Qrup: 611. 23 Fənn: Kimya
Yüklə 65,66 Kb.
|
|
Fakültə: İTİF Qrup: 611.23 Fənn: Kimya Tələbə: Mirzəyev Elgün Müəllim: Hüseynova Tahirə Mövzu: Elektrokimyəvi çeviricilər. Xemotronlar. Oksidləşmə-reduksiya prosesləri Elektrokimyəvi elementlər və sistemlər sənaye sektorlarında geniş əsas rol oynayır. Bu cihazlar bərpa olunan enerji üçün kritik imkan verən texnologiyalardır: Enerjinin idarə edilməsi, qorunması və saxlanması, çirklənməyə nəzarət monitorinq və istixana qazlarının azaldılması. Keçmişdə çoxlu sayda elektrokimyəvi enerji texnologiyaları hazırlanmışdır. Bu sistemlər qiymət, istifadə müddəti və performans baxımından optimallaşdırılmağa davam edir və bu onların mövcud və inkişaf etməkdə olan bazar sektorlarında davamlı genişlənməsinə və daha çox istifadə olunmasına səbəb olur. Dərin dövrəli akkumulyatorlar və sensorlar kimi daha köklü texnologiyalara yanacaq hüceyrələri, geniş formatlı litium-ion batareyalar, elektrokimyəvi reaktorlar kimi yeni texnologiyalar qoşulur ion daşıyıcı membranlar və superkondensatorlar. Elektrokimyəvi enerji sistemlərinə artan tələbat (çox milyard dollar) və bir sıra texnologiyaların artan yetkinliyi həm ölçüsü, həm də dərinliyi artan qlobal tədqiqat və inkişaf səylərinə əhəmiyyətli təsir göstərir. Ətraf mühitə və enerji istehsal və istifadə üsulumuza əhəmiyyətli təsir göstərəcək bir sıra yeni texnologiyalar inkişaf mərhələsindədir. Bu məqalə bir neçə inkişaf etməkdə olan elektrokimyəvi enerji texnologiyalarının icmalı və bəzi əsas texniki problemlərin müzakirəsini təqdim edir. Giriş
Real həyat tətbiqlərində tək enerji istehsalı və ya saxlama texnologiyasına əsaslanan enerji həllərinin məhdudiyyətləri indi tanınır. Bir çox hallarda enerji saxlama texnologiyalarına olan tələblər (məsələn, cavab müddəti, güc qabiliyyəti, enerji sıxlığı və s.) Mövcud enerji texnologiyası həllərinin performans hədlərini, bəzi hallarda isə verilmiş texnologiyanın nəzəri hədlərini aşır. Beləliklə, tətbiqlərin performans tələblərinə cavab verərkən xərcləri, səmərəliliyi, etibarlılığı və istifadə müddətini optimallaşdırmaq üçün hibrid enerji həlləri və ya enerji mənbələrinə ciddi cari və gələcək (yeni tətbiqlər) qlobal tələbat var. Bu baxımdan bir çox elektrokimyəvi enerji texnologiyalarının əsas rol oynaması gözlənilir. Əksər elektrokimyəvi enerji texnologiyalarında elektrod və elektrolit materialları tələb olunan ion və elektron daşıma xüsusiyyətlərinə malik olmalıdır və namizəd materialların, kompozitlərin və birləşmələrin elektrokimyasını öyrənmək və optimallaşdırmaq üçün böyük səviyyədə hələ də çoxlu tədqiqat aparılmalıdır. Katalizator və interfeys dizaynları kimi. Praktiki materiallar çox ölçülü məkanda işləməlidir ki, burada optimal elektrokimyəvi xassələr kimyəvi dayanıqlıq, digər komponentlərlə uyğunluq (termik genişlənmə əmsalı, möhkəmlik və s.) Kimi ikinci dərəcəli xüsusiyyətlərlə birgə mövcud olmalı və eyni zamanda məqbul qiymətə tələb olunan forma və formalarda hazırlana bilər. Materiallar və xassələr diqqətlə hazırlanmalı və texnoloji tətbiqə və onların istifadə olunacağı mühitə uyğunlaşdırılmalıdır. Daha yüksək iş temperaturunda bu tələblər daha sərtdir və əslində 500°C-dən yuxarı temperaturda kritik olur. Bu temperaturlarda qazın möhürlənməsi, interfeys uyğunluğu və dayanıqlığı, dayaq strukturlarının və saxlama materiallarının dizaynı kimi digər məsələlərin həlli birbaşa elektrokimyəvi elementlərlə əlaqəli texniki məsələ qədər çətin olur. Bir çox material və sistem inteqrasiyası mürəkkəbliyi mövcuddur və bunlar eksperimental inkişaflara investisiyalar və nəzəri modelləşdirmə yolu ilə həll olunur. Bu problemlər həll edildikdən sonra elektrokimyəvi enerji texnologiyalarının praktiki tətbiqləri çoxalır. Keçmişdə işlənib hazırlanmış və kommersiyalaşdırılan elektrokimyəvi enerji texnologiyalarından bəzilərinə insan və aktivlərin təhlükəsizliyi, enerji səmərəliliyi, sənaye prosesi keyfiyyətə nəzarət və çirklənməyə nəzarət monitorinq üçün kimyəvi sensorlar daxildir: nəqliyyat, stasionar və portativ enerji üçün təmiz enerji cihazları kimi müxtəlif növ yanacaq hüceyrələri bir sıra enerji saxlama batareyaları yanacaq və kimya istehsalı üçün elektrokimyəvi reaktorlar optik modulyasiya və tikinti səmərəliliyi üçün elektroxrom ağıllı pəncərələr havanın ayrılması üçün ion daşıyıcı membranlar və superkapasitorlar. Bu texnologiyalar qiymət, istifadə müddəti və performans baxımından optimallaşdırılmağa davam etsə də, nəqliyyat vasitələri üçün yüksək enerji sıxlığı olan akkumulyatorlar və stasionar enerji anbarı kimi qabaqcıl elektrokimyəvi enerji sistemlərinə əhəmiyyətli dərəcədə artan tələbat (çox milyard dollar) mövcuddur; yüksək effektivliyə, daha yaxşı performansa və uzun ömürlü yeni nəsil yanacaq hüceyrələri; əlavə dəyərli kimyəvi istehsal üçün membran reaktorları; tibbi və enerji istehsalında qaz ayırma cihazları; və hibrid qalıq yanacaq/saxlama/bərpa olunan enerji sistemləri. Bu yazıda bəzi daha yeni və inkişaf etməkdə olan elektrokimyəvi texnologiyaların icmalı verilmiş və texnologiyanın inkişafının qarşısında duran bəzi fundamental problemlər müzakirə edilmişdir. Hidrogen İstehsal Texnologiyaları Hidrogen gələcək hidrogen iqtisadiyyatı üçün mühüm enerji daşıyıcısı və saxlama mühiti hesab olunur. Hidrogen, xüsusilə suyun parçalanması və bərpa olunan enerji mənbələri (günəş, külək, okean) ilə birləşərək yarandıqda, sıfıra yaxın istixana qazı emissiyaları ilə həm nəqliyyat, həm də stasionar tətbiqlər üçün davamlı enerji gələcəyi təklif edir. Bərpa olunan enerji mənbələrinin əksəriyyəti təbiətdə fasiləli olduğundan, hidrogen yükün düzəldilməsi və pik yükün təraş edilməsi üçün saxlama mühiti kimi çıxış edə bilər. O, bol bərpa olunan enerji mövcud olduqda və son istifadə tətbiqləri əsasında yük tələbinə uyğun olaraq yanacaq hüceyrəsində və ya yanma mühərrikində enerji və istiliyə çevrildikdə yaradıla bilər. Bir sıra müxtəlif elektrokimyəvi texnologiyalar inkişaf mərhələsindədir və bunlar aşağıdakı bölmələrdə qısaca nəzərdən keçiriləcək. Aşağı Temperaturlu Su Elektrolizi Hidrogen suyun aşağı temperaturda (<100°C) elektroliz edilməsi və ya buxarın yüksək temperaturda (>700-800°C) elektroliz edilməsi ilə əldə edilə bilər. Elektroliz sistemləri ya elektrolit kimi qələvi (hidroksil ion keçirici) məhluldan, ya da elektrolit kimi polimer membrandan (proton keçirən) istifadə edir. Təbii qazın islahatı və ya kömürün qazlaşdırılması yolu ilə əldə edilənlə müqayisədə elektrolizatorundan istifadə etməklə hidrogen istehsalı, yerində tələbata uyğun istehsal, yüksək təmizlikdə hidrogen və vahid modulluq kimi bir sıra üstünlüklər təklif edir. Bundan əlavə bu cür sistemlər sürətli işə salma və söndürmə və yaxşı yükləmə qabiliyyəti təklif edir ki, bu da onları günəş və külək generatorları kimi fasilələrlə bərpa olunan enerji mənbələri ilə inteqrasiya üçün əlverişli edir. sistemlərində polimer elektrolit membrana əsaslanan sistemlər qələvi sistemlərə nisbətən əlavə üstünlüklər təklif edir, məsələn, daha yüksək cərəyan sıxlığı (vahid yığın həcmi üçün saatda kq hidrogen istehsal gücü baxımından kiçik ayaq izi), qələvi tələb etməyən bütün bərk hal sistemi məhlullar və ya elektrolit əlavəsi və əhəmiyyətli dərəcədə yüksək təzyiqlərdə daha yüksək saflıqda hidrogen və hidrogen istehsalı. Tipik elektrolizator sistemi suyun deionizasiyası və anod kamerasına sirkulyasiyası, su qazın ayrılması (oksigen və hidrogen üçün), istiliyin idarə edilməsi, hidrogenin qurudulması və saxlanması və gücü üçün elektrolizator yığını və qurğunun tarazlığından ibarət ola bilər. Mənbə. Yığın, bipolyar metal birləşmələr arasında yığılmış bir sıra hüceyrə və ya membran elektrod birləşmələrini təşkil edir. Hüceyrələrdən reaktivləri və məhsulları müvafiq olaraq tədarük edir və toplayır və hüceyrələri ardıcıl olaraq birləşdirir. Elektrolizator yığınının yığılması ilə bağlı əlavə təfərrüatlar istinadlarda tapıla bilər. Bir sıra şirkətlər (Proton onsite, Giner Electrochemical Systems, Hydrogenics, Horizon, ITM Power) hazırda LT elektroliz sistemlərini hidrogen istehsalı üçün digər proseslərlə kommersiya baxımından rəqabətədavamlı olmayan qiymətlərlə satırlar. Beləliklə, kommersiya vahidlərinin yüksək qiyməti, xidmət müddəti və xalis səmərəliliyi ilə bağlı bir sıra problemlər hələ də qalmaqdadır. Bundan əlavə, elektroliz yolu ilə hidrogen istehsalı enerji tələb edən bir prosesdir və əksər kommersiya elektrolizatorları 6,7-7,3 kvt/Nm3 (HHV əsasında ~50-55% səmərəlilik) hidrogen elektrik enerjisi tələb edir və bu, hidrogen istehsalının maya dəyərini artırır və elektrik enerjisi qalıq yanacaq ehtiyatlarından təmin edilərsə, hidrogenin təmiz yanacaq kimi üstünlükləri itirilir. Bununla belə, elektrik enerjisi daxilolmalarını bərpa olunan enerji mənbələrindən təmin etmək olarsa və elektrolizator sisteminin səmərəliliyi 75-80%-ə qədər artarsa, o zaman texnologiya daha cəlbedici olur. LT elektrolizatorları böyük yük dəyişikliyi ilə asanlıqla işləyə bilər və beləliklə, fasilələrlə bərpa olunan enerji mənbələri ilə inteqrasiya üçün olduqca uyğundur. Elektrolizatorun günəş və külək generatoruna birbaşa qoşulması yolu ilə hidrogen istehsalına əsaslanan bərpa olunan enerji sisteminin konsepsiyasını göstərir. Bu tip sistem hidrogen saxlamaq və bərpa olunan enerjinin yük tələbini ödəyə bilmədiyi vaxtlarda enerji təmin etmək üçün yanacaq hüceyrəsini idarə etmək üçün istifadə edilə bilər. Diaqramda göstərilən digər komponentlər ehtiyat kimi dizel generatoru və evin gündəlik ehtiyacları üçün istifadə edilə bilən yanacaq elementindən isti su toplamaq üçün isti su anbarıdır. Elektrolizatorun bərpa olunan mənbələrə birbaşa qoşulması hidrogen istehsal etmək üçün elektrik enerjisinin bərpa olunan mənbədən elektrolizatora maksimum ötürülməsini təmin etməlidir. Bu tələblərə cavab vermək üçün müvafiq maksimum güc nöqtəsi izləyicilərini və çeviricilərini daxil etməklə, keçmişdə bir sıra sistemlər nümayiş etdirilmişdir. Bununla belə, bu, maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə artırır və bərpa olunan enerjini - hidrogen istehsal sistemini iqtisadi cəhətdən daha az səmərəli edir. Buna görə də, bərpa olunan enerji mənbəyinin heç bir elektronika və ya idarəetmə sistemi olmadan, həmçinin elektrolizatora enerji ötürülməsini itirmədən birbaşa elektrolizatora qoşulması faydalı olardı. Elektrolizatorları günəş və külək generatoruna birləşdirərək hidrogen istehsalı üçün artıq tədqiqatlar və nümayişlər aparılmışdır. Günəş massivinin maksimum güc nöqtəsi əyrisinin elektrolizatorun xüsusiyyətlərinə uyğunlaşdırılmasının tipik nümunəsini göstərir. Uyğun meyarlar çıxışını elektrolizatorun giriş gücü tələblərinə uyğunlaşdırmaqla günəş sistemindən elektrolizatora maksimum enerji ötürülməsinə nail olmaqdır. 16 hüceyrəli elektrolizator yığınına paralel olaraq 15 cüt günəş massivinin birləşdirilməsi ilə nail olunub. Belə bir sistemin modelləşdirilməsi göstərdi ki, günəş şüalanmasının bütün dəyərlərində günəş enerjisinin elektrolizatora ötürülməsinin orta hesabla 99,7%-i, günəşdən isə hidrogen səmərəliliyinin təxminən 8%-i olacaqdır. Bərpa olunan mənbələrin elektrolizatora birbaşa qoşulması hidrogen əldə etməyin nisbətən daha ucuz və səmərəli üsulunu təklif etsə də, bu texnologiyanın iki əsas problemi var – birincisi, enerji mənbəyinin dəyişkənliyinə görə iki qurğunun nisbi ölçüləridir birləşmədən maksimum fayda əldə etmək üçün, ikincisi isə elektrolizatorun davamlı dəyişən yükdə uzunmüddətli işləməsidir. Son nəşrdə müəlliflər həm günəş PV-nin, həm də elektrolizatorun qütbləşmə əyrilərini modelləşdirməklə ilk problemin öhdəsindən gəlməyə çalışmışlar. İkinci problemlə əlaqədar olaraq, NREL tərəfindən aparılan bir araşdırmada elektrolizatorun prototipi elektrolizatorun performansında kiçik bir deqradasiya ilə 7500 saata qədər dəyişən (külək generatoru) yük profilində sınaqdan keçirilmişdir (Harrison və Peters, 2013), lakin elektrolizator az sonra sıradan çıxdı. Yüksək Temperaturlu Su Elektrolizi Yuxarıda müzakirə edildiyi kimi, hidrogen yalnız su və elektrik enerjisindən istifadə etməklə demək olar ki, istənilən miqyasda LT elektrolizi vasitəsilə asanlıqla istehsal edilə bilər. Bu proses yaxşı qurulmuşdur, lakin hidrogen istehsal etmək üçün yüksək elektrik enerjisi tələb olunur. Termodinamik nöqteyi-nəzərdən 25°C-də 1 litr hidrogen giriş kimi minimum 3,55 kVt/saat elektrik enerjisi tələb edir. Elektrokimyəvi element itkiləri nəzərə alındıqda bu, təxminən 4,26 kVt/saata qədər yüksəlir. Əgər elektroliz prosesi HT-də aparılırsa, o zaman istiliyin bir hissəsini hidrogen istehsalı üçün istifadə etmək mümkündür. Təxminən 1000°C-də istilik enerjisindən gələn hidrogeni istehsal etmək üçün tələb olunan enerjinin 1/3 hissəsi ilə bu töhfə yüksək ola bilər. Hüceyrənin istismarı zamanı daxil olan istilik enerjisi cari keçid nəticəsində hüceyrənin daxili istiləşməsi səbəbindən bir qədər fərqli ola bilər, lakin hesablama aparmaqda çətinlik olduğu üçün onun açıq vəziyyətdə olanla eyni olduğu qəbul edilmişdir. dövrə hüceyrə şərtləri. HT elektroliz sistemləri elektrolit kimi oksigen ionundan (O2−) və ya proton keçirən (H+) keramikadan istifadə edir. Proses hüceyrə tikintisi üçün istifadə edilən bir çox oxşar materialları olan bərk oksid yanacaq hüceyrəsinin (SOFC) prosesinə əksdir. HT sistemləri üçün tələb olunan istilik girişi bərpa olunan və ya davamlı enerji mənbələri və ya nüvə enerjisi də daxil olmaqla müxtəlif mənbələrdən təmin edilə bilər. Elektrolizatorun günəş istilik mənbəyi, nüvə elektrik stansiyaları və ya kömür kimi aşağı dərəcəli yanacaqların yandırılması nəticəsində yaranan istiliklə təmin edilməsi də daxil olmaqla bir sıra müxtəlif sistemlər təklif edilmişdir. Bir sıra sistem və material konfiqurasiyaları sirkonium əsaslı oksid ion keçirici elektrolitlərlə manqanit əsaslı anodlar və metal sermet katodlarla birlikdə sınaqdan keçirilmişdir. Bu texnologiyanın (15 kVt-a qədər) kifayət qədər əhəmiyyətli nümayişləri olmuşdur, lakin heç bir kommersiya və ya yaxın kommersiya prototipləri istehsal edilməmişdir. Bu sınaqlar bu texnologiyanın texniki məqsədəuyğunluğunu nümayiş etdirdi, lakin qiymət, xidmət müddəti və etibarlılıq bəzi əsas problemlər olaraq qalır. Əgər HT elektrolizi kommersiyalaşdırılacaqsa, o zaman ya karbohidrogen yanacaqlarının qiymətində əhəmiyyətli artım olmalıdır, ya da HT elektrolizatorlarının qiymətində əhəmiyyətli dərəcədə azalma olmalıdır. HT sistemləri, istilik girişinə görə enerji səmərəliliyi üstünlükləri təklif etməsinə baxmayaraq, hələ də inkişafın erkən mərhələsindədir. Hidrogenin digər karbohidrogen yanacaqları ilə rəqabətədavamlı olması üçün ABŞ 3 dollar/kq hidrogen dəyərində hədəf təyin etmişdir. Əgər elektrik enerjisi və su yeganə girişdirsə (25°C-də olduğu kimi), bu, elektrik enerjisinin dəyərinin 0,06 c/kVt-dan çox aşağı olmasına gətirib çıxarır. Bunun potensial olaraq mümkün olmasına baxmayaraq, sıxılma, daşınma və paylama ilə bağlı əlavə xərclər yüksək dərəcəli elektrik enerjisinin şəbəkədən birbaşa hidrogenə çevrilməsini qənaətsiz edir. Bununla belə, uyğun bir istilik enerjisi mənbəyi istifadə olunarsa, elektrik komponentinin töhfəsi əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Karbon Yardımlı Hidrogen İstehsalı Hidrogenin yanacaq hüceyrələrində və ya daxili yanma mühərrikli nəqliyyat vasitələrində nəqliyyat yanacağı kimi istifadəsinin neft çatışmazlığı və artan istixana qazı və digər çirkləndirici emissiyalarla bağlı narahatlıqlar səbəbindən artacağı ehtimal edilir. Hidrogen əsasən NG və kömürdən əmələ gəlir və üç əsas mərhələni əhatə edən ayrı-ayrı reaktorlar tələb olunur, hamısı 500°C-dən yuxarı temperaturda işləyir: yaxın temperaturlarda sinqaz (hidrogen və karbonmonoksit qarışığı) əldə etmək üçün NG islahatı və ya kömürün qazlaşdırılması 800 ° C-ə qədər; təxminən 500°C temperaturda dəm qazını hidrogen və karbon qazına çevirmək üçün suyun qazının yerdəyişməsi reaksiyası; və H2/CO2-nin ayrılması və qazın təmizlənməsi. Şəbəkədən elektrik enerjisinin çəkildiyi su və ya buxar elektrolizi ilə hidrogen istehsalı ümumilikdə çox səmərəsiz bir prosesdir, belə ki, elektroliz elementi yığını üçün hər Nm3 üçün 4,2-5 kVt/saat və hər Nm3 hidrogen üçün 6,7-7,3 kVt/saat elektrik enerjisi tələb olunur. və müvafiq olaraq sistem. Elektrolizin anodik reaksiyasında karbonun iştirakı otaq temperaturu yaxınlığında suyun elektrolizi üçün tələb olunan termo-neytral gərginliyin 1,48-dən 0,45 V-a qədər azalması ilə nəticələnir, bu da elektrik enerjisinin azalmasına çevrilə bilər. normal elektrolizlə müqayisədə 1/3-ə qədər giriş. Beləliklə, enerjinin qalan 2/3 hissəsi karbonun kimyəvi enerjisindən təmin ediləcəkdir. Daha yüksək temperaturlarda həyata keçirilən karbon yardımlı elektroliz, termo-neytral gərginliyi daha da aşağı salmaqla prosesə artan istilik enerjisi töhfəsi səbəbindən tələb olunan elektrik enerjisi girişinin daha da azalması ilə nəticələnə bilər. Elektrolit keçirici bir proton membranından istifadə edərək <100°C (LT) temperaturda və itria kimi oksigen ionu keçirən keramika elektrolitindən istifadə etməklə HT-lərdə (>800°C) karbon-yardımlı elektroliz üçün iştirak edən elektrokimyəvi reaksiyaları sxematik şəkildə göstərir. və ya skandiya stabilləşdirilmiş sirkoniya. Karbonun cəlb edilməsi ilə elektrik enerjisi daxilolmasında əhəmiyyətli azalmaya əlavə olaraq, hidrogen istehsalı üçün bu konsepsiya bir reaktorda NG və ya kömürdən hidrogen üçün yuxarıda qeyd olunan hər üç addımı birləşdirir. Əməliyyat temperaturunun aşağı olacağı gözlənilir (istifadə olunan proton keçirici elektrolit membranı üçün) ümumi reaksiya: C + 2H2O → CO2 + 2H2. Bundan əlavə, proses elektrokimyəvi hüceyrənin keçirməyən elektrolit membranı ilə ayrılmış ayrı bölmələrində təmiz hidrogen və CO2 yaradacaq. Beləliklə, yuxarıdakı digər marşrutlarda olduğu kimi, CO2-nin tutulması/ayırılması üçün əhəmiyyətli xərclərdən və 20-25% enerji cəriməsindən qaçınmaq olar. Karbon mənbəyi kömür və ya biokütlə ola bilər. Bütün bu üstünlüklər birbaşa aşağı ümumi xərc və əhəmiyyətli dərəcədə azaldılmış CO2 emissiyaları ilə yüksək səmərəli prosesə çevrilir. Karbon yardımlı elektroliz yolu ilə hidrogen istehsalı aydın şəkildə əhəmiyyətli üstünlüklər təqdim etsə də, bu sahə əsasən tədqiq edilməmişdir. Tədqiqatların əksəriyyəti elektrolit kimi kükürd turşusu ilə və 100°C-dən aşağı temperaturda aparılmışdır. LT-lərdə yavaş karbon oksidləşmə kinetikası və kömür hissəciklərinin səthində pərdələrin (illit, siderit, karbonat və s.) əmələ gəlməsi səbəbindən əldə edilən cari sıxlıqlar çox aşağıdır və beləliklə, kömürün aktiv sahələrini bloklayır. reaksiya dayanıqlı deyil (Jin və Botte, 2010). Elektroliz reaksiyasında karbonun iştirakının yavaş kinetikası optimal performans üçün yeni katalitik elektrodlar və elektrolit materialları tələb edir. Karbon quruluşunun, saflığının, morfologiyasının, katalitik əlavələrin hüceyrənin fəaliyyətinə təsiri də daha ətraflı araşdırma tələb edir. Reaksiya kinetikasını artırmaq və hidrogen hasilatı sürətini yaxşılaşdırmaq üçün mümkün strategiya aşqarlanmış sirkoniya kimi keramika elektrolitlərindən istifadə etməklə karbonla işləyən elektrolizatorun iş temperaturunu əhəmiyyətli dərəcədə artırmaqdır. Bunun əlavə üstünlüyü var ki, bu məqalənin HT elektroliz bölməsində müzakirə edildiyi kimi elektrik enerjisi tələbini daha da azalda bilər. HT karbonla dəstəklənən elektroliz üçün tələb olunan gərginlik yuxarıda təsvir edilən PEM əsaslı sistem üçün tələb olunan gərginlikdən əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır və bəzi hesabatlar göstərir ki, hidrogen heç bir gərginlik olmadan belə istehsal edilə bilər Baxmayaraq ki, bu yanaşmanın nəzəri cəhətdən istehsal olunan hidrogen vahidinin dəyəri baxımından əhəmiyyətli üstünlükləri ola bilər, lakin bu sahədə tədqiqatlar hələ də çox erkən mərhələdədir və bu iş şəraiti altında materialların dayanıqlılığı və ya cəlb olunan mexanizmlər haqqında çox az anlayış var. Əgər bu texnologiya irəli çəkiləcəksə, prototip cihazı dizayn etməzdən əvvəl fundamental elmi başa düşmək üçün əhəmiyyətli bir səy tələb olunacaq. Enerji çevirmə texnologiyaları Yanacaq Hüceyrələri - Növbəti Nəsil Müxtəlif miqyaslı yanacaq hüceyrəsi sistemlərinin geniş çeşidi indi kommersiya baxımından mövcuddur və onların iş rejimləri və geniş şəkildə dəyişən performans xüsusiyyətləri ədəbiyyatda müzakirə edilmişdir. Bu cihazlar ənənəvi olaraq ilk növbədə elektrolit növünə, sonra isə istifadə olunan yanacaq növünə görə təsnif edilir. Yanacaq hüceyrələrini iş temperaturu ilə daha da təsnif etmək olar, polimer elektrolit membranlı yanacaq hüceyrələri adətən 100°C-dən aşağı ən aşağı işləmə temperaturlarına, SOFC-lər isə 800°C və ya yuxarıda işləyən ən yüksək temperaturlara malikdir. Ənənəvi yanacaq hüceyrələri Adi yanacaq elementlərindəki iş temperaturu sistemə baxarkən kritik parametrdir, çünki o, istifadə olunan yanacağın növünü, material seçimini, son istifadəçinin tətbiqini və elektrik səmərəliliyini müəyyən edir. HT sistemləri kimi karbohidrogen yanacaqlarının daxili reformasiyasına imkan verəcək qədər yüksək temperaturda işləyir. Bu, adətən bu sistemlərə 45-60% arasında ümumi elektrik səmərəliliyi ilə işləməyə imkan verir. Bunun əksinə olaraq, karbohidrogen yanacaqları üzərində işləyən LT yanacaq hüceyrəsi sistemləri sistem daxilində istifadə olunan hər hansı karbohidrogen yanacağını xaricdən islahat etməli və təmizləməli (karbon monoksitini çıxarmalıdır). Bu sinif yanacaq elementlərinin işləmə temperaturları karbohidrogen yanacaqlarının islah edilməsi üçün istifadə olunmaq üçün çox aşağıdır və beləliklə, belə sistemlər HT sistemləri ilə müqayisədə daha aşağı elektrik səmərəliliyinə (karbohidrogen yanacaqları ilə işləyərkən sistemin ümumi elektrik səmərəliliyi təxminən 35-40%) malik olur. Həmçinin PEMFC CO-yə qarşı çox aşağı tolerantlığa malikdir. Aralıq temperaturlu yanacaq elementləri (adətən 150°C və 350°C arasında işləyir) ümumiyyətlə yanacaq çirklərinə qarşı daha davamlıdır və daha az katalizator yüklənməsi tələb edir. Bu, daha uzun işləmə müddətinə gətirib çıxarır, lakin onların elektrik səmərəliliyi LT yanacaq elementlərininkinə bənzəyir. Aşağı və ya orta temperaturlu yanacaq elementləri sistemləri birbaşa hidrogenlə işlədilirsə, yanacaq emalı itkilərinin qarşısı alındığı üçün 50%-dən çox elektrik səmərəliliyi (istiliyin bərpası ilə sistemin səmərəliliyi 80%-dən çox) əldə edilə bilər. Cədvəl 1 islah edilmiş karbohidrogen yanacaqlarında işləyən müxtəlif yanacaq elementləri sistemlərinin elektrik və sistem səmərəliliyini yanacağı birbaşa elektrokimyəvi oksidləşdirən yanacaq hüceyrələrinin dəyərləri ilə müqayisə edir. Yanacaqdan elektrik enerjisinə çevrilməyən hər hansı enerji tullantı istilik kimi itirilir. Yanacaq hüceyrəsi sisteminin ümumi səmərəliliyinin hesablanmasının ətraflı təsviri aşağıdakı istinadda tapıla bilər. Oksidləşmə-reduksiya prosesləri: Oksidləşmə-reduksiya reaksiyalarını seçmək, onu əmsallaşdırmaq üçün ilk növbədə oksidləşmə dərəcəsi anlayışını bilmək lazımdır. İon rabitəli birləşmələrdə (yəni tərkibində metal olan mürəkkəb maddələrdə) metalın valent elektronları tamamilə qeyri-metal atomuna keçir. Metal müsbət, qeyri-metal isə mənfi yüklənir. Polyar kovalent rabitəli birləşmələrdə isə elektronların tam keçidi deyil, qismən yerdəyişmə prosesi baş verir. Elektromənfiliyi yüksək olan qeyri-metal mənfi, az olan qeyri-metal isə müsbət yüklənir. Bu halda elementlərin işarələri üzərində yazılmış yüklər şərtidir. Həmin şərti yük Yüklə 65,66 Kb. Dostları ilə paylaş:
|