Топливный элемент с прямым этанолом

Топливные элементы с прямым этанолом или DEFC — это категория топливных элементов , в которых этанол подается непосредственно в элемент. Они использовались в качестве модели для исследования ряда концепций топливных элементов, включая использование PEM . ^[1]

Преимущества

DEFC использует этанол в топливных элементах вместо более токсичного метанола . Этанол является привлекательной альтернативой метанолу, поскольку для него уже существует цепочка поставок. Этанол также остается более простым в использовании топливом, широко используемым потребителями.

Этанол представляет собой жидкость, богатую водородом, и имеет высокую удельную энергию (8,0 кВтч/кг) по сравнению с метанолом (6,1 кВтч/кг). Этанол может быть получен в больших количествах из биомассы посредством процесса ферментации из возобновляемых ресурсов, таких как сахарный тростник , пшеница , кукуруза или даже солома . Таким образом, биогенерируемый этанол (или биоэтанол) привлекателен, поскольку выращивание сельскохозяйственных культур для производства биотоплива поглощает большую часть углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу из топлива, используемого для производства биотоплива, а также в результате сжигания самого биотоплива. Это резко контрастирует с использованием ископаемого топлива . Использование этанола также позволит решить проблему хранения и инфраструктуры водорода для топливных элементов. В топливном элементе окисление любого топлива требует использования катализатора для достижения плотности тока, необходимой для коммерчески жизнеспособных топливных элементов, а катализаторы на основе платины являются одними из наиболее эффективных материалов для окисления небольших органических молекул.

Реакция

DEFC, как и DMFC , основан на окислении этанола углекислого на слое катализатора с образованием газа . Вода расходуется на аноде и выделяется на катоде . Протоны (H ⁺) транспортируются через протонообменную мембрану к катоду, где они реагируют с кислородом с образованием воды. Электроны транспортируются по внешней цепи от анода к катоду, обеспечивая питание подключенных устройств.

Полуреакции :

	Уравнение
Анод	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ H_{2}O\to 12\ H^{+}+12\ e^{-}+2\ CO_{2}}$ окисление
катод	$\mathrm {3\ O_{2}+12\ H^{+}+12\ e^{-}\to 6\ H_{2}O}$ снижение
Общая реакция	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ O_{2}\to 3\ H_{2}O+2\ CO_{2}}$ окислительно-восстановительная реакция

Проблемы

Катализаторы на основе платины дороги, поэтому практическое использование этанола в качестве топлива для топливных элементов PEM требует нового катализатора. Были разработаны новые наноструктурированные электрокатализаторы (например, HYPERMEC от ACTA SpA), которые основаны на неблагородных металлах, предпочтительно на смесях Fe , Co , Ni на аноде и только Ni, Fe или Co на катоде . При использовании этанола плотность мощности достигает 140 мВт/см. ² при 0,5 В были получены при 25 °C с использованием самодышащих клеток, содержащих коммерческие анионообменные мембраны . ^[2] Этот катализатор не содержит драгоценных металлов . На практике крошечные частицы металла закрепляются на подложке таким образом, что образуют очень активный катализатор.

Полимер электролит как действует . Заряд переносится ионом водорода ( протоном ) . Жидкий этанол (C ₂ H ₅ OH) окисляется на аноде в присутствии воды, образуя CO ₂ , ионы водорода и электроны . Ионы водорода проходят через электролит. Они реагируют на катоде с кислородом воздуха и электронами внешней цепи, образуя воду.

Топливные элементы на основе биоэтанола могут улучшить баланс этого биотоплива из-за более высокой степени конверсии топливного элемента по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Но реальные цифры могут быть достигнуты только через несколько лет, поскольку разработка топливных элементов с прямым использованием метанола и этанола отстает от топливных элементов, работающих на водороде. ^[3]

Недавние достижения

13 мая 2007 года команда из Университета прикладных наук в Оффенбурге представила первый в мире автомобиль с двигателем DEFC на Экомарафоне Shell во Франции. Автомобиль «Шлукспехт» прошел успешный тест-драйв на трассе Ногаро, питаясь от батареи DEFC, дающей выходное напряжение от 20 до 45 В (в зависимости от нагрузки). ^[4]

Были построены различные прототипы зарядных устройств для мобильных телефонов с прямым этаноловым топливным элементом. ^[5] с напряжением от 2 В до 7 В и мощностью от 800 мВт до 2 Вт. ^[6] были построены и испытаны.

Источники

См. также

Ссылки

^ Бадвал, СПС; Гидди, С.; Кулкарни, А.; Гоэл, Дж.; Басу, С. (май 2015 г.). «Топливные элементы на этаноле прямого действия для транспорта и стационарных применений – комплексный обзор». Прикладная энергетика . 145 : 80–103. doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .
^ «Топливный элемент с прямым этанолом» . ru.fcc.gov.ir. Проверено 20 января 2016 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Топливные элементы FCT: типы топливных элементов. Архивировано 27 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
^ Студенты Оффенбурга испытывают первый в мире автомобиль на топливных элементах, работающий на этаноле.
^ Зарядное устройство с питанием от DEFC - Гонконгский университет науки и технологий. Архивировано 7 марта 2014 г. в Wayback Machine.
^ Бадвал, СПС; Гидди, С.; Кулкарни, А.; Гоэл, Дж.; Басу, С. (май 2015 г.). «Топливные элементы на этаноле прямого действия для транспорта и стационарных применений – комплексный обзор». Прикладная энергетика . 145 : 80–103. doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

Дальнейшее чтение

«Новый катализатор повышает эффективность использования водорода в качестве транспортного топлива» . Автор: Алок Джа. 21 августа 2008 г. The Guardian .

[1] Бадвал, СПС; Гидди, С.; Кулкарни, А.; Гоэл, Дж.; Басу, С. (май 2015 г.). «Топливные элементы на этаноле прямого действия для транспорта и стационарных применений – комплексный обзор». Прикладная энергетика . 145 : 80–103. doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

[2] «Топливный элемент с прямым этанолом» . ru.fcc.gov.ir. Проверено 20 января 2016 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[3] Топливные элементы FCT: типы топливных элементов. Архивировано 27 сентября 2006 г. в Wayback Machine.

[4] Студенты Оффенбурга испытывают первый в мире автомобиль на топливных элементах, работающий на этаноле.

[5] Зарядное устройство с питанием от DEFC - Гонконгский университет науки и технологий. Архивировано 7 марта 2014 г. в Wayback Machine.

[6] Бадвал, СПС; Гидди, С.; Кулкарни, А.; Гоэл, Дж.; Басу, С. (май 2015 г.). «Топливные элементы на этаноле прямого действия для транспорта и стационарных применений – комплексный обзор». Прикладная энергетика . 145 : 80–103. doi : 10.1016/j.apenergy.2015.02.002 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

v т и Топливные элементы
По электролиту	Щелочной топливный элемент Топливный элемент с расплавленным карбонатом Топливный элемент на фосфорной кислоте Топливный элемент с протонообменной мембраной Твердооксидный топливный элемент
По топливу	Боргидридный топливный элемент прямого действия Прямоугольный топливный элемент Топливный элемент с прямым этанолом Топливный элемент с прямым метанолом Топливный элемент муравьиной кислоты Металлогидридный топливный элемент Топливный элемент на реформированном метаноле Цинк-воздушная батарея
Биотопливные элементы	Ферментативный биотопливный элемент Микробный топливный элемент
Другие	Голубая энергия Электрогальванический топливный элемент Проточная батарея Мембранный электрод в сборе Безмембранные топливные элементы Фотоэлектрохимическая ячейка Протонообменная мембрана Протонный керамический топливный элемент Регенеративный топливный элемент Твердооксидный электролизер Унифицированный регенеративный топливный элемент
Водород	Экономика Станция Хранилище Транспортное средство
Глоссарий