Language
Country/Area
No result found
Секреты топливных элементов с протонообменной мембраной: почему они являются будущим транспортных приложений?
В связи с быстрым ростом мирового спроса на чистую энергию, топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC) постепенно привлекли внимание. Эта технология не только возлагает большие надежды на транспортное применение, но также включает в себя стационарные и портативные топливные элементы. Его уникальный низкотемпературный рабочий диапазон и специализированный полимерный электролит с протонной проводимостью делают PEMFC большим потенциалом для замены устаревшей технологии щелочных топливных элементов. Итак, что же такого особенного в этой технологии, что она может привести к будущей транспортной революции?
Основные принципы PEMFC
Сердцевиной топливного элемента с протонообменной мембраной является его мембранно-электродный узел (МЭА), который состоит из электродов, электролитов, катализаторов и газодиффузионных слоев. В процессе работы водород поступает на анод и под действием катализатора разлагается на протоны и электроны. Электроны проходят через внешнюю цепь, создавая электрический ток, а протоны проходят через мембрану полимерного электролита к катоду, где они в конечном итоге вступают в реакцию с кислородом с образованием воды.
Топливные элементы с протонообменной мембраной предназначены для полного использования химической энергии водорода и кислорода для выработки электроэнергии за счет изменения потока электронов - процесса, который полностью отличается от традиционных реакций горения.
Преимущества и проблемы
Основными преимуществами PEMFC являются простота герметизации, низкая рабочая температура и высокая удельная мощность, что делает их очень привлекательными для применения на транспорте. Для холодного запуска и требований высокой плотности энергии PEMFC демонстрирует свои превосходные характеристики и может нормально запускаться при температуре -20°C. Несмотря на это, PEMFC по-прежнему сталкивается с многочисленными проблемами, такими как управление водными ресурсами, хрупкость катализатора и ограничения рабочей температуры.
Управление водой имеет решающее значение для работы систем PEM. Слишком много или слишком мало воды может повлиять на стабильность и выходную мощность топливного элемента.
Проблемы катализаторов и мембран
Хотя платиновые катализаторы могут эффективно преодолевать реакцию водорода и кислорода, на них легко влияет загрязнение окисью углерода и ионами металлов, что снижает их эффективность. В ответ на эти проблемы многие исследователи ищут эффективные каталитические материалы и альтернативные полимерные электролиты, чтобы преодолеть узкие места в современных технологиях.
На современном рынке в качестве мембран в основном используются материалы Nafion, но их чувствительность к высоким температурам и влаге ограничивает их применение в экстремальных условиях.
Возможности будущего: потенциал металлоорганических каркасов (MOF)
В качестве новой технологии металлоорганические каркасные материалы (MOF) привлекли внимание благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам. MOF позволяют конструкции электролитов быть чрезвычайно гибкими, сохранять хорошие проводящие свойства в диапазонах низких и высоких температур и потенциально могут заменить традиционные полимерные мембраны. Следовательно, они могут играть важную роль в топливных элементах.
Настраиваемость MOF и их устойчивость к различным условиям эксплуатации открыли новые пути для развития технологии топливных элементов.
Вывод: взгляд в будущее
Разработка топливных элементов с протонообменной мембраной, несомненно, является одной из ключевых технологий в будущих транспортных приложениях. По мере развития технологий возникающие проблемы постепенно решаются. Станет ли PEMFC с развитием новых материалов основной технологией экологически чистой энергии?
