הפעלת רכב מימן (תא דלק)

 

חלופה נוספת להפעלת כלי רכב חשמליים, תמיסת מימן, נחקרה זה מכבר על ידי הגרמנים והיפנים. אירופה, אשר טסלה רואה בה לא יציבה, מחליטה בכל זאת לשים חבילה על הטכנולוגיה הזו (בקנה מידה עולמי, לא רק למטרת הנעת מכוניות). אז בואו נסתכל על איך פועלת מכונית המימן, ולכן היא רק גרסה של המכונית החשמלית.

ראה גם:

• האם מכונית מימן כדאית?
• מהם היתרונות והחסרונות של תא דלק

מספר סוגים של מכוניות מימן

בעוד שהטכנולוגיה הנוכחית מיועדת למכוניות המשתמשות בתאי דלק כדי להפעיל את המנועים החשמליים שלהן, מימן יכול לשמש גם ברכבי בעירה פנימית. זה אכן גז שניתן להשתמש בו באותו אופן כמו גפ"מ ו-CNG שכבר משתמשים בהם בכלי הרכב שלנו. עם זאת, הרעיון הזה נזנח, מנוע הבוכנה באמת תואם את הזמן ...

הנה טויוטה מיראי המונעת במימן. הוא נמכר בארה"ב, הוא לא בצרפת, כי אין שם נקודת חלוקת מימן... לאחר שאיחרנו עם המסופים החשמליים, אנחנו כבר בפיגור במימן!

עקרון הפעולה

אם היינו צריכים לסכם את המערכת במשפט אחד, הייתי אומר את זהזה מנוע חשמלי מי הולך עם carburant לא מזהם (במבצע, לא בייצור). במקום לטעון את הסוללה באמצעות תקע ולכן חשמל, אנו ממלאים אותה בנוזל. זו הסיבה שאנו קוראים למערכת תאי הדלק (זהו

לִצְבּוֹר

שעובד עם דלק כי

מְאוּכָּל

et

נעלם מהמיכל

). למעשה, ההבדל היחיד עם מנוע חשמלי הוא אגירת האנרגיה, כאן בנוזל, לא בצורה כימית.

לכן, יש לציין שהסוללה מתרוקנת, בניגוד לסוללת ליתיום או אפילו חומצת עופרת (ראה את הקישורים כדי לגלות איך הם עובדים).

מפת התהליך

מימן = היברידי?

כמעט... ואכן, באופן שיטתי יש להם סוללת ליתיום נוספת, שאת התועלת שלה אסביר להלן. לכן, ניתן לפעול רק על מימן, רק באמצעות סוללה קונבנציונלית, או אפילו את שניהם בו זמנית.

רכיבים

מיכל מימן

יש לנו מיכל שיכול לאחסן 5 עד 10 ק"ג מימן, בידיעה שכל ק"ג מכיל 33.3 קילו-וואט של אנרגיה (לעומת כלי רכב חשמליים, שיש להם 35 עד 100 קילו-וואט). המיכל תוכנן במיוחד וחזק לעמוד בלחץ פנימי של 350 עד 700 בר.

תא דלק

תא הדלק יספק כוח למנוע החשמלי של המכונית, ממש כמו סוללת ליתיום רגילה. עם זאת, הוא זקוק לדלק, כלומר מימן מהמיכל. הוא עשוי מפלטינה יקרה מאוד, אך בגרסאות המודרניות ביותר הוא מסתדר בלעדיו.

סוללת מאגר

זה לא נדרש, אבל זה התקן לרכבי מימן. אכן, הוא משמש כסוללת גיבוי, מגבר כוח (יכול לעבוד במקביל לתא דלק), אך גם ומעל לכל, הוא משמש לשחזור אנרגיה קינטית בזמן האטה ובלימה.

אלקטרוניקת כוח

לא מופיע בתרשים העליון שלי, אלקטרוניקת הכוח שולטת, קוטעת ומתקנת (המרה בין זרמי AC ו-DC) את הזרמים השונים הזורמים ברכיבים השונים של המכונית.

תִדלוּק

פעולת תאי דלק: קטליזה

המטרה היא לחלץ אלקטרונים (חשמל) ממימן על מנת לשלוח אותם למנוע חשמלי. כל זה נעשה באמצעות תגובה אלקטרוכימית מבוקרת המפרידה בין אלקטרונים מצד אחד (לכיוון המנוע) לבין פרוטונים מצד שני (בתא הדלק). הפגישה כולה מסתיימת בקתודה, שם מסתיימת התגובה: ה"תערובת" הסופית נותנת מים, שנשאבים החוצה מהמערכת (פליטה).

הנה תרשים של קטליזה, שהיא הפקת חשמל ממימן (אלקטרוליזה הפוכה).

כאן אנו רואים את תפקוד תא הדלק, כלומר את תופעת הקטליזה.

מימן H2 (כלומר שני אטומי מימן H המודבקים זה לזה: דימימן) עובר משמאל לימין. כשהיא מתקרבת לאנודה היא מאבדת את הגרעין שלו (פרוטון), שיישאב למטה (עקב תופעת החמצון). לאחר מכן האלקטרונים ימשיכו בדרכם ימינה כדי להשתמש בהמשך במנוע החשמלי.

בתורו, אנחנו מרכיבים הכל מחדש על ידי הזרקת O2 (חמצן מהאוויר בזכות המדחס) בצד הקתודה, מה שיאפשר באופן טבעי היווצרות מולקולת מים (שתזרז את כל היסודות למכלול אחד). מולקולה שהיא אוסף של Hs ו-Os).

סיכום של תגובות כימיות/פיזיקליות

הנהון : באנודה, אטום המימן "נחתך" לשניים (H2 = 2e- + 2H+). הגרעין (H + יון) יורד לכיוון הקתודה, בעוד האלקטרונים (e-) ממשיכים בדרכם עקב חוסר יכולתם לעבור דרך האלקטרוליט (הרווח שבין האנודה לקתודה).

קָטוֹדָה: בקתודה אנו רואים הפוכים (בדרכים שונות) יונים H + ו- e- אלקטרונים. אז מספיק להכניס אטומי חמצן כדי שכל היסודות האלה ירצו לאסוף, מה שמוביל לאחר מכן ליצירת מולקולת מים המורכבת משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד. או הנוסחה: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

קציר?

אם ניקח בחשבון רק את המכונית עצמה, כלומר את יעילות המיכל עד קצה הגלגלים (שינוי חומר / חיזוק מכני), אנחנו כאן קצת מתחת ל-50%. ואכן, לסוללה נצילות של כ-50%, ולמנוע החשמלי - כ-90%. לכן, תחילה יש לנו 50% סינון, ולאחר מכן 10%.

אם ניקח בחשבון את היעילות של תחנת כוח שמייצרת אנרגיה, אז לפני ייצור המימן או אפילו חלוקת החשמל (במקרה של ליתיום) יש לנו 25% למימן ו-70% לחשמל (בערך ממוצע, ברור ).

קרא עוד על רווחיות כאן.

ההבדל בין מכונית מימן למכונית חשמלית עם סוללת ליתיום?

המכוניות זהות לחלוטין, למעט "מיכל האנרגיה" שלהן. לכן, מדובר בכלי רכב חשמליים המשתמשים במנועי רוטור-סטטור (אינדוקציה, מגנטים קבועים או אפילו תגובתיים).

אם סוללת ליתיום פועלת גם הודות לתגובה כימית בתוכה (תגובה שמייצרת חשמל באופן טבעי: ליתר דיוק, אלקטרונים), לא יוצא ממנה כלום, יש רק טרנספורמציה פנימית. כדי לחזור למצבו המקורי (טעינה מחדש), מספיק להעביר את הזרם (להתחבר למגזר) והתגובה הכימית תתחיל שוב בכיוון ההפוך. הבעיה היא שזה לוקח זמן, אפילו עם מגדשי על.

עבור מנוע מימן, שהוא מנוע חשמלי קלאסי המופעל על ידי תא דלק (כלומר מימן), הסוללה צורכת מימן במהלך תגובה כימית. הוא מתרוקן דרך פליטה שמסירת אדי מים (תוצאה של תגובה כימית).

לכן, מנקודת מבט הגיונית, נוכל להתאים כל מכונית חשמלית למכונית מימן, מספיק להחליף את סוללת הליתיום בתא דלק. לכן, להבנתך, "מנוע המימן" צריך להיחשב בעיקר כמנוע חשמלי (ראה איך זה עובד כאן). הוא בהכרח מתקרב אליו, לא בגלל שהוא מתודלק כישות.

התגובה הכימית בבסיס הטאבלט הזה מייצרת חוֹםשל חשמל (מה שאנחנו צריכים עבור המנוע החשמלי) ו מים.

למה לא בכל מקום?

הבעיה הטכנית העיקרית של מימן קשורה לבטיחות האחסון. למעשה, כמו גפ"מ, הדלק הזה מסוכן כי הוא הופך דליק במגע עם אוויר (וזה לא הכל). אז הבעיה היא לא רק למלא את המכונית בדלק, אלא גם להחזיק מיכל חזק מספיק כדי לעמוד בכל תאונה. כמובן, העלות הנוספת היא גם גרר גדול, והיא נראית פחות כדאית מאשר סוללת ליתיום-יון, שיורדת בעלות דרמטית.

לבסוף, רשת הייצור וההפצה בעולם אינה מפותחת מאוד, וממשלות רוצות לייצר מימן על ידי אלקטרוליזה באמצעות מקורות אנרגיה מתחדשים (מומחים רבים מדברים על תוכנית אוטופית שלא ניתן לממש במציאות ה"פתאומית" שלנו).

בסופו של דבר, יש סיכוי טוב יותר שחשמל קונבנציונלי יהיה פתרון הבחירה לעתיד, ולא מימן, שישמש למגוון יישומים מעבר לניידות אינדיבידואלית.

כל התגובות והתגובות

דרנייר תגובה שפורסמה:

ברנרד (תאריך: 2021, 09:23:14)

Привет,

תודה על הרעיונות החזקים והמעניינים האלה. אני אעזוב את האתר עם גחלילית חדשה במוח הישן שלי.

באופן אישי, אני מופתע שחוץ ממה שאני יודע על צוללות גרעיניות, אף אחד לא פיתח מנוע מושלם לכביש. זה אכן היה זה שחשפה פיליפס בתערוכת הרכב בבריסל 1971, עם 200 כ"ס. על שתי בוכנות.

פיליפס החלה לפעול בשנים 1937-1938 והתחדשה ב-1948.

ב-1971, הם תבעו כמה מאות כוחות סוס לכל בוכנה. מאז אני לא מוצא כלום... כמובן, הגנה סודית.

מה לגבי מנועי טורבינת גז?

הפנסים שלך יכולים להוסיף קצת מים לטחנת החשיבה שלי.

תודה על הידע והפופולריות שלך.

Я. 1 תגובה לתגובה זו:

• מנהל מנהל האתר (2021-09-27 11:40:25): זה מאוד כיף לקרוא, תודה.

  אני לא יודע מספיק על סוג זה של מנוע כדי לשפוט, כנראה בגלל עלות, גודל, תחזוקה קשה, יעילות ממוצעת?

  בהתחשב בכך שיש צורך בפתרון המאפשר את חימום הגז, ולכן היישום שלו על רכב ציבורי רגיל עלול להיות מסוכן (ושהיא תהיה קבועה לאורך זמן).

  בקיצור, אני חושד שקיווית לתשובה מדויקת ובטוחה יותר... סליחה.

(הפוסט שלך יהיה גלוי מתחת לתגובה לאחר האימות)

כתוב תגובה

באמצעות הנוסחה החשמלית E, תגלו כי: