Alexander Kuklev (akuklev) wrote,
Alexander Kuklev
akuklev

Fuel cells and flow batteries

Идея топливного элемента симпатична тем, что это вариант “теплоэлектростанции” или “дизельного генератора”, только по умному. Тихо, без движущихся частей вместо того чтобы сжигать и потом по-хитрому использовать тепло для электрогенерации, мы сразу генерируем электричество в процессе “сжигания-через-мембрану”.

Только эффективные мембраны можно делать только для какого-то одного сорта ионов, проще всего — для протонов, ионов стандартного водорода. Но водородные топливные ячейки в земных условиях не особенно полезны, потому что во-первых водород надо сперва сделать, а во-вторых хранить водород эффективно невозможно. По той же причине, по которой хорошо работают мембраны. Интереснее было бы иметь топливные ячейки, для чего-нибудь, что относительно легко хранить, и что либо можно добывать, либо имеется в обилии почти нахаляву, потому что является побочным продуктом какого-нибудь распространённого процесса. И чтобы продукты реакции были нетоксичные совсем, а топливо — не сильно токсичным. И чтобы водорода там много, а всего остального окисляемого — мало.

На практике в качестве такового умеют использовать метанол. Жидкость, которая остаётся жидкостью во всём диапазоне земных температур, хранить очень удобно. Не особенно токсично. Но в природе не добывается, а побочным продуктом является очень постольку-поскольку, поэтому делать на базе таких ячеек электростанции или хотя бы микроэлектростанции (скажем для электрогенерации на какой-нибудь полярной базе) никто не будет. Слишком дорого и вообще. В качестве источников питания для автомобилей подходит посредственно, для гаджетов и летательных аппаратов вообще не подходит.
(Бывает и вариант при комнатной температуре, вырабатывает CO2, но показатели так себе. И при этом окисление С происходит не через мембрану а так, и оно экзотермическое. Так что нужен ещё и теплоотвод.)

Лучший кандидат, конечно метан. Он и широко распространённое полезное ископаемое, и побочный продукт переработки ненужной биомассы, канализационных стоков и мусора, и хранить его относительно несложно, и продукты окисления нетоксичные — только вода и C или CO2, и соотношение водорода ко ”всему остальному окисляемому” лучше чем у чего бы то ни было. В принципе такие ячейки возможны, причём в условиях электростанций могут использоваться в такие, у которых CO и CO2 не производится вовсе (т.е. единственный выхлоп — чистая вода), а производится исключительно мелкодисперсный уголь, который можно закапывать назад в землю на радость зелёным. КПД совместной тепло-и-электрогенерации свыше 90% тоже очень порадовали, и не только зелёных. Если бы кто-нибудь научился делать такие ячейки без использования массивных катализаторов из дороже платины, сразу бы пошло в производство. Но увы.

Redox flow battery это просто обратимый топливный элемент. Т.е. можно заряжать, можно разряжать. Узел электрогенерации с мембранкой маленький, а цистерны с католитом и анолитом (жидкостями по сторонам от мембранки) сколь угодно большие. К сожалению, чтобы это работало католит и анолит обязаны быть сложными, а поэтому энергетическая плотность таких аккумуляторов невелика, т.е. для гаджетов, летательных аппаратов и автомобилей опять нафик. Зато есть небеспочвенная надежда, что такая штуковина может иметь высокий КПД, причём с использованием чисто органических католита и анолита, не содержащих вообще никаких дорогих или редких составляющих. То есть стоять рядом с электростанцией нагрузки выравнивать — самое оно. Более того, такие аккумуляторы — это вообще единственный серьёзный вариант электрохимического grid storage, т.е. аккумулятора для выравнивания суточных (и, возможно, недельных) колебаний баланса производства-потребления электросети масштаба континента.
(Ещё такие аккумуляторы, возможно, интересны для грузовых кораблей, не век же им на дизеле плавать.)
Subscribe

  • (no subject)

    Встретил фотографию толпы футбольных фанатов, и она меня скорее напугала, у меня уж точно нет желания быть там среди них. Но внезапно я понял, что…

  • Прогресс

    Десять дней назад, вторая ступень SpaceX'овского корабля Starship своим ходом слетала своим ходом на десять километров вверх, и усмепшно приземлилась…

  • О водосбережении

    Как известно, питьевая вода во многих странах дефицитный ресурс. И даже в дождливой Германии летом иногда случаются засухи, в результате которых она…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments