

Acestea și alte caracteristici și avantaje ale prezentei invenții vor fi mai bine înțelese prin referire la următoarea descriere detaliată luată împreună cu desenele însoțitoare, în care:

Figura 1 este o ilustrare schematică a unei celule de combustie conform unui exemplu de realizare a prezentei invenţii;

Figura 2 este o comparaţie grafică a curbelor dintre densitatea de putere şi tensiunea celulei pentru celulele de combustie obţinute în conformitate cu Exemplele 1 şi 2 şi cu Exemplul Comparativ 1;

Figura 3 este o comparaţie grafică a curbelor de densitate de putere a tensiunii celulelor pentru celulele de combustie obţinute în conformitate cu Exemplele 3, 4 şi 5 şi cu Exemplul Comparativ 2; Și

Figura 4 este o comparație grafică a curbelor densității puterii față de tensiunea celulei pentru celulele de combustie obținute în conformitate cu exemplele comparative 2 și 3.

Descrierea detaliată a invenţiei

Prezenta invenție se referă la pile de combustie cu alcool direct care conțin electroliți acizi solizi și care utilizează un catalizator de reformare intern în contact fizic cu un ansamblu electrod cu membrană (MEA) conceput pentru a reforma combustibilul alcoolic pentru a produce hidrogen. După cum s-a menționat mai sus, performanța pilelor de combustie, care transformă energia chimică din alcooli direct în energie electrică, rămâne nesatisfăcătoare din cauza limitărilor cinetice impuse de catalizatorii electrozi ai celulei de combustibil. Cu toate acestea, este bine cunoscut faptul că aceste limitări cinetice sunt reduse semnificativ atunci când este utilizat combustibil cu hidrogen. în consecinţă, prezenta invenţie utilizează un catalizator de reformare sau un reformator conceput pentru a reforma un combustibil alcoolic pentru a produce hidrogen, reducând sau eliminând astfel limitările cinetice asociate cu combustibilul alcoolic. Combustibilii alcoolici sunt reformați cu abur conform următoarelor exemple de reacție:

Metanol la hidrogen: CH3OH + H20 → 3H2 + CO2;

Etanol la hidrogen: C2H5OH+3H2O→6H2+2CO2.

Cu toate acestea, reacția de reformare este foarte endotermă. Prin urmare, pentru a obține forța motrice pentru reacția de reformare, reformatorul trebuie încălzit. Cantitatea de căldură necesară este de obicei de aproximativ 59 kJ per mol de metanol (echivalent cu arderea a aproximativ 0,25 moli de hidrogen) și aproximativ 190 kJ per mol de etanol (echivalent cu arderea a aproximativ 0,78 moli de hidrogen).

Ca urmare a trecerii curentului electric în timpul funcționării pilelor de combustibil, se generează căldură reziduală, a cărei îndepărtare eficientă este problematică. Cu toate acestea, generarea acestei călduri reziduale face ca plasarea reformatorului direct în apropierea celulei de combustie să fie o alegere naturală. Această configurație permite ca hidrogenul să fie furnizat de la reformator la celula de combustie și răcește celula de combustie și permite celulei de combustie să încălzească reformatorul și să furnizeze forța motrice pentru reacțiile din acesta. Această configurație este utilizată în celulele de combustibil cu carbonat topit și pentru reacțiile de reformare a metanului care au loc la aproximativ 650°C. Cu toate acestea, reacţiile de reformare a alcoolului au loc în general la temperaturi cuprinse între aproximativ 200°C şi aproximativ 350°C şi nu a fost încă dezvoltată nicio pilă de combustie adecvată care să utilizeze reformarea cu alcool.

Prezenta invenţie se referă la o astfel de pilă de combustie care utilizează reformarea alcoolului. Așa cum este ilustrat în FIGURA 1, o pilă de combustie 10 în conformitate cu prezenta invenție include în general un prim strat colector de curent/difuzie de gaz 12, un anod 12a, un al doilea colector de curent/strat de difuzie a gazului 14, un catod 14a, un electrolit 16, şi un catalizator de reformare intern 18. Catalizator de reformare intern 18 situat adiacent anodului 12a. Mai precis, catalizatorul de reformare 18 este poziţionat între primul strat de difuzie a gazului 12 şi anodul 12a. Poate fi utilizat orice catalizator de reformare adecvat cunoscut 18. Exemple nelimitative de catalizatori de reformare adecvaţi includ amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al, amestecuri de oxizi Cu-Co-Zn-Al şi amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al-Zr.

Poate fi folosit orice combustibil alcoolic, cum ar fi metanol, etanol și propanol. În plus, dimetil eterul poate fi folosit ca combustibil.

Din punct de vedere istoric, această configurație nu a fost considerată posibilă pentru celulele de combustie cu alcool din cauza naturii endoterme a reacției de reformare și a sensibilității electrolitului la căldură. Pilele de combustie cu alcool tipice utilizează membrane electrolitice polimerice care nu pot rezista căldurii necesare pentru a furniza forța motrice pentru catalizatorul de reformare. Cu toate acestea, electroliții utilizați în celulele de combustie din prezenta invenție conțin electroliți acizi solizi, cum ar fi cei descriși în brevetul US nr. în același timp, în așteptarea cererii de brevet S.U.A. Nr. de serie 10/139043 intitulată MEMBRANĂ CONDUCTORĂ DE PROTONI UTILIZANT UN ACID SOLID, întregul conținut al căruia este de asemenea încorporat aici ca referință. Un exemplu nelimitator de acid solid adecvat pentru utilizare ca electrolit în prezenta invenţie este CsH2P04. Electroliţii acizi solizi utilizaţi în celulele de combustie din prezenta invenţie pot rezista la temperaturi mult mai ridicate, făcând posibilă plasarea catalizatorului de reformare direct adiacent anodului. În plus, reacția de reformare endotermă consumă căldura generată de reacțiile exoterme din pila de combustie, formând un sistem echilibrat termic.

Acești acizi solizi sunt utilizați în fazele lor superprotice și acționează ca membrane conductoare de protoni în intervalul de temperatură de la aproximativ 100°C până la aproximativ 350°C. Capătul superior al acestui interval de temperatură este ideal pentru reformarea metanolului. Pentru a asigura o generare de căldură suficientă pentru a asigura forța de antrenare pentru reacția de reformare și pentru a asigura conductivitatea protonului electrolitului acid solid, celula de combustie din prezenta invenție este de preferință exploatată la temperaturi cuprinse între aproximativ 100°C și aproximativ 500°C. Totuşi, este mai preferabil să se opereze pila de combustie la temperaturi cuprinse între aproximativ 200°C şi aproximativ 350°C. Pe lângă îmbunătățirea semnificativă a performanței pilelor de combustie cu alcool, temperaturile de funcționare relativ ridicate ale celulelor de combustie cu alcool conform invenției pot permite înlocuirea catalizatorilor metalici scumpi, cum ar fi Pt/Ru și Pt pe anod și, respectiv, pe catod, cu mai puține materiale catalizatoare scumpe.

Următoarele exemple și exemple comparative ilustrează caracteristicile de performanță superioare ale celulelor cu combustibil cu alcool conform invenției. Totuşi, aceste exemple sunt prezentate doar în scop ilustrativ şi nu trebuie interpretate ca limitând invenţia la aceste exemple.

Exemplul 1: Pilă de combustie cu metanol

13 mg/cm2 Pt/Ru a fost utilizat ca electrocatalizator anodic. Cu (30% în greutate) - Zn (20% în greutate) - Al a fost utilizat ca catalizator de reformare intern. S-a folosit 15 mg/cm2 Pt ca electrocatalizator catodic. Ca electrolit a fost utilizată o membrană CsH2PO4 cu o grosime de 160 μm. Amestecuri de metanol și apă transformate în abur au fost introduse în spațiul anodic la un debit de 100 μL/min. 30% oxigen umidificat a fost furnizat catodului la un debit de 50 cm3/min (temperatura si presiune standard). Raportul metanol:apă a fost 25:75. Temperatura elementului a fost setată la 260°C.

Exemplul 2: Pilă de combustie cu etanol

13 mg/cm2 Pt/Ru a fost utilizat ca electrocatalizator anodic. Cu (30% în greutate) - Zn (20% în greutate) - Al a fost utilizat ca catalizator de reformare intern. S-a folosit 15 mg/cm2 Pt ca electrocatalizator catodic. Ca electrolit a fost utilizată o membrană CsH2PO4 cu o grosime de 160 μm. Amestecuri de etanol și apă transformate în abur au fost introduse în spațiul anodic la un debit de 100 μL/min. 30% oxigen umidificat a fost furnizat catodului la un debit de 50 cm3/min (temperatura si presiune standard). Raportul etanol:apă a fost 15:85. Temperatura elementului a fost setată la 260°C.

Exemplul comparativ 1 - Pilă de combustie folosind H2 pur

13 mg/cm2 Pt/Ru a fost utilizat ca electrocatalizator anodic. S-a folosit 15 mg/cm2 Pt ca electrocatalizator catodic. Ca electrolit a fost utilizată o membrană CsH2PO4 cu o grosime de 160 μm. 3% hidrogen umidificat a fost furnizat în spațiul anodic la un debit de 100 μL/min. 30% oxigen umidificat a fost furnizat catodului la un debit de 50 cm3/min (temperatura si presiune standard). Temperatura elementului a fost setată la 260°C.

Figura 2 prezintă curbele relației dintre puterea specifică și tensiunea celulei pentru exemplele 1 și 2 și exemplul comparativ 1. După cum se arată, pentru pila de combustie cu metanol (exemplul 1) se atinge o densitate de putere de vârf de 69 mW/cm2, pt. celula de combustie cu etanol (exemplul 2) atinge o densitate de putere de vârf de 53 mW/cm2, iar pentru o pilă de combustie cu hidrogen (Exemplul comparativ 1) se atinge o densitate de putere de vârf de 80

mW/cm2. Aceste rezultate arată că celulele de combustie obținute în conformitate cu Exemplul 1 și cu Exemplul Comparativ 1 sunt foarte asemănătoare, indicând faptul că pila de combustibil cu metanol având un reformator prezintă performanțe aproape la fel de bune ca cele ale unei pile de combustibil cu hidrogen, ceea ce reprezintă o îmbunătățire semnificativă. Totuși, așa cum se demonstrează în următoarele exemple și exemple comparative, prin reducerea grosimii electrolitului, se obține o creștere suplimentară a densității de putere.

Celula de combustie a fost produsă prin depunerea în suspensie de CsH2PO4 pe un suport poros din oțel inoxidabil, care a servit atât ca strat de difuzie a gazului, cât și ca colector de curent. Stratul de electrocatalizator catodic a fost mai întâi depus pe stratul de difuzie a gazului și apoi compactat înainte de depunerea stratului de electrolit. După aceasta, a fost depus un strat de electrocatalizator anodic, urmat de plasarea unui al doilea electrod de difuzie a gazului ca strat final al structurii.

Un amestec de CsH2P04, Pt (50 % în greutate atomic Ru, Pt (40 % în greutate) - Ru (20 % în greutate) susținut pe C (40 % în greutate) și naftalină a fost utilizat ca electrod anod. Raportul componentelor din amestecul de CsH2PO4:Pt-Ru:Pt-Ru-C:naftalină a fost 3:3:1:0,5 (greutate). Amestecul a fost utilizat într-o cantitate totală de 50 mg. Încărcările de Pt și Ru au fost de 5,6 mg/cm2 și, respectiv, 2,9 mg/cm2. Aria electrodului anodului a fost de 1,74 cm 2 .

Un amestec de CsH2P04, Pt, Pt (50 % în greutate) depus pe C (50 % în greutate) şi naftalină a fost utilizat ca electrod catodic. Raportul componentelor din amestecul de CsH2PO4:Pt:Pt-C:naftalină a fost 3:3:1:1 (greutate). Amestecul a fost utilizat într-o cantitate totală de 50 mg. Încărcările de Pt au fost de 7,7 mg/cm2. Aria catodului a fost de 2,3-2,9 cm1.

CuO (30 %) - ZnO (20 %) - Al2O3 a fost utilizat ca catalizator de reformare, adică CuO (31 mol. %) - ZnO (16 mol. %) - Al2O3 . Catalizatorul de reformare a fost preparat printr-o metodă de co-precipitare utilizând o soluție de azotat de cupru, zinc și aluminiu (concentrația totală de metal a fost de 1 mol/L) și o soluție apoasă de carbonați de sodiu (1,1 mol/L). Precipitatul a fost spălat cu apă deionizată, filtrat şi uscat în aer la 120°C timp de 12 ore. Pulberea uscată în cantitate de 1 g a fost ușor presată până la o grosime de 3,1 mm și un diametru de 15,6 mm și apoi sa calcinat la 350°C timp de 2 ore.

Ca electrolit a fost utilizată o membrană CsH2PO4 cu o grosime de 47 μm.

O soluție de metanol-apă (43% vol. sau 37% în greutate sau 25% mol. sau 1,85 M metanol) a fost alimentată printr-un evaporator de sticlă (200°C) la un debit de 135 uL/min. Temperatura elementului a fost setată la 260°C.

Celula de combustie a fost preparată în conformitate cu Exemplul 3 de mai sus, cu excepția faptului că nu un amestec metanol-apă, ci un amestec etanol-apă (36% vol. sau 31% greutate) a fost alimentat prin evaporator (200°C) la o temperatură. debit de 114 μl/min sau 15 mol% sau 0,98 M etanol).

Celula de combustie a fost preparată în conformitate cu Exemplul 3 de mai sus, cu excepția faptului că la un debit de 100 μL/min, în loc de amestecul metanol-apă, vodcă (Absolut Vodka, Suedia) (40% vol. sau 34% greutate, sau 17% mol) a fost furnizat etanol).

Exemplul comparativ 2

Celula de combustie a fost preparată în conformitate cu Exemplul 3 de mai sus, cu excepția faptului că în loc de un amestec metanol-apă, s-a folosit hidrogen uscat într-o cantitate de 100 centimetri cubi standard pe minut, umidificat cu apă fierbinte (70°C).

Exemplul comparativ 3

O celulă de combustie a fost preparată în conformitate cu Exemplul 3 de mai sus, cu excepţia faptului că nu a fost utilizat catalizator de reformare şi temperatura celulei a fost setată la 240°C.

Exemplul comparativ 4

O celulă de combustie a fost preparată în conformitate cu Exemplul Comparativ 2, cu excepţia faptului că temperatura celulei a fost setată la 240°C.

Figura 3 prezintă curbele densității puterii față de tensiunea celulei pentru Exemplele 3, 4 și 5 și Exemplul comparativ 2. După cum se arată, pila de combustie cu metanol (Exemplul 3) a atins o densitate de putere de vârf de 224 mW/cm2, ceea ce reprezintă o creștere semnificativă a puterii. densitate comparativ cu pila de combustie obținută în conformitate cu Exemplul 1 și având un electrolit mult mai gros. Această pilă de combustie cu metanol demonstrează, de asemenea, o îmbunătățire dramatică a performanței în comparație cu celulele de combustie cu metanol care nu folosesc un reformator intern, așa cum este mai bine demonstrat în Figura 4. Pila de combustie cu etanol (Exemplul 4) demonstrează, de asemenea, o densitate de putere și o tensiune crescută a celulei în comparație cu celulă. pila de combustibil cu etanol.avand o membrana electrolit mai groasa (exemplul 2). Totuși, s-a demonstrat că pila de combustie cu metanol (Exemplul 3) are o performanță mai bună decât pila de combustie cu etanol (Exemplul 4). Pentru pila de combustie cu vodcă (exemplul 5), se obțin densități de putere comparabile cu cele ale unei pile de combustie cu etanol. După cum se arată în Figura 3, pila de combustie cu metanol (Exemplul 3) prezintă caracteristici de performanță aproximativ la fel de bune ca cele ale celulei de combustie cu hidrogen (Exemplul comparativ 2).

Figura 4 prezintă curbele densității puterii față de tensiunea celulei pentru exemplele comparative 3 și 4. După cum se arată, pila de combustibil cu metanol fără reformator (Exemplul comparativ 3) atinge densități de putere care sunt semnificativ mai mici decât cele obținute pentru pila de combustibil cu hidrogen (Exemplul comparativ 4). În plus, figurile 2, 3 și 4 arată că, în comparație cu o pile de combustibil cu metanol fără reformator (Exemplul comparativ 3), se obțin densități de putere semnificativ mai mari pentru celulele de combustibil cu metanol cu ​​reformatoare (Exemplele 1 și 3).

Descrierea de mai sus a fost prezentată pentru a introduce exemplele de realizare preferate în prezent ale invenţiei. Oamenii de specialitate în domeniul și tehnologia relevante la care se referă această invenție vor înțelege că pot fi făcute modificări și modificări la exemplele de realizare descrise fără a se abate semnificativ de la principiile, scopul și spiritul prezentei invenții. în consecinţă, descrierea de mai sus nu trebuie considerată ca referindu-se doar la exemplele de realizare specifice descrise, ci mai degrabă ar trebui să fie înţeleasă ca fiind în concordanţă cu şi pentru a susţine următoarele revendicări, care conţin scopul cel mai deplin şi cel mai obiectiv al invenţiei.

1. O celulă de combustibil care include: un strat electrocatalitic anodic, un strat electrocatalitic catodic, un strat electrolit care conține un acid solid, un strat de difuzie gazoasă și un catalizator de reformare intern situat adiacent stratului electrocatalitic anodic, astfel încât catalizatorul de reformare intern să fie situat între stratul electrocatalitic anodic şi stratul de difuzie gazoasă.şi se află în contact fizic cu stratul electrocatalitic anodic.

2. Pilă de combustie conform revendicării 1, în care electrolitul acid solid conţine CsH2P04.

3. Pilă de combustie conform revendicării 1, în care catalizatorul de reformare este selectat din grupul constând din amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al, amestecuri de oxizi Cu-Co-Zn-Al şi amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al-Zr.

4. O metodă de operare a unei pile de combustibil, inclusiv:





alimentare cu combustibil; şi operarea celulei de combustie la o temperatură cuprinsă între aproximativ 100°C şi aproximativ 500°C.

5. Metodă conform revendicării 4, în care combustibilul este alcool.

6. Metodă conform revendicării 4, în care combustibilul este selectat din grupul constând din metanol, etanol, propanol şi dimetil eter.

7. Metodă conform revendicării 4, în care pila de combustie este operată la o temperatură în intervalul de la aproximativ 200°C până la aproximativ 350°C.

8. Metodă conform revendicării 4, în care catalizatorul de reformare este selectat din grupul constând din amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al, amestecuri de oxizi Cu-Co-Zn-Al şi amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al-Zr.

9. Metodă conform revendicării 4, în care electrolitul conţine un acid solid.

10. Metodă conform revendicării 9, în care acidul solid conţine CsH2P04.

11. O metodă de operare a unei pile de combustibil, inclusiv:
formarea unui strat electrocatalitic anodic;
formarea unui strat electrocatalitic catod;
formarea unui strat de electrolit care conține un acid solid;
formarea unui strat de difuzie gazoasă şi
formarea unui catalizator de reformare intern adiacent stratului electrocatalitic anodic astfel încât catalizatorul de reformare intern să fie situat între stratul electrocatalitic anodic şi stratul de difuzie a gazului şi să fie în contact fizic cu stratul electrocatalitic anodic;
alimentare cu combustibil; şi operarea celulei de combustie la o temperatură cuprinsă între aproximativ 200°C şi aproximativ 350°C.

12. Metodă conform revendicării 11, în care combustibilul este alcool.

13. Metodă conform revendicării 11, în care combustibilul este selectat din grupul constând din metanol, etanol, propanol şi dimetil eter.

14. Metodă conform revendicării 11, în care catalizatorul de reformare este selectat din grupul constând dintr-un amestec de oxizi Cu-Zn-Al, amestecuri de oxizi Cu-Co-Zn-Al şi amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al-Zr. .

15. Metodă conform revendicării 11, în care electrolitul conţine un acid solid.

16. Metodă conform revendicării 15, în care acidul solid conţine CsH2P04.

17. O metodă de operare a unei pile de combustibil, inclusiv:
formarea unui strat electrocatalitic anodic;
formarea unui strat electrocatalitic catod;
formarea unui strat de electrolit care conține un acid solid;
formarea unui strat de difuzie gazoasă şi
formarea unui catalizator de reformare intern adiacent stratului electrocatalitic anodic astfel încât catalizatorul de reformare intern să fie situat între stratul electrocatalitic anodic şi stratul de difuzie a gazului şi să fie în contact fizic cu stratul electrocatalitic anodic;
furnizarea de combustibil alcoolic; şi operarea celulei de combustie la o temperatură cuprinsă între aproximativ 100°C şi aproximativ 500°C.

18. Metodă conform revendicării 17, în care combustibilul este selectat din grupul constând din metanol, etanol, propanol şi dimetil eter.

19. Metodă conform revendicării 17, în care pila de combustie este operată la o temperatură cuprinsă între aproximativ 200°C şi aproximativ 350°C.

20. Metodă conform revendicării 17, în care catalizatorul de reformare este selectat din grupul constând din amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al, amestecuri de oxizi Cu-Co-Zn-Al şi amestecuri de oxizi Cu-Zn-Al-Zr.

21. Metodă conform revendicării 17, în care electrolitul acid solid conţine CsH2P04.

22. O metodă de operare a unei pile de combustibil, inclusiv:
formarea unui strat electrocatalitic anodic;
formarea unui strat electrocatalitic catod;
formarea unui strat de electrolit care conține un acid solid;
formarea unui strat de difuzie gazoasă şi
formarea unui catalizator de reformare intern adiacent stratului electrocatalitic anodic astfel încât catalizatorul de reformare intern să fie situat între stratul electrocatalitic anodic şi stratul de difuzie a gazului şi să fie în contact fizic cu stratul electrocatalitic anodic;
furnizarea de combustibil alcoolic; şi operarea celulei de combustie la o temperatură cuprinsă între aproximativ 200°C şi aproximativ 350°C.

Invenția se referă la pile de combustie cu alcool cu ​​acțiune directă care utilizează electroliți acizi solizi și catalizatori interni de reformare.