تقنيات تصنيع خلايا الوقود الكهروكيميائية ذات درجات الحرارة المنخفضة. وحدات خلايا وقود مختلفة

خلية الوقود هي جهاز يولد الحرارة والتيار المباشر بكفاءة من خلال تفاعل كهروكيميائي ويستخدم وقودًا غنيًا بالهيدروجين. وفقًا لمبدأ التشغيل ، فهي تشبه البطارية. من الناحية الهيكلية ، يتم تمثيل خلية الوقود بالكهرباء. لماذا هو رائع؟ على عكس البطاريات نفسها ، لا تتراكم خلايا وقود الهيدروجين طاقة كهربائيةلا تحتاج للكهرباء لاعادة الشحن ولا تفريغ. تستمر الخلايا في إنتاج الكهرباء طالما أنها مزودة بالهواء والوقود.

الخصائص

مرتبة الشرف خلايا الوقودمن مولدات الكهرباء الأخرى أنها لا تحرق الوقود أثناء التشغيل. بسبب هذه الميزة ، فهي لا تحتاج إلى دوارات عالية الضغط ، ولا تصدر ضوضاء عالية واهتزازات. يتم توليد الكهرباء في خلايا الوقود عن طريق تفاعل كهروكيميائي صامت. يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود في هذه الأجهزة مباشرة إلى ماء وحرارة وكهرباء.

تتميز خلايا الوقود بكفاءة عالية ولا تنتج كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري. ناتج العملية الخلوية عبارة عن كمية صغيرة من الماء على شكل بخار و ثاني أكسيد الكربون، والتي لا تنبعث إذا تم استخدام الهيدروجين النقي كوقود.

تاريخ المظهر

في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، أثارت حاجة ناسا لمصادر الطاقة للمهام الفضائية طويلة المدى واحدة من أكثر المهام تطلبًا لخلايا الوقود التي كانت موجودة في ذلك الوقت. تستخدم الخلايا القلوية الأكسجين والهيدروجين كوقود ، والذي يتم تحويله في سياق تفاعل كهروكيميائي إلى منتجات ثانوية مفيدة أثناء الرحلات الفضائية- كهرباء وماء وحرارة.

تم اكتشاف خلايا الوقود لأول مرة في التاسع عشر في وقت مبكرالقرن - في عام 1838. في الوقت نفسه ، ظهرت المعلومات الأولى حول فعاليتها.

بدأ العمل على خلايا الوقود باستخدام إلكتروليتات قلوية في أواخر الثلاثينيات. خلايا بأقطاب كهربائية مطلية بالنيكل ضغط مرتفعتم اختراعها فقط بحلول عام 1939. خلال الحرب العالمية الثانية ، تم تطوير خلايا الوقود للغواصات البريطانية ، والتي تتكون من خلايا قلوية يبلغ قطرها حوالي 25 سم.

ازداد الاهتمام بها في الخمسينيات والثمانينيات من القرن الماضي ، حيث تميزت بنقص الوقود البترولي. بدأت دول العالم في معالجة قضايا تلوث الهواء و بيئةتسعى إلى تطوير بيئيًا طرق آمنةاستقبال الكهرباء. تكنولوجيا خلايا الوقود تخضع حاليا تطوير نشط.

مبدأ التشغيل

يتم توليد الحرارة والكهرباء بواسطة خلايا الوقود نتيجة تفاعل كهروكيميائي يحدث باستخدام الكاثود والأنود والإلكتروليت.

يتم فصل الكاثود والأنود بواسطة إلكتروليت موصل للبروتون. بعد إمداد القطب السالب بالأكسجين والهيدروجين إلى القطب الموجب ، يبدأ تفاعل كيميائي ينتج عنه حرارة وتيار وماء.

ينفصل عن محفز الأنود مما يؤدي إلى فقدان الإلكترونات به. تدخل أيونات الهيدروجين الكاثود من خلال الإلكتروليت ، بينما تمر الإلكترونات عبر الخارج الشبكة الكهربائيةوإنشاء تيار مباشر يستخدم لتشغيل المعدات. يتحد جزيء الأكسجين الموجود في محفز الكاثود مع الإلكترون والبروتون الوارد ، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين الماء ، وهو منتج التفاعل الوحيد.

أنواع

يعتمد اختيار نوع معين من خلايا الوقود على مجال تطبيقه. تنقسم جميع خلايا الوقود إلى فئتين رئيسيتين - درجة حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة. يستخدم الأخير الهيدروجين النقي كوقود. تتطلب هذه الأجهزة ، كقاعدة عامة ، معالجة الوقود الأولي إلى هيدروجين نقي. تتم العملية باستخدام معدات خاصة.

لا تحتاج خلايا الوقود ذات درجة الحرارة العالية إلى هذا لأنها تقوم بتحويل الوقود عند درجات حرارة مرتفعة، مما يلغي الحاجة إلى إنشاء بنية تحتية للهيدروجين.

يعتمد مبدأ تشغيل خلايا وقود الهيدروجين على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بدون عمليات احتراق غير فعالة وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.

المفاهيم العامة

خلايا وقود الهيدروجين عبارة عن أجهزة كهروكيميائية تولد الكهرباء عن طريق احتراق الوقود "البارد" عالي الكفاءة. هناك عدة أنواع من هذه الأجهزة. تعتبر أكثر التقنيات الواعدة هي خلايا وقود الهيدروجين والهواء المجهزة بغشاء تبادل البروتون PEMFC.

تم تصميم غشاء البوليمر الموصل للبروتون لفصل قطبين - الكاثود والأنود. يتم تمثيل كل منهم بواسطة مصفوفة كربون مطلية بمحفز. يتفكك على محفز الأنود ، ويتبرع بالإلكترونات. يتم توصيل الكاتيونات إلى الكاثود من خلال الغشاء ، ولكن يتم نقل الإلكترونات إلى الدائرة الخارجية حيث أن الغشاء غير مصمم لنقل الإلكترونات.

يتحد جزيء الأكسجين الموجود على محفز الكاثود مع إلكترون من دائرة كهربائيةوالبروتون القادم ، مكونًا الماء في النهاية ، وهو منتج التفاعل الوحيد.

تُستخدم خلايا وقود الهيدروجين لتصنيع كتل غشائية - قطب كهربائي ، والتي تعمل كعناصر توليد رئيسية لنظام الطاقة.

مزايا خلايا وقود الهيدروجين

من بينها يجب تسليط الضوء على:

• زيادة حرارة نوعية.
• نطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل.
• لا اهتزاز ، ضوضاء وبقعة حرارة.
• موثوقية البدء البارد.
• عدم وجود تفريغ ذاتي مما يضمن حياة طويلة لتخزين الطاقة.
• استقلالية غير محدودة بفضل القدرة على ضبط كثافة الطاقة عن طريق تغيير عدد خراطيش الوقود.
• ضمان أي كثافة للطاقة تقريبًا عن طريق تغيير سعة تخزين الهيدروجين.
• طويل الأمدعملية.
• عملية صامتة وصديقة للبيئة.
• مستوى عالكثافة الطاقة.
• التسامح مع الشوائب الأجنبية في الهيدروجين.

منطقة التطبيق

بسبب الكفاءة العالية ، تستخدم خلايا وقود الهيدروجين في مختلف المجالات:

• شواحن محمولة.
• أنظمة الإمداد بالطاقة للطائرات بدون طيار.
• مصادر مصدر طاقة غير منقطع.
• الأجهزة والمعدات الأخرى.

آفاق طاقة الهيدروجين

لن يكون الاستخدام الواسع لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين ممكنًا إلا بعد إنشاء على نحو فعالالحصول على الهيدروجين. هناك حاجة لأفكار جديدة لاستخدام التكنولوجيا بشكل فعال ، مع وضع آمال كبيرة على مفهوم خلايا الوقود الحيوي وتكنولوجيا النانو. أصدرت بعض الشركات مؤخرًا نسبيًا محفزات فعالة تعتمد على معادن مختلفةفي الوقت نفسه ، ظهرت معلومات حول إنشاء خلايا وقود بدون أغشية ، مما جعل من الممكن تقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير وتبسيط تصميم هذه الأجهزة. مزايا وخصائص خلايا وقود الهيدروجين لا تفوق عيوبها الرئيسية - التكلفة العاليةخاصة عند مقارنتها بالأجهزة الهيدروكربونية. يتطلب إنشاء محطة طاقة هيدروجينية ما لا يقل عن 500 ألف دولار.

كيف نبني خلية وقود الهيدروجين؟

يمكن إنشاء خلية وقود منخفضة الطاقة بشكل مستقل في ظروف معمل منزلي أو مدرسي عادي. المواد المستخدمة عبارة عن قناع غاز قديم ، قطع من زجاج شبكي ، المحلول المائي الكحول الإيثيليوالقلويات.

يتكون مبيت خلية وقود الهيدروجين بيديك من زجاج شبكي بسمك لا يقل عن خمسة ملليمترات. يمكن أن تكون الأقسام بين المقصورات أرق - حوالي 3 ملم. يتم لصق زجاج شبكي مع مادة لاصقة خاصة مصنوعة من الكلوروفورم أو ثنائي كلورو الإيثان ونشارة زجاج شبكي. يتم تنفيذ جميع الأعمال فقط عند تشغيل غطاء المحرك.

يتم حفر ثقب بقطر 5-6 سم في الجدار الخارجي للعلبة ، حيث يتم إدخال سدادة مطاطية وأنبوب تصريف زجاجي. كربون مفعلمن قناع الغاز يسكب في الجزأين الثاني والرابع من مبيت خلية الوقود - سيتم استخدامه كقطب كهربائي.

سيتم تدوير الوقود في الغرفة الأولى ، بينما تمتلئ الغرفة الخامسة بالهواء ، والتي سيتم توفير الأكسجين منها. يتم سكب المنحل بالكهرباء بين الأقطاب الكهربائية ، ويتم تشريبه بمحلول من البارافين والبنزين لمنعه من دخول غرفة الهواء. توضع الألواح النحاسية على طبقة من الفحم مع أسلاك ملحومة بها يتم من خلالها تحويل التيار.

يتم شحن خلية وقود الهيدروجين المجمعة بالفودكا المخفف بالماء بنسبة 1: 1. يضاف البوتاسيوم الكاوية بعناية إلى الخليط الناتج: يذوب 70 جرامًا من البوتاسيوم في 200 جرام من الماء.

قبل اختبار خلية وقود على الهيدروجين ، يُسكب الوقود في الحجرة الأولى ، ويُسكب الإلكتروليت في الحجرة الثالثة. يجب أن يقرأ الفولتميتر المتصل بالأقطاب الكهربائية ما بين 0.7 و 0.9 فولت. لضمان التشغيل المستمر للعنصر ، يجب إزالة الوقود المستهلك ، ويجب سكب وقود جديد من خلال الأنبوب المطاطي. عن طريق ضغط الأنبوب ، يتم التحكم في معدل توصيل الوقود. تتمتع خلايا وقود الهيدروجين هذه ، المجمعة في المنزل ، بقوة صغيرة.

بعد وقت قصير من بدء رحلته ، سيعثر ألوي على مخبأ سابق يقع خارج أراضي قبيلة نورا. داخل القبو ، وخلف باب قوي ، هناك نوع من الدروع تبدو جذابة للغاية من بعيد.

تلغراف

سقسقة

بعد وقت قصير من بدء رحلته ، سيعثر ألوي على مخبأ سابق يقع خارج أراضي قبيلة نورا. داخل القبو ، وخلف باب قوي ، هناك نوع من الدروع تبدو جذابة للغاية من بعيد.

هذا هو Shield Weaver ، في الواقع - أفضل المعدات في اللعبة. كيف تصل إليه؟ لفتح باب القبو المحكم والحصول على Shield Weaver ، ستحتاج إلى العثور على خمس خلايا وقود منتشرة في جميع أنحاء عالم اللعبة.

سنعرض لك أدناه مكان البحث عن خلايا الوقود وكيفية حل الألغاز أثناء البحث وفي مستودع الأسلحة القديم.

خلية الوقود رقم 1 - قلب الأم (مهمة رحم الأم)

سوف تجد Aloy أول خلية وقود حتى قبل أن تمتلئ عالم مفتوح. بعد البدء ، سوف تجد بطلتنا نفسها في قلب الأم ، المكان المقدس لقبيلة نورا ومسكن الأم.

عند الخروج من السرير ، يمر ألوي بعدة غرف بالتسلسل وفي إحداها سيصادف بابًا مغلقًا لا يمكن فتحه. انظر حولك - سيكون هناك رمح التهويةمزينة بشموع مشتعلة. أنت هناك.

بعد المرور بالمنجم ، ستجد نفسك خلف باب مغلق. انظر على الأرض بجانب الشموع وكتلة الجدار الغامضة - توجد خلية وقود هنا.

مهم: إذا لم تلتقط خلية الوقود هذه الآن ، فستتمكن فقط من الوصول إلى هذا الموقع مرة أخرى في المراحل اللاحقة من اللعبة ، بعد إكمال مهمة "Heart of the Burrow".

خلية الوقود # 2 - حطام

لقد ذهبت ألوي إلى هذه الأنقاض من قبل - لقد سقطت هنا عندما كانت طفلة. بعد اجتياز البداية ، يجدر بك تذكر طفولتك والعودة إلى هنا مرة أخرى - التقاط خلية الوقود الثانية.

يبدو مدخل الأنقاض هكذا ، اقفز بجرأة.

أنت بحاجة إلى المستوى الأول من الأطلال ، المنطقة اليمنى السفلية مظللة باللون الأرجواني على الخريطة. هناك باب هنا سيفتحه ألوي برمحه.

بعد عبور الباب ، اصعد السلالم وانعطف يمينًا - لم تستطع ألوي الصعود عبر هذه الهوابط في شبابها ، لكن الآن لديها جدال. أخرج الرمح مرة أخرى وكسر الهوابط - المسار واضح ، ويبقى أخذ عنصر الوقود على الطاولة.

خلية الوقود # 3 - حد الماجستير (مهمة حد الماجستير)

نحن نتجه شمالا. أثناء البحث عن القصة ، Master Reach ، تستكشف Aloy أطلال Forerunner العملاقة. مخبأة في المستوى الثاني عشر من الأنقاض خلية وقود أخرى.

لا تحتاج فقط إلى الصعود إلى المستوى العلوي من الأنقاض ، ولكن عليك أيضًا الصعود أعلى قليلاً. تسلق الجزء الباقي من المبنى حتى تجد نفسك على منصة صغيرة مفتوحة لجميع الرياح.

هذا هو المكان الذي تكمن فيه خلية الوقود الثالثة. يبقى أن تنزل.

خلية الوقود # 4 - كنز الموت (مهمة كنز الموت)

عنصر الوقود هذا مخفي أيضًا في الجزء الشمالي من الخريطة ، ولكنه أقرب كثيرًا إلى أراضي قبيلة نورا. ستصل ألوي إلى هنا أيضًا أثناء مرور مهمة القصة.

للوصول إلى العنصر ، تحتاج Aloy إلى إعادة مصدر الطاقة إلى الباب المغلق الموجود في المستوى الثالث من الموقع.

للقيام بذلك ، تحتاج إلى حل لغز صغير - هناك كتلتان من أربعة منظمات على المستوى أسفل الباب.

أولاً ، لنتعامل مع الكتلة اليسرى للمنظمين. يجب أن "ينظر" المفتاح الأول لأعلى ، والثاني "إلى اليمين" ، والثالث "إلى اليسار" ، والرابع "لأسفل".

ننتقل إلى الكتلة اليمنى. لا تلمس المنظمين الأولين ، يجب أن ينظر المنظمان الثالث والرابع إلى "أسفل".

نرتقي بمستوى واحد للأعلى - ها هي آخر كتلة من المنظمين. طلب صحيحهو: أعلى ، أسفل ، يسار ، يمين.

إذا فعلت كل شيء بشكل صحيح ، فسيتغير لون جميع عناصر التحكم إلى اللون الفيروزي ، وستتم استعادة مصدر الطاقة. عد إلى الباب وافتحه - إنها خلية وقود أخرى.

خلية الوقود رقم 5 - GAIA Prime (كويست فولن ماونتن)

أخيرًا ، خلية الوقود الأخيرة - ومرة ​​أخرى في مهمة المؤامرة. Aloy يسافر إلى أنقاض GAEA Prime.

كن حذرًا بشكل خاص عندما تصل إلى المستوى الثالث. في مرحلة ما ، ستكون هناك هاوية جذابة أمام علاء ، حيث يمكنك النزول على حبل - تذهب هناك لا حاجة.

من الأفضل أن تستدير لليسار وتستكشف الكهف المخفي ، يمكنك الدخول إليه إذا كنت تنزل بحذر إلى سفح الجبل.

تعال إلى الداخل وامضي قدمًا حتى النهاية. في الغرفة الأخيرةعلى اليمين سيكون هناك رف يكمن عليه آخر عنصر وقود. أنت فعلت ذلك!

نشق طريقنا إلى الترسانة القديمة

يبقى العودة إلى الترسانة القديمة والحصول على مكافأة مستحقة. هل تتذكر إحداثيات الترسانة؟ إذا لم يكن كذلك ، فهذه هي الخريطة.

النزول وإدخال خلايا الوقود في الخلايا الفارغة. المنظمون مشتعلون ، والآن تحتاج إلى حل اللغز لفتح الباب.

يجب أن ينظر المقبض الأول لأعلى ، والثاني إلى اليمين ، والثالث لأسفل ، والرابع إلى اليسار ، والخامس لأعلى. انتهى ، الباب مفتوح - لكن الأمر لم ينته بعد.

أنت الآن بحاجة إلى فتح حوامل الدروع - لغز منظم آخر حيث ستكون خلايا الوقود المتبقية في متناول اليد. هنا يجب أن ينظر المقبض الأول إلى اليمين ، والثاني إلى اليسار ، والثالث إلى الأعلى ، والرابع إلى اليمين ، والخامس إلى اليسار.

أخيرًا ، بعد كل هذا العذاب ، استحوذت على الدروع القديمة. هذا هو Shield Weaver ، قطعة رائعة جدًا من المعدات تجعل Aloy غير معرضة للخطر فعليًا لفترة من الوقت.

الشيء الرئيسي هو مراقبة لون الدرع بعناية: إذا كان يومض باللون الأبيض ، فكل شيء في محله. إذا كان أحمر ، لا يوجد المزيد من الحماية.

لا أحد يتفاجأ بعد الآن الألواح الشمسيةولا طواحين الهواء التي تولد الكهرباء في جميع مناطق العالم. لكن الإخراج من هذه الأجهزة ليس ثابتًا وعليك تثبيته مصادر النسخ الاحتياطيإمداد الطاقة ، أو الاتصال بالشبكة لتلقي الكهرباء خلال فترة لا تولد فيها مرافق الطاقة المتجددة الكهرباء. ومع ذلك ، هناك مصانع تم تطويرها في القرن التاسع عشر تستخدم أنواع الوقود "البديلة" لتوليد الكهرباء ، أي لا تحرق الغاز أو المنتجات النفطية. هذه التركيبات هي خلايا وقود.

تاريخ الخلق

تم اكتشاف خلايا الوقود (FC) أو خلايا الوقود في وقت مبكر من 1838-1839 بواسطة William Grove (Grow ، Grove) عندما كان يدرس التحليل الكهربائي للماء.

المرجع: التحليل الكهربائي للماء هو عملية تحلل الماء تحت تأثير تيار كهربائي إلى جزيئات الهيدروجين والأكسجين.

عند فصل البطارية عن الخلية الإلكتروليتية ، تفاجأ عندما اكتشف أن الأقطاب الكهربائية بدأت في امتصاص الغاز المنطلق وتوليد التيار. أصبح اكتشاف عملية الاحتراق الكهروكيميائي "البارد" للهيدروجين حدثًا مهمًا في صناعة الطاقة. في وقت لاحق قام بإنشاء مجمع Grove. يحتوي هذا الجهاز على قطب بلاتيني مغمور في حمض النيتريك وقطب كهربي من الزنك في كبريتات الزنك. يولد تيارًا مقداره 12 أمبير وبجهد 8 فولت. ينمو نفسه يسمى هذا البناء "بطارية رطبة". ثم صنع بطارية باستخدام قطبين من البلاتين. كان أحد طرفي كل قطب كهربيًا في حامض الكبريتيك ، بينما تم إغلاق الأطراف الأخرى في حاويات من الهيدروجين والأكسجين. كان هناك تيار مستقر بين الأقطاب الكهربائية ، وتزايدت كمية الماء داخل الحاويات. كان Grow قادرًا على تحلل وتحسين المياه في هذا الجهاز.

"Grow's Battery"

(المصدر: الجمعية الملكية للمتحف الوطني للتاريخ الطبيعي)

مصطلح "خلية الوقود" ("خلية الوقود" الإنجليزية) ظهر فقط في عام 1889 بواسطة L. Mond و
Ch. لانجر الذي حاول إنشاء جهاز لتوليد الكهرباء من الهواء وغاز الفحم.

كيف تعمل؟

خلية الوقود هي جهاز بسيط نسبيًا. له قطبان: القطب الموجب (القطب السالب) والقطب السالب (القطب الموجب). يحدث تفاعل كيميائي على الأقطاب الكهربائية. لتسريعها ، يتم طلاء سطح الأقطاب الكهربائية بمحفز. خلايا الوقود مجهزة بعنصر آخر - غشاء.يحدث تحويل الطاقة الكيميائية للوقود مباشرة إلى كهرباء بسبب عمل الغشاء. يفصل بين غرفتي العنصر الذي يتم توفير الوقود والمؤكسد فيهما. يسمح الغشاء فقط للبروتونات ، التي يتم الحصول عليها نتيجة انقسام الوقود ، بالمرور من حجرة إلى أخرى على قطب كهربائي مغطى بمحفز (ثم تمر الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية). في الحجرة الثانية ، تتحد البروتونات مع الإلكترونات (وذرات الأكسجين) لتكوين الماء.

مبدأ عمل خلية وقود الهيدروجين

على المستوى الكيميائي ، تشبه عملية تحويل طاقة الوقود إلى طاقة كهربائية عملية طبيعيةالاحتراق (الأكسدة).

أثناء الاحتراق الطبيعي للأكسجين ، يتأكسد الوقود العضوي ، وتتحول الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية. دعونا نرى ما يحدث عندما يتأكسد الهيدروجين بالأكسجين في وسط إلكتروليت وفي وجود أقطاب كهربائية.

من خلال توفير الهيدروجين لقطب كهربائي موجود في بيئة قلوية ، يستمر تفاعل كيميائي:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

كما ترون ، نحصل على إلكترونات ، تمر عبر الدائرة الخارجية ، تدخل القطب المعاكس ، الذي يدخل إليه الأكسجين وحيث يحدث التفاعل:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

يمكن ملاحظة أن التفاعل الناتج 2H 2 + O 2 → H 2 O هو نفسه كما في الاحتراق التقليدي ، ولكن تولد خلية الوقود الكهرباء وبعض الحرارة.

أنواع خلايا الوقود

يتم تصنيف FC وفقًا لنوع المنحل بالكهرباء المستخدم في التفاعل:

لاحظ أنه يمكن أيضًا استخدام الفحم وأول أكسيد الكربون والكحوليات والهيدرازين وغيرها كوقود في خلايا الوقود. المواد العضوية، وكعوامل مؤكسدة - الهواء ، بيروكسيد الهيدروجين ، الكلور ، البروم ، حمض النيتريك ، إلخ.

كفاءة خلايا الوقود

سمة من سمات خلايا الوقود لا حدود صارمة على الكفاءةمثل محرك حراري.

المساعدة: الكفاءةدورة كارنو هي أقصى كفاءة ممكنة بين جميع المحركات الحرارية التي لها نفس درجات الحرارة الدنيا والقصوى.

لذلك ، يمكن أن تكون كفاءة خلايا الوقود من الناحية النظرية أعلى من 100٪. ابتسم الكثيرون وفكروا ، "لقد تم اختراع آلة الحركة الدائمة." لا ، الأمر يستحق العودة إليه دورة مدرسيةكيمياء. تعتمد خلية الوقود على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. هذا هو المكان الذي تحدث فيه المعجزات. يمكن لبعض التفاعلات الكيميائية في العملية امتصاص الحرارة من البيئة.

المرجع: تفاعلات ماصة للحرارة - تفاعلات كيميائيةمصحوبة بامتصاص الحرارة. للتفاعلات الماصة للحرارة ، يكون للتغيير في المحتوى الحراري والطاقة الداخلية قيم موجبة (Δح >0, Δ يو > 0) ، وبالتالي ، تحتوي منتجات التفاعل على طاقة أكثر من المكونات الأصلية.

مثال على هذا التفاعل هو أكسدة الهيدروجين ، والذي يستخدم في معظم خلايا الوقود. لذلك ، من الناحية النظرية ، يمكن أن تكون الكفاءة أكثر من 100٪. لكن اليوم ، تسخن خلايا الوقود أثناء التشغيل ولا يمكنها امتصاص الحرارة من البيئة.

المرجع: يفرض هذا القيد القانون الثاني للديناميكا الحرارية. إن عملية نقل الحرارة من الجسم "البارد" إلى الجسم "الساخن" غير ممكنة.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك خسائر مرتبطة بعمليات عدم التوازن. مثل: الخسائر الأومية بسبب التوصيل المحدد للكهارل والأقطاب الكهربائية ، استقطاب التنشيط والتركيز ، خسائر الانتشار. نتيجة لذلك ، يتم تحويل جزء من الطاقة المتولدة في خلايا الوقود إلى حرارة. لذلك ، خلايا الوقود آلات الحركة الدائمةوكفاءتها أقل من 100٪. لكن كفاءتها أكبر من كفاءة الآلات الأخرى. اليوم كفاءة خلايا الوقود تصل إلى 80٪.

المرجعي:في الأربعينيات ، صمم المهندس الإنجليزي T. Bacon وبنى بطارية خلية وقود بطاقة إجمالية 6 كيلوواط وكفاءة 80٪ ، تعمل على الهيدروجين والأكسجين النقيين ، لكن نسبة الطاقة إلى الوزن للبطارية تحولت كانت صغيرة جدًا - لم تكن هذه الخلايا مناسبة لها تطبيق عمليومكلفة للغاية (المصدر: http://www.powerinfo.ru/).

مشاكل خلايا الوقود

تستخدم جميع خلايا الوقود تقريبًا الهيدروجين كوقود ، لذا فإن السؤال المنطقي هو: "من أين يمكنني الحصول عليه؟"

يبدو أنه تم اكتشاف خلية وقود نتيجة التحليل الكهربائي ، لذا يمكنك استخدام الهيدروجين الناتج عن التحليل الكهربائي. لكن دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه العملية.

وفقًا لقانون فاراداي: تتناسب كمية المادة التي تتأكسد عند القطب الموجب أو تنخفض عند الكاثود مع كمية الكهرباء التي مرت عبر الإلكتروليت. هذا يعني أنه للحصول على المزيد من الهيدروجين ، تحتاج إلى إنفاق المزيد من الكهرباء. تعمل الطرق الحالية لتحليل الماء بكفاءة أقل من الوحدة. ثم نستخدم الهيدروجين الناتج في خلايا الوقود ، حيث تكون الكفاءة أيضًا أقل من الوحدة. لذلك ، سننفق طاقة أكثر مما نستطيع إنتاجه.

بالطبع ، يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين المشتق من الغاز الطبيعي. تظل طريقة إنتاج الهيدروجين هذه هي الأرخص والأكثر شيوعًا. حاليًا ، يتم الحصول على حوالي 50 ٪ من الهيدروجين المنتج في جميع أنحاء العالم من الغاز الطبيعي. لكن هناك مشكلة في تخزين ونقل الهيدروجين. الهيدروجين منخفض الكثافة ( يزن لتر واحد من الهيدروجين 0.0846 جرام) ، لذلك من أجل نقلها لمسافات طويلة ، يجب ضغطها. وهذه طاقة إضافية و إنفاق المال. أيضا ، لا تنسى السلامة.

ومع ذلك ، يوجد أيضًا حل هنا - يمكن استخدام وقود الهيدروكربون السائل كمصدر للهيدروجين. على سبيل المثال ، كحول الإيثيل أو الميثيل. صحيح ، هناك حاجة بالفعل إلى جهاز إضافي خاص هنا - محول وقود ، عند درجة حرارة عالية (بالنسبة للميثانول سيكون في مكان ما حوالي 240 درجة مئوية) لتحويل الكحول إلى خليط غازي H 2 و CO 2. ولكن في هذه الحالة ، من الصعب بالفعل التفكير في قابلية النقل - فهذه الأجهزة جيدة للاستخدام كمولدات ثابتة أو مولدات للسيارات ، ولكن بالنسبة للمعدات المتنقلة المدمجة ، فأنت بحاجة إلى شيء أقل حجمًا.

عامل حفاز

لتعزيز التفاعل في خلية الوقود ، يكون سطح الأنود عادة محفزًا. حتى وقت قريب ، كان البلاتين يستخدم كعامل مساعد. لذلك ، كانت تكلفة خلية الوقود مرتفعة. ثانيًا ، البلاتين معدن نادر نسبيًا. وفقا للخبراء ، متى الإنتاج الصناعيخلايا الوقود ، سوف تنفد الاحتياطيات المؤكدة من البلاتين في 15-20 سنة. لكن العلماء في جميع أنحاء العالم يحاولون استبدال البلاتين بمواد أخرى. بالمناسبة ، حقق بعضهم نتائج جيدة. لذلك استبدل العلماء الصينيون البلاتين بأكسيد الكالسيوم (المصدر: www.cheburek.net).

استخدام خلايا الوقود

لأول مرة ، تم اختبار خلية وقود في تكنولوجيا السيارات في عام 1959. استخدم جرار Alice-Chambers 1008 بطاريات للعمل. كان الوقود عبارة عن مزيج من الغازات ، خاصة البروبان والأكسجين.

المصدر: http://www.planetseed.com/

منذ منتصف الستينيات ، في ذروة "سباق الفضاء" ، أصبح مبتكرو المركبات الفضائية مهتمين بخلايا الوقود. جعل عمل آلاف العلماء والمهندسين من الممكن الوصول إليها مستوى جديد، وفي عام 1965. تم اختبار خلايا الوقود في الولايات المتحدة الأمريكية بتاريخ سفينة فضائية"Gemini-5" ، ولاحقًا - على مركبة الفضاء أبولو للرحلات إلى القمر وفي إطار برنامج المكوك. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تطوير خلايا الوقود في NPO Kvant ، أيضًا للاستخدام في الفضاء (المصدر: http://www.powerinfo.ru/).

نظرًا لأن المنتج النهائي لاحتراق الهيدروجين في خلية الوقود هو الماء ، فهي تعتبر الأكثر نظافة من حيث التأثير البيئي. لذلك ، بدأت خلايا الوقود تكتسب شعبيتها على خلفية الاهتمام العام بالبيئة.

بالفعل في الوقت الحاضر ، صنعت شركات تصنيع السيارات مثل هوندا وفورد ونيسان ومرسيدس بنز سيارات تعمل بخلايا وقود الهيدروجين.

مرسيدس بنز - Ener-G-Force مدعوم بالهيدروجين

عند استخدام السيارات على الهيدروجين ، يتم حل مشكلة تخزين الهيدروجين. سيسمح بناء محطات تعبئة الهيدروجين بإعادة التزود بالوقود في أي مكان. علاوة على ذلك ، فإن ملء السيارة بالهيدروجين يكون أسرع من شحن سيارة كهربائية في محطة وقود. لكن عند تنفيذ مثل هذه المشاريع ، واجهوا مشكلة مثل مشكلة السيارات الكهربائية. الناس على استعداد "للانتقال" إلى سيارة تعمل بالهيدروجين إذا كانت هناك بنية تحتية لهم. وسيبدأ بناء محطات الوقود إذا كافيالمستهلكين. لذلك ، وصلنا مرة أخرى إلى معضلة البيض والدجاج.

تستخدم خلايا الوقود على نطاق واسع في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. لقد ولت الأيام التي كان يتم فيها شحن الهاتف مرة واحدة في الأسبوع. الآن يتم شحن الهاتف ، كل يوم تقريبًا ، ويعمل اللابتوب بدون شبكة لمدة 3-4 ساعات. لذلك ، قررت الشركات المصنعة لتكنولوجيا الهواتف المحمولة تصنيع خلية وقود مع الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة للشحن والعمل. على سبيل المثال ، توشيبا في عام 2003 أظهر نموذجًا أوليًا نهائيًا لخلية وقود الميثانول. يعطي قوة تبلغ حوالي 100 ميغاواط. تكفي إعادة تعبئة 2 مكعبات من الميثانول المركز (99.5٪) لمدة 20 ساعة من تشغيل مشغل MP3. مرة أخرى ، أظهرت نفس "Toshiba" عنصر إمداد طاقة للكمبيوتر المحمول مقاس 275 × 75 × 40 مم ، والذي يسمح للكمبيوتر بالعمل لمدة 5 ساعات بشحنة واحدة.

لكن بعض الشركات المصنعة ذهبت إلى أبعد من ذلك. صدر PowerTrekk شاحنبنفس الاسم. PowerTrekk - الشاحن الأول جهاز الماءفي العالم. من السهل جدا استخدامه. يحتاج PowerTrekk إلى إضافة الماء لتوفير طاقة فورية من خلال كابل USB. تحتوي خلية الوقود هذه على مسحوق سليكون وسيليسيد الصوديوم (NaSi) عند مزجها بالماء ، وهذا المزيج يولد الهيدروجين. يمتزج الهيدروجين مع الهواء في خلية الوقود نفسها ، ويحول الهيدروجين إلى كهرباء من خلال تبادل البروتونات الغشائية ، بدون مراوح أو مضخات. يمكنك شراء هذا الشاحن المحمول مقابل 149 يورو (

اتخذت الولايات المتحدة عدة مبادرات لتطوير خلايا وقود الهيدروجين والبنية التحتية والتقنيات لجعل مركبات خلايا الوقود عملية واقتصادية بحلول عام 2020. وقد تم تخصيص أكثر من مليار دولار لهذه الأغراض.

تولد خلايا الوقود الكهرباء بهدوء وكفاءة دون تلويث البيئة. على عكس مصادر طاقة الوقود الأحفوري ، فإن المنتجات الثانوية لخلايا الوقود هي الحرارة والماء. كيف تعمل؟

في هذه المقالة ، سنراجع بإيجاز كل من الملفات الموجودة تقنيات الوقوداليوم ، بالإضافة إلى الحديث عن تصميم وتشغيل خلايا الوقود ، قارنها بأشكال أخرى من إنتاج الطاقة. سنناقش أيضًا بعض العقبات التي يواجهها الباحثون في جعل خلايا الوقود عملية وبأسعار معقولة للمستهلكين.

خلايا الوقود أجهزة تحويل الطاقة الكهروكيميائية. تقوم خلية الوقود بتحويل المواد الكيميائية والهيدروجين والأكسجين إلى ماء في عملية توليد الكهرباء.

آخر جهاز الكهروكيميائيةالتي نعرفها جميعًا هي البطارية. تحتوي البطارية على كل ما يلزم العناصر الكيميائيةداخل نفسها وتحويل هذه المواد إلى كهرباء. هذا يعني أن البطارية "تموت" في النهاية وأنك تتخلص منها أو تعيد شحنها.

في خلية الوقود ، يتم إدخال المواد الكيميائية فيها باستمرار حتى لا "تموت" أبدًا. سيتم توليد الكهرباء طالما كان هناك تدفق مواد كيميائيةفي العنصر. تستخدم معظم خلايا الوقود المستخدمة اليوم الهيدروجين والأكسجين.

الهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعًا في مجرتنا. ومع ذلك ، لا يوجد الهيدروجين عمليًا على الأرض في شكله الأولي. يجب على المهندسين والعلماء استخراج الهيدروجين النقي من مركبات الهيدروجين ، بما في ذلك الوقود الأحفوري أو الماء. لاستخراج الهيدروجين من هذه المركبات ، تحتاج إلى إنفاق الطاقة على شكل حرارة أو كهرباء.

اختراع خلايا الوقود

اخترع السير ويليام جروف أول خلية وقود في عام 1839. عرف غروف أن الماء يمكن تقسيمه إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق تشغيل تيار كهربائي خلاله (وهي عملية تسمى التحليل الكهربائي). اقترح ذلك في ترتيب عكسييمكن توفير الكهرباء والمياه. لقد ابتكر خلية وقود بدائية وأطلق عليها اسم غاز بطارية كلفانية . بعد تجربة اختراعه الجديد ، أثبت جروف فرضيته. بعد خمسين عامًا ، صاغ العالمان لودفيج موند وتشارلز لانجر المصطلح خلايا الوقودعند محاولة بناء نموذج عملي لتوليد الطاقة.

سوف تتنافس خلية الوقود مع العديد من أجهزة تحويل الطاقة الأخرى ، بما في ذلك التوربينات الغازية في محطات الطاقة الحضرية ، ومحركات الاحتراق الداخلي في السيارات ، والبطاريات بجميع أنواعها. محركات الاحتراق الداخلي ، مثل توربينات الغاز ، تحترق أنواع مختلفةالوقود واستخدام الضغط الناتج عن تمدد الغازات لأداء عمل ميكانيكي. تحول البطاريات الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. تحتاج خلايا الوقود إلى أداء هذه المهام بكفاءة أكبر.

توفر خلية الوقود جهدًا (تيارًا مباشرًا) يمكن استخدامه لتشغيل المحركات الكهربائية والإضاءة والأجهزة الكهربائية الأخرى.

هناك العديد أنواع مختلفةخلايا الوقود ، كل منها يستخدم مختلفة العمليات الكيميائية. عادة ما يتم تصنيف خلايا الوقود وفقًا لها درجة حرارة التشغيلو يكتببالكهرباء،التي يستخدمونها. بعض أنواع خلايا الوقود مناسبة تمامًا للاستخدام في محطات الطاقة الثابتة. قد يكون البعض الآخر مفيدًا للأجهزة المحمولة الصغيرة أو لتشغيل السيارات. تشمل الأنواع الرئيسية لخلايا الوقود ما يلي:

خلية وقود غشاء تبادل البوليمر (PEMFC)

يعتبر PEMFC هو المرشح الأكثر احتمالا لتطبيقات النقل. يحتوي PEMFC على كليهما قوة عالية، ودرجة حرارة تشغيل منخفضة نسبيًا (في حدود 60 إلى 80 درجة مئوية). تعني درجة حرارة التشغيل المنخفضة أن خلايا الوقود يمكن أن تسخن بسرعة لبدء توليد الكهرباء.

خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)

خلايا الوقود هذه هي الأنسب للكبار مولدات ثابتةالطاقة التي يمكن أن تزود مصنعًا أو مدينة بالطاقة. يعمل هذا النوع من خلايا الوقود في درجات حرارة عالية جدًا (700 إلى 1000 درجة مئوية). تعتبر درجة الحرارة المرتفعة مشكلة موثوقية لأن بعض خلايا الوقود يمكن أن تتعطل بعد عدة دورات من التشغيل والإيقاف. ومع ذلك ، فإن خلايا وقود الأكسيد الصلب مستقرة جدًا في التشغيل المستمر. في الواقع ، أثبتت مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية أطول عمر تشغيلي لأي خلية وقود في ظل ظروف معينة. تتميز درجة الحرارة المرتفعة أيضًا بأنه يمكن توجيه البخار الناتج عن خلايا الوقود إلى التوربينات وتوليد المزيد من الكهرباء. هذه العملية تسمى التوليد المشترك للحرارة والكهرباءويحسن كفاءة النظام بشكل عام.

خلية الوقود القلوية (AFC)

إنه أحد أقدم تصميمات خلايا الوقود ، وقد استخدم منذ الستينيات. تعتبر مركبات الكربون الهيدروجينية شديدة التأثر بالتلوث لأنها تتطلب الهيدروجين والأكسجين النقيين. بالإضافة إلى ذلك ، فهي باهظة الثمن ، لذلك من غير المرجح أن يتم وضع هذا النوع من خلايا الوقود في الإنتاج الضخم.

خلية وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)

مثل SOFCs ، فإن خلايا الوقود هذه مناسبة أيضًا لمحطات الطاقة الكبيرة الثابتة والمولدات. تعمل عند 600 درجة مئوية حتى تتمكن من توليد البخار ، والذي بدوره يمكن استخدامه لتوليد المزيد من الطاقة. لديهم درجة حرارة تشغيل أقل من خلايا وقود الأكسيد الصلب ، مما يعني أنها لا تحتاج إلى مثل هذه المواد المقاومة للحرارة. هذا يجعلها أرخص قليلا.

خلية وقود حامض الفوسفوريك (PAFC)

خلية وقود حامض الفوسفوريكلديه القدرة على استخدامها في أنظمة الطاقة الثابتة الصغيرة. تعمل عند درجة حرارة أعلى من خلية الوقود غشاء بوليمر، لذلك يستغرق وقتًا أطول للتسخين ، مما يجعله غير مناسب للاستخدام في السيارات.

خلايا وقود الميثانول خلية وقود الميثانول المباشر (DMFC)

خلايا وقود الميثانول قابلة للمقارنة مع PEMFC من حيث درجة حرارة التشغيلولكن ليس بنفس الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب DMFCs الكثير من البلاتين كعامل مساعد ، مما يجعل خلايا الوقود هذه باهظة الثمن.

خلية وقود مع غشاء تبادل بوليمر

تعد خلية وقود غشاء تبادل البوليمر (PEMFC) واحدة من أكثر تقنيات خلايا الوقود الواعدة. يستخدم PEMFC أحد أبسط ردود الفعل لأي خلية وقود. ضع في اعتبارك ما تتكون منه.

1. لكن العقدة - الطرف السلبي لخلية الوقود. إنها توصل الإلكترونات المنبعثة من جزيئات الهيدروجين ، وبعد ذلك يمكن استخدامها في دائرة خارجية. إنه محفور بقنوات يتم من خلالها توزيع غاز الهيدروجين بالتساوي على سطح المحفز.

2.إلى ذرة - يحتوي الطرف الموجب لخلية الوقود أيضًا على قنوات لتوزيع الأكسجين على سطح المحفز. كما أنها تنقل الإلكترونات من السلسلة الخارجية للمحفز حيث يمكن أن تتحد مع أيونات الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء.

3.غشاء تبادل المنحل بالكهرباء والبروتون. إنها مادة تمت معالجتها بشكل خاص وتوصل فقط الأيونات الموجبة الشحنة وتحجب الإلكترونات. في PEMFC ، يجب ترطيب الغشاء ليعمل بشكل صحيح ويظل مستقرًا.

4. عامل حفاز- هذا هو مواد خاصة، مما يعزز تفاعل الأكسجين والهيدروجين. عادة ما تكون مصنوعة من جزيئات البلاتين النانوية المترسبة بشكل رقيق للغاية على ورق الكربون أو القماش. المحفز له هيكل سطح مثل هذا أقصى مساحةيمكن أن يتعرض سطح البلاتين للهيدروجين أو الأكسجين.

يوضح الشكل دخول غاز الهيدروجين (H2) تحت الضغط إلى خلية الوقود من جانب الأنود. عندما يتلامس جزيء H2 مع البلاتين على المحفز ، فإنه ينقسم إلى اثنين من أيونات H + وإلكترونين. تمر الإلكترونات عبر الأنود حيث يتم استخدامها في دائرة خارجية (أداء عمل مفيد، مثل دوران المحرك) والعودة إلى جانب الكاثود لخلية الوقود.

في هذه الأثناء ، على جانب الكاثود لخلية الوقود ، يمر الأكسجين (O2) من الهواء عبر المحفز حيث يشكل ذرتين من الأكسجين. كل من هذه الذرات لها شحنة سالبة قوية. تجذب هذه الشحنة السالبة أيوني H + عبر الغشاء ، حيث تتحد مع ذرة أكسجين وإلكترونين قادمين من دائرة كهربائية خارجيةلتشكيل جزيء الماء (H2O).

ينتج هذا التفاعل في خلية وقود واحدة حوالي 0.7 فولت فقط. لرفع الجهد إلى مستوى معقول ، يجب دمج العديد من خلايا الوقود الفردية لتشكيل مجموعة خلايا وقود. تُستخدم الألواح ثنائية القطب لربط خلية وقود بأخرى وتخضع للأكسدة مع تقليل الإمكانات. مشكلة كبيرةلوحات ثنائية القطب - استقرارها. يمكن أن تتآكل الصفائح المعدنية ثنائية القطب وتقلل المنتجات الثانوية (أيونات الحديد والكروم) من كفاءة أغشية خلايا الوقود والأقطاب الكهربائية. لذلك ، تستخدم خلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة معادن خفيفة ، وجرافيت ، ومركبات مركبة من الكربون والمواد المتصلبة بالحرارة (مادة التصلد بالحرارة هي نوع من البلاستيك يظل صلبًا حتى عند تعرضه لدرجات حرارة عالية) في شكل مادة صفائح ثنائية القطب.

كفاءة خلايا الوقود

يعد تقليل التلوث أحد الأهداف الرئيسية لخلية الوقود. من خلال مقارنة سيارة تعمل بخلية وقود مع سيارة تعمل بمحرك بنزين وسيارة تعمل بالبطارية ، يمكنك أن ترى كيف يمكن لخلايا الوقود تحسين كفاءة السيارات.

نظرًا لأن جميع أنواع السيارات الثلاثة تحتوي على العديد من المكونات نفسها ، فسوف نتجاهل هذا الجزء من السيارة ونقارن إجراءات مفيدةإلى النقطة حيث الطاقة الميكانيكية. لنبدأ بسيارة خلايا الوقود.

إذا تم تشغيل خلية الوقود بواسطة الهيدروجين النقي ، يمكن أن تصل كفاءتها إلى 80 بالمائة. وبالتالي ، فإنه يحول 80 في المائة من محتوى الطاقة للهيدروجين إلى كهرباء. ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا تحويل الطاقة الكهربائية إلى عمل ميكانيكي. يتم تحقيق ذلك من خلال محرك كهربائي وعاكس. تبلغ كفاءة المحرك + العاكس أيضًا حوالي 80 بالمائة. هذا يعطي كفاءة إجمالية تقارب 80 * 80/100 = 64 بالمائة. يقال إن سيارة هوندا النموذجية FCX تتمتع بكفاءة طاقة بنسبة 60 بالمائة.

إذا لم يكن مصدر الوقود على شكل هيدروجين نقي ، إذن عربةسيحتاج أيضا إلى مصلح. المصلحون يحولون الهيدروكربون أو الوقود الكحولي إلى هيدروجين. إنها تولد الحرارة وتنتج ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الهيدروجين. يتم استخدام أجهزة مختلفة لتنقية الهيدروجين الناتج ، ولكن هذا التنقية غير كافٍ ويقلل من كفاءة خلية الوقود. لذلك ، قرر الباحثون التركيز على خلايا الوقود للمركبات التي تعمل بالهيدروجين النقي ، على الرغم من المشاكل المرتبطة بإنتاج وتخزين الهيدروجين.

كفاءة محرك بنزين وسيارة على البطاريات الكهربائية

إن كفاءة السيارة التي تعمل بالبنزين منخفضة بشكل مدهش. الجميع الحرارةالذي يخرج على شكل عادم أو يمتصه المبرد هو طاقة مهدرة. يستخدم المحرك أيضًا الكثير من الطاقة الدورانية مضخات مختلفةوالمراوح والمولدات التي تحافظ على استمرار تشغيله. وبالتالي ، تبلغ الكفاءة الإجمالية لمحرك بنزين السيارات حوالي 20 بالمائة. وبالتالي ، يتم تحويل ما يقرب من 20 بالمائة فقط من محتوى الطاقة الحرارية للبنزين إلى أعمال ميكانيكية.

تتمتع السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية بكفاءة عالية إلى حد ما. البطارية فعالة بنسبة 90 بالمائة تقريبًا (تولد معظم البطاريات بعض الحرارة أو تتطلب تسخينًا) ، والمحرك + العاكس فعال بنسبة 80 بالمائة تقريبًا. هذا يعطي كفاءة إجمالية تقارب 72 بالمائة.

لكن هذا ليس كل شيء. لكي تتحرك السيارة الكهربائية ، يجب أولاً توليد الكهرباء في مكان ما. إذا كانت محطة طاقة تستخدم عملية احتراق الوقود الأحفوري (بدلاً من الطاقة النووية أو الكهرومائية أو الشمسية أو طاقة الرياح) ، فإن حوالي 40 بالمائة فقط من الوقود الذي تستهلكه المحطة تم تحويله إلى كهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب عملية شحن السيارة تحويل الطاقة التيار المتناوب(AC) إلى السلطة التيار المباشر(DC). تبلغ كفاءة هذه العملية حوالي 90 بالمائة.

الآن ، إذا نظرنا إلى الدورة بأكملها ، فإن كفاءة السيارة الكهربائية هي 72 بالمائة للسيارة نفسها ، و 40 بالمائة لمحطة الطاقة ، و 90 بالمائة لشحن السيارة. هذا يعطي كفاءة إجمالية تبلغ 26 بالمائة. تختلف الكفاءة الإجمالية بشكل كبير اعتمادًا على محطة الطاقة المستخدمة لشحن البطارية. إذا تم توليد الكهرباء للسيارة ، على سبيل المثال ، عن طريق محطة الطاقة الكهرومائية ، فإن كفاءة السيارة الكهربائية ستكون حوالي 65 بالمائة.

يقوم العلماء بالبحث عن التصاميم وتحسينها لمواصلة تحسين كفاءة خلايا الوقود. أحد الأساليب الجديدة هو الجمع بين خلايا الوقود والمركبات التي تعمل بالبطارية. يتم تطوير السيارة النموذجية ليتم تشغيلها بواسطة مجموعة نقل الحركة الهجينة التي تعمل بخلايا الوقود. يستخدم بطارية ليثيوم لتشغيل السيارة بينما تقوم خلية وقود بإعادة شحن البطارية.

من المحتمل أن تكون المركبات التي تعمل بخلايا الوقود فعالة مثل السيارة التي تعمل بالبطارية والتي يتم شحنها من محطة طاقة خالية من الوقود الأحفوري. لكن تحقيق مثل هذه الإمكانيات العملية و طريقة يسهل الوصول إليهاقد يكون من الصعب.

لماذا نستخدم خلايا الوقود؟

السبب الرئيسي هو كل ما يتعلق بالنفط. يجب على أمريكا استيراد ما يقرب من 60 في المائة من نفطها. بحلول عام 2025 ، من المتوقع أن ترتفع الواردات إلى 68٪. يستخدم الأمريكيون ثلثي النفط يوميًا للنقل. حتى لو كانت كل سيارة في الشارع سيارة هجينة ، بحلول عام 2025 ، لا يزال يتعين على الولايات المتحدة استخدام نفس كمية الزيت التي استهلكها الأمريكيون في عام 2000. في الواقع ، تستهلك أمريكا ربع إجمالي النفط المنتج في العالم ، على الرغم من أن 4.6٪ فقط من سكان العالم يعيشون هنا.

يتوقع الخبراء أن تستمر أسعار النفط في الارتفاع خلال العقود القليلة المقبلة مع نضوب المصادر الأرخص ثمناً. يتعين على شركات النفط تطوير حقول النفط في ظروف متزايدة الصعوبة ، مما سيؤدي إلى ارتفاع أسعار النفط.

تمتد المخاوف إلى ما هو أبعد من الأمن الاقتصادي. يتم إنفاق الكثير من عائدات بيع النفط على دعم الإرهاب الدولي ، بشكل جذري الأحزاب السياسية، الوضع غير المستقر في المناطق المنتجة للنفط.

ينتج عن استخدام النفط وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى للطاقة التلوث. من الأفضل للجميع إيجاد بديل - حرق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة.

خلايا الوقود هي بديل جذاب للاعتماد على الزيت. تنتج خلايا الوقود المياه النظيفة كمنتج ثانوي بدلاً من التلوث. على الرغم من أن المهندسين ركزوا مؤقتًا على إنتاج الهيدروجين من مصادر أحفورية مختلفة مثل البنزين أو غاز طبيعي، متجددة وصديقة للبيئة يجري استكشاف طرق لإنتاج الهيدروجين في المستقبل. ستكون العملية الواعدة بالطبع هي الحصول على الهيدروجين من الماء.

الاعتماد على النفط و الاحتباس الحراريهي مشكلة دولية. تشارك العديد من البلدان في تطوير البحث والتطوير لتكنولوجيا خلايا الوقود.

من الواضح أن العلماء والمصنعين لديهم الكثير من العمل قبل أن تصبح خلايا الوقود بديلاً. الأساليب الحديثةإنتاج الطاقة. ومع ذلك ، بدعم من العالم كله والتعاون العالمي ، قابلة للحياة نظام الطاقةعلى أساس خلايا الوقود قد تصبح حقيقة واقعة في غضون عقدين من الزمن.

Quest Ancient Arsenal - واحدة من أكثر الأشياء إثارة للاهتمام وفائدة أسئلة جانبيةفي Horizon Zero Dawn. كمكافأة لإكماله ، ستتلقى زي Shield Weaver. في رأينا هذا هو أفضل درع في اللعبة. إنها تحمي Aloy بمجال قوة يمتص كل الأضرار القادمة حتى نفاد الشحنة. ستتلقى هذه المهمة عندما تجد أول خلية وقود أو مخبأ المدرعات القديم نفسه. يجب أن أقول إن الحصول عليها أسهل بكثير من القيام بذلك.

أين تجد جميع خلايا الوقود في Horizon Zero Dawn؟

هناك إجمالي 5 عناصر وقود في اللعبة ستلتقي بها أثناء مرور مهام القصة. من السهل تفويت بعضها ، لكن لا تقلق بشأن ذلك. يمكنك دائمًا العودة إليهم لاحقًا. إذا ماتت ، فسيتعين عليك الذهاب إلى خلية الوقود مرة أخرى. لا يحفظ في مخزونك على الفور ، فأنت بحاجة للوصول إلى نقطة التفتيش. ضعه بمخيلتك. يتم تمييز جميع العناصر بأيقونة خضراء ساطعة ، لذلك من غير المحتمل أن تشاهدها عندما تكون بالقرب منك. يتم استخدام أول عنصرين لفتح الباب. هناك حاجة لثلاثة أخرى لفتح جهاز الدرع نفسه.

أول خلية وقود

وهي تقع في موقع الأم العظيمة ومتاحة أثناء مرور مهمة "رحم الجبل". من المهم جدًا عدم تفويتها أثناء هذا المسعى ، لأنه بعد مغادرة المنطقة ، سيتم حظر البوابة التي يمكنها الوصول إلى هذا الموقع وستفتح في المرة القادمة فقط في نهاية اللعبة ، بعد الانتهاء من "قلب المخبأ" " بعثة.

من السهل العثور على خلية الوقود هذه إذا كنت تعرف مكان البحث. لذلك ، فإن أول شيء يجب فعله هو الوصول إلى علامة Aloy الموضحة في لقطة الشاشة أدناه. سيكون أمامك مباشرة باب به مفتاح. نفتحه ونمضي قدما. نفتح أيضًا الباب المجاور ونجد أنفسنا فيه غرفة كبيرة. نحن هنا نحتاج إلى الانعطاف يمينًا والركض نحو باب بقفل لا يمكننا فتحه.

ومع ذلك ، إذا نظرت حولك ، ستلاحظ على اليسار مكانة كبيرةمع الشموع بالداخل. اصعد إليه وتحرك للأمام على طول المنجم حتى تصطدم بخلية وقود.

خلية الوقود الثانية

يمكن العثور على هذا العنصر في الأنقاض التي تسلقها ألوي عندما كان طفلاً. في مرحلة الطفولةلن تتمكن من استلامه ، لذا سيتعين عليك العودة لاحقًا. اذهب إلى العلامة الخضراء وانظر حولك. مدخل الأنقاض حفرة في الأرض. النزول بحذر.

السماح بمرور الأنقاض أمر بسيط بما فيه الكفاية ، لذلك من غير المحتمل أن تضيع. في الواقع ، تحتاج إلى الوصول إلى العلامة الموضحة في لقطة الشاشة أدناه. هناك سترى غرفة أمامك ، مدخلها مغلق بتشكيلات صخرية مدببة. اكسرهم بفتح رمحك وستجد عنصر الوقود الثاني.

خلية الوقود الثالثة

للعثور على خلية الوقود التالية في Horizon Zero Dawn ، سيتعين عليك قراءة القصة. نحن بحاجة إلى حد سيد المهمة. لا تنس الرجوع إلى هذا الدليل عند الوصول إليه. خلال هذه المهمة ، سيكون عليك تسلق مبنى شاهق جدًا. في مرحلة ما ، ستخبرك اللعبة بشيء مثل: "اعثر على مكتب Faro للحصول على مزيد من المعلومات حول Dr. Sobek."

في هذه اللحظة ، تحتاج إلى الالتفاف والعثور على جدار خلفك ، يمكنك من خلاله الصعود. اذهب طوال الطريق وستكون خلية الوقود في انتظارك على الأرض تمامًا في أعلى البرج (الطابق الثاني عشر).

خلية الوقود الرابعة

يمكن العثور على هذا العنصر خلال مهمة "كنز الموت" في سراديب الموتى.

أولاً ، قم بالوصول إلى العلامة في المستوى الثالث ، كما هو موضح في لقطة الشاشة أدناه. سيكون أمامك باب مغلق. لفتحه ، عليك أن تذهب يسارًا وتقفز لأسفل. هناك سوف تجد ثلاثة ألغاز قفل تويست. يوجد بالقرب من كل منها خزانة يخفي فيها حل المشكلة. فقط امسحه ضوئيًا. توجد لغتان في مستوى واحد أسفل الباب ، والآخر في نفس المستوى. عندما تحل الثلاثة ، سيفتح الباب أعلاه وستتلقى خلية الوقود الخاصة بك.

خلية الوقود الخامسة

يمكن العثور على آخر خلية وقود في Horizon Zero Dawn أثناء مهمة Fallen Mountain في GAIA Prime.

قم بالوصول إلى الموقع في المستوى الثالث المحدد في لقطة الشاشة أدناه. سيكون أمامك مكان تحتاج إلى النزول منه عبر الحبل. بدلاً من ذلك ، انعطف يسارًا وشق طريقك بحذر إلى أسفل جانب الجبل. هناك سترى مدخل الكهف. في النهاية ، سيكون العنصر الأخير في انتظارك.