Горивната клетка – енергията на бъдещето

Идеята

Както е известно, принципно обикновената химическа батерия служи за складиране на електрическа енергия чрез химическа промяна на нейните съставни компоненти. Разликата между този тип енергийни клетки и горивната клетка се състои именно в принципа на действие. Технологията на горивната клетка използва сравнително стабилни електроди, служещи за катализатор на реакция, при която се получава електрическа енергия. Докато обикновената презареждаща се химическа батерия се зарежда чрез електрическа енергия, променяща компонентите й, при горивната клетка е налице изчерпване на горивото. Единственият начин за презареждане на горивна клетка е повторното й зареждане с гориво от типа, който тя използва. Последното е особено важно, защото всъщност има няколко типа горивни клетки и всяка използва различно вещество за гориво, от което да произвежда електроенергия.

Класическата водород-кислородна протонна горивна клетка представлява образецът на този тип технология. В основата на клетката стои специфична полимерна мембрана, притежаваща способността да пропуска протони в едната посока. Тя разделя катода от анода в клетката и на практика представлява един от основните елементи в нея. Водородът постъпва в анода, явяващ се катализатор на реакция, която разделя протоните и електроните на водородните молекули, а след това протоните преминават през полимерната мембрана към катода. Тъй като самата мембрана се явява електроизолатор, електроните се улавят от “опроводяването” на клетката и представляват готовата за консумация енергия. От страната на катодa катализатор протоните заедно с част от електроните и кислорода формират отпадния продукт от работата на горивната клетка. Въпреки че словосъчетанието “отпаден продукт” звучи доста внушително, в случая става въпрос за водна пара, или чиста вода.

При този тип горивни клетки проблем представлява твърде малкото енергия, получена от тях – принципно от една клетка се добиват около 0,85 V. За получаването на повече енергия е нужно свързването на много клетки в паралелна схема със съответното опроводяване и контрол. Освен че усложняват процеса, тези схеми допълнително оскъпяват използването на и без това скъпите водород-кислородни горивни клетки.

Една от алтернативите на водород-кислородната горивна клетка представлява подобна технология, при която използваното гориво е метанол. Някои от основните предимства при тази реализация e доста по-лесното съхраняване на метанола, за разлика от водорода, при който е необходимо използване на съд под високо налягане. В допълнение, метанолът притежава по-висока енергоносимост за единица обем в сравнение с водорода и не е необходимо използването на скъпи и сложни електроди, изпълняващи ролята и на катализатор както при водород-кислородните клетки.

Въпреки това употребата на този тип горивни клетки е все още сравнително ограничена поради доста ниската им ефективност на действие, както и заради факта, че метанолът е отровен. Технологията на получаване на енергия в този случай се различава в известна степен от използваната при водород-кислородните клетки. При метанола, най-общо казано, се разчита на оксидацията му до въглероден двуокис, при което част от отделените при реакцията електрони представляват добивът на енергия от клетката. Останалата част от електроните, заедно с протоните, образуват вода на катода на клетката, служеща като транспортна среда. Този факт (водата като транспортно средство) за съжаление се явява недостатък на технологията, тъй като разреждането на метанола намалява енергостойността му на единица обем.

Въпреки това използването на горивни клетки с гориво метанол тепърва предстои да се развива, съдейки по знаците, давани от големите производители. През 2005 г. Toshiba пусна в продажба миниатюрна горивна клетка с размери едва 22 x 56 x 4,5 мм, с използването на метанол като гориво. В края на 2006 г. Samsung демонстрира сериозен напредък в тази област. Според компанията до края на 2007 г. ще е напълно възможно широкото навлизане на горивните клетки като захранващ източник за мобилни системи.

Проблемите

Както всяка друга нова технология, горивните клетки срещат някои сериозни затруднения пред широкото си навлизане в употреба. Освен вече споменатия факт, че метанолът е отровен, друг сериозен недостатък на технологията е високата цена на полимерната мембрана в клетката. Използваната в момента мембрана Nafion представлява разработка на DuPont и има производствени разходи от около 400 евро за квадратен метър. Вариант за избягването на този проблем се явяват алтернативните мембрани, разработени от различните производители. Към момента подходящо предложение е т.нар. ITM Power мембрана, представляваща въглеводороден полимер с производствена цена около 4–5 евро за квадратен метър.

Заключение

Що се отнася до цената на горивните клетки, конкурентните им литиево-йонни батерии също не са евтини, така че тук спадът на производствените разходи ще е до определена граница. Дори и това да не се случи, все пак остава налице едно от основните им предимства – способността им да осигуряват захранване за мобилните системи значително по-дълго време от алтернативните химически батерии. Все пак никак не звучи зле възможността човек да използва своя лаптоп непрекъснато в продължение на половин или един месец. А може би дори повече, ще видим...

Източник: www.computers.bg 

Вашето Име:

Вашият Email Адрес:

Вашият web сайт:

Оценете тази статия:
Слаб Отличен

Коментар:

BOLD

"QUOTE"

UNDERLINE