საწვავის უჯრედები: ტიპები, მუშაობის პრინციპი და მახასიათებლები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-02 13:57

წყალბადი არის სუფთა საწვავი, რადგან ის აწარმოებს მხოლოდ წყალს და უზრუნველყოფს სუფთა ენერგიას განახლებადი ენერგიის წყაროების გამოყენებით. მისი შენახვა შესაძლებელია საწვავის უჯრედში, რომელიც აწარმოებს ელექტროენერგიას ელექტროქიმიური კონვერტაციის მოწყობილობის გამოყენებით. წყალბადი არის მომავლის რევოლუციური ენერგიის წყარო, მაგრამ მისი განვითარება ჯერ კიდევ ძალიან შეზღუდულია. მიზეზები: ენერგია, რომელიც ძნელად გამომუშავებულია, ხარჯების ეფექტურობა და საეჭვო ენერგეტიკული ბალანსი დიზაინის ენერგო ინტენსიური ხასიათის გამო. მაგრამ ენერგიის ეს ვარიანტი საინტერესო პერსპექტივებს გვთავაზობს ენერგიის შენახვის კუთხით, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც საქმე ეხება განახლებად წყაროებს.

საწვავის უჯრედის პიონერები

კონცეფცია ეფექტურად აჩვენა ჰამფრი დევის მიერ მეცხრამეტე საუკუნის დასაწყისში. ამას მოჰყვა კრისტიან ფრიდრიხ შონბეინის პიონერული მოღვაწეობა 1838 წელს. 1960-იანი წლების დასაწყისში ნასამ, ინდუსტრიულ პარტნიორებთან თანამშრომლობით, დაიწყო გენერატორების განვითარება.ამ ტიპის პილოტირებული კოსმოსური ფრენებისთვის. ამან გამოიწვია PEMFC-ის პირველი ბლოკი.

GE-ს კიდევ ერთმა მკვლევარმა, ლეონარდ ნიდრახმა, გააუმჯობესა Grubb-ის PEMFC პლატინის, როგორც კატალიზატორის გამოყენებით. Grubb-Niedrach შემდგომში განვითარდა NASA-სთან თანამშრომლობით და გამოიყენებოდა Gemini კოსმოსური პროგრამის მიერ 1960-იანი წლების ბოლოს. International Fuel Cells (IFC, მოგვიანებით UTC Power) შეიმუშავა 1.5 კვტ მოწყობილობა Apollo კოსმოსური ფრენებისთვის. მათი მისიის დროს ასტრონავტებს ელექტროენერგიით და სასმელი წყლით უზრუნველყოფდნენ. IFC-მ შემდგომში შეიმუშავა 12 კვტ ერთეული, რომელიც გამოიყენებოდა ბორტზე ენერგიის უზრუნველსაყოფად ყველა კოსმოსური ხომალდის ფრენისთვის.

საავტომობილო ელემენტი პირველად გამოიგონა გრულმა 1960-იან წლებში. GM-მ „ელექტროვანის“მანქანაში Union Carbide გამოიყენა. მას მხოლოდ კომპანიის მანქანად იყენებდნენ, მაგრამ სავსე ავზით 120 მილამდე გავლა შეეძლო და საათში 70 მილამდე სიჩქარეს მიაღწია. კორდეშმა და გრულკემ წყალბადის მოტოციკლი 1966 წელს ჩაატარეს. ეს იყო უჯრედული ჰიბრიდი NiCad ბატარეით ტანდემში, რომელმაც მიაღწია შთამბეჭდავ 1.18 ლიტრს/100 კმ. ამ ნაბიჯს აქვს მოწინავე ელექტრონული ველოსიპედის ტექნოლოგია და ელექტრონული მოტოციკლების კომერციალიზაცია.

2007 წელს, საწვავის წყაროები გახდა კომერციალიზაცია მრავალფეროვან სფეროებში, მათი გაყიდვა დაიწყეს საბოლოო მომხმარებლებზე წერილობითი გარანტიებით და სერვისის შესაძლებლობებით, ე.ი. აკმაყოფილებს საბაზრო ეკონომიკის მოთხოვნებსა და სტანდარტებს. ამრიგად, ბაზრის რიგმა სეგმენტმა დაიწყო მოთხოვნაზე ფოკუსირება. კერძოდ, ათასობით დამხმარე ძალაPEMFC და DMFC (APU) ერთეულები კომერციალიზაცია მოხდა გასართობ პროგრამებში: ნავები, სათამაშოები და სავარჯიშო ნაკრები.

Horizon-მა 2009 წლის ოქტომბერში აჩვენა პირველი კომერციული Dynario ელექტრონული სისტემა, რომელიც მუშაობს მეთანოლის ვაზნებზე. Horizon საწვავის უჯრედებს შეუძლიათ დატენონ მობილური ტელეფონები, GPS სისტემები, კამერები ან ციფრული მუსიკალური პლეერები.

წყალბადის წარმოების პროცესები

წყალბადის საწვავის უჯრედები არის ნივთიერებები, რომლებიც შეიცავს წყალბადს საწვავად. წყალბადის საწვავი არის ნულოვანი ემისიის საწვავი, რომელიც ათავისუფლებს ენერგიას წვის ან ელექტროქიმიური რეაქციების დროს. საწვავის უჯრედები და ბატარეები აწარმოებენ ელექტროენერგიას ქიმიური რეაქციის მეშვეობით, მაგრამ პირველი გამოიმუშავებს ენერგიას, სანამ საწვავი იქნება, რითაც არასოდეს დაკარგავს მუხტს.

თერმული პროცესები წყალბადის წარმოებისთვის, როგორც წესი, მოიცავს ორთქლის რეფორმირებას, მაღალტემპერატურულ პროცესს, სადაც ორთქლი რეაგირებს ნახშირწყალბადის წყაროსთან წყალბადის გამოყოფისთვის. ბევრი ბუნებრივი საწვავის რეფორმა შესაძლებელია წყალბადის წარმოებისთვის.

დღეს წყალბადის დაახლოებით 95% იწარმოება გაზის რეფორმირების შედეგად. წყალი ელექტროლიზით იყოფა ჟანგბადად და წყალბადად, მოწყობილობაში, რომელიც ფუნქციონირებს ჰორიზონტის ნულოვანი საწვავის უჯრედის მსგავსად.

მზის დაფუძნებული პროცესები

ისინი იყენებენ სინათლეს, როგორც წყალბადის წარმოქმნის საშუალებას. არსებობსმზის პანელებზე დაფუძნებული რამდენიმე პროცესი:

1. ფოტობიოლოგიური;
2. ფოტოელექტროქიმიური;
3. მზიანი;
4. თერმოქიმიური.

ფოტობიოლოგიური პროცესები იყენებს ბაქტერიების და მწვანე წყალმცენარეების ბუნებრივ ფოტოსინთეზურ აქტივობას.

ფოტოელექტროქიმიური პროცესები არის სპეციალიზებული ნახევარგამტარები წყლის წყალბადად და ჟანგბადად გასაყოფად.

თერმოქიმიური წყალბადის მზის წარმოება იყენებს კონცენტრირებულ მზის ენერგიას წყლის გამოყოფის რეაქციისთვის სხვა სახეობებთან ერთად, როგორიცაა ლითონის ოქსიდები.

ბიოლოგიური პროცესები იყენებენ მიკრობებს, როგორიცაა ბაქტერიები და მიკროწყალმცენარეები და შეუძლიათ წყალბადის გამომუშავება ბიოლოგიური რეაქციების მეშვეობით. მიკრობული ბიომასის გარდაქმნისას მიკრობები ანადგურებენ ორგანულ ნივთიერებებს, როგორიცაა ბიომასა, ხოლო ფოტობიოლოგიურ პროცესებში მიკრობები მზის შუქს იყენებენ, როგორც წყაროს.

თაობის კომპონენტები

ელემენტების მოწყობილობები დამზადებულია რამდენიმე ნაწილისგან. თითოეულს აქვს სამი ძირითადი კომპონენტი:

• ანოდი;
• კათოდი;
• გამტარი ელექტროლიტი.

ჰორიზონტის საწვავის უჯრედების შემთხვევაში, სადაც თითოეული ელექტროდი დამზადებულია მაღალი ზედაპირის მასალისგან, რომელიც გაჟღენთილია პლატინის შენადნობის კატალიზატორით, ელექტროლიტური მასალა წარმოადგენს მემბრანას და ემსახურება როგორც იონური გამტარი. ელექტრო გამომუშავება ორი ძირითადი ქიმიური რეაქციით არის განპირობებული. ელემენტების გამოყენებით სუფთაH_2.

წყალბადის გაზი ანოდზე იყოფა პროტონებად და ელექტრონებად. პირველი მიედინება ელექტროლიტური მემბრანის მეშვეობით, ხოლო მეორე მიედინება მის გარშემო, წარმოქმნის ელექტრო დენს. დამუხტული იონები (H + და e -) ერწყმის O_{2-ს კათოდზე, ათავისუფლებს წყალს და სითბოს. მრავალი გარემოსდაცვითი საკითხი, რომელიც დღეს მსოფლიოზე მოქმედებს, ააქტიურებს საზოგადოებას მდგრადი განვითარებისა და პლანეტის დაცვისკენ პროგრესის მისაღწევად. აქ, კონტექსტში, მთავარი ფაქტორია რეალური ძირითადი ენერგორესურსების ჩანაცვლება სხვებით, რომლებსაც შეუძლიათ სრულად დააკმაყოფილონ ადამიანის საჭიროებები.}

აღნიშნული ელემენტები სწორედ ასეთი მოწყობილობაა, რომლის წყალობითაც ეს ასპექტი პოულობს ყველაზე სავარაუდო გამოსავალს, ვინაიდან შესაძლებელია ელექტროენერგიის მიღება სუფთა საწვავიდან მაღალი ეფექტურობით და ნახშირორჟანგის გამოყოფის გარეშე_2.

პლატინის კატალიზატორები

პლატინი ძალზე აქტიურია წყალბადის დაჟანგვისთვის და კვლავ რჩება ყველაზე გავრცელებული ელექტროკატალიზატორი მასალა. პლატინის შემცირებული საწვავის უჯრედების გამოყენებით ჰორიზონტის კვლევის ერთ-ერთი მთავარი სფეროა საავტომობილო ინდუსტრია, სადაც უახლოეს მომავალში დაგეგმილია პლატინის ნანონაწილაკებისგან დამზადებული ტექნოლოგიური კატალიზატორები, რომლებიც მხარს უჭერენ გამტარ ნახშირბადს. ამ მასალებს აქვთ მაღალი დისპერსიული ნანონაწილაკების უპირატესობა, მაღალი ელექტროკატალიტიკური ზედაპირის ფართობი (ESA) და ნაწილაკების მინიმალური ზრდა მაღალ ტემპერატურაზე, თუნდაც Pt დატვირთვის მაღალ დონეზე.

Pt შემცველი შენადნობები სასარგებლოა მოწყობილობებისთვის, რომლებიც მუშაობენ სპეციალიზებულ საწვავის წყაროებზე, როგორიცაა მეთანოლი ან რეფორმირება (H₂, CO₂, CO და N_{2). Pt/Ru შენადნობებმა აჩვენეს გაუმჯობესებული მოქმედება სუფთა ელექტროქიმიურ Pt კატალიზატორებთან შედარებით მეთანოლის დაჟანგვის თვალსაზრისით და ნახშირბადის მონოქსიდით მოწამვლის შესაძლებლობა. Pt 3 Co არის კიდევ ერთი საინტერესო კატალიზატორი (განსაკუთრებით Horizon საწვავის უჯრედების კათოდებისთვის) და აჩვენა გაუმჯობესებული ჟანგბადის შემცირების რეაქციის ეფექტურობა და ასევე მაღალი სტაბილურობა.}

Pt/C და Pt 3 Co/C კატალიზატორები, რომლებიც აჩვენებენ მაღალ დისპერსიულ ნანონაწილაკებს ზედაპირულ ნახშირბადის სუბსტრატებზე. საწვავის უჯრედის ელექტროლიტის არჩევისას გასათვალისწინებელია რამდენიმე ძირითადი მოთხოვნა:

1. მაღალი პროტონული გამტარობა.
2. მაღალი ქიმიური და თერმული სტაბილურობა.
3. დაბალი გაზის გამტარიანობა.

წყალბადის ენერგიის წყარო

წყალბადი სამყაროს უმარტივესი და უხვი ელემენტია. ეს არის წყლის, ნავთობის, ბუნებრივი აირის და მთელი ცოცხალი სამყაროს მნიშვნელოვანი კომპონენტი. მიუხედავად მისი სიმარტივისა და სიმრავლისა, წყალბადი იშვიათად გვხვდება დედამიწაზე ბუნებრივ აირისებრ მდგომარეობაში. იგი თითქმის ყოველთვის შერწყმულია სხვა ელემენტებთან. და ის შეიძლება მიღებულ იქნას ნავთობიდან, ბუნებრივი აირიდან, ბიომასიდან ან წყლის გამოყოფით მზის ან ელექტრო ენერგიის გამოყენებით.

როდესაც წყალბადი წარმოიქმნება მოლეკულური H₂, მოლეკულაში არსებული ენერგია შეიძლება განთავისუფლდეს ურთიერთქმედებითO₂-ით. ამის მიღწევა შესაძლებელია როგორც შიდა წვის ძრავებით, ასევე წყალბადის საწვავის უჯრედებით. მათში ენერგია H_{2 გარდაიქმნება ელექტრო დენად დაბალი სიმძლავრის დანაკარგებით. ამრიგად, წყალბადი არის ენერგიის გადამზიდავი სხვა წყაროებიდან წარმოებული ენერგიის გადაადგილებისთვის, შესანახად და მიწოდებისთვის.}

ფილტრები დენის მოდულებისთვის

ალტერნატიული ენერგიის ელემენტების მიღება შეუძლებელია სპეციალური ფილტრების გამოყენების გარეშე. კლასიკური ფილტრები ხელს უწყობს ელემენტების ენერგეტიკული მოდულების შემუშავებას მსოფლიოს სხვადასხვა ქვეყანაში მაღალი ხარისხის ბლოკების გამო. ფილტრები მოწოდებულია საწვავის მოსამზადებლად, როგორიცაა მეთანოლი უჯრედის გამოყენებისთვის.

როგორც წესი, ამ ელექტრომოდულების აპლიკაციები მოიცავს ელექტრომომარაგებას დისტანციურ ადგილებში, სარეზერვო ენერგიას კრიტიკული მარაგებისთვის, APU-ებს მცირე მანქანებზე და საზღვაო აპლიკაციებს, როგორიცაა Project Pa-X-ell, რომელიც წარმოადგენს სამგზავრო გემებზე უჯრედების ტესტირების პროექტს.

უჟანგავი ფოლადის ფილტრის კორპუსები, რომლებიც წყვეტენ ფილტრაციის პრობლემებს. ამ მოთხოვნად აპლიკაციებში, ნულოვანი ცისკრის საწვავის უჯრედების მწარმოებლები აკონკრეტებენ კლასიკური ფილტრების უჟანგავი ფოლადის ფილტრების კორპუსებს წარმოების მოქნილობის, უმაღლესი ხარისხის სტანდარტების, სწრაფი მიწოდებისა და კონკურენტული ფასების გამო.

წყალბადის ტექნოლოგიის პლატფორმა

Horizon Fuel Cell Technologies დაარსდა სინგაპურში 2003 წელს და დღეს აქვს 5 საერთაშორისო შვილობილი კომპანია. ფირმის მისიაასაწვავის უჯრედებში ცვლილებების შეტანა გლობალური მუშაობის გზით სწრაფი კომერციალიზაციის მისაღწევად, ტექნოლოგიის დანახარჯების შესამცირებლად და წყალბადის მიწოდების საუკუნოვანი ბარიერების აღმოფხვრაზე. ფირმამ დაიწყო მცირე და მარტივი პროდუქტებით, რომლებიც საჭიროებენ წყალბადის მცირე რაოდენობას უფრო დიდი და რთული აპლიკაციებისთვის მოსამზადებლად. მკაცრი გაიდლაინების და საგზაო რუქის დაცვით, Horizon სწრაფად გახდა მსოფლიოში უმსხვილესი 1000 ვტ-მდე ნაყარი უჯრედების მწარმოებელი, რომელიც ემსახურება მომხმარებლებს 65-ზე მეტ ქვეყანაში კომერციული პროდუქტების ფართო არჩევანით ინდუსტრიაში.

Horizon ტექნოლოგიური პლატფორმა შედგება: PEM - Horizon ნულოვანი ცისკრის საწვავის უჯრედები (მიკროსაწვავი და დასტა) და მათი მასალები, წყალბადის მიწოდება (ელექტროლიზი, რეფორმირება და ჰიდროლიზი), წყალბადის შესანახი მოწყობილობები და მოწყობილობები.

Horizon-მა გამოუშვა მსოფლიოში პირველი პორტატული და პერსონალური წყალბადის გენერატორი. HydroFill სადგურს შეუძლია წყალბადის გამომუშავება ავზში წყლის დაშლით და მისი HydroStick ვაზნებში შენახვით. ისინი შეიცავენ წყალბადის გაზის შთამნთქმელ შენადნობს მყარი შენახვის უზრუნველსაყოფად. შემდეგ ვაზნები შეიძლება ჩასვათ MiniPak დამტენში, რომელიც უმკლავდება საწვავის ფილტრის მცირე ელემენტებს.

ჰორიზონტი ან სახლის წყალბადი

Horizon Technologies უშვებს წყალბადის დამუხტვასა და ენერგიის შესანახ სისტემას სახლის გამოყენებისთვის, დაზოგავს ენერგიას სახლში პორტატული მოწყობილობების დასატენად. Horizon გამოირჩეოდა 2006 წელს "H-racer" სათამაშოთი, წყალბადით მომუშავე პატარა მანქანა, რომელიც კენჭისყრით იყო წლის "საუკეთესო გამოგონება". Horizon გთავაზობთდეცენტრალიზება სახლში ენერგიის შესანახად მისი Hydrofill წყალბადის დამტენი სადგურით, რომელსაც შეუძლია მცირე ზომის პორტატული და მრავალჯერადი გამოყენების ბატარეების დატენვა. ამ წყალბადის ქარხანას სჭირდება მხოლოდ წყალი, რომ იმუშაოს და გამოიმუშაოს ენერგია.

მუშაობა შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს ბადით, მზის პანელებით ან ქარის ტურბინით. იქიდან წყალბადი ამოღებულია სადგურის წყლის ავზიდან და ინახება მყარ ფორმაში მცირე ლითონის შენადნობის უჯრედებში. Hydrofill Station, რომელიც იყიდება დაახლოებით $500, არის ავანგარდული გადაწყვეტა ტელეფონებისთვის. სად იპოვონ Hydrofill-ის საწვავის უჯრედები ამ ფასად მომხმარებლებისთვის არ არის რთული, თქვენ უბრალოდ უნდა მიმართოთ შესაბამის მოთხოვნას ინტერნეტში.

მანქანის წყალბადის დამუხტვა

ისევე როგორც ბატარეით მომუშავე ელექტრო მანქანები, წყალბადით მომუშავე მანქანები ასევე იყენებენ ელექტროენერგიას მანქანის მართვისთვის. მაგრამ იმის ნაცვლად, რომ ეს ელექტროენერგია შეინახონ ბატარეებში, რომელთა დამუხტვას საათები სჭირდება, უჯრედები გამოიმუშავებენ ენერგიას მანქანაში წყალბადისა და ჟანგბადის რეაქციით. რეაქცია მიმდინარეობს ელექტროლიტის - არალითონური გამტარის თანდასწრებით, რომელშიც ელექტრული ნაკადი ხორციელდება იონების მოძრაობით მოწყობილობებში, სადაც Horizon zero საწვავის უჯრედები აღჭურვილია პროტონების გაცვლის გარსებით. ისინი ფუნქციონირებენ შემდეგნაირად:

1. წყალბადის აირი მიეწოდება უჯრედის "-" ანოდს (A), ხოლო ჟანგბადი მიმართულია დადებით პოლუსზე.
2. ანოდზე კატალიზატორი არის პლატინა,შლის ელექტრონებს წყალბადის ატომებიდან, ტოვებს "+" იონებს და თავისუფალ ელექტრონებს. მხოლოდ იონები გადის მემბრანაში, რომელიც მდებარეობს ანოდსა და კათოდს შორის.
3. ელექტრონები ქმნიან ელექტრულ დენს გარე წრედის გასწვრივ გადაადგილებით. კათოდზე ელექტრონები და წყალბადის იონები ერწყმის ჟანგბადს და წარმოქმნიან წყალს, რომელიც მიედინება უჯრედიდან.

აქამდე ორი რამ აფერხებდა წყალბადით მომუშავე მანქანების ფართომასშტაბიან წარმოებას: ღირებულება და წყალბადის წარმოება. ბოლო დრომდე პლატინის კატალიზატორი, რომელიც წყალბადს ყოფს იონად და ელექტრონად, ძალიან ძვირი ღირდა.

რამდენიმე წლის წინ წყალბადის საწვავის უჯრედები ღირდა დაახლოებით $1000 ყოველ კილოვატ სიმძლავრეზე, ან დაახლოებით $100000 მანქანისთვის. პროექტის ღირებულების შესამცირებლად ჩატარდა სხვადასხვა კვლევები, მათ შორის პლატინის კატალიზატორის შეცვლა პლატინა-ნიკელის შენადნობით, რომელიც 90-ჯერ უფრო ეფექტურია. გასულ წელს აშშ-ის ენერგეტიკის დეპარტამენტმა განაცხადა, რომ სისტემის ღირებულება 61 დოლარამდე შემცირდა თითო კილოვატზე, რაც ჯერ კიდევ არაკონკურენტულია საავტომობილო ინდუსტრიაში.

რენტგენის კომპიუტერული ტომოგრაფია

ეს არადესტრუქციული ტესტირების მეთოდი გამოიყენება ორფენიანი ელემენტის სტრუქტურის შესასწავლად. სხვა მეთოდები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება სტრუქტურის შესასწავლად:

• ვერცხლისწყლის შეჭრის ფორომეტრია;
• ატომური ძალის მიკროსკოპია;
• ოპტიკური პროფილომეტრია.

შედეგები აჩვენებს, რომ ფორიანობის განაწილებას აქვს მყარი საფუძველი თერმული და ელექტრული გამტარობის, გამტარიანობის და გამოსათვლელად.დიფუზია. ელემენტების ფორიანობის გაზომვა ძალიან რთულია მათი თხელი, შეკუმშვადი და არაერთგვაროვანი გეომეტრიის გამო. შედეგი აჩვენებს, რომ ფორიანობა მცირდება GDL შეკუმშვით.

ფოროვანი სტრუქტურა მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს მასის გადატანაზე ელექტროდში. ექსპერიმენტი ჩატარდა სხვადასხვა ცხელი წნეხის დროს, რომელიც მერყეობდა 0,5-დან 10 მპა-მდე. შესრულება ძირითადად დამოკიდებულია პლატინის ლითონზე, რომლის ღირებულება ძალიან მაღალია. დიფუზია შეიძლება გაიზარდოს ქიმიური შემკვრელების გამოყენებით. გარდა ამისა, ტემპერატურის ცვლილებები გავლენას ახდენს ელემენტის სიცოცხლესა და საშუალო მუშაობაზე. მაღალი ტემპერატურის PEMFC-ების დეგრადაციის სიჩქარე თავდაპირველად დაბალია და შემდეგ სწრაფად იზრდება. ეს გამოიყენება წყლის წარმოქმნის დასადგენად.

კომერციალიზაციის პრობლემები

ხარჯებთან კონკურენტუნარიანი რომ იყოს, საწვავის უჯრედების ხარჯები უნდა განახევრდეს და ბატარეის ხანგრძლივობა ანალოგიურად უნდა გაიზარდოს. თუმცა დღეს საოპერაციო ხარჯები ჯერ კიდევ გაცილებით მაღალია, რადგან წყალბადის წარმოების ხარჯები $2,5-დან $3-მდეა, ხოლო მიწოდებული წყალბადი ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ღირს $4/კგ-ზე ნაკლები. იმისათვის, რომ უჯრედმა ეფექტური კონკურენცია გაუწიოს ბატარეებს, მას უნდა ჰქონდეს მოკლე დატენვის დრო და მინიმუმამდე დაიყვანოს ბატარეის გამოცვლის პროცესი.

ამჟამად, პოლიმერული საწვავის უჯრედების ტექნოლოგია ეღირება 49 აშშ დოლარი/კვტ. მასობრივი წარმოებისას (მინიმუმ 500,000 ერთეული წელიწადში). თუმცა, იმისათვის, რომ კონკურენცია გაუწიოს მანქანებსშიდა წვის, საავტომობილო საწვავის უჯრედები უნდა მიაღწიოს დაახლოებით $36/კვტ/სთ. დანაზოგის მიღწევა შესაძლებელია მატერიალური ხარჯების შემცირებით (კერძოდ, პლატინის გამოყენებით), ენერგიის სიმკვრივის გაზრდით, სისტემის სირთულის შემცირებით და გამძლეობის გაზრდით. არსებობს რამდენიმე გამოწვევა ტექნოლოგიის ფართომასშტაბიანი კომერციალიზაციისთვის, მათ შორის, რიგი ტექნიკური ბარიერების გადალახვა.

მომავლის ტექნიკური გამოწვევები

დასტის ღირებულება დამოკიდებულია მასალაზე, ტექნიკასა და წარმოების ტექნიკაზე. მასალის არჩევანი დამოკიდებულია არა მხოლოდ მასალის ვარგისიანობაზე ფუნქციისთვის, არამედ მუშაობისუნარიანობაზეც. ელემენტების ძირითადი ამოცანები:

1. შეამცირეთ ელექტროკატალიზატორის დატვირთვა და გაზარდეთ აქტივობა.
2. აუმჯობესებს გამძლეობას და ამცირებს დეგრადაციას.
3. ელექტროდის დიზაინის ოპტიმიზაცია.
4. აუმჯობესებს მინარევების ტოლერანტობას ანოდზე.
5. მასალების შერჩევა კომპონენტებისთვის. ის ძირითადად დაფუძნებულია ხარჯზე, შესრულების შეწირვის გარეშე.
6. სისტემის ხარვეზების ტოლერანტობა.
7. ელემენტის მოქმედება ძირითადად დამოკიდებულია მემბრანის სიძლიერეზე.

ძირითადი GDL პარამეტრები, რომლებიც გავლენას ახდენენ უჯრედის მუშაობაზე, არის რეაგენტის გამტარიანობა, ელექტრული გამტარობა, თბოგამტარობა და მექანიკური მხარდაჭერა. GDL სისქე მნიშვნელოვანი ფაქტორია. სქელი მემბრანა უზრუნველყოფს უკეთეს დაცვას, მექანიკურ სიმტკიცეს, უფრო გრძელ დიფუზიურ ბილიკებს და უფრო მეტ თერმული და ელექტრული წინააღმდეგობის დონეს.

პროგრესული ტენდენციები

სხვადასხვა ტიპის ელემენტებს შორის, PEMFC ადაპტირებს უფრო მეტ მობილურ აპლიკაციებს (მანქანები, ლეპტოპები, მობილური ტელეფონები და ა.შ.), შესაბამისად, მზარდი ინტერესია მწარმოებლების ფართო სპექტრისთვის. სინამდვილეში, PEMFC-ს აქვს მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა დაბალი სამუშაო ტემპერატურა, მაღალი დენის სიმკვრივის სტაბილურობა, მსუბუქი წონა, კომპაქტურობა, დაბალი ღირებულება და მოცულობის პოტენციალი, ხანგრძლივი მომსახურების ვადა, სწრაფი გაშვება და ვარგისიანობა წყვეტილი მუშაობისთვის.

PEMFC ტექნოლოგია კარგად შეეფერება სხვადასხვა ზომებს და ასევე გამოიყენება სხვადასხვა საწვავთან ერთად სათანადო დამუშავებისას წყალბადის წარმოებისთვის. როგორც ასეთი, ის პოულობს გამოყენებას მცირე სუბვატის მასშტაბიდან მეგავატამდე. 2016-2018 წლებში მთლიანი გადაზიდვების 88% იყო PEMFC.