เซลล์เชื้อเพลิงคืออะไร

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มือถือทุกปีหากไม่ใช่เดือนจะสามารถเข้าถึงและแพร่หลายมากขึ้น ที่นี่คุณมีแล็ปท็อปและพีดีเอและกล้องดิจิตอลและโทรศัพท์มือถือและอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ทุกประเภท และอุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้ได้รับคุณสมบัติใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่องโปรเซสเซอร์ที่ทรงพลังหน้าจอสีขนาดใหญ่การสื่อสารไร้สายในขณะเดียวกันก็ลดขนาดลง แต่แตกต่างจากเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์เทคโนโลยีพลังงานของโรงละครสัตว์มือถือนี้ไม่ได้ก้าวกระโดด

แบตเตอรี่และแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟใหม่ทั่วไปนั้นไม่เพียงพอที่จะขับเคลื่อนความก้าวหน้าล่าสุดในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เป็นระยะเวลานานพอสมควร และหากไม่มีแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้และมีขนาดใหญ่ความหมายทั้งหมดของการเคลื่อนที่และไร้สายจะหายไป ดังนั้นอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์กำลังทำงานอย่างแข็งขันมากขึ้นเกี่ยวกับปัญหา แหล่งจ่ายไฟทางเลือก. และทิศทางที่ดีที่สุดในวันนี้คือ เซลล์เชื้อเพลิง.

หลักการพื้นฐานของการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงถูกค้นพบโดย Sir William Grove นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในปี 1839 เขาเป็นที่รู้จักในฐานะพ่อของเซลล์เชื้อเพลิง William Grove ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการเปลี่ยน กระแสไฟฟ้าของน้ำ เพื่อแยกไฮโดรเจนและออกซิเจน หลังจากถอดแบตเตอรี่ออกจากเซลล์อิเล็กโทรไลต์แล้ว Grove รู้สึกประหลาดใจที่พบว่าขั้วไฟฟ้าเริ่มดูดซับก๊าซที่ปล่อยออกมาและสร้างกระแสไฟฟ้า กระบวนการเปิด การเผาไหม้แบบเย็นด้วยไฟฟ้าเคมีของไฮโดรเจน เหตุการณ์ในภาคพลังงานมีความสำคัญและในอนาคตนักเคมีไฟฟ้าที่มีชื่อเสียงเช่น Ostwald และ Nernst มีบทบาทอย่างมากในการพัฒนารากฐานทางทฤษฎีและการใช้งานจริงของเซลล์เชื้อเพลิงและคาดการณ์อนาคตที่ดีสำหรับพวกเขา

เขาเอง คำว่า "เซลล์เชื้อเพลิง" (Fuel Cell) ปรากฏในภายหลัง - มันถูกเสนอในปี 1889 โดย Ludwig Mond และ Charles Langer ผู้พยายามสร้างอุปกรณ์สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าจากอากาศและก๊าซถ่านหิน

ในระหว่างการเผาไหม้ปกติออกซิเจนจะออกซิไดซ์เชื้อเพลิงฟอสซิลและพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนอย่างไม่มีประสิทธิภาพ แต่มันกลับกลายเป็นไปได้ที่จะทำปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเช่นไฮโดรเจนกับออกซิเจนในสื่ออิเล็กโทรไลต์และในที่ที่มีอิเล็กโทรดเพื่อรับกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นการจัดหาไฮโดรเจนให้กับอิเล็กโทรดที่ตั้งอยู่ในสื่อที่เป็นด่างเราได้รับอิเล็กตรอน:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

ซึ่งผ่านวงจรภายนอกไปที่อิเล็กโทรดตรงข้ามกับที่ออกซิเจนเข้าสู่และเกิดปฏิกิริยา: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น 2H2 + O2 → H2O นั้นเหมือนกับในระหว่างการเผาไหม้ปกติ แต่ในเซลล์เชื้อเพลิงหรืออย่างอื่นใน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าปรากฎกระแสไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงและความร้อนบางส่วน สังเกตได้ว่า ถ่านหิน, คาร์บอนมอนอกไซด์, แอลกอฮอล์, ไฮดราซีน, สารอินทรีย์อื่น ๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิงและอากาศ, ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, คลอรีน, โบรมีน, กรดไนตริกและอื่น ๆ สามารถใช้เป็นสารออกซิไดซ์

การพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงยังคงดำเนินต่อไปอย่างจริงจังทั้งในต่างประเทศและในรัสเซียและในสหภาพโซเวียต ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนร่วมอย่างมากในการศึกษาเซลล์เชื้อเพลิงเราได้กล่าวถึง V. Zhako, P. Yablochkov, F. Bacon, E. Bauer, E. Justi, K. Cordes ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมามีการจู่โจมใหม่เกี่ยวกับปัญหาเซลล์เชื้อเพลิง ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความคิดวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ ๆ อันเป็นผลมาจากการวิจัยเชิงป้องกัน

หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่ทำขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงคือ P. M. Spiridonov องค์ประกอบไฮโดรเจนและออกซิเจนของ Spiridonov ให้ความหนาแน่นกระแส 30 mA / cm2 ซึ่งในเวลานั้นถือเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ในวัยสี่สิบ O. Davtyan สร้างการติดตั้งสำหรับการเผาไหม้ด้วยไฟฟ้าเคมีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก๊าซที่ได้จากการแปรสภาพเป็นถ่านหิน ด้วยปริมาณองค์ประกอบลูกบาศก์เมตรแต่ละเมตร Davtyan ได้รับพลังงาน 5 kW

นั่นคือ เซลล์เชื้อเพลิงอิเล็กโทรไลต์แข็งตัวแรก. มันมีประสิทธิภาพสูง แต่เมื่อเวลาผ่านไปอิเล็กโทรไลต์ก็ใช้ไม่ได้และมันก็ต้องเปลี่ยนไป ต่อจากนั้น Davtyan ในช่วงปลายยุค 50 ได้สร้างการติดตั้งที่ทรงพลังซึ่งขับเคลื่อนรถแทรคเตอร์ ในปีเดียวกันนั้นวิศวกรชาวอังกฤษ T. Bacon ได้ออกแบบและสร้างแบตเตอรี่เซลล์เชื้อเพลิงที่มีความจุรวม 6 kW และประสิทธิภาพ 80% ใช้งานกับไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ แต่อัตราส่วนของพลังงานต่อน้ำหนักแบตเตอรี่มีขนาดเล็กเกินไป - องค์ประกอบดังกล่าวไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง ที่รัก

ในปีต่อ ๆ มาเวลาของคนที่ผ่านไปได้ผ่านไปแล้ว ผู้สร้างยานอวกาศเริ่มให้ความสนใจในเซลล์เชื้อเพลิง ตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 60 มีการลงทุนหลายล้านดอลลาร์ในการวิจัยเซลล์เชื้อเพลิง ผลงานของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรนับพันได้รับอนุญาตให้เข้าถึงระดับใหม่และในปี 1965 เซลล์เชื้อเพลิงถูกทดสอบในสหรัฐอเมริกาในยานอวกาศ Gemini 5 และต่อมาบนเรือ Apollo เพื่อเที่ยวบินไปยังดวงจันทร์และใต้โปรแกรม Shuttle

ในสหภาพโซเวียตเซลล์เชื้อเพลิงได้รับการพัฒนาที่ NPO Kvant เช่นกันเพื่อใช้ในอวกาศ ในปีที่ผ่านมาวัสดุใหม่ปรากฏตัวแล้ว - โซลิดอิเล็กโทรไลต์แข็งขึ้นอยู่กับเยื่อหุ้มแลกเปลี่ยนไอออนตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ขั้วไฟฟ้า อย่างไรก็ตามความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าในการทำงานมีน้อย - ภายใน 100-200 mA / cm2 และปริมาณแพลตตินั่มบนขั้วไฟฟ้านั้นมีหลาย g / cm2 มีปัญหามากมายที่เกี่ยวข้องกับความทนทานเสถียรภาพและความปลอดภัย

ขั้นตอนต่อไปของการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเซลล์เชื้อเพลิงเริ่มขึ้นใน 90s ศตวรรษที่ผ่านมาและดำเนินต่อไปในขณะนี้ มันเกิดจากความต้องการแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพใหม่เนื่องจากในมือข้างหนึ่งเพื่อปัญหาสิ่งแวดล้อมทั่วโลกของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้นจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลและในทางกลับกันเพื่อการลดลงของเชื้อเพลิงดังกล่าว เนื่องจากน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการเผาไหม้ไฮโดรเจนในเซลล์เชื้อเพลิงพวกเขาจึงถือว่าสะอาดที่สุดจากมุมมองของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ปัญหาหลักคือการหาวิธีที่มีประสิทธิภาพและราคาไม่แพงในการผลิตไฮโดรเจน

การลงทุนทางการเงินหลายพันล้านในการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงและเครื่องผลิตไฮโดรเจนควรนำไปสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและทำให้การใช้งานในชีวิตประจำวันเป็นจริง: ในเซลล์โทรศัพท์มือถือรถยนต์รถยนต์โรงไฟฟ้า แล้วยักษ์ใหญ่ด้านยานยนต์เช่น Ballard, Honda, Daimler Chrysler, General Motors กำลังสาธิตรถยนต์และรถโดยสารที่วิ่งบนเซลล์เชื้อเพลิงขนาด 50kW มี บริษัท หลายแห่งพัฒนาขึ้น เซลล์เชื้อเพลิงอิเล็กโตรไลต์เซลล์เชื้อเพลิงแข็งตัวได้ถึง 500 กิโลวัตต์. แต่แม้จะมีการค้นพบครั้งสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิง แต่ก็ยังมีปัญหามากมายที่ต้องแก้ไขเกี่ยวกับต้นทุนความน่าเชื่อถือและความปลอดภัย

ในเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่และตัวสะสมทั้งเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์นั้นมาจากภายนอก เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเพียงตัวกลางในการทำปฏิกิริยาและภายใต้สภาวะที่เหมาะสมมันสามารถทำงานได้เกือบตลอดไป ความงามของเทคโนโลยีนี้ก็คือ ในความเป็นจริงเชื้อเพลิงถูกเผาในองค์ประกอบและพลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยตรง. ด้วยการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยตรงจะถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนและความร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้จะถูกใช้เพื่อการทำงานที่มีประโยชน์

ในเซลล์เชื้อเพลิงเช่นเดียวกับแบตเตอรี่ปฏิกิริยาของเชื้อเพลิงออกซิเดชั่นและออกซิเจนจะถูกแยกออกจากกันและกระบวนการของการ "เผาไหม้" จะดำเนินการต่อเมื่อเซลล์จ่ายกระแสให้โหลดเท่านั้น มันเหมือน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลไม่รวมดีเซลและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า. และยังไม่มีควันเสียงความร้อนสูงเกินไปและมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก หลังถูกอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าประการแรกไม่มีอุปกรณ์เครื่องจักรกลระดับกลางและประการที่สองเซลล์เชื้อเพลิงไม่ใช่เครื่องยนต์ความร้อนดังนั้นจึงไม่ปฏิบัติตามกฎหมายการ์โนต์ (นั่นคือประสิทธิภาพของมันไม่ได้ถูกกำหนดโดยความแตกต่างของอุณหภูมิ)

ออกซิเจนถูกใช้เป็นสารออกซิไดซ์ในเซลล์เชื้อเพลิง นอกจากนี้เนื่องจากออกซิเจนมีอยู่ในอากาศเพียงพอจึงไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการจัดหาสารออกซิไดซ์ สำหรับเชื้อเพลิงมันคือไฮโดรเจน ดังนั้นปฏิกิริยาเกิดขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิง:

2H2 + O2 → 2H2O + ไฟฟ้า + ความร้อน

ผลที่ได้คือพลังงานและไอน้ำที่มีประโยชน์ การออกแบบที่ง่ายที่สุดคือ เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (ดูรูปที่ 1) มันทำงานดังนี้: ไฮโดรเจนที่เข้าสู่ธาตุสลายตัวภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาให้เป็นอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออนที่มีประจุบวก H + จากนั้นจะมีเมมเบรนชนิดพิเศษเข้ามาเล่นโดยทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ทั่วไป เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีมันผ่านโปรตอนผ่านตัวมันเอง แต่มันดักจับอิเล็กตรอน ดังนั้นอิเล็กตรอนที่สะสมอยู่ในขั้วบวกจะสร้างประจุลบที่มากเกินไปและไฮโดรเจนไอออนก็จะสร้างประจุบวกที่ขั้วลบ (แรงดันไฟฟ้าของธาตุนั้นประมาณ 1V)

เพื่อสร้างพลังงานสูงเซลล์เชื้อเพลิงจะประกอบขึ้นจากเซลล์ส่วนใหญ่ หากคุณรวมองค์ประกอบในการโหลดอิเลคตรอนก็ไหลผ่านไปยังแคโทดเพื่อสร้างกระแสและทำให้กระบวนการออกซิเดชั่นไฮโดรเจนโดยออกซิเจนเสร็จสมบูรณ์ ในฐานะที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิงอนุภาคไมโครแพลตินัมที่สะสมอยู่บนคาร์บอนไฟเบอร์มักจะถูกนำมาใช้ เนื่องจากโครงสร้างของมันตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นนี้ผ่านก๊าซและไฟฟ้าได้ดี โดยทั่วไปแล้วเมมเบรนจะทำจากพอลิเมอร์ Nafion ที่มีซัลเฟอ ความหนาของเมมเบรนเท่ากับหนึ่งในสิบของมิลลิเมตร แน่นอนว่าในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาความร้อนจะถูกปลดปล่อยออกมา แต่ก็ไม่มากนักดังนั้นอุณหภูมิจะยังคงอยู่ในช่วง 40-80 ° C

รูปที่ 1 หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิง

มีเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่น ๆ ส่วนใหญ่แตกต่างกันในประเภทของอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ เกือบทั้งหมดต้องการไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงดังนั้นจึงมีคำถามเชิงตรรกะเกิดขึ้น: จะหาได้ที่ไหน แน่นอนว่ามันเป็นไปได้ที่จะใช้ไฮโดรเจนที่ถูกบีบอัดจากกระบอกสูบ แต่ทันทีที่มีปัญหาเกี่ยวกับการขนส่งและการเก็บรักษาก๊าซไวไฟสูงนี้ภายใต้แรงดันสูง แน่นอนคุณสามารถใช้ไฮโดรเจนในรูปแบบที่ถูกผูกไว้เช่นเดียวกับในแบตเตอรี่โลหะไฮไดรด์ แต่ถึงกระนั้นงานยังคงเป็นของการสกัดและการขนส่งเพราะโครงสร้างพื้นฐานของสถานีบริการก๊าซไฮโดรเจนไม่มีอยู่

อย่างไรก็ตามยังมีวิธีแก้ปัญหาที่นี่ - เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวสามารถใช้เป็นแหล่งไฮโดรเจนได้ ตัวอย่างเช่นเอทิลหรือเมทิลแอลกอฮอล์ จริงแล้วต้องมีอุปกรณ์พิเศษเพิ่มเติมอยู่แล้วที่นี่ - เครื่องเปลี่ยนเชื้อเพลิงซึ่งเปลี่ยนแอลกอฮอล์เป็นส่วนผสมของก๊าซ H2 และ CO2 ที่อุณหภูมิสูง (สำหรับเมทานอลจะอยู่ที่ประมาณ 240 ° C) แต่ในกรณีนี้มันยากกว่าที่จะคิดเกี่ยวกับการพกพา - อุปกรณ์ดังกล่าวถูกใช้อย่างดีในลักษณะนิ่ง alternators รถแต่สำหรับอุปกรณ์พกพาขนาดกะทัดรัดคุณต้องการสิ่งที่ยุ่งยากน้อยกว่า

และที่นี่เรามาถึงอุปกรณ์นั้นการพัฒนาซึ่งผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ที่สุดเกือบทั้งหมดมีส่วนร่วมด้วยกำลังที่ย่ำแย่ - เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอล (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงกับเมทานอล

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างองค์ประกอบการเติมไฮโดรเจนและเมทานอลคือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลช่วยให้สามารถกำจัดโปรตอนออกจากโมเลกุลแอลกอฮอล์ได้โดยตรงดังนั้นประเด็นเรื่องเชื้อเพลิงกำลังได้รับการแก้ไข - เมทิลแอลกอฮอล์นั้นผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากสำหรับอุตสาหกรรมเคมีมันง่ายต่อการจัดเก็บและขนส่งและการชาร์จเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลก็พอเพียงที่จะเปลี่ยนตลับหมึกด้วยเชื้อเพลิง จริงอยู่มีหนึ่งลบที่สำคัญ - เมทานอลเป็นพิษ นอกจากนี้ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลต่ำกว่าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญ

มะเดื่อ 3. เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอล

ตัวเลือกที่น่าดึงดูดที่สุดคือการใช้เอทิลแอลกอฮอล์เป็นเชื้อเพลิงเนื่องจากการผลิตและจำหน่ายเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ที่มีส่วนประกอบและความแข็งแกร่งใด ๆ ก็ได้รับการยอมรับทั่วโลก อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงเอทานอลน่าเสียดายที่ต่ำกว่าเมทานอล

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วหลายปีของการพัฒนาในด้านเซลล์เชื้อเพลิงเซลล์เชื้อเพลิงชนิดต่าง ๆ ได้ถูกสร้างขึ้น เซลล์เชื้อเพลิงแบ่งออกเป็นอิเล็กโทรไลต์และชนิดของเชื้อเพลิง

1. อิเล็กโทรไลต์ไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลต์แข็ง

2. เซลล์เชื้อเพลิงพอลิเมอร์เมทานอลแข็ง

3. องค์ประกอบเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลอัลคาไลน์

4. เซลล์เชื้อเพลิงกรดฟอสฟอริก

5. เซลล์เชื้อเพลิงในคาร์บอเนตหลอมเหลว

6. เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์ของแข็ง

ตามหลักการแล้วประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงจะสูงมาก แต่ในสภาพจริงมีการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ไม่มี quilibrium เช่นการสูญเสีย ohmic เนื่องจากการนำของอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรดการเปิดใช้งานและความเข้มข้นโพลาไรซ์ ด้วยเหตุนี้ส่วนหนึ่งของพลังงานที่สร้างขึ้นในเซลล์เชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นความร้อน ความพยายามของผู้เชี่ยวชาญมีวัตถุประสงค์เพื่อลดการสูญเสียเหล่านี้

แหล่งที่มาหลักของการสูญเสีย ohmic เช่นเดียวกับเหตุผลที่ทำให้ราคาของเซลล์เชื้อเพลิงมีราคาสูงคือเยื่อแผ่นแลกเปลี่ยนซัลเฟต - ไอออน ตอนนี้พวกเขากำลังค้นหาโพลีเมอร์แบบทางเลือกอื่นที่ราคาถูกกว่า เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเหล่านี้ (อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง) ถึงค่าที่ยอมรับได้ (10 โอห์ม / ซม.) ต่อหน้าน้ำเท่านั้นก๊าซที่ส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิงจะต้องได้รับการชุบด้วยอุปกรณ์พิเศษเพิ่มเติมซึ่งทำให้ระบบมีราคาแพงกว่า ในขั้วไฟฟ้าแก๊สตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนใหญ่จะใช้ทองคำขาวและโลหะมีตระกูลอื่น ๆ และยังไม่พบสิ่งทดแทน แม้ว่าปริมาณแพลตตินั่มในเซลล์เชื้อเพลิงจะมีหลาย mg / cm2 แต่สำหรับแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ก็มีปริมาณถึงสิบกรัม

เมื่อออกแบบเซลล์เชื้อเพลิงระบบการกำจัดความร้อนจะต้องให้ความสนใจอย่างมากเนื่องจากที่ความหนาแน่นกระแสสูง (สูงถึง 1A / cm2) ระบบจะทำให้ตัวเองร้อนขึ้น สำหรับการหล่อเย็นจะมีการใช้น้ำหมุนเวียนในเซลล์เชื้อเพลิงผ่านช่องทางพิเศษและที่ความจุต่ำจะใช้การเป่าลม

ดังนั้นระบบที่ทันสมัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเคมีไฟฟ้านอกเหนือจากแบตเตอรี่เซลล์เชื้อเพลิงแล้ว "เติบโต" พร้อมกับอุปกรณ์เสริมมากมายเช่นปั๊ม, ปั๊มสำหรับการจ่ายอากาศ, ช่องเติมไฮโดรเจน, ความชื้นในอากาศ, หน่วยทำความเย็น, ระบบควบคุมการรั่วไหลของแก๊ส, ตัวแปลง DC / AC เป็นต้นทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าต้นทุนของระบบเซลล์เชื้อเพลิงในปี 2547-2548 อยู่ที่ 2-3 พันดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุเซลล์เชื้อเพลิงจะพร้อมใช้งานสำหรับการขนส่งและในโรงไฟฟ้าที่อยู่กับที่ในราคา 50-100 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์

สำหรับการแนะนำเซลล์เชื้อเพลิงในชีวิตประจำวันพร้อมกับส่วนประกอบที่ถูกกว่าคุณต้องคาดหวังแนวคิดและแนวทางใหม่ ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความหวังสูงเกี่ยวข้องกับการใช้วัสดุนาโนและนาโนเทคโนโลยี ตัวอย่างเช่นเมื่อเร็ว ๆ นี้หลาย บริษัท ได้ประกาศการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอิเล็กโทรดออกซิเจนที่อยู่บนพื้นฐานของกลุ่มอนุภาคนาโนของโลหะชนิดต่าง ๆ นอกจากนี้ยังมีรายงานการออกแบบเซลล์เชื้อเพลิงที่ปราศจากเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเชื้อเพลิงเหลว (เช่นเมทานอล) ถูกส่งไปยังเซลล์เชื้อเพลิงพร้อมกับสารออกซิไดซ์แนวคิดที่น่าสนใจคือแนวคิดที่พัฒนาขึ้นขององค์ประกอบเชื้อเพลิงชีวภาพที่ปฏิบัติการในน้ำเสียและการใช้ออกซิเจนละลายเป็นสารออกซิไดซ์และสิ่งสกปรกอินทรีย์เป็นเชื้อเพลิง

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุเซลล์เชื้อเพลิงจะเข้าสู่ตลาดมวลชนในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า แท้จริงแล้วผู้พัฒนาได้พิชิตปัญหาทางเทคนิครายงานความสำเร็จและนำเสนอต้นแบบของเซลล์เชื้อเพลิง ตัวอย่างเช่นโตชิบาได้สาธิตเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลต้นแบบสำเร็จรูป มันมีขนาด 22x56x4.5 มม. และให้กำลังสั่ง 100mW การเติมน้ำมันหนึ่งครั้งในเมทานอลเข้มข้น 2 ก้อน (99.5%) เพียงพอสำหรับการใช้งานเครื่องเล่น MP3 ได้ 20 ชั่วโมง โตชิบาได้เปิดตัวเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์เพื่อเสริมกำลังโทรศัพท์มือถือ อีกครั้งเดียวกันกับที่โตชิบาแสดงให้เห็นถึงองค์ประกอบสำหรับการเปิดเครื่องแล็ปท็อปขนาด 275x75x40 มม. ทำให้คอมพิวเตอร์ทำงานได้ 5 ชั่วโมงจากการเติมน้ำมันครั้งเดียว

บริษัท ฟูจิตสึญี่ปุ่นอีกแห่งหนึ่งอยู่ไม่ไกลจากโตชิบา ในปี 2004 เธอยังแนะนำองค์ประกอบที่ทำหน้าที่แก้ปัญหาน้ำเมทานอล 30% เซลล์เชื้อเพลิงนี้ทำงานที่การเติมน้ำมันหนึ่งครั้งใน 300 มล. เป็นเวลา 10 ชั่วโมงและในเวลาเดียวกันก็ให้พลังงาน 15 วัตต์

Casio กำลังพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งเมทานอลจะถูกประมวลผลครั้งแรกเป็นส่วนผสมของก๊าซ H2 และ CO2 ในเครื่องแปลงเชื้อเพลิงขนาดเล็กจากนั้นป้อนเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิง ในระหว่างการสาธิตต้นแบบของ Casio ให้พลังงานกับแล็ปท็อปเป็นเวลา 20 ชั่วโมง

Samsung ได้รับการกล่าวถึงในด้านเซลล์เชื้อเพลิง - ในปี 2004 มันแสดงให้เห็นถึงต้นแบบ 12 W ที่ออกแบบมาเพื่อใช้พลังงานกับแล็ปท็อป โดยทั่วไปซัมซุงคาดว่าจะใช้เซลล์เชื้อเพลิงเป็นหลักในสมาร์ทโฟนรุ่นที่สี่

ฉันต้องบอกว่า บริษัท ญี่ปุ่นโดยทั่วไปเข้าหาการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงอย่างละเอียด ย้อนกลับไปในปี 2546 บริษัท ต่างๆเช่น Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony และ Toshiba ร่วมมือกันพัฒนามาตรฐานเซลล์เชื้อเพลิงทั่วไปสำหรับแล็ปท็อปโทรศัพท์มือถือ PDA และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ บริษัท อเมริกันซึ่งมีอยู่มากมายในตลาดนี้ส่วนใหญ่ทำงานภายใต้สัญญากับกองทัพและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับทหารอเมริกัน

ชาวเยอรมันอยู่ไม่ไกลหลัง - Smart Fuel Cell จำหน่ายเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อจ่ายไฟให้สำนักงานเคลื่อนที่ อุปกรณ์นี้เรียกว่า Smart Fuel Cell C25 มีขนาด 150x112x65 มม. และสามารถผลิตได้สูงสุด 140 วัตต์ต่อชั่วโมงที่สถานีบริการน้ำมันเดียว นี่เพียงพอสำหรับการใช้งานแล็ปท็อปประมาณ 7 ชั่วโมง จากนั้นตลับหมึกสามารถเปลี่ยนได้และคุณสามารถทำงานต่อไปได้ ขนาดของตลับหมึกที่มีเมทานอลคือ 99x63x27 มม. และมีน้ำหนัก 150 กรัม ระบบมีน้ำหนัก 1.1 กก. ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถพกพาได้อย่างแน่นอน แต่ก็ยังเป็นอุปกรณ์ที่สมบูรณ์และสะดวกสบาย บริษัท กำลังพัฒนาโมดูลเชื้อเพลิงสำหรับจ่ายไฟสำหรับกล้องวิดีโอระดับมืออาชีพ

โดยทั่วไปเซลล์เชื้อเพลิงได้เข้าสู่ตลาดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาเกือบแล้ว ผู้ผลิตจะถูกทิ้งไว้เพื่อแก้ไขปัญหาทางเทคนิคล่าสุดก่อนที่จะเริ่มการผลิตจำนวนมาก

ประการแรกมันเป็นสิ่งจำเป็นในการแก้ปัญหาของเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็ก ท้ายที่สุดเซลล์เชื้อเพลิงขนาดเล็กก็จะสามารถให้พลังงานน้อยลงดังนั้นตัวเร่งปฏิกิริยาและขั้วไฟฟ้าใหม่จึงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้มีขนาดเล็กลงเพื่อเพิ่มพื้นผิวการทำงานสูงสุด ที่นี่ทันเวลาการพัฒนาล่าสุดในด้านนาโนเทคโนโลยีและวัสดุนาโน (เช่นนาโนทิวบ์) มีประโยชน์ อีกครั้งเพื่อลดขนาดของท่อขององค์ประกอบ (ปั๊มน้ำมันและปั๊มน้ำระบบระบายความร้อนและการแปลงเชื้อเพลิง), ความก้าวหน้าของไมโครอิเล็กทรอนิคส์มีการใช้มากขึ้น

ปัญหาสำคัญที่สองที่ต้องแก้ไขคือราคา แท้จริงแล้วแพลตตินัมราคาแพงนั้นถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่อีกครั้งผู้ผลิตบางรายพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีซิลิคอนที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดีแล้ว

สำหรับพื้นที่อื่น ๆ ของการใช้เซลล์เชื้อเพลิงเซลล์เชื้อเพลิงได้รับการจัดตั้งขึ้นแล้วแม้ว่าจะยังไม่ได้กลายเป็นกระแสหลักในภาคพลังงานหรือในการขนส่ง ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายได้นำเสนอรถยนต์แนวคิดเซลล์เชื้อเพลิง ในหลาย ๆ เมืองทั่วโลกรถโดยสารเซลล์เชื้อเพลิงวิ่งไปทั่ว ระบบพลังงานของแคนาดาบัลลาร์ดผลิตเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบตั้งต้นได้ตั้งแต่ 1 ถึง 250 กิโลวัตต์ ในเวลาเดียวกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากิโลวัตต์ได้รับการออกแบบเพื่อจัดหาอพาร์ทเมนท์หนึ่งทันทีพร้อมด้วยไฟฟ้าความร้อนและน้ำร้อน

ดูเพิ่มเติมที่: แหล่งพลังงานทางเลือก