Prowadzenie pojazdu wodorowego (ogniwo paliwowe)

 

Inna alternatywa dla eksploatacji pojazdów elektrycznych, rozwiązanie wodorowe, od dawna była badana przez Niemców i Japończyków. Europa, którą Tesla uważa za niestabilną, decyduje się jednak na pakiet na tę technologię (globalnie, a nie wyłącznie w celu napędzania samochodów). Przyjrzyjmy się więc, jak działa samochód wodorowy, który jest zatem tylko wariantem samochodu elektrycznego.

Zobacz także:

• Czy samochód na wodór jest opłacalny?
• Jakie są zalety i wady ogniwa paliwowego

Kilka rodzajów samochodów wodorowych

Chociaż obecna technologia jest przeznaczona dla samochodów wykorzystujących ogniwa paliwowe do zasilania silników elektrycznych, wodór można również stosować w pojazdach z silnikiem tłokowym. Rzeczywiście jest to gaz, który można wykorzystać w taki sam sposób, jak LPG i CNG już stosowane w naszych pojazdach. Jednak z tego pomysłu zrezygnowano, silnik tłokowy jest naprawdę bardziej zgodny z czasem…

Oto Toyota Mirai napędzana wodorem. Sprzedawany jest w USA, nie we Francji, bo nie ma tam punktu dystrybucji wodoru... Spóźniając się z zaciskami elektrycznymi, już jesteśmy w tyle za wodorem!

Zasada działania

Gdybyśmy mieli podsumować system jednym zdaniem, powiedziałbym, żeto silnik elektryczny kto chodzi z carburant niezanieczyszczający (w eksploatacji, nie w produkcji). Zamiast ładować baterię wtyczką, a więc prądem, napełniamy ją płynem. Dlatego nazywamy system ogniw paliwowych (to jest

gromadzić

który działa z paliwem, które

strawiony

et

znika ze zbiornika

). W rzeczywistości jedyną różnicą w stosunku do silnika elektrycznego jest magazynowanie energii, tutaj w postaci płynnej, a nie chemicznej.

Dlatego należy zauważyć, że bateria rozładowuje się, w przeciwieństwie do baterii litowej, a nawet kwasowo-ołowiowej (zobacz linki, aby dowiedzieć się, jak działają).

Mapa procesu

Wodór = hybryda?

Prawie… Rzeczywiście systematycznie mają dodatkową baterię litową, której przydatność wyjaśnię poniżej. Dzięki temu możliwa jest praca tylko na wodorze, tylko przy użyciu konwencjonalnej baterii, a nawet obu jednocześnie.

Components

Zbiornik na wodór

Mamy zbiornik, który może pomieścić od 5 do 10 kg wodoru, wiedząc, że każdy kilogram zawiera 33.3 kWh energii (w porównaniu do pojazdów elektrycznych, które mają od 35 do 100 kWh). Zbiornik jest specjalnie zaprojektowany i wytrzymały, aby wytrzymać ciśnienie wewnętrzne od 350 do 700 barów.

Ogniwo paliwowe

Ogniwo paliwowe będzie zasilać silnik elektryczny samochodu, podobnie jak konwencjonalna bateria litowa. Potrzebuje jednak paliwa, czyli wodoru ze zbiornika. Wykonany jest z bardzo drogiej platyny, ale w najnowocześniejszych wersjach radzi sobie bez niej.

Bateria buforowa

Nie jest to wymagane, ale jest to standard dla pojazdów wodorowych. Owszem, służy jako akumulator zapasowy, wzmacniacz mocy (może pracować równolegle z ogniwem paliwowym), ale także i przede wszystkim służy do przywracania energii kinetycznej podczas zwalniania i hamowania.

Elektronika mocy

Elektronika mocy, która nie jest wymieniona na moim górnym schemacie, kontroluje, przerywa i prostuje (zamieniając prądy AC i DC) na różne prądy płynące przez różne elementy samochodu.

Tankowanie

Działanie ogniw paliwowych: kataliza

Celem jest wydobycie elektronów (elektryczności) z wodoru w celu wysłania ich do silnika elektrycznego. Wszystko to odbywa się poprzez kontrolowaną reakcję elektrochemiczną, która oddziela elektrony z jednej strony (w kierunku silnika) i protony z drugiej (w ogniwie paliwowym). Całe spotkanie kończy się na katodzie, gdzie kończy się reakcja: z końcowej „mieszaniny” otrzymuje się wodę, która jest wypompowywana z układu (wydech).

Oto schemat katalizy, czyli ekstrakcji elektryczności z wodoru (elektroliza odwrócona).

Tutaj widzimy funkcjonowanie ogniwa paliwowego, czyli zjawisko katalizy.

Wodór H2 (tj. dwa sklejone ze sobą atomy wodoru H: diwodór) idzie od lewej do prawej. Zbliżając się do anody traci swoje jądro (proton), które zostanie zassane (ze względu na zjawisko utleniania). Elektrony będą następnie kontynuować swoją drogę w prawo, aby następnie użyć silnika elektrycznego.

Z kolei wszystko składamy na nowo poprzez wtłaczanie O2 (tlen z powietrza dzięki kompresorowi) po stronie katodowej, co w naturalny sposób pozwoli na uformowanie się cząsteczki wody (która katalizuje wszystkie pierwiastki w jedną całość). cząsteczka będąca zbiorem Hs i Os).

Podsumowanie reakcji chemicznych/fizycznych

ANOD : na anodzie atom wodoru jest „przecięty” na pół (H2 = 2e- + 2H+). Jądro (jon H +) opada w kierunku katody, podczas gdy elektrony (e-) kontynuują swoją drogę ze względu na niemożność przejścia przez elektrolit (przestrzeń między anodą a katodą).

KATODA: na katodzie widzimy odwrócone (na różne sposoby) jony H + i e- elektrony. Wtedy wystarczy wprowadzić atomy tlenu, aby wszystkie te pierwiastki chciały się zebrać, co prowadzi do powstania cząsteczki wody składającej się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Lub formuła: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Zbiór ?

Jeśli weźmiemy pod uwagę tylko sam samochód, a mianowicie sprawność zbiornika do końca kół (przekształcenie materiału/wzmocnienie mechaniczne), jesteśmy tutaj nieco poniżej 50%. Rzeczywiście, bateria ma sprawność około 50%, a silnik elektryczny - około 90%. Dlatego najpierw mamy filtrowanie 50%, a potem 10%.

Jeśli weźmiemy pod uwagę sprawność elektrowni wytwarzającej energię, to przed produkcją wodoru czy nawet dystrybucją energii elektrycznej (w przypadku litu) mamy 25% na wodór i 70% na energię elektryczną (w przybliżeniu przeciętna, oczywiście ).

Przeczytaj więcej o rentowności tutaj.

Różnica między autem wodorowym a elektrycznym autem na baterię litową?

Samochody są dokładnie takie same, z wyjątkiem „zbiornika energii”. Są to więc pojazdy elektryczne wykorzystujące silniki wirnikowo-stojanowe (indukcyjne, z magnesami trwałymi, a nawet reaktywne).

Jeśli bateria litowa działa również dzięki reakcji chemicznej w jej wnętrzu (reakcji, która w naturalny sposób wytwarza elektryczność, a dokładniej elektrony), nic z niej nie wychodzi, jest tylko wewnętrzna przemiana. Aby powrócić do pierwotnego stanu (ładowanie), wystarczy przepuścić prąd (podłączyć się do sektora) i reakcja chemiczna rozpocznie się ponownie w przeciwnym kierunku. Problem w tym, że zajmuje to trochę czasu, nawet z doładowaniem.

W przypadku silnika wodorowego, czyli klasycznego silnika elektrycznego zasilanego ogniwem paliwowym (czyli wodorem), akumulator zużywa wodór podczas reakcji chemicznej. Jest opróżniany przez wylot, który usuwa parę wodną (wynik reakcji chemicznej).

Dlatego z logicznego punktu widzenia każdy samochód elektryczny moglibyśmy przystosować do samochodu wodorowego, wystarczy wymienić baterię litową na ogniwo paliwowe. Tak więc, w twoim rozumieniu, „silnik wodorowy” należy traktować przede wszystkim jako silnik elektryczny (zobacz, jak to działa tutaj). Nieuchronnie zbliża się do niego, nie dlatego, że jest zatankowany jako jednostka.

Powstaje reakcja chemiczna u podstawy tej tabletki ciepłoz elektryczność (co potrzebujemy do silnika elektrycznego) i woda.

Dlaczego nie wszędzie?

Główny problem techniczny związany z wodorem związany jest z bezpieczeństwem przechowywania. W rzeczywistości, podobnie jak LPG, paliwo to jest niebezpieczne, ponieważ staje się łatwopalne w kontakcie z powietrzem (i to nie wszystko). Problemem jest więc nie tylko zatankowanie samochodu, ale także posiadanie zbiornika na tyle mocnego, aby wytrzymać każdy wypadek. Oczywiście dodatkowy koszt to również duży opornik i wydaje się, że jest mniej opłacalny niż akumulator litowo-jonowy, którego koszt gwałtownie spada.

Wreszcie sieć produkcyjno-dystrybucyjna na świecie jest bardzo słabo rozwinięta, a rządy chcą produkować wodór metodą elektrolizy z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii (wielu ekspertów mówi o utopijnym schemacie, którego nie można zrealizować w naszej „nagłej” rzeczywistości).

Ostatecznie istnieje większa szansa, że ​​konwencjonalna energia elektryczna będzie rozwiązaniem z wyboru na przyszłość, a nie wodór, który będzie wykorzystywany do szeregu zastosowań wykraczających poza indywidualną mobilność.

Wszystkie komentarze i reakcje

Dernier komentarz opublikowany:

Bernard (Data: 2021, 09:23:14)

Witaj,

Dziękuję za te mocne i ciekawe pomysły. Opuszczę stronę z nowym świetlikiem w moim starym mózgu.

Osobiście dziwi mnie, że poza tym, co wiem o atomowych okrętach podwodnych, nikt nie opracował idealnego silnika do drogi. To był rzeczywiście ten, który Philips zaprezentował na Salonie Samochodowym w Brukseli w 1971 roku, o mocy 200 KM. na dwóch tłokach.

Philips rozpoczął działalność w latach 1937-1938 i wznowił ją w 1948 roku.

W 1971 roku zdobyli kilkaset koni mechanicznych na tłok. Od tego czasu nic nie mogę znaleźć... Oczywiście Secret Defense.

A co z silnikami z turbiną gazową?

Twoje latarnie mogą dodać trochę wody do mojego młyna myślenia.

Dziękuję za wiedzę i popularyzację.

II. 1 reakcja(e) na ten komentarz:

• Administrator ADMINISTRATOR STRONY (2021-09-27 11:40:25): Fajnie się czyta, dzięki.

  Nie wiem wystarczająco dużo na temat tego typu silnika, aby ocenić, prawdopodobnie ze względu na koszt, rozmiar, trudną konserwację, średnią sprawność?

  Mając na uwadze, że konieczne jest posiadanie rozwiązania, które pozwoli na podgrzanie gazu, a zatem jego zastosowanie w zwykłym samochodzie publicznym jest potencjalnie niebezpieczne (i że będzie stałe w czasie).

  Krótko mówiąc, podejrzewam, że liczyłeś na dokładniejszą i bardziej pewną odpowiedź ... Przepraszam.

(Twój post będzie widoczny pod komentarzem po weryfikacji)

Napisz komentarz

Korzystając ze wzoru elektrycznego E, dowiesz się, że: