Yakıt hücreleri Nedir

Yakıt hücreleri

Bir yüzyıl kadar önce, Dünya'daki binlerce otomobil vardı. Bugün, milyarlarca araba var ; gezegendeki her yedi kişiye bir tane araba düşüyor.. Dünya'yı sadece sınırlı miktarda yakıtla dev bir benzin istasyonu olarak düşünün ve bir sorunumuz olduğunu çok çabuk farkedeceksiniz. Birçok jeolog, "zirve noktası dedikleri bir noktaya ulaştığımızı düşünüyor ve önümüzdeki birkaç on yıl içinde, benzin (ve petrolden yapılmış her şey) tedarikleri azalmaya başlayacak. Bu olursa, tüm arabalarımız nereden yakıt alırlar? Kısa vadeli düzeltme, mevcut otomobillerden daha iyi yakıt verimliliği elde etmektir. Uzun vadede, çözüm, araçların benzinli motorlardan ve dizelden elektrikli yakıt pillerine geçmek olabilir, ki bunlar asla düz olmayan hidrojen gazı ile çalışan pillere benziyorlar. Sessiz ve kirliliksiz , onlar henüz geliştirilmiş en temiz ve en yeşil güç kaynakları arasında. 

 

Yakıt hücreleri nedir?

Modern arabaya güç sağlamak için gerçekten iki yol var. Bugün yolda olan çoğu otomobil, petrol bazlı yakıt yakmak, ısı üretmek ve şanzımanı ve tekerlekleri çalıştırmak için pistonları aşağı yukarı itmek için içten yanmalı bir motor kullanıyor. Elektrikli arabalar tamamen farklı bir şekilde çalışırlar. Bunun yerine bir motorun, onlar itimat piller beslemek elektrik güç elektrik motorları doğrudan tekerlekleri sürücü. Hibrid otomobiller hem içten yanmalı motorlara hem de elektrik motorlarına sahiptir ve sürüş koşullarına uymak için ikisi arasında geçiş yaparlar.

Yakıt pilleri  İçten yanmalı bir motorda olduğu gibi, bir tanktan yakıt kullanarak güç kazanırlar (ancak yakıt benzinli veya dizel yerine basınçlı hidrojen gazıdır ). Fakat, bir motorun aksine, yakıt hücresi hidrojeni yakmaz. Bunun yerine, su üretmek için havadaki oksijen ile kimyasal olarak kaynaşmış durumda. Bir pilin içinde olanı andıran süreçte, elektrik kesilir ve bu, bir aracı kullanabilen bir elektrik motoruna (veya motorlara) güç sağlamak için kullanılır. Tek atık;içilmeye müsait sudur – ve içebileceğiniz kadar çok saftır!

Yakıt pillerini asla düz çalışmayan piller olarak düşünün. İçindeki kimyasal maddeleri (normal piller gibi) yavaş yavaş boşaltmak yerine, yakıt pilleri sürekli bir hidrojen kaynağı ile çalışır ve depoda yakıt olduğu sürece elektrik üretmeye devam eder.

 

Bir yakıt hücresi, hidrojeni elektrik haline  nasıl dönüştürür

Bir yakıt hücresinde olan duruma elektrokimyasal reaksiyon denir . Bir kimyasal tepkime, çünkü iki kimyasalın birbirine karışması söz konusu olmasına karşın, bu elektriksel bir tepkidir, çünkü elektrik, tepkime devam ettiği sürece üretilir.

 

Bir yakıt hücresi, pilinkine benzer üç temel parçaya sahiptir. Pozitif yüklü bir terminal , negatif yüklü bir terminal  ve iki arasındaki  elektrolit olarak adlandırılan ayırıcı bir kimyasal vardır. 

İşte bir yakıt hücresi elektrik üretiyor:

Depodan gelen hidrojen gazı pozitif terminale gönderilir. Hidrojen yanıcı ve patlayıcı olduğundan, deponun aşırı güçlü olması gerekir.
Havadaki oksijen  negatif terminale ikinci bir boruya iner.
Pozitif terminal anot yakıt hücresinde meydana gelen kimyayı hızlandırmak için tasarlanmış değerli bir metal katalizörü olan platinden yapılır. H hidrojen iyonları elektronları alınmış hidrojen atomlarıdır. Başlaması gereken tek bir proton ve bir elektrona sahip oldukları için bir hidrojen iyonu bir proton ile aynı şeydir.
Pozitif yüklü olan protonlar negatif uca  çekilir ve elektrolite doğru iter. Elektrolit, özel bir polimer ( plastik ) filmden yapılmış ince bir zar olup sadece protonları geçirir.

Tipik bir hidrojen yakıt hücresi

Bu arada, elektronlar dış devreden akar.
Bunu yaparken, otomobilin tekerleklerini tahrik eden elektrikli motora  güç verirler. Sonunda negatif terminale  ulaşırlar.
Negatif terminalde, protonlar ve elektronlar, su üreten bir kimyasal reaksiyonda havadaki oksijen ile birleşir.
Su egzoz borusundan su buharı veya buhar olarak verilir.
Bu tür yakıt hücrelerine PEM denir . Hidrojen ve oksijen kaynağı olduğu sürece motor dönmeye devam edecektir. Havada her zaman bol miktarda oksijen bulunduğundan, tek sınırlayıcı faktör tankta ne kadar hidrojenin bulunduğudur.

Yakıt hücresi istifleri

Tek bir yakıt hücresi, tek bir kuru hücreli pil kadar sadece bir elektrik enerjisi üretir; yalnızca bir arabayı bırakın, bir dizüstü bilgisayara güç verecek kadar bile değildir ama burada süreklilik söz konusudur. Bu nedenle, araçlara yönelik olarak tasarlanan yakıt hücrelerinde, bir dizi birbirine bağlanmış yakıt hücresi yığınları kullanılır. Ürettikleri toplam elektrik, her bir hücrenin ürettiği güç ile çarpılan hücrenin sayısına eşittir.

Yakıt hücresi türleri

PEM yakıt hücreleri  motorlu araçlar için mühendisler tarafından tercih edilmekle birlikte , mümkün olan tek tasarıma sahip değildirler. Her biri farklı kimyasal reaksiyonlar kullanan çok sayıda pil türü olduğu gibi çok sayıda yakıt hücresi de vardır. Uzay aracı, alkalin yakıt hücresi (AFC) olarak adlandırılan daha ilkel bir tasarım kullanırken , katı oksit yakıt hücresi (SOFC) olarak bilinen alternatif bir tasarımla çok daha fazla güç elde edilebilir . Mikrobiyal yakıt hücreleriEkstra bir özelliğe sahiptirler: şeker, organik madde veya başka bir yakıt sindirmek için bir tank bakteri kullanırlar veya bir elektrik akımı (motora güç sağlamak için kullanılabilir) veya hidrojen üretirler (normalde bir yakıt hücresine güç sağlayabilir) yön). Bir başka olasılık, çatıda güneş enerjisi kullanan bir elektriği elektrolizörle hidrojen ve oksijen gazlarına bölmek için kullanan bir güneş panelli bir araca sahip olmaktır  Bu gazlar daha sonra yakıt üreten hücrelerde bir araya getirilir. (Güneşin enerjisini doğrudan kullanmak yerine bu şekilde olmanın avantajı , Güneş'in parladığı gündüz hidrojeni depolayabilmeniz ve daha sonra yakıt hücresini gece çalıştırmanız için kullanabilmenizdir.)

 

Bütün hidrojen nereden gelecek?

Son 150 yıldır neredeyse her araba oldukça karışık bir şekilde gaz çağıran bir sıvı üzerinde çalışıyor. Ancak önümüzdeki 150 yıl içinde, birçok kişi arabaların gerçek bir gazla çalışacağını düşünüyor : hidrojen. Teorik olarak, arabaları hidrojenden uzak tutmak harika bir fikirdir: en basit ve en yaygın kimyasal elementtir ve Evrendeki tüm maddenin büyük çoğunluğunu (dörtte üçü gibi) oluşturmaktadır. Herkes için çok şey var! Ancak bir sorun var: çevrenizdeki havada sallama ve çok fazla hidrojen bulamayacaksınız, her milyon litre havada yalnızca bir litre hidrojen bulacaksınız. (Hacim açısından, her Olimpik yüzme molasında rasgele karışan yaklaşık 2 litre su gibi bir şeydir bu…
 Hidrojeni Kendimiz sudan oluşturmak zorundayız.
 Bunu da  nasıl yapacağız? Tabi ki Elektrolizör ile…

Elektrolizörler ve elektroliz
Bir elektrolizör bir parça elektrokimyasal cihaz gerçekleştirmek için tasarlanmış  elektroliz bir çözelti bölme: atomuna bunun üzerinden elektrik geçirilerek yapılmış ı..Elektroliz, İngiliz kimyager Sir Humphry Davy (1778-1829) tarafından 18. yüzyılda keşfedildi.

Bir elektrolizör biraz tersine çalışan bir pil gibidir:

Bir pilde, iki elektrik terminali daldırılmış olarak kapalı bir kapta paketlenmiş kimyasallar vardır. Terminalleri bir devreye bağladığınızda, kimyasallar konteynır içinde reaksiyona girer ve devre içinden akan elektrik üretir. 
Bir elektrolizörde, bir kutuya bir solüsyon yerleştirin ve içine iki terminal daldırın. Terminalleri bir pil veya başka bir güç kaynağına bağlayın ve elektriği çözümden geçirin. Kimyasal reaksiyonlar gerçekleşir ve çözelti atomlarına bölünür. Kullanmak çözelti saf su (H ise 2 O), bunun hızlı bir şekilde (pozitif elektrotta) ve oksijen gazı (negatif elektrotta) hidrojen gazına kadar bölme bulabilirsiniz. Bu gazları gelecekte kullanmak üzere toplamak ve depolamak nispeten kolaydır.
Bir yakıt hücresine güç sağlamak için kullanılan elektroliz. 

Bir elektrolizör nasıl çalışır?

Hidrojen ve oksijen gazı yapmak için elektrolizi gösteren basit diyagramlar vardır

İşte çok basit bir elektrolizör hidrojeni sudan nasıl yapar:

Bir pil, pozitif terminali (bazen anot olarak adlandırılır) bir elektrolit aracılığıyla negatif terminale (veya katot) bağlar. Basit bir laboratuvar deneyinde elektrolit saf su olabilir. Gerçek bir elektrolizörde, iyonların içerisinden geçmesine izin veren elektrolit olarak bir katı polimer membran kullanılarak performans önemli derecede artar.
Güç açık olduğunda, su , pozitif yüklü hidrojen iyonlarına  ve negatif yüklü oksijen iyonlarına ayrılır
Pozitif hidrojen iyonları negatif terminale çekilir ve hidrojen gazı (H 2 ) oluşturmak için çiftler halinde yeniden birleştirilir .
(O Benzer şekilde, negatif oksijen iyonları pozitif terminaline çekilir ve oksijen gazı oluşturmak üzere orada çiftler halinde rekombine edilir ).


Hidrojen istasyonu

İnsanlar yakıt hücrelerini, 1960'lardan beri Apollo uzay roketlerini ilk olarak teknolojinin pratik olduğunu gösterdi. Dört yıl sonra sokaklarda pek çok yakıt hücresi arabası görülmeye başlandı Birincisi, dünya benzinli motorlar üretmekle yükümlüdür, bu yüzden doğal olarak çok daha ucuz, daha iyi test edilmiş ve daha güvenilirdir. 

Hidrojenli arabalar dolu bir dünyanın nasıl işleyebileceğini görmek kolay. Her yerde sudan hidrojen gazı üreten çok sayıda elektrolizör fabrikası olurdu. Artık gazlar sıvılardan veya katılardan çok daha fazla yer kaplıyor, bu nedenle hidrojen gazı sıvı hidrojene dönüştürmek, taşımak ve depolamak daha kolay hale getirmek için yüksek bir basınca sıkıştırıyor. Sonra hidrojeni, benzinli motorlar yerine yakıt hücreleri tarafından çalıştırılacak olan arabalarına pompalayabilecekleri benzin istasyonlarına götürmek çözüm olacaktır.

Ama sorun var o da şu ki:  Elektroliz ile hidrojen üretmek , enerjiyi gerektirir.  suyu ayırmak için elektriği kullanmamız gerekir. Bu elektriği sağlamak için tipik güneş pilleri kullanırsak, yüzde 10 dolayında verimli olurlarken, elektrolizör yüzde 75 oranında verimli olabileceğinden yüzde 7,5 oranında genel bir verimlilik elde edilir. Bu oldukça düşük bir kar olur.

Ayrıca, hidrojen taşıyan ve onu sıkıştıran enerji kullanıyoruz (hidrojen gazı sıvıya dönüştürüyor), böylece arabalar herhangi bir yere gitmek için tanklarından yeterince taşıdıklarından. Bu gerçek bir sorundur, çünkü hidrojenin enerji yoğunluğu (hacim veya kütlenin birimine düşen enerji miktarı) sadece benzinin yaklaşık beşte biridir. Başka bir deyişle, (benzinli otomobillerinizde hidrojenli arabanızın ağır olduğunu varsayarsak, durum böyle olmayabilir çünkü benzinli otomobillerin ağır motorlara ve şanzımanlara ihtiyaç duydukları için) beş kat daha fazlasına ihtiyaç duyarsınız. Bir diğer sorun hidrojeni uzun süre depolamak zordur, çünkü aşırı derecede minik moleküller çoğu konteynırdan kolaylıkla sızıntı yapar ve hidrojen yanıcıdır, sızıntı korkunç patlamalara neden olabilir. Ve sonra, elbette, yakıt hücreli bir otomobilin, hidrojene dönerek elektriklerini tekerleğini çalıştıran elektrik motorlarına döndürdüğü sürecin aksi yönünde verimsizlikler var.


Sıcak Hava olmadan Sürdürülebilir Enerji

Hidrojen, kendisi bir yakıt değil, başka bir işlemle yapılan yakıtın taşınması için bir yol değildir. Bu nedenle, benzine (orijinal bir yakıt) kıyasla pillerle (başka bir paketleme ve nakliye yolu) karşılaştırmak daha iyidir. Bugünün hidrojenli otomobilleri, pilleri çalıştıran ve sıradan benzinli veya dizel motorlu araçlardan daha az etkili olan en iyi elektrikli otomobillerden oldukça daha az verimlidir  Güneş pillerini kullanabiliriz suyun elektrolizini "ücretsiz" yapmak için kullanıyorduk ama aynı enerjiyi piller gibi kolayca depolayabilir ve bunun yerine otomobillerimize güç olarak kullanabiliriz. 

Yağdan başka bir şey var mı?

Petrol çok daha pahalı hale gelene kadar, sürücüler yakıt hücreli arabalara geçmek istemezler. O zaman bile, yakıt hücrelerinin arabalarını yakalayamayacak rakip teknolojileri var. 

 

 

hidrojen, hidroje yakıtı, elektroliz, yakıt pili, elektrikli arabalar, hidrojen yakıt, enerji ,teknoloji,

The following two tabs change content below.

Enerji Mühendisliği

Güncel Teknoloji haberlerinin yayınlandığı platform...

Latest posts by Enerji Mühendisliği (see all)

Takip edilen ,,,,,,,

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.