تشغيل مركبة هيدروجين (خلية وقود)

 

تمت دراسة بديل آخر لتشغيل المركبات الكهربائية ، محلول الهيدروجين ، لفترة طويلة من قبل الألمان واليابانيين. أوروبا ، التي تعتبرها تسلا غير مستقرة ، قررت مع ذلك وضع حزمة على هذه التكنولوجيا (عالميًا ، وليس لغرض دفع السيارات فقط). لذلك دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل السيارة الهيدروجينية ، والتي هي بالتالي مجرد نوع مختلف من السيارة الكهربائية.

انظر أيضا:

• هل سيارة الهيدروجين قابلة للحياة؟
• ما هي مزايا وعيوب خلية الوقود

عدة أنواع من سيارات الهيدروجين

بينما التكنولوجيا الحالية للسيارات التي تستخدم خلايا الوقود لتشغيل محركاتها الكهربائية ، يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين في مركبات الاحتراق الداخلي. إنه بالفعل غاز يمكن استخدامه بنفس طريقة استخدام غاز البترول المسال والغاز الطبيعي المضغوط بالفعل في سياراتنا. ومع ذلك ، تم التخلي عن هذه الفكرة ، فإن محرك المكبس هو حقًا أكثر تماشياً مع الوقت ...

ها هي تويوتا ميراي التي تعمل بالهيدروجين. يباع في الولايات المتحدة الأمريكية ، وهو ليس في فرنسا ، لأنه لا توجد نقطة توزيع للهيدروجين ... بعد أن تأخرنا في المحطات الكهربائية ، نحن بالفعل متخلفون في الهيدروجين!

مبدأ العملية

إذا كان علينا تلخيص النظام في جملة واحدة ، فسأقول ذلكهذا محرك كهربائي من يمشي مع شحم غير ملوثة (قيد التشغيل وليس في الإنتاج). بدلاً من شحن البطارية بقابس وبالتالي بالكهرباء ، نقوم بملئها بالسائل. هذا هو السبب في أننا نسمي نظام خلايا الوقود (هو

جمع

الذي يعمل بالوقود

مستهلك

et

يختفي من الخزان

). في الواقع ، الاختلاف الوحيد مع المحرك الكهربائي هو تخزين الطاقة ، هنا في صورة سائلة ، وليس في صورة كيميائية.

لذلك ، تجدر الإشارة إلى أن البطارية يتم تفريغها ، على عكس بطارية الليثيوم أو حتى حمض الرصاص (انظر الروابط لمعرفة كيفية عملها).

خريطة عملية

الهيدروجين = هجين؟

تقريبًا ... في الواقع ، لديهم بشكل منهجي بطارية ليثيوم إضافية ، سأشرح فائدتها أدناه. لذلك ، من الممكن العمل فقط على الهيدروجين ، أو باستخدام بطارية تقليدية فقط ، أو حتى كليهما في نفس الوقت.

مكونات

خزان الهيدروجين

لدينا خزان يخزن من 5 إلى 10 كجم من الهيدروجين ، مع العلم أن كل كيلو جرام يحتوي على 33.3 كيلو وات ساعة من الطاقة (مقارنة بالمركبات الكهربائية التي لديها 35 إلى 100 كيلو وات ساعة). تم تصميم الخزان خصيصًا وقوته لتحمل ضغط داخلي من 350 إلى 700 بار.

خلية الوقود

ستوفر خلية الوقود الطاقة للمحرك الكهربائي للسيارة ، تمامًا مثل بطارية الليثيوم التقليدية. ومع ذلك ، فإنه يحتاج إلى وقود ، أي الهيدروجين من الخزان. إنه مصنوع من البلاتين باهظ الثمن ، لكنه في أحدث الإصدارات يعمل بدونه.

بطارية عازلة

هذا ليس مطلوبًا ، لكنه معيار لمركبات الهيدروجين. في الواقع ، إنه يعمل كبطارية احتياطية ، ومضخم طاقة (يمكن أن يعمل بالتوازي مع خلية وقود) ، ولكنه أيضًا وقبل كل شيء ، يعمل على استعادة الطاقة الحركية أثناء التباطؤ والكبح.

إلكترونيات الطاقة

غير مدرج في الرسم البياني العلوي الخاص بي ، تتحكم إلكترونيات الطاقة وتقاطع وتصحيح (التحويل بين تيارات التيار المتردد والتيار المستمر) التيارات المختلفة التي تتدفق عبر المكونات المختلفة للسيارة.

التزود بالوقود

تشغيل خلايا الوقود: الحفز

الهدف هو استخراج الإلكترونات (الكهرباء) من الهيدروجين لإرسالها إلى محرك كهربائي. يتم كل ذلك من خلال تفاعل كهروكيميائي متحكم فيه يفصل الإلكترونات على جانب واحد (باتجاه المحرك) والبروتونات على الجانب الآخر (في خلية الوقود). ينتهي الاجتماع بأكمله عند الكاثود ، حيث ينتهي التفاعل: يعطي "الخليط" النهائي الماء ، الذي يضخ خارج النظام (العادم).

فيما يلي رسم تخطيطي للحفز ، وهو استخراج الكهرباء من الهيدروجين (التحليل الكهربائي العكسي).

هنا نرى عمل خلية الوقود ، أي ظاهرة الحفز.

الهيدروجين H2 (أي ذرتان هيدروجين H ملتصقتان ببعضهما: ثنائي هيدروجين) ينتقل من اليسار إلى اليمين. عندما يقترب من الأنود ، يفقد نواته (البروتون) ، والتي سيتم امتصاصها (بسبب ظاهرة الأكسدة). ستستمر الإلكترونات بعد ذلك في طريقها إلى اليمين لاستخدام المحرك الكهربائي لاحقًا.

في المقابل ، نقوم بإعادة تجميع كل شيء عن طريق حقن O2 (الأكسجين من الهواء بفضل الضاغط) على جانب الكاثود ، والذي سيسمح بشكل طبيعي بتكوين جزيء الماء (الذي سيحفز جميع العناصر في وحدة واحدة). جزيء عبارة عن مجموعة من Hs و Os).

ملخص التفاعلات الكيميائية / الفيزيائية

ANOD : عند الأنود ، يتم "قطع" ذرة الهيدروجين إلى نصفين (H2 = 2e- + 2H +). تنحدر النواة (H + ion) نحو الكاثود ، بينما تستمر الإلكترونات (e-) في طريقها بسبب عدم قدرتها على المرور عبر الإلكتروليت (المسافة بين القطب الموجب والكاثود).

كاثود: في الكاثود ، نرى أيونات عكسية (بطرق مختلفة) H + والإلكترونات الإلكترونية. ثم يكفي إدخال ذرات الأكسجين بحيث تريد كل هذه العناصر أن تتجمع ، مما يؤدي بعد ذلك إلى تكوين جزيء ماء يتكون من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة. أو الصيغة: 2e- + 2H + + O2 = H2O

محصول ؟

إذا أخذنا في الاعتبار السيارة نفسها فقط ، أي كفاءة الخزان حتى نهاية العجلات (تحويل المواد / التعزيز الميكانيكي) ، فنحن هنا أقل قليلاً من 50٪. في الواقع ، تبلغ كفاءة البطارية حوالي 50٪ ، والمحرك الكهربائي - حوالي 90٪. لذلك ، لدينا تصفية 50٪ أولاً ، ثم 10٪.

إذا أخذنا في الاعتبار كفاءة محطة توليد الطاقة التي تولد الطاقة ، فقبل إنتاج الهيدروجين أو حتى توزيع الكهرباء (في حالة الليثيوم) لدينا 25٪ للهيدروجين و 70٪ للكهرباء (متوسط ​​تقريبًا ، من الواضح ).

اقرأ المزيد عن الربحية هنا.

الفرق بين سيارة الهيدروجين والسيارة الكهربائية التي تعمل ببطارية الليثيوم؟

السيارات متشابهة تمامًا ، باستثناء "خزان الطاقة". لذلك ، هذه هي المركبات الكهربائية التي تستخدم محركات الجزء الثابت الدوار (الحث ، المغناطيس الدائم ، أو حتى رد الفعل).

إذا كانت بطارية الليثيوم تعمل أيضًا بسبب تفاعل كيميائي بداخلها (تفاعل ينتج الكهرباء بشكل طبيعي: بتعبير أدق ، الإلكترونات) ، لا شيء يخرج منها ، هناك فقط تحول داخلي. للعودة إلى حالتها الأصلية (إعادة الشحن) ، يكفي تمرير التيار (الاتصال بالقطاع) وسيبدأ التفاعل الكيميائي مرة أخرى في الاتجاه المعاكس. المشكلة هي أن الأمر يستغرق وقتًا ، حتى مع الشاحن الفائق.

بالنسبة لمحرك الهيدروجين ، وهو محرك كهربائي كلاسيكي يتم تشغيله بواسطة خلية وقود (أي الهيدروجين) ، تستهلك البطارية الهيدروجين أثناء تفاعل كيميائي. يتم تفريغه من خلال عادم يزيل بخار الماء (نتيجة تفاعل كيميائي).

لذلك ، من وجهة نظر منطقية ، يمكننا تكييف أي سيارة كهربائية مع سيارة الهيدروجين ، يكفي استبدال بطارية الليثيوم بخلية وقود. لذا ، حسب فهمك ، يجب اعتبار "محرك الهيدروجين" في المقام الأول محركًا كهربائيًا (انظر كيف يعمل هنا). إنه يقترب منه بالضرورة ، ليس لأنه يتزود بالوقود ككيان.

ينتج التفاعل الكيميائي في قاعدة هذا الجهاز اللوحي حرارةمن كهرباء (ما نحتاجه للمحرك الكهربائي) و ماء.

لماذا ليس في كل مكان؟

تتعلق المشكلة التقنية الرئيسية للهيدروجين بسلامة التخزين. في الواقع ، مثل غاز البترول المسال ، هذا الوقود خطير لأنه يصبح قابلاً للاشتعال عند ملامسته للهواء (وهذا ليس كل شيء). لذا فإن المشكلة لا تكمن في ملء السيارة بالوقود فحسب ، بل تكمن أيضًا في وجود خزان قوي بما يكفي لتحمل أي حادث. بالطبع ، التكلفة الإضافية هي أيضًا عائق كبير ، ويبدو أنها أقل قابلية للتطبيق من بطارية ليثيوم أيون ، التي تنخفض تكلفتها بشكل حاد.

أخيرًا ، شبكة الإنتاج والتوزيع في العالم متخلفة للغاية ، وتريد الحكومات إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام مصادر الطاقة المتجددة (يتحدث العديد من الخبراء عن مخطط طوباوي لا يمكن تحقيقه في واقعنا "المفاجئ").

في نهاية المطاف ، هناك فرصة أفضل لأن الكهرباء التقليدية ستكون الحل المفضل للمستقبل ، بدلاً من الهيدروجين ، والذي سيتم استخدامه في مجموعة من التطبيقات التي تتجاوز التنقل الفردي.

كل التعليقات وردود الفعل

Dernier تم نشر التعليق:

برنارد (التاريخ: 2021 ، 09:23:14)

مرحبا،

شكرا لك على هذه الأفكار القوية والممتعة. سأترك الموقع مع يراعة جديدة في ذهني القديم.

أنا شخصياً مندهش من أنه ، بصرف النظر عما أعرفه عن الغواصات النووية ، لم يطور أحد محركًا مثاليًا للطريق. لقد كانت بالفعل السيارة التي تم الكشف عنها في معرض بروكسل للسيارات عام 1971 بقوة 200 حصان. على مكبسين.

بدأت شركة Philips عملياتها في 1937-1938 واستؤنفت في عام 1948.

في عام 1971 ، ادعىوا عدة مئات من القدرة الحصانية لكل مكبس. منذ ذلك الحين لم أجد أي شيء بالطبع ، الدفاع السري.

ماذا عن المحركات التوربينية الغازية؟

يمكن أن تضيف فوانيسك بعض الماء إلى طاحونة تفكيري.

شكرا لمعرفتك والترويج.

Il أنا. 1 رد الفعل (ردود) على هذا التعليق:

• مدير مدير الموقع (2021-09-27 11:40:25): قراءة ممتعة ، شكرًا.

  لا أعرف ما يكفي عن هذا النوع من المحركات لأحكم عليه ، ربما بسبب التكلفة والحجم وصعوبة الصيانة ومتوسط ​​الكفاءة؟

  مع الأخذ في الاعتبار أنه من الضروري أن يكون لديك حل يسمح بتسخين الغاز ، وبالتالي فإن تطبيقه على سيارة عامة عادية يحتمل أن يكون خطيرًا (وأنه سيكون ثابتًا بمرور الوقت).

  باختصار ، أظن أنك كنت تأمل في الحصول على إجابة أكثر دقة وثقة ... آسف.

(ستكون مشاركتك مرئية تحت التعليق بعد التحقق)

اكتب تعليق

باستخدام الصيغة الكهربائية E ، ستجد ما يلي: