Provoz vodíkového vozidla (palivový článek)
Obsah
Další alternativu provozu elektrických vozidel, vodíkové řešení, dlouhodobě zkoumali Němci a Japonci. Evropa, kterou Tesla považuje za nestabilní, se přesto rozhodne dát na tuto technologii balíček (v globálním měřítku, nikoli pouze za účelem pohonu automobilů). Pojďme se tedy podívat na to, jak funguje vodíkové auto, které je tedy pouze variantou elektromobilu.
Viz také:
- Je vodíkové auto životaschopné?
- Jaké jsou výhody a nevýhody palivového článku
Několik typů vodíkových aut
Zatímco současná technologie je pro automobily, které používají k pohonu svých elektromotorů palivové články, vodík lze použít i u pístových spalovacích vozidel. Je to skutečně plyn, který lze použít stejným způsobem jako LPG a CNG již používané v našich vozidlech. Od této myšlenky se však upustilo, pístový motor je opravdu více v souladu s dobou ...
Tady je Toyota Mirai na vodíkový pohon. Prodává se v USA, není ve Francii, protože neexistuje žádný distribuční bod vodíku ... Když jsme přišli s elektrickými terminály pozdě, už ve vodíku zaostáváme!
Princip
Pokud bychom měli shrnout systém do jedné věty, řekl bych totento elektrický motor kdo chodí s carburant neznečišťující (v provozu, ne ve výrobě). Místo abychom baterii nabíjeli zástrčkou a tedy elektřinou, plníme ji tekutinou. Proto říkáme systém palivových článků (to je
akumulovat
který pracuje s palivem, které
spotřebováno
et
zmizí z nádrže
). Ve skutečnosti je jediným rozdílem u elektrického motoru skladování energie, zde v kapalné, nikoli chemické formě.
Proto je třeba poznamenat, že baterie se vybíjí, na rozdíl od lithiové nebo dokonce olověné baterie (viz odkazy, abyste zjistili, jak fungují).
Procesní mapa
Vodík = hybrid?
Téměř ... Ve skutečnosti mají systematicky přídavnou lithiovou baterii, jejíž užitečnost vysvětlím níže. Proto je možné pracovat pouze na vodík, pouze s použitím konvenční baterie, nebo dokonce obojí současně.
Komponenty
Nádrž na vodík
Máme nádrž, která dokáže uložit 5 až 10 kg vodíku s vědomím, že každý kilogram obsahuje 33.3 kWh energie (ve srovnání s elektrickými vozidly, která mají 35 až 100 kWh). Nádrž je speciálně navržena a robustní, aby vydržela vnitřní tlak 350 až 700 barů.
Palivový článek
Palivový článek poskytne energii elektromotoru automobilu, stejně jako konvenční lithiová baterie. Potřebuje však palivo, a to vodík z nádrže. Je vyrobena z velmi drahé platiny, ale v nejmodernějších verzích se obejde bez ní.
Vyrovnávací baterie
To není vyžadováno, ale je to standard pro vodíková vozidla. Slouží totiž jako záložní baterie, výkonový zesilovač (může pracovat paralelně s palivovým článkem), ale také a především slouží k obnově kinetické energie při zpomalování a brzdění.
Výkonová elektronika
Výkonová elektronika, která není uvedena v mém horním diagramu, řídí, přerušuje a usměrňuje (převádí mezi střídavým a stejnosměrným proudem) různé proudy protékající různými součástmi vozu.
Tankování
Provoz palivových článků: katalýza
Cílem je extrahovat elektrony (elektřinu) z vodíku za účelem jejich odeslání do elektromotoru. To vše se děje prostřednictvím řízené elektrochemické reakce, která odděluje elektrony na jedné straně (směrem k motoru) a protony na straně druhé (v palivovém článku). Celé setkání končí na katodě, kde reakce končí: konečná "směs" dává vodu, která je odčerpávána ze systému (výfuku).
Zde je diagram katalýzy, což je extrakce elektřiny z vodíku (reverzní elektrolýza).
Zde vidíme fungování palivového článku, konkrétně fenomén katalýzy.
Vodík H2 (tj. Dva atomy vodíku H slepené dohromady: dihydrogen) jde zleva doprava. Jak se blíží k anodě, ztrácí jádro (proton), které bude odsáváno (vlivem oxidačního jevu). Elektrony pak budou pokračovat v cestě doprava, aby následně využily elektrický motor.
Na druhé straně vše znovu sestavujeme vstřikováním O2 (kyslík ze vzduchu díky kompresoru) na katodovou stranu, což přirozeně umožní tvorbu molekuly vody (která bude katalyzovat všechny prvky do jednoho celku). molekula, která je sbírkou Hs a Os).
Shrnutí chemických / fyzikálních reakcí
KÝVNUTÍ : na anodě je atom vodíku „nařezán“ na polovinu (H2 = 2e- + 2H+). Jádro (ion H +) klesá směrem ke katodě, zatímco elektrony (e-) pokračují v cestě kvůli své neschopnosti projít elektrolytem (prostor mezi anodou a katodou).
KATODA: na katodě vidíme reverzní (různým způsobem) ionty H + a e- elektrony. Pak už stačí zavést atomy kyslíku, aby se všechny tyto prvky chtěly shromáždit, což pak vede k vytvoření molekuly vody sestávající ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku. Nebo vzorec: 2e- + 2H + + O2 = H2
Sklizeň?
Pokud vezmeme v úvahu pouze auto samotné, konkrétně účinnost nádrže až po konec kol (přeměna materiálu / mechanické vyztužení), jsme zde něco málo pod 50 %. Baterie má skutečně účinnost asi 50% a elektromotor - asi 90%. Proto máme nejprve 50% filtrování a poté 10%.
Pokud vezmeme v úvahu účinnost elektrárny, která generuje energii, pak před výrobou vodíku nebo dokonce distribucí elektřiny (v případě lithia) máme 25% na vodík a 70% na elektřinu (zhruba průměr, samozřejmě ).
Přečtěte si více o ziskovosti zde.
Rozdíl mezi vozem na vodík a elektromobilem s lithiovou baterií?
Auta jsou úplně stejná, kromě jejich „energetické nádrže“. Jedná se tedy o elektrická vozidla, která používají rotor-statorové motory (indukční, permanentní magnety nebo dokonce reaktivní).
Pokud díky chemické reakci uvnitř funguje i lithiová baterie (reakce, která přirozeně produkuje elektřinu: přesněji elektrony), nic z ní nevychází, dochází pouze k vnitřní přeměně. Pro návrat do původního stavu (dobíjení) stačí projet proud (připojit k sektoru) a chemická reakce se opět rozběhne v opačném směru. Problém je v tom, že to chce čas, dokonce i s přeplňováním.
U vodíkového motoru, což je klasický elektromotor, který je poháněn palivovým článkem (tedy vodíkem), baterie spotřebovává vodík při chemické reakci. Vyprazdňuje se výfukem, který odstraňuje vodní páru (výsledek chemické reakce).
Proto bychom z logického hlediska mohli jakýkoli elektromobil přizpůsobit vodíkovému autu, stačí vyměnit lithiovou baterii za palivový článek. Ve vašem chápání by tedy „vodíkový motor“ měl být považován především za elektromotor (podívejte se, jak zde funguje). Nutně se k němu blíží, ne proto, že je tankován jako entita.
Chemická reakce na základně této tablety produkuje teploz elektřina (co potřebujeme pro elektromotor) a voda.
Proč ne všude?
Hlavní technický problém vodíku souvisí s bezpečností skladování. Ve skutečnosti je toto palivo, stejně jako LPG, nebezpečné, protože se při kontaktu se vzduchem stává hořlavým (a to není vše). Problém tedy není jen naplnění auta palivem, ale také mít dostatečně silnou nádrž, aby vydržela jakoukoli nehodu. Dodatečné náklady jsou také velkou zátěží a zdá se být méně životaschopné než lithium-iontová baterie, jejíž cena dramaticky klesá.
A konečně, výrobní a distribuční síť ve světě je velmi málo rozvinutá a vlády chtějí vyrábět vodík elektrolýzou pomocí obnovitelných zdrojů energie (mnoho odborníků hovoří o utopickém schématu, které nelze v naší „náhlé“ realitě realizovat).
Nakonec je větší šance, že do budoucna bude řešením spíše konvenční elektřina než vodík, který bude využíván pro řadu aplikací nad rámec individuální mobility.
Všechny komentáře a reakce
Dernier zveřejněn komentář:
Bernarde (Datum: 2021, 09:23:14)
Dobrý den,
Děkuji za tyto silné a zajímavé myšlenky. Opustím stránky s novou světluškou ve starém mozku.
Osobně se divím, že kromě toho, co vím o jaderných ponorkách, nikdo nevyvinul dokonalý motor na silnici. Byl to skutečně ten, který Philips představil na bruselském autosalonu v roce 1971 s výkonem 200 koní. na dvou pístech.
Společnost Philips zahájila provoz v letech 1937-1938 a pokračovala v roce 1948.
V roce 1971 tvrdili několik stovek koní na píst. Od té doby nemohu nic najít ... Samozřejmě, tajná obrana.
A co motory s plynovou turbínou?
Vaše lucerny mohou přidat trochu vody do mého myslícího mlýna.
Díky za vaše poznatky a popularizaci.
Il I. 1 reakce na tento komentář:
- Správce ADMINISTRÁTOR STRÁNEK (2021-09-27 11:40:25): Je to velmi zábavné číst, díky.
O tomto typu motoru nevím dost, abych to mohl posoudit, pravděpodobně kvůli ceně, velikosti, obtížné údržbě, průměrné účinnosti?
S ohledem na to, že je nutné mít řešení, které umožňuje ohřívání plynu, a proto je jeho aplikace na běžném veřejném autě potenciálně nebezpečná (a že bude časem konstantní).
Stručně řečeno, mám podezření, že jste doufali v přesnější a jistější odpověď ... Promiňte.
(Váš příspěvek bude po ověření viditelný pod komentářem)
Napsat komentář
Pomocí elektrického vzorce E zjistíte, že:
