Palivový článek využívá chemickou energii vodíku nebo jiných paliv k čisté a efektivní výrobě elektřiny. Pokud je palivem vodík, jedinými produkty jsou elektřina, voda a teplo. Palivové články jsou jedinečné z hlediska rozmanitosti jejich potenciálních aplikací; mohou používat širokou škálu paliv a surovin a mohou poskytovat energii pro systémy velké jako elektrárna a malé jako přenosný počítač.
Proč studovat palivové články
Palivové články lze použít v široké škále aplikací, poskytují energii pro aplikace v různých sektorech, včetně dopravy, průmyslových/komerčních/obytných budov a dlouhodobého skladování energie pro síť v reverzibilních systémech.
Palivové články mají několik výhod oproti konvenčním technologiím založeným na spalování, které se v současnosti používají v mnoha elektrárnách a vozidlech. Palivové články mohou pracovat s vyšší účinností než spalovací motory a dokážou přeměnit chemickou energii v palivu přímo na elektrickou energii s účinností přesahující 60 %. Palivové články mají ve srovnání se spalovacími motory nižší nebo nulové emise. Vodíkové palivové články vypouštějí pouze vodu a řeší kritické klimatické výzvy, protože nedochází k emisím oxidu uhličitého. V místě provozu také nejsou žádné látky znečišťující ovzduší, které vytvářejí smog a způsobují zdravotní problémy. Palivové články jsou během provozu tiché, protože mají málo pohyblivých částí.
Jak fungují palivové články
Palivové články fungují jako baterie, ale nevybíjejí se ani nepotřebují dobíjet. Vyrábí elektřinu a teplo, dokud je dodáváno palivo. Palivový článek se skládá ze dvou elektrod – záporné elektrody (nebo anody) a kladné elektrody (nebo katody) – vložené kolem elektrolytu. Palivo, jako je vodík, je přiváděno k anodě a vzduch je přiváděn ke katodě. Ve vodíkovém palivovém článku rozděluje katalyzátor na anodě molekuly vodíku na protony a elektrony, které se ke katodě ubírají různými cestami. Elektrony procházejí vnějším obvodem a vytvářejí tok elektřiny. Protony migrují přes elektrolyt ke katodě, kde se spojují s kyslíkem a elektrony za vzniku vody a tepla. Dozvědět se víc o:
- Části palivového článku
- Systémy palivových článků
- Typy palivových článků.
Prohlédněte si animaci palivových článků kanceláře Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office, abyste viděli, jak palivový článek funguje.
Cíle výzkumu a vývoje
Ministerstvo energetiky USA (DOE) úzce spolupracuje se svými národními laboratořemi, univerzitami a průmyslovými partnery na překonání kritických technických překážek ve vývoji palivových článků. Náklady, výkon a životnost jsou stále klíčovými výzvami v průmyslu palivových článků. Zobrazit související odkazy, které poskytují podrobnosti o činnostech palivových článků financovaných DOE.
- Stát—Výzkum, vývoj a demonstrace (RD&D) se zaměřuje na vývoj nízkonákladové sady palivových článků a vyvážení součástí závodu (BOP) a pokročilé přístupy k velkoobjemové výrobě ke snížení celkových nákladů na systém. Platina představuje jednu z nejnákladnějších součástí palivového článku s membránovým polymerním elektrolytem s přímým vodíkovým pohonem, takže je kladen důraz na přístupy, které zvýší aktivitu a využití a sníží obsah současných katalyzátorů ze skupiny platinových kovů (PGM) a slitin PGM. stejně jako katalyzátorové přístupy bez PGM pro dlouhodobé aplikace.
- Výkon—Pro zlepšení účinnosti a výkonu palivových článků se RD&D zaměřuje na inovativní materiály a integrační strategie. Úsilí zahrnuje vývoj iontoměničových membránových elektrolytů se zvýšenou účinností a trvanlivostí při snížených nákladech; zlepšení sestav membránových elektrod (MEA) s vysokou hustotou výkonu prostřednictvím integrace nejmodernějších komponent MEA; modelování pro pochopení návrhu systému a provozních podmínek; a vývoj komínů s vysokou účinností při jmenovitém výkonu a vysoce výkonných komponentů BOP, jako jsou komponenty pro řízení vzduchu s nízkými parazitními ztrátami.
- Trvanlivost—Aplikace palivových článků obecně vyžadují adekvátní výkon, který má být udržován po dlouhou dobu. DOE si stanovila konečné cíle pro životnost systému palivových článků za realistických provozních podmínek na 8,000 30,000 hodin pro lehká užitková vozidla, 80,000 XNUMX hodin pro těžká nákladní vozidla a XNUMX XNUMX hodin hodin pro distribuované energetické systémy. V nejnáročnějších aplikacích je vyžadována spolehlivost a robustnost systému v dynamických a drsných provozních podmínkách. Realistické provozní podmínky zahrnují startování a zastavování, zmrazování a rozmrazování, nečistoty v palivu a vzduchu a vlhkost a dynamické cykly zatížení, které vedou k namáhání chemické a mechanické stability materiálů a součástí systému palivových článků. RD&D se zaměřuje na identifikaci a pochopení mechanismů degradace palivových článků a vývoj materiálů a strategií ke zmírnění jejich účinků.
Technické cíle
Stáhněte si sekci Palivové články víceletého plánu výzkumu, vývoje a demonstrací Úřadu pro technologie vodíku a palivových článků, kde najdete úplné podrobnosti o technických cílech. Probíhá velká aktualizace tohoto dokumentu.
