Управление на превозно средство с водород (горивна клетка)

 

Друга алтернатива за работата на електрически превозни средства, водородният разтвор, се проучва дълго време от германците и японците. Европа, която Tesla смята за нестабилна, въпреки това решава да постави пакет върху тази технология (в глобален мащаб, а не с единствената цел да задвижва автомобили). Така че нека да разгледаме как работи водородната кола, която следователно е само вариант на електрическата кола.

Вижте също:

• Жизнеспособна ли е една водородна кола?
• Какви са предимствата и недостатъците на горивната клетка

Няколко вида автомобили с водород

Докато сегашната технология е за автомобили, които използват горивни клетки за захранване на електрическите си двигатели, водородът може да се използва и в превозни средства с бутало с вътрешно горене. Това наистина е газ, който може да се използва по същия начин като LPG и CNG, които вече се използват в нашите превозни средства. Тази идея обаче беше изоставена, буталният двигател наистина е по-съобразен с времето ...

Ето една Toyota Mirai, задвижвана с водород. Продава се в САЩ, не е във Франция, защото няма пункт за разпределение на водорода... Закъснявайки с електрическите изводи, ние вече изоставаме във водорода!

принцип на работа

Ако трябва да обобщим системата в едно изречение, бих казал товатози електрически мотор който ходи с carburant незамърсяващи (в експлоатация, не в производство). Вместо да зареждаме батерията с щепсел и съответно електричество, ние я пълним с течност. Ето защо наричаме системата с горивни клетки (това е

натрупват се

който работи с гориво че

консумиран

et

изчезва от резервоара

). Всъщност единствената разлика с електрическия двигател е съхранението на енергия, тук в течна, а не химическа форма.

Ето защо трябва да се отбележи, че батерията се разрежда, за разлика от литиевата или дори оловно-киселинната батерия (вижте връзките, за да разберете как работят).

Карта на процеса

Водород = хибрид?

Почти... Наистина, те систематично имат допълнителна литиева батерия, чиято полезност ще обясня по-долу. Следователно е възможно да се работи само с водород, само с помощта на конвенционална батерия или дори и двете едновременно.

Елементи

Водороден резервоар

Имаме резервоар, който може да съхранява от 5 до 10 кг водород, като знаем, че всеки килограм съдържа 33.3 kWh енергия (в сравнение с електрическите превозни средства, които имат 35 до 100 kWh). Резервоарът е специално проектиран и здрав, за да издържи вътрешно налягане от 350 до 700 бара.

Горивна клетка

Горивната клетка ще осигури захранване на електрическия мотор на автомобила, точно като конвенционална литиева батерия. Той обаче се нуждае от гориво, а именно водород от резервоара. Изработена е от много скъпа платина, но в най-модерните версии минава без нея.

Буферна батерия

Това не е задължително, но е стандарт за превозните средства с водород. Всъщност той служи като резервна батерия, усилвател на мощност (може да работи успоредно с горивна клетка), но също така и преди всичко служи за възстановяване на кинетичната енергия по време на забавяне и спиране.

Силова електроника

Не е посочено в горната ми диаграма, силовата електроника контролира, прекъсва и коригира (преобразувайки между променлив и постоянен ток) различните токове, протичащи през различните компоненти на автомобила.

Зареждам гориво

Работа на горивните клетки: катализа

Целта е да се извлекат електрони (електричество) от водорода, за да се изпратят към електродвигател. Всичко това става чрез контролирана електрохимична реакция, която разделя електроните от едната страна (към двигателя) и протоните от другата (в горивната клетка). Цялата среща завършва на катода, където завършва реакцията: крайната "смес" дава вода, която се изпомпва от системата (отработените газове).

Ето диаграма на катализа, която е извличане на електричество от водород (обратна електролиза).

Тук виждаме функционирането на горивната клетка, а именно феномена на катализа.

Водород H2 (т.е. два водородни Н атома, залепени заедно: дихидроген) върви отляво надясно. Когато се приближи до анода, той губи своето ядро ​​(протон), което ще бъде изсмукано (поради феномена на окисление). След това електроните ще продължат пътя си вдясно, за да използват впоследствие електрическия двигател.

От своя страна ние отново сглобяваме всичко, като инжектираме O2 (кислород от въздуха благодарение на компресора) от страната на катода, което естествено ще позволи образуването на водна молекула (която ще катализира всички елементи в едно цяло). молекула, която е колекция от Hs и Os).

Резюме на химични/физични реакции

ANOD : при анода водородният атом е "нарязан" наполовина (Н2 = 2е- + 2Н +). Ядрото (H + йон) се спуска към катода, докато електроните (e-) продължават пътя си поради невъзможността им да преминат през електролита (пространството между анода и катода).

КАТОД: на катода виждаме обратни (по различни начини) йони H + и e- електрони. Тогава е достатъчно да се въведат кислородни атоми, така че всички тези елементи да искат да се съберат, което след това води до създаването на водна молекула, състояща се от два водородни атома и един кислороден атом. Или формулата: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Прибиране на реколтата ?

Ако вземем предвид само самата кола, а именно ефективността на резервоара до края на колелата (преобразуване на материала / механично усилване), тук сме малко под 50%. Наистина батерията има КПД около 50%, а електродвигателят – около 90%. Следователно първо имаме 50% филтриране, а след това 10%.

Ако вземем предвид ефективността на електроцентрала, която генерира енергия, тогава преди производството на водород или дори разпределението на електричество (в случая на литий) имаме 25% за водород и 70% за електричество (приблизително средно, очевидно ).

Прочетете повече за рентабилността тук.

Разлика между водородна кола и електрическа кола с литиева батерия?

Колите са абсолютно същите, с изключение на техния "енергиен резервоар". Следователно това са електрически превозни средства, които използват роторно-статорни двигатели (индукционни, постоянни магнити или дори реактивни).

Ако литиевата батерия също работи поради химическа реакция вътре в нея (реакция, която естествено произвежда електричество: по-точно електрони), нищо не излиза от нея, има само вътрешна трансформация. За да се върнете в първоначалното си състояние (презареждане), достатъчно е да преминете тока (свържете към сектора) и химическата реакция ще започне отново в обратна посока. Проблемът е, че отнема време, дори и с компресори.

За водороден двигател, който е класически електрически двигател, който се захранва от горивна клетка (т.е. водород), батерията консумира водород по време на химическа реакция. Изпразва се през ауспух, който отстранява водните пари (резултат от химическа реакция).

Следователно, от логична гледна точка, бихме могли да адаптираме всяка електрическа кола към водородна кола, достатъчно е да сменим литиевата батерия с горивна клетка. Така че, според вашето разбиране, "водородният двигател" трябва да се разглежда предимно като електрически двигател (вижте как работи тук). Той непременно се приближава към него, не защото е зареден с гориво като субект.

Химическата реакция в основата на тази таблетка произвежда топлинана електричество (това, което ни трябва за електрическия двигател) и вода.

Защо не навсякъде?

Основният технически проблем с водорода е свързан с безопасността при съхранение. Всъщност, подобно на LPG, това гориво е опасно, защото става запалимо при контакт с въздуха (и това не е всичко). Така че проблемът не е само да напълните колата с гориво, но и да имате достатъчно силен резервоар, за да издържи всяка авария. Разбира се, допълнителната цена също е голямо съпротивление и изглежда, че е по-малко жизнеспособна от литиево-йонна батерия, чиято цена рязко пада.

И накрая, производствената и дистрибуторската мрежа в света е много слабо развита и правителствата искат да произвеждат водород чрез електролиза, използвайки възобновяеми енергийни източници (много експерти говорят за утопична схема, която не може да бъде реализирана в нашата „внезапна” реалност).

В крайна сметка има по-голям шанс конвенционалното електричество да бъде решението на избор за бъдещето, а не водородът, който ще се използва за редица приложения извън индивидуалната мобилност.

Всички коментари и реакции

последен публикуван коментар:

Бърнард (Дата: 2021 09:23:14)

Hi,

Благодаря ви за тези силни и интересни идеи. Ще напусна сайта с нова светулка в стария си мозък.

Лично аз съм изненадан, че освен това, което знам за атомните подводници, никой не е разработил перфектен двигател за пътя. Това наистина беше този, който Philips представи на автомобилното изложение в Брюксел през 1971 г., с 200 к.с. на две бутала.

Philips започва дейността си през 1937-1938 г. и възобновява през 1948 г.

През 1971 г. те претендираха за няколкостотин конски сили на бутало. Оттогава не мога да намеря нищо... Разбира се, Тайна защита.

Какво ще кажете за газотурбинните двигатели?

Вашите фенери могат да добавят малко вода към моята мислеща мелница.

Благодаря за знанията и популяризирането.

Ил Дж. 1 реакция (и) на този коментар:

• администратор АДМИНИСТРАТОР НА САЙТА (2021-09-27 11:40:25): Много е забавно да се чете, благодаря.

  Не знам достатъчно за този тип двигатели, за да преценя, може би поради цена, размер, трудна поддръжка, средна ефективност?

  Като се има предвид, че е необходимо да има решение, което позволява нагряване на газта и следователно прилагането му върху обикновен обществен автомобил е потенциално опасно (и че ще бъде постоянно във времето).

  Накратко, подозирам, че сте се надявали на по-точен и уверен отговор... Съжалявам.

(Вашата публикация ще бъде видима под коментара след проверка)

Напиши коментар

Използвайки електрическата формула E, ще откриете, че: