Eine Kraftstoffzelle ist ein Gerät, das die chemische Energie von einem Brennstoff in die Elektrizität durch eine chemische Reaktion mit Sauerstoff oder einem anderen Oxidieren-Reagenz umwandelt. Wasserstoff ist der allgemeinste Brennstoff, aber Kohlenwasserstoffe wie Erdgas und alcohols wie Methanol werden manchmal verwendet. Kraftstoffzellen sind von Batterien darin verschieden sie verlangen, dass eine unveränderliche Quelle des Brennstoffs und Sauerstoffes läuft, aber sie können Elektrizität ständig für erzeugen, so lange diese Eingänge geliefert werden.

Wäldchen von Welsh Physicist William hat die ersten groben Kraftstoffzellen 1839 entwickelt. Der erste kommerzielle Gebrauch von Kraftstoffzellen war in Raumfährten von NASA, um Macht für Untersuchungen, Satelliten und Raumkapseln zu erzeugen. Seitdem sind Kraftstoffzellen in vielen anderen Anwendungen verwendet worden. Kraftstoffzellen werden für die primäre und Aushilfsmacht für kommerzielle Industrie- und Wohngebäude und in entfernten oder unzugänglichen Gebieten verwendet. Sie sind an Macht-Kraftstoffzellfahrzeuge, einschließlich Automobile, Busse, Gabelstaplers, Flugzeuge, Boote, Motorräder und Unterseeboote gewöhnt.

Es gibt viele Typen von Kraftstoffzellen, aber sie alle bestehen aus einer Anode (negative Seite), eine Kathode (positive Seite) und ein Elektrolyt, der Anklagen erlaubt, sich zwischen den zwei Seiten der Kraftstoffzelle zu bewegen. Elektronen werden von der Anode bis die Kathode durch einen Außenstromkreis gezogen, direkte aktuelle Elektrizität erzeugend. Da der Hauptunterschied unter Kraftstoffzelltypen der Elektrolyt ist, werden Kraftstoffzellen durch den Typ des Elektrolyts klassifiziert, den sie verwenden. Kraftstoffzellen kommen in einer Vielfalt von Größen. Individuelle Kraftstoffzellen erzeugen sehr kleine Beträge der Elektrizität, ungefähr 0.7 Volt, so werden Zellen "aufgeschobert", oder der Reihe nach gelegt oder passen Stromkreisen an, um die Stromspannung und aktuelle Produktion zu vergrößern, um Energieerzeugungsanforderungen einer Anwendung zu entsprechen. Zusätzlich zur Elektrizität erzeugen Kraftstoffzellen Wasser, Hitze und, abhängig von der Kraftstoffquelle, den sehr kleinen Beträgen des Stickstoff-Dioxyds und der anderen Emissionen. Die Energieeffizienz einer Kraftstoffzelle ist allgemein zwischen 40-60 % oder effizienten bis zu 85 %, wenn überflüssige Hitze für den Gebrauch gewonnen wird.

Geschichte

Der Grundsatz der Kraftstoffzelle wurde vom deutschen Wissenschaftler Christian Friedrich Schönbein 1838 entdeckt und in einer der wissenschaftlichen Zeitschriften der Zeit veröffentlicht. Gestützt auf dieser Arbeit wurde die erste Kraftstoffzelle vom walisischen Wissenschaftler und Rechtsanwalt Herr William Robert Grove in der Ausgabe im Februar 1839 der Philosophischen Zeitschrift und Zeitschrift der Wissenschaft demonstriert und später 1842 in derselben Zeitschrift kurz gefasst. Die Kraftstoffzelle hat er verwendete ähnliche Materialien zur heutigen phosphorig-sauren Kraftstoffzelle gemacht.

1955 hat W. Thomas Grubb, ein Chemiker, der für General Electric Company (GE) arbeitet, weiter das ursprüngliche Kraftstoffzelldesign modifiziert, indem er eine sulphonated Polystyrol-Membran des Ion-Austausches als der Elektrolyt verwendet hat. Drei Jahre später hat ein anderer GE Chemiker, Leonard Niedrach, eine Weise ausgedacht, Platin auf die Membran abzulegen, die als Katalysator für die notwendige Wasserstoffoxydation und Sauerstoff-Verminderungsreaktionen gedient hat. Das ist bekannt als die Grubb-Niedrach 'Kraftstoffzelle' geworden. GE hat fortgesetzt, diese Technologie mit NASA und Flugzeug von McDonnell zu entwickeln, zu seinem Gebrauch während Projektzwillinge führend. Das war der erste kommerzielle Gebrauch einer Kraftstoffzelle. 1959 hat britischer Ingenieur Francis Thomas Bacon erfolgreich eine stationäre 5-Kilowatt-Kraftstoffzelle entwickelt. 1959 hat eine von Harry Ihrig geführte Mannschaft einen 15-Kilowatt-Kraftstoffzelltraktor für Allis-Chalmers gebaut, der über die Vereinigten Staaten auf Zustandmessen demonstriert wurde. Dieses System hat Ätzkali als der Elektrolyt verwendet und hat Wasserstoff und Sauerstoff als die Reaktionspartner zusammengepresst. Später 1959 haben Bacon und seine Kollegen eine praktische Fünf-Kilowatt-Einheit demonstriert, die dazu fähig ist, eine Schweißmaschine anzutreiben. In den 1960er Jahren haben Pratt und Whitney die amerikanischen Patente von Bacon für den Gebrauch in der amerikanischen Raumfahrt lizenziert, um Elektrizität und Trinkwasser (Wasserstoff und Sauerstoff zu liefern, der von den Raumfahrzeugzisternen sogleich verfügbar ist). 1991 wurde das erste Wasserstoffkraftstoffzellautomobil von Roger Billings entwickelt.

Die UTC Macht-Tochtergesellschaft von United Technologies Corporation war die erste Gesellschaft, um ein großes, stationäres Kraftstoffzellsystem für den Gebrauch als ein Kraftwärmekopplungskraftwerk in Krankenhäusern, Universitäten und großen Bürogebäuden zu verfertigen und zu kommerzialisieren. UTC Macht hat ihre Kraftstoffzelle, PureCell 200, ein 200-Kilowatt-System auf den Markt gebracht, das jetzt durch eine 400-Kilowatt-Version, das Modell 400 von PureCell ersetzt ist. UTC Macht setzt fort, der alleinige Lieferant von Kraftstoffzellen zu NASA für den Gebrauch in Raumfahrzeugen zu sein, Kraftstoffzellen für die Missionen von Apollo und das Raumfähre-Programm geliefert, und entwickelt Kraftstoffzellen für Automobile, Busse und Mobiltelefon-Türme. Die Gesellschaft hat demonstriert, dass die erste Kraftstoffzelle, die zum Starten unter eiskalten Bedingungen mit seinem Proton fähig ist, Membran austauscht.

Typen von Kraftstoffzellen; Design

Kraftstoffzellen kommen in vielen Varianten; jedoch arbeiten sie alle auf dieselbe allgemeine Weise. Sie werden aus drei angrenzenden Segmenten zusammengesetzt: die Anode, der Elektrolyt und die Kathode. Zwei chemische Reaktionen kommen an den Schnittstellen der drei verschiedenen Segmente vor. Das Nettoergebnis der zwei Reaktionen besteht darin, dass Brennstoff verbraucht wird, werden Wasser oder Kohlendioxyd geschaffen, und ein elektrischer Strom wird geschaffen, der verwendet werden kann, um elektrische Geräte, normalerweise gekennzeichnet als die Last anzutreiben.

An der Anode oxidiert ein Katalysator den Brennstoff, gewöhnlich Wasserstoff, den Brennstoff in ein positiv beladenes Ion und ein negativ beladenes Elektron verwandelnd. Der Elektrolyt ist eine spezifisch entworfene Substanz, so können Ionen ihn durchführen, aber die Elektronen können nicht. Die befreiten Elektronen reisen durch eine Leitung, die den elektrischen Strom schafft. Die Ionen reisen durch den Elektrolyt zur Kathode. Einmal das Erreichen der Kathode, die Ionen werden mit den Elektronen wieder vereinigt, und die zwei reagieren mit einer dritten Chemikalie, gewöhnlich Sauerstoff, um Wasser oder Kohlendioxyd zu schaffen.

Die wichtigsten Designeigenschaften in einer Kraftstoffzelle sind:

• Die Elektrolyt-Substanz. Die Elektrolyt-Substanz definiert gewöhnlich den Typ der Kraftstoffzelle.
• Der Brennstoff, der verwendet wird. Der allgemeinste Brennstoff ist Wasserstoff.
• Der Anode-Katalysator, der den Brennstoff in Elektronen und Ionen bricht. Der Anode-Katalysator wird gewöhnlich aus sehr feinem Platin-Puder zusammengesetzt.
• Der Kathode-Katalysator, der die Ionen in die überflüssigen Chemikalien wie Wasser oder Kohlendioxyd verwandelt. Der Kathode-Katalysator wird häufig aus Nickel zusammengesetzt, aber es kann auch ein mit Sitz in nanomaterial Katalysator sein.

Eine typische Kraftstoffzelle erzeugt eine Stromspannung von 0.6 V zu 0.7 V an der vollen steuerpflichtigen Last. Stromspannungsabnahmen als Strom nehmen wegen mehrerer Faktoren zu:

• Aktivierungsverlust
• Verlust von Ohmic (Spannungsabfall wegen des Widerstands der Zellbestandteile und Verbindungen)
• Massentransportverlust (Erschöpfung von Reaktionspartnern an Katalysator-Seiten unter hohen Lasten, schnellen Verlust der Stromspannung verursachend).

Um den gewünschten Betrag der Energie zu liefern, können die Kraftstoffzellen der Reihe nach und parallele Stromkreise verbunden werden, wo Reihe höhere Stromspannung nachgibt, und Parallele einem höheren Strom erlaubt, geliefert zu werden. Solch ein Design wird einen Kraftstoffzellstapel genannt. Die Zellfläche kann vergrößert werden, um stärkeren Strom von jeder Zelle zu erlauben.

Protonenaustauschmembran Kraftstoffzellen

Im archetypischen Wasserstoffsauerstoff-Design der Protonenaustauschmembran Kraftstoffzelle (PEMFC) trennt eine protonenführende Polymer-Membran, (der Elektrolyt), die Anode- und Kathode-Seiten. Das wurde eine "feste Polymer-Elektrolyt-Kraftstoffzelle" (SPEFC) am Anfang der 1970er Jahre genannt, bevor der Protonenaustauschmechanismus gut verstanden wurde. (Bemerken Sie, dass die Synonyme "Polymer-Elektrolyt-Membran" und "Protonenaustauschmechanismus" auf dasselbe Akronym hinauslaufen.)

Auf der Anode-Seite verbreitet sich Wasserstoff zum Anode-Katalysator, wo es sich später in Protone und Elektronen abtrennt. Diese Protone reagieren häufig mit oxidants das Veranlassen von sie zu werden, was allgemein mehrerleichterte Protonenmembranen genannt wird. Die Protone werden durch die Membran zur Kathode geführt, aber die Elektronen werden gezwungen, in einem Außenstromkreis zu reisen (Macht liefernd), weil die Membran elektrisch isoliert. Auf dem Kathode-Katalysator reagieren Sauerstoff-Moleküle mit den Elektronen (die durch den Außenstromkreis gereist sind), und Protone, um Wasser - in diesem Beispiel, dem einzigen Abfallprodukt, entweder Flüssigkeit oder Dampf zu bilden.

Zusätzlich zu diesem reinen Wasserstofftyp gibt es Kohlenwasserstoff-Brennstoffe für Kraftstoffzellen, einschließlich des Diesel, Methanol (sieh: Kraftstoffzellen des direkten Methanols und indirekte Methanol-Kraftstoffzellen) und chemischer hydrides. Die Abfallprodukte mit diesen Typen des Brennstoffs sind Kohlendioxyd und Wasser.

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Die verschiedenen Bestandteile eines PEMFC sind (i) bipolar Teller, (ii) Elektroden, (iii) Katalysator, (iv) Membran, und (v) die notwendige Hardware. Die für verschiedene Teile der Kraftstoffzellen verwendeten Materialien unterscheiden sich durch den Typ. Die bipolar Teller können aus verschiedenen Typen von Materialien, solcher als, metallen gemacht werden, haben Metall, Grafit, flexiblen Grafit, C-C Zusammensetzung, Zusammensetzungen des Kohlenstoff-Polymers usw. angestrichen. Der Membranenelektrode-Zusammenbau (MEA), wird als das Herz des PEMFC verwiesen und gewöhnlich aus einer zwischen angestrichenen Kohlepapieren von zwei Katalysator eingeschobenen Protonenaustauschmembran gemacht. Platin und/oder ähnlicher Typ von edlen Metallen werden gewöhnlich als der Katalysator für PEMFC verwendet. Der Elektrolyt konnte eine Polymer-Membran sein.

Protonenaustauschmembran Kraftstoffzelldesignprobleme

• Kosten. 2009 hat das Energieministerium berichtet, dass 80-Kilowatt-Automobilkraftstoffzellsystemkosten in der Volumen-Produktion (geplant zu 500,000 Einheiten pro Jahr) pro Kilowatt sind. Die Absicht ist pro Kilowatt. Die Kostendämmung im Laufe einer Periode der Rampe von ungefähr 20 Jahren ist in der Größenordnung von PEM Kraftstoffzellen erforderlich, um sich mit aktuellen Markttechnologien, einschließlich Benzins innere Verbrennungsmotoren zu bewerben. Viele Gesellschaften arbeiten an Techniken, um Kosten in einer Vielfalt von Wegen einschließlich des Reduzierens des Betrags von in jeder individuellen Zelle erforderlichem Platin zu reduzieren. Ballard Macht-Systeme haben Experimente mit einem Katalysator, der mit Kohlenstoff-Seide erhöht ist, die die 30-%-Verminderung (1 Mg/Cm ² zu 0.7 Mg/Cm ²) im Platin-Gebrauch ohne die Verminderung der Leistung erlaubt. Monash Universität, Melbourne verwendet PEDOT als eine Kathode. Veröffentlichte Studie von 2011 hat den ersten metallfreien electrocatalyst das Verwenden relativ billigen lackierten Kohlenstoff nanotubes dokumentiert, die weniger als 1 % die Kosten von Platin sind und von der gleichen oder höheren Leistung sind.
• Wasser und Luftmanagement (in PEMFCs). In diesem Typ der Kraftstoffzelle muss die Membran hydratisiert werden, Wasser verlangend, an genau derselben Rate verdampft zu werden, dass es erzeugt wird. Wenn Wasser zu schnell verdampft wird, trocknet die Membran, Widerstand darüber Zunahmen, und schließlich wird es krachen, einen kurzen "Gasstromkreis" schaffend, wo sich Wasserstoff und Sauerstoff direkt verbinden, Hitze erzeugend, die die Kraftstoffzelle beschädigen wird. Wenn das Wasser zu langsam verdampft wird, werden die Elektroden strömen, die Reaktionspartner davon abhaltend, den Katalysator zu erreichen und die Reaktion aufzuhören. Methoden, Wasser in Zellen zu führen, werden wie Electroosmotic-Pumpen entwickelt, die sich auf Fluss-Kontrolle konzentrieren. Ebenso in einem Verbrennungsmotor, einem unveränderlichen Verhältnis zwischen dem Reaktionspartner und Sauerstoff ist notwendig, um die Kraftstoffzelle zu behalten, die effizient funktioniert.
• Temperaturmanagement. Dieselbe Temperatur muss überall in der Zelle aufrechterhalten werden, um Zerstörung der Zelle durch das Thermalladen zu verhindern. Das ist besonders als 2H + O-> 2HO schwierig Reaktion ist hoch exothermic, so wird eine große Menge der Hitze innerhalb der Kraftstoffzelle erzeugt.
• Beständigkeit, Dienstleben und spezielle Voraussetzungen für einen Typ von Zellen. Stationäre Kraftstoffzellanwendungen verlangen normalerweise mehr als 40,000 Stunden der zuverlässigen Operation bei einer Temperatur von-35 °C zu 40 °C (-31 °F zu 104 °F), während Automobilkraftstoffzellen eine 5,000-stündige Lebensspanne (die Entsprechung von) unter äußersten Temperaturen verlangen. Aktuelles Dienstleben ist 7,300 Stunden unter Rad fahrenden Bedingungen. Automobilmotoren müssen auch im Stande sein, zuverlässig an-30 °C (-22 °F) anzufangen und eine hohe Macht zum Volumen-Verhältnis (normalerweise 2.5 Kilowatt pro Liter) zu haben.
• Beschränkte Kohlenmonoxid-Toleranz von einigen (non-PEDOT) Kathoden.

Hohe Temperaturkraftstoffzellen

SOFC

Feste Oxydkraftstoffzellen verwenden ein festes Material, meistens ein keramisches Material genannt yttria-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) als der Elektrolyt. Weil SOFCs völlig fester Materialien gemacht werden, werden sie auf die flache Flugzeug-Konfiguration anderer Typen von Kraftstoffzellen nicht beschränkt und werden häufig als gerollte Tuben entworfen. Sie verlangen hoch Betriebstemperaturen (800°C zu 1000°C) und können auf einer Vielfalt von Brennstoffen einschließlich Erdgases geführt werden.

SOFCs sind in diesem negativ beladenen Sauerstoff-Ion-Reisen von der Kathode (negative Seite der Kraftstoffzelle) zur Anode (positive Seite der Kraftstoffzelle) statt positiv beladener Wasserstoffionen einzigartig, die von der Anode bis die Kathode reisen, wie in allen anderen Typen von Kraftstoffzellen der Fall ist. Sauerstoff-Benzin wird durch die Kathode gefüttert, wo es mit Elektronen reagiert, um Sauerstoff-Ionen zu schaffen. Die Sauerstoff-Ionen reisen dann durch den Elektrolyt, um mit Wasserstoffbenzin an der Anode zu reagieren. Die Reaktion an der Anode erzeugt Elektrizität und Wasser als Nebenprodukte. Kohlendioxyd kann auch ein Nebenprodukt abhängig vom Brennstoff sein, aber die Kohlenstoff-Emissionen von einem SOFC System sind weniger als diejenigen von einem Verbrennen-Werk des fossilen Brennstoffs. Die chemischen Reaktionen für das SOFC System können wie folgt ausgedrückt werden:

:Anode-Reaktion: 2H + 2O  2HO + 4e

:Cathode-Reaktion: O + 4e  2O

:Overall-Zellreaktion: 2H + O  2HO

SOFC Systeme können auf Brennstoffen außer reinem Wasserstoffbenzin laufen. Jedoch, da Wasserstoff für die Reaktionen notwendig ist, die oben verzeichnet sind, muss der ausgewählte Brennstoff Wasserstoffatome enthalten. In der Größenordnung von der Kraftstoffzelle, um zu funktionieren, muss der Brennstoff in reines Wasserstoffbenzin umgewandelt werden. SOFCs sind dazu fähig, innerlich leichte Kohlenwasserstoffe wie Methan (Erdgas), Propan und Butan zu reformieren. Schwerere Kohlenwasserstoffe einschließlich Benzins, Diesel, Strahlbrennstoffs und Bio-Treibstöffe können als Brennstoffe in einem SOFC System dienen, aber ein Außenreformer ist erforderlich.

Herausforderungen bestehen in SOFC Systemen wegen ihrer hohen Betriebstemperaturen. Eine solche Herausforderung ist das Potenzial für Kohlenstoff-Staub, um sich auf der Anode zu entwickeln, die den inneren sich bessernden Prozess verlangsamt. Forschung, um diesen "Kohlenstoff zu richten, der" Problem an der Universität Pennsylvaniens verkokt, hat gezeigt, dass der Gebrauch von kupferbasiertem cermet (hitzebeständige Materialien, die aus keramischen und metallenen gemacht sind), das Verkoken und den Verlust der Leistung reduzieren kann. Ein anderer Nachteil von SOFC Systemen ist langsame Anlauf-Zeit, für bewegliche Anwendungen weniger nützlichen SOFCs machend. Trotz dieser Nachteile stellt eine hohe Betriebstemperatur einen Vorteil durch das Entfernen des Bedürfnisses nach einem Edelmetall-Katalysator wie Platin, dadurch das Reduzieren von Kosten zur Verfügung. Zusätzlich kann die überflüssige Hitze von SOFC Systemen gewonnen und wiederverwendet werden, die theoretische gesamte Leistungsfähigkeit zu nicht weniger als 80 %-85 % vergrößernd.

Die hohe Betriebstemperatur ist größtenteils wegen der physikalischen Eigenschaften des YSZ Elektrolyts. Als Temperatur, so das ionische Leitvermögen von YSZ abnimmt. Deshalb, um optimale Leistung der Kraftstoffzelle zu erhalten, ist eine hohe Betriebstemperatur erforderlich. Gemäß ihrer Website hat Ceres Macht, das Vereinigte Königreich SOFC Kraftstoffzellhersteller, eine Methode entwickelt, die Betriebstemperatur ihres SOFC Systems zu 500-600 Grad Celsius zu reduzieren. Sie haben den allgemein verwendeten YSZ Elektrolyt durch einen CGO (Cerium-Gadolinium-Oxyd) Elektrolyt ersetzt. Die niedrigere Betriebstemperatur erlaubt ihnen, rostfreien Stahl statt der Keramik als das Zellsubstrat zu verwenden, das Kosten und Anlauf-Zeit des Systems reduziert.

MCFC

Geschmolzene Karbonat-Kraftstoffzellen (MCFCs) verlangen eine hohe Betriebstemperatur, ähnlich SOFCs. MCFCs verwenden Lithiumpottasche-Salz als ein Elektrolyt, und bei hohen Temperaturen, dieses Salz schmilzt in einen geschmolzenen Staat, der die Bewegung der Anklage (in diesem Fall, negative Karbonat-Ionen) innerhalb der Zelle berücksichtigt.

Wie SOFCs sind MCFCs dazu fähig, fossilen Brennstoff zu einem wasserstoffreichen Benzin in der Anode umzuwandeln, das Bedürfnis beseitigend, Wasserstoff äußerlich zu erzeugen. Der sich bessernde Prozess schafft Emissionen. MCFC-vereinbare Brennstoffe schließen Erdgas, biogas und von Kohle erzeugtes Benzin ein. Der Wasserstoff im Benzin reagiert mit Karbonat-Ionen vom Elektrolyt, um Wasser, Kohlendioxyd, Elektronen und kleine Beträge anderer Chemikalien zu erzeugen. Die Elektronen reisen durch eine Außenstromkreis-Schaffen-Elektrizität und Rückkehr zur Kathode. Dort reagiert der Sauerstoff von der Luft und dem von der Anode wiederverwandten Kohlendioxyd mit den Elektronen, um Karbonat-Ionen zu bilden, die den Elektrolyt wieder füllen, den Stromkreis vollendend. Die chemischen Reaktionen für ein MCFC System können wie folgt ausgedrückt werden:

:Anode-Reaktion: CO + H  HO + CO + 2e

:Cathode-Reaktion: CO + ½O + 2e  CO

:Overall-Zellreaktion: H + ½O  HO

Als mit SOFCs schließen MCFC Nachteile langsame Anlauf-Zeiten wegen ihrer hohen Betriebstemperatur ein. Das macht MCFC Systeme nicht passend für bewegliche Anwendungen, und diese Technologie wird am wahrscheinlichsten zu stationären Kraftstoffzellzwecken verwendet. Die Hauptherausforderung der MCFC Technologie ist die kurze Lebensdauer der Zellen. Die hohe Temperatur und der Karbonat-Elektrolyt führen zu Korrosion der Anode und Kathode. Diese Faktoren beschleunigen die Degradierung von MCFC Bestandteilen, die Beständigkeit und das Zellleben vermindernd. Forscher richten dieses Problem, indem sie gegen die Korrosion widerstandsfähige Materialien für Bestandteile sowie Kraftstoffzelldesigns erforschen, die Zellleben vergrößern können, ohne Leistung zu vermindern.

MCFCs halten mehrere Vorteile gegenüber anderen Kraftstoffzelltechnologien einschließlich ihres Widerstands gegen Unreinheiten. Sie sind für das "Kohlenstoff-Verkoken" nicht anfällig, das sich auf die Kohlenstoff-Zunahme auf der Anode bezieht, die auf reduzierte Leistung dadurch hinausläuft, den inneren Kraftstoffverbessern-Prozess zu verlangsamen. Deshalb sind am Kohlenstoff reiche Brennstoffe wie von Kohle gemachtes Benzin mit dem System vereinbar. Das Energieministerium behauptet, dass Kohle selbst sogar eine Kraftstoffauswahl in der Zukunft sein könnte, annehmend, dass das System widerstandsfähig gegen Unreinheiten wie Schwefel und particulates gemacht werden kann, die sich aus dem Umwandeln von Kohle in Wasserstoff ergeben. MCFCs haben auch relativ hohe Wirksamkeit. Sie können eine Leistungsfähigkeit des Brennstoffs zur Elektrizität von 50 % beträchtlich höher erreichen als die 37-42-%-Leistungsfähigkeit eines phosphorigen sauren Kraftstoffzellwerks. Wirksamkeit kann nicht weniger als 65 % sein, wenn die Kraftstoffzelle mit einer Turbine, und 85 % paarweise angeordnet wird, wenn Hitze gewonnen und in einer Vereinigten Hitze und Macht (CHP) System verwendet wird.

Energie von FuelCell, ein Connecticut Kraftstoffzellhersteller, entwickelt und verkauft MCFC Kraftstoffzellen. Die Gesellschaft sagt, dass sich ihre MCFC Produkte von 300 Kilowatt bis 2.8 MW Systeme erstrecken, die elektrische 47-%-Leistungsfähigkeit erreichen und CHP Technologie verwerten können, um höher gesamte Wirksamkeit zu erhalten. Ein Produkt, das DFC-ERG, wird mit einer Gasturbine und gemäß der Gesellschaft verbunden, es erreicht eine elektrische Leistungsfähigkeit von 65 %.

Vergleich von Kraftstoffzelltypen

Leistungsfähigkeit von Hauptkraftstoffzelltypen

Wörterverzeichnis von Begriffen im Tisch:

• Anode: Die Elektrode, an der Oxydation (ein Verlust von Elektronen) stattfindet. Für Kraftstoffzellen und andere galvanische Zellen ist die Anode das negative Terminal; für elektrolytische Zellen (wo Elektrolyse vorkommt) ist die Anode das positive Terminal.
• Wässrige Lösung: a: in Zusammenhang mit, oder Ähnlichkeitswasser b: gemacht von, mit, oder durch Wasser.
• Katalysator: Eine chemische Substanz, die die Rate einer Reaktion vergrößert ohne, verbraucht zu werden; nach der Reaktion kann es von der Reaktionsmischung potenziell wieder erlangt werden und ist chemisch unverändert. Der Katalysator senkt die erforderliche Aktivierungsenergie, der Reaktion erlaubend, schneller oder bei einer niedrigeren Temperatur weiterzugehen. In einer Kraftstoffzelle erleichtert der Katalysator die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff. Es wird gewöhnlich aus Platin-Puder gemacht, das sehr dünn auf Kohlepapier oder Stoff angestrichen ist. Der Katalysator ist rau und porös, so kann die maximale Fläche des Platins zum Wasserstoff oder Sauerstoff ausgestellt werden. Die Platin-gekleidete Seite des Katalysators steht der Membran in der Kraftstoffzelle gegenüber.
• Kathode: Die Elektrode, an der die Verminderung (ein Gewinn von Elektronen) vorkommt. Für Kraftstoffzellen und andere galvanische Zellen ist die Kathode das positive Terminal; für elektrolytische Zellen (wo Elektrolyse vorkommt) ist die Kathode das negative Terminal.
• Elektrolyt: Eine Substanz, die beladene Ionen von einer Elektrode bis anderen in einer Kraftstoffzelle, Batterie oder electrolyzer führt.
• Kraftstoffzellstapel: Individuelle Kraftstoffzellen haben in einer Reihe in Verbindung gestanden. Kraftstoffzellen werden aufgeschobert, um Stromspannung zu vergrößern.
• Matrix: Etwas innerhalb, oder aus dem etwas anderes entsteht, entwickelt sich, oder nimmt Form an.
• Membran: Die sich trennende Schicht in einer Kraftstoffzelle, die als Elektrolyt (ein Ion-Ex-Wechsler) sowie ein Barriere-Film handelt, der das Benzin in den Anode- und Kathode-Abteilungen der Kraftstoffzelle trennt.
• Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC): Ein Typ der Kraftstoffzelle, die einen geschmolzenen Karbonat-Elektrolyt enthält. Karbonat-Ionen (CO3-2) werden von der Kathode bis die Anode transportiert. Betriebstemperaturen sind normalerweise nahe 650°C.
• Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC): Ein Typ der Kraftstoffzelle, in der der Elektrolyt aus konzentrierter phosphoriger Säure (H3PO4) besteht. Protone (H +) werden von der Anode bis die Kathode transportiert. Die Betriebstemperaturreihe ist allgemein 160°C-220°C.
• Polymer Electrolyte Membrane (PEM): Eine Kraftstoffzelle, die eine feste als sein Elektrolyt verwendete Polymer-Membran vereinigt. Protone (H +) werden von der Anode bis die Kathode transportiert. Die Betriebstemperaturreihe ist allgemein 60°C-100°C.
• Solid Oxide Fuel Cell (SOFC): Ein Typ der Kraftstoffzelle, in der der Elektrolyt ein festes, nichtporöses Metalloxyd, normalerweise Zirkoniumdioxid (ZrO2) ist, hat mit Y2O3 behandelt, und o-2 wird von der Kathode bis die Anode transportiert. Jeder CO im reformate Benzin wird zu an der Anode oxidiert. Temperaturen der Operation sind normalerweise 800°C-1,000°C.
• Lösung: a: Eine Tat oder der Prozess, durch den ein Festkörper, Flüssigkeit oder gasartige Substanz mit einer Flüssigkeit oder manchmal einem Gas- oder festem, b homogen gemischt werden: Eine homogene Mischung hat sich durch diesen Prozess geformt; besonders: ein einzeln-phasiges flüssiges System, c: die Bedingung, aufgelöst

zu werden

Weil mehr Information sieht, dass das Wörterverzeichnis der Kraftstoffzelle nennt

Theoretische maximale Leistungsfähigkeit

Die Energieeffizienz eines Systems oder Geräts, das Energie umwandelt, wird durch das Verhältnis des Betrags der nützlichen Energie gemessen, die durch das System ("Produktionsenergie") zur Summe der Energie ausgestellt ist, die in ("Eingangsenergie") oder durch die nützliche Produktionsenergie als ein Prozentsatz der Gesamteingangsenergie gestellt wird. Im Fall von Kraftstoffzellen wird nützliche Produktionsenergie in der elektrischen durch das System erzeugten Energie gemessen. Eingangsenergie ist die im Brennstoff versorgte Energie. Gemäß dem amerikanischen Energieministerium sind Kraftstoffzellen allgemein zwischen effizienter 40-60-%-Energie. Das ist höher als einige andere Systeme für die Energiegeneration. Zum Beispiel ist der typische innere Verbrennungsmotor eines Autos ungefähr 25 % effiziente Energie. In der vereinigten Hitze und Macht (CHP) Systeme wird die durch die Kraftstoffzelle erzeugte Hitze gewonnen und zum Gebrauch gestellt, die Leistungsfähigkeit des Systems zu bis zu 85-90 % vergrößernd.

Die theoretische maximale Leistungsfähigkeit jedes Typs des Energieerzeugungssystems wird in der Praxis selten erreicht, und es denkt andere Schritte in der Energieerzeugung, wie Produktion, Transport und Lagerung des Brennstoffs und Konvertierung der Elektrizität in die mechanische Macht nicht. Jedoch erlaubt diese Berechnung den Vergleich von verschiedenen Typen der Energieerzeugung. Die maximale theoretische Energieeffizienz einer Kraftstoffzelle ist 83 %, an der niedrigen Macht-Dichte funktionierend und reinen Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktionspartner (das Annehmen keiner Hitzewiedererlangung) Gemäß dem Weltenergierat verwendend, das vergleicht sich mit einer maximalen theoretischen Leistungsfähigkeit von 58 % für innere Verbrennungsmotoren. Während dieser Wirksamkeit in den meisten echten Weltanwendungen nicht genähert wird, können hohe Temperaturkraftstoffzellen (feste Oxydkraftstoffzellen oder geschmolzene Karbonat-Kraftstoffzellen) mit Gasturbinen theoretisch verbunden werden, um stationären Kraftstoffzellen zu erlauben, näher an der theoretischen Grenze zu kommen. Eine Gasturbine würde Hitze von der Kraftstoffzelle gewinnen und es in die mechanische Energie verwandeln, die betriebliche Leistungsfähigkeit der Kraftstoffzelle zu vergrößern. Diese Lösung ist vorausgesagt worden, um Gesamtleistungsfähigkeit zu nicht weniger als 70 % zu vergrößern.

In der Praxis

Die Leistungsfähigkeit der Zisterne zum Rad eines Kraftstoffzellfahrzeugs ist größer als 45 % an niedrigen Lasten und Show-Durchschnitt-Werten von ungefähr 36 %, wenn ein Fahrzyklus wie der NEDC (Neuer europäischer Fahrzyklus) als Testverfahren verwendet wird. Der vergleichbare NEDC-Wert für ein Dieselfahrzeug ist 22 %. 2008 hat Honda eine Demonstrationskraftstoffzelle elektrisches Fahrzeug (der Honda FCX Klarheit) mit dem Kraftstoffstapel veröffentlicht, eine 60-%-Leistungsfähigkeit der Zisterne zum Rad fordernd.

Es ist auch wichtig, Verluste wegen der Kraftstoffproduktion, des Transports und der Lagerung in die Rechnung zu nehmen. Kraftstoffzellfahrzeuge, die auf komprimiertem Wasserstoff laufen, können ein Macht-Werk haben, um Leistungsfähigkeit von 22 % umzudrehen, wenn der Wasserstoff als Hochdruckbenzin, und 17 % versorgt wird, wenn es als flüssiger Wasserstoff versorgt wird. Kraftstoffzellen können Energie wie eine Batterie nicht versorgen, außer als Wasserstoff, aber in einigen Anwendungen wie eigenständige Kraftwerke, die auf diskontinuierlichen Quellen solcher als gestützt sind, Sonnen- oder Windmacht, sie werden mit electrolyzers und Lagerungssystemen verbunden, um ein Energielagerungssystem zu bilden. Der grösste Teil von Wasserstoff wird jedoch durch das Dampfmethan-Verbessern erzeugt, und so strahlt der grösste Teil der Wasserstoffproduktion Kohlendioxyd aus. Die gesamte Leistungsfähigkeit (Elektrizität zu Wasserstoff und zurück zur Elektrizität) solcher Werke (bekannt als Rückfahrleistungsfähigkeit), mit reinem reinem und Wasserstoffsauerstoff kann "von 35 bis zu 50 Prozent", abhängig von der Gasdichte und den anderen Bedingungen sein. Während eine viel preiswertere leitungssaure Batterie ungefähr 90 % zurückgeben könnte, kann das electrolyzer/fuel Zellsystem unbestimmte Mengen von Wasserstoff versorgen, und wird deshalb für die langfristige Lagerung besser angepasst.

Fest-Oxydkraftstoffzellen erzeugen Exothermic-Hitze von der Wiederkombination des Sauerstoffes und Wasserstoffs. Die Keramik kann so heiß laufen wie 800 Grad Celsius. Diese Hitze kann gewonnen und verwendet werden, um Wasser in einer vereinigten Mikrohitze und Macht (M CHP) Anwendung zu heizen. Wenn die Hitze gewonnen wird, kann Gesamtleistungsfähigkeit 80-90 % an der Einheit erreichen, aber denkt Produktions- und Vertriebsverluste nicht. CHP Einheiten werden heute für den europäischen Hausmarkt entwickelt.

Professor Jeremy P. Meyers, in der Elektrochemischen Gesellschaftszeitschrift Schnittstelle 2008, hat geschrieben, "Während Kraftstoffzellen hinsichtlich Verbrennungsmotoren effizient sind, sind sie nicht so effizient, wie Batterien, in erster Linie dank der Wirkungslosigkeit der Sauerstoff-Verminderungsreaktion (und... der Sauerstoff-Evolutionsreaktion, der Wasserstoff sollte, durch die Elektrolyse von Wasser gebildet werden).... [T] haben he den grössten Teil des Sinns für die Operation, die vom Bratrost getrennt ist, oder wenn Brennstoff unaufhörlich zur Verfügung gestellt werden kann. Für Anwendungen, die häufige und relativ schnelle Anläufe verlangen..., wo Nullemissionen eine Voraussetzung, als in beiliegenden Räumen wie Lager sind, und wo Wasserstoff als ein annehmbarer Reaktionspartner, [betrachtet wird, wird PEM Kraftstoffzelle] eine immer attraktivere Wahl [wenn das Austauschen von Batterien] ungünstig ist".

Anwendungen

Macht

Stationäre Kraftstoffzellen werden für die kommerzielle, primäre und industrielle Wohn- und Aushilfsenergieerzeugung verwendet. Kraftstoffzellen sind als Macht-Quellen in abgelegenen Standorten, wie Raumfahrzeug, entfernte Wetterwarten, große Parks, Kommunikationszentren, ländliche Positionen einschließlich Forschungsstationen, und in bestimmten militärischen Anwendungen sehr nützlich. Ein Kraftstoffzellsystem, das auf Wasserstoff läuft, kann kompakt und leicht sein, und keine bewegenden Hauptteile haben. Weil Kraftstoffzellen keine bewegenden Teile haben und Verbrennen in idealen Bedingungen nicht einschließen, können sie bis zu 99.9999 % Zuverlässigkeit erreichen. Das entspricht zu weniger als einer Minute der Ausfallzeit in einer sechsjährigen Periode.

Seit dem Brennstoff cellelectrolyzer Systeme versorgen Brennstoff in sich nicht, aber verlassen sich eher auf Außenlagerungseinheiten, sie können in der groß angelegten Energielagerung, ländliche Gebiete erfolgreich angewandt werden, die ein Beispiel sind. Es gibt viele verschiedene Typen von stationären Kraftstoffzellen, so ändert sich Wirksamkeit, aber die meisten sind zwischen 40-%- und effizienter 60-%-Energie. Jedoch, wenn die überflüssige Hitze der Kraftstoffzelle verwendet wird, um ein Gebäude in einem Kraftwärmekopplungssystem zu heizen, kann diese Leistungsfähigkeit zu 85 % zunehmen. Das ist bedeutsam effizienter als traditionelle Kohlenkraftwerke, die die nur ungefähr eine dritte effiziente Energie sind. Als sie Produktion an der Skala angenommen haben, konnten Kraftstoffzellen 20-40 % auf Energiekosten, wenn verwendet, in Kraftwärmekopplungssystemen sparen. Kraftstoffzellen sind auch viel sauberer als traditionelle Energieerzeugung; ein Kraftstoffzellkraftwerk mit Erdgas als eine Wasserstoffquelle würde weniger als eine Unze der Verschmutzung (anders schaffen als) für alle 1,000 Kilowatt erzeugt im Vergleich zu 25 Pfunden von durch herkömmliche Verbrennen-Systeme erzeugten Schadstoffen. Kraftstoffzellen erzeugen auch um 97 % weniger Stickstoff-Oxydemissionen dann herkömmliche kohlenentlassene Kraftwerke.

Coca-Cola, Google, Walmart, Sysco, FedEx, USV, Ikea, Heftklammern, Ganze Nahrungsmittel, Kieme-Zwiebeln, Kuschelt Wasser, Pepperidge Farm, die Sierra Nevada Brauerei, Superlager-Industrien, Brigestone-Firestone, Nissan Nordamerika, Kimberly-Clark, Michelin, und mehr hat Kraftstoffzellen installiert, um zu helfen, ihren Macht-Bedarf zu decken. Ein solches Pilotprogramm funktioniert auf Stuart Island im Staat Washington. Dort hat die Energieinitiative von Stuart Island ein ganzes System des geschlossenen Regelkreises gebaut: Sonnenkollektoren treiben einen electrolyzer an, der Wasserstoff macht. Der Wasserstoff wird in daran versorgt, und führt eine Kraftstoffzelle von ReliOn, um volle elektrische Unterstützung dem Wohnsitz vom Bratrost zur Verfügung zu stellen. Eine andere geschlossene Systemschleife wurde gegen Ende 2011 in Hempstead, New York entschleiert

Kraftwärmekopplung

Vereinigte Hitze und Macht (CHP) Kraftstoffzellsysteme, einschließlich der vereinigten Mikrohitze und Macht (MicroCHP) Systeme werden verwendet, um sowohl Elektrizität als auch Hitze für Häuser zu erzeugen (sieh Hauskraftstoffzelle), Bürogebäude und Fabriken. Das System erzeugt unveränderliche elektrische Macht (Verkauf des Übernetzteils zum Bratrost, wenn es nicht verbraucht wird), und zur gleichen Zeit heiße Luft und Wasser von der überflüssigen Hitze erzeugt. MicroCHP ist gewöhnlich weniger als 5 kWe für eine Hauskraftstoffzelle oder Kleinunternehmen.

Die überflüssige Hitze von Kraftstoffzellen kann während des Sommers direkt in den Boden abgelenkt werden, der weiter das Abkühlen zur Verfügung stellt, während die überflüssige Hitze während des Winters direkt ins Gebäude gepumpt werden kann. Die Universität Minnesotas besitzt die offenen Rechte auf diesen Typ des Systems

Kraftwärmekopplungssysteme können 85-%-Leistungsfähigkeit (40-60 % elektrisch + Rest als thermisch) erreichen. Phosphorig-saure Kraftstoffzellen (PAFC) umfassen das größte Segment von vorhandenen CHP Produkten weltweit und können verbundene Wirksamkeit in der Nähe von 90 % zur Verfügung stellen. Geschmolzenes Karbonat (MCFC) und Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) werden auch für die vereinigte Hitze und Energieerzeugung verwendet und haben elektrische Energie effciences ungefähr 60 %.

Kraftstoffzelle elektrische Fahrzeuge (FCEVs)

Automobile

Obwohl es zurzeit keine für den kommerziellen Verkauf verfügbaren Kraftstoffzellfahrzeuge gibt, sind mehr als 20 FCEVs Prototypen und Demonstrationsautos seit 2009 veröffentlicht worden. Demonstrationsmodelle schließen den Honda FCX Klarheit, Toyota FCHV-adv und F-Zelle von Mercedes-Benz ein. Bezüglich des Junis 2011 Demonstration war FCEVs mehr gefahren als mit mehr als 27,000 refuelings. Demonstrationskraftstoffzellfahrzeuge sind mit "einer Übungsfläche zum Schlagen mehr erzeugt worden als zwischen dem Auftanken". Sie können in weniger als 5 Minuten getankt werden. Das Kraftstoffzelltechnologieprogramm des amerikanischen Energieministeriums behauptet, dass, bezüglich 2011, Kraftstoffzellen 53-59-%-Leistungsfähigkeit an ¼ Macht und 42-53-%-Fahrzeugleistungsfähigkeit an der Vollmacht und eine Beständigkeit mit weniger als 10 % Degradierung erreicht haben, verdoppeln Sie sich das hat 2006 erreicht. In Gut zu Rädern Simulierungsanalyse, die "die Volkswirtschaft und Markteinschränkungen nicht gerichtet hat", haben General Motors und seine Partner eingeschätzt, dass pro Meile, eine Kraftstoffzelle gereist ist, konnte elektrisches Fahrzeug, das auf komprimiertem gasartigem von Erdgas erzeugtem Wasserstoff läuft, um ungefähr 40 % weniger Energie verwenden und um 45 % weniger Gewächshaus gasses ausstrahlen als ein inneres Verbrennen-Fahrzeug. Ein Leitungsingenieur vom Energieministerium, dessen Mannschaft Kraftstoffzellautos prüft, hat 2011 gesagt, dass die potenzielle Bitte darin besteht, dass "das Fahrzeuge der vollen Funktion ohne Beschränkungen auf die Reihe oder auftankende Rate sind, so sind sie ein direkter Ersatz für jedes Fahrzeug. Zum Beispiel, wenn Sie fahren, hat ein voller SUV nach Größen geordnet, und halten Sie ein Boot in die Berge an, Sie können das mit dieser Technologie tun, und Sie können nicht mit aktuellen Batterie-Only-Fahrzeugen, die zum Stadtfahren mehr eingestellt werden."

Einige Experten glauben, dass Kraftstoffzellautos wirtschaftlich konkurrenzfähig mit anderen Technologien nie werden werden, oder dass man Jahrzehnte für sie brauchen wird, um gewinnbringend zu werden. Im Juli 2011 haben der Vorsitzende und CEO von General Motors, Daniel Akerson, das festgestellt, während die Kosten von Wasserstoffkraftstoffzellautos abnehmen: "Das Auto ist noch zu teuer und wird wahrscheinlich bis 2020 - plus die Periode nicht praktisch sein, ich weiß nicht." Analysen zitieren den Mangel an einer umfassenden Wasserstoffinfrastruktur in den Vereinigten Staaten als eine andauernde Herausforderung an die Kraftstoffzelle Elektrische Fahrzeugkommerzialisierung. 2006 hat eine Studie für den IEEE gezeigt, dass für Wasserstoff über die Elektrolyse von Wasser erzeugt hat: "Nur ungefähr 25 % der Macht, die vom Wind, dem Wasser oder der Sonne erzeugt ist, werden zum praktischen Gebrauch umgewandelt." Die Studie hat weiter bemerkt, dass "Bei Wasserstoffkraftstoffzellen erhaltene Elektrizität scheint, viermal so teuer zu sein, wie vom elektrischen Übertragungsbratrost gezogene Elektrizität.... Wegen der hohen Energieverluste [Wasserstoff] kann sich mit der Elektrizität nicht bewerben." Außerdem hat die Studie gefunden: "Das Erdgas-Verbessern ist nicht eine nachhaltige Lösung". "Der große Betrag der Energie, die erforderlich ist, Wasserstoff von natürlichen Zusammensetzungen zu isolieren (Wasser, Erdgas, Biomasse), paketieren das leichte Benzin durch die Kompression oder Verflüssigung, überträgt das Energietransportunternehmen dem Benutzer plus die verlorene Energie, wenn es zur nützlichen Elektrizität mit Kraftstoffzellen, ungefähr 25 Blatt-% für den praktischen Gebrauch umgewandelt wird." Trotzdem haben mehrere Hauptautohersteller Pläne bekannt gegeben, ein Produktionsmodell eines Kraftstoffzellautos 2015 einzuführen. Toyota hat festgestellt, dass er plant, solch ein Fahrzeug zu einem Preis ungefähr einzuführen. Im Juni 2011 hat Mercedes-Benz bekannt gegeben, dass sie das vorgesehene Produktionsdatum ihres Kraftstoffzellautos von 2015 bis zu 2014 bewegen würden, behauptend, dass "Das Produkt zum Markt technisch bereit ist.... Das Problem ist Infrastruktur." Andere Hersteller, die planen, Kraftstoffzelle elektrische Fahrzeuge gewerblich vor 2016 oder früher zu verkaufen, General Motors (2015), Honda (2015 in Japan), Hyundai (2015) und Nissan (2016) einzuschließen.

2003 hat der amerikanische Präsident George W. Bush Hydrogen Fuel Initiative (HFI) vorgeschlagen. Das hat nach weiteren sich entwickelnden Wasserstoffkraftstoffzellen und Infrastruktur-Technologien mit der Absicht gezielt, kommerzielle Kraftstoffzellfahrzeuge zu erzeugen. Vor 2008 hatten die Vereinigten Staaten 1 Milliarde Dollar zu diesem Projekt beigetragen. Die Regierung von Obama hat sich bemüht, Finanzierung für die Entwicklung von Kraftstoffzellfahrzeugen zu reduzieren, beschließend, dass andere Fahrzeugtechnologien zur schnelleren Verminderung von Emissionen in einer kürzeren Zeit führen werden. Steven Chu, der US-Sekretär der Energie, hat festgestellt, dass Wasserstofffahrzeuge "im Laufe der nächsten 10 bis 20 Jahre nicht praktisch sein werden". Er hat der Technologierezension von MIT gesagt, dass er über den Gebrauch von Wasserstoff im Transport wegen vier Probleme skeptisch ist:" auf die Weise kommen wir Wasserstoff ist in erster Linie davon [natürliches] Benzin zu reformieren.... Sie geben etwas vom Energieinhalt von Erdgas weg.... [Für] den Transport haben wir keinen guten Lagerungsmechanismus noch.... Die Kraftstoffzellen sind nicht dort noch, und die Vertriebsinfrastruktur ist nicht dort noch.... Um bedeutende Aufstellung zu bekommen, brauchen Sie vier bedeutende technologische Durchbrüche." Kritiker stimmen nicht überein. Mary Nichols, Vorsitzende von Kaliforniens Luftmittel-Ausschuss, hat gesagt: "Sekretär Chu hat sich gegen Wasserstoff als ein Personenkraftwagen-Brennstoff fest entschieden. Offen gesagt haben seine Erklärungen Sinn zu mir nicht. Sie basieren auf den Tatsachen nicht, weil wir sie wissen."

Busse

Insgesamt gibt es mehr als 100 Kraftstoffzellbusse, die um die Welt heute aufmarschiert sind. Die meisten Busse werden durch UTC Macht, Toyota, Ballard, Hydrogenics und Protonenmotor erzeugt. UTC Busse haben bereits des Fahrens angewachsen. Kraftstoffzellbusse haben eine um 30-141 % höhere Kraftstoffwirtschaft als Dieselbusse und Erdgas-Busse. Kraftstoffzellbusse sind um die Welt einschließlich im Pfeifer Kanada, San Francisco die USA, Hamburg Deutschland, Schanghai China, London England, São Paulo Brazil sowie mehreren andere aufmarschiert worden. Der Kraftstoffzellbusklub ist eine globale kooperative Anstrengung in Probe-Kraftstoffzellbussen. Bemerkenswerte Projekte schließen Ein:

• 12 Kraftstoffzellbusse werden im Oaklander und San Francisco Bucht-Gebiet Kaliforniens aufmarschiert.
• Daimler AG, mit sechsunddreißig experimentellen durch Ballard Macht-Systemkraftstoffzellen angetriebenen Bussen hat eine erfolgreiche dreijährige Probe in elf Städten im Januar 2007 vollendet.
• Eine Flotte von Bussen von Thor mit UTC Macht-Kraftstoffzellen wurde in Kalifornien aufmarschiert, das von der Transitagentur von SunLine bedient ist.

Der erste brasilianische Wasserstoffkraftstoffzellbusprototyp in Brasilien wurde in São Paulo aufmarschiert. Der Bus wurde in Caxias verfertigt tun Sul und der Wasserstoffbrennstoff werden in São Bernardo erzeugt tun Campo von Wasser bis Elektrolyse. Das Programm, genannt "Ônibus Brasileiro Hidrogênio" (brasilianischer Wasserstoffautobus), schließt drei zusätzliche Busse ein.

Gabelstapler

Kraftstoffzelle ist gerast Gabelstapler ist einer der größten Sektoren von Kraftstoffzellanwendungen in der Industrie. Die meisten zu materiellen behandelnden Zwecken verwendeten Kraftstoffzellen werden durch PEM Kraftstoffzellen angetrieben, obwohl ein direkter Methanol-Kraftstoffgabelstapler auf den Markt kommt. Kraftstoffzellflotten werden zurzeit durch eine Vielzahl von Gesellschaften, einschließlich Sysco Nahrungsmittel, Fracht von FedEx, GENCO (an Wegmans, Coca-Cola, Kimberly Clark und Ganzen Nahrungsmitteln), und H-E-B Lebensmittelhändler bedient.

Kraftstoffzelle ist gerast Gabelstapler stellt bedeutende Vorteile sowohl über Erdöl als auch über angetriebenen Gabelstapler der Batterie zur Verfügung, weil sie keine lokalen Emissionen erzeugen, für eine volle 8-stündige Verschiebung auf einer einzelnen Zisterne von Wasserstoff arbeiten können, in 3 Minuten getankt werden und eine Lebenszeit von 8-10 Jahren haben können. Kraftstoffzelle ist gerast Gabelstapler wird häufig in gekühlten Lagern verwendet, weil ihre Leistung durch niedrigere Temperaturen nicht erniedrigt wird. Viele Gesellschaften verwenden angetriebenen Gabelstapler von Erdöl nicht, weil diese Fahrzeuge zuhause arbeiten, wo Emissionen kontrolliert werden müssen und sich stattdessen zum elektrischen Gabelstapler drehen. Kraftstoffzellgabelstapler bietet grünes Hausbenzin an, Produktlebenszeit, Wartungskosten, auftankend und Arbeitskostenvorteile über die Batterie haben Gabel-Heben bedient.

Motorräder und Räder

2005 hat die britische feste Intelligente Energie das allererste geführte Arbeitswasserstoffmotorrad erzeugt hat den ENV (Emission Neutrales Fahrzeug) genannt. Das Motorrad hält genug Brennstoff, seit vier Stunden zu laufen, und in einem städtischen Gebiet, mit einer Spitzengeschwindigkeit dessen zu reisen. 2004 hat Honda ein Kraftstoffzelle-Motorrad entwickelt, das den Honda FC Stapel verwertet hat. Es gibt andere Beispiele von Rädern und Rädern mit einem Wasserstoffkraftstoffzellmotor.

Flugzeuge

Forscher von Boeing und Industriepartner überall in Europa haben experimentelle Flugtests im Februar 2008 eines besetzten Flugzeuges angetrieben nur durch eine Kraftstoffzelle und Leichtgewichtsbatterien geführt. Das Kraftstoffzelldemonstrant-Flugzeug, wie es genannt wurde, hat einen Brennstoff von Proton Exchange Membrane (PEM) cell/lithium-ion Batteriehybride-System verwendet, um einen elektrischen Motor anzutreiben, der mit einem herkömmlichen Propeller verbunden wurde.

2003 wurde der erste Propeller in der Welt gesteuertes völlig durch eine Kraftstoffzelle anzutreibendes Flugzeug geweht. Die Kraftstoffzelle war ein einzigartiges Stapel-Design von FlatStack, das der Kraftstoffzelle erlaubt hat, mit den aerodynamischen Oberflächen des Flugzeugs integriert zu werden.

Es hat angetriebene unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) mehrerer Kraftstoffzelle gegeben. Eine Horizen Kraftstoffzelle UAV hat den Rekordentfernungsfluss für einen kleinen UAV 2007 gesetzt. Das Militär interessiert sich besonders für diese Anwendung wegen des niedrigen Geräusches, der niedrigen Thermalunterschrift und der Fähigkeit, hohe Höhe zu erreichen. 2009 hat der Ion Tiger (des NRL) des Marineforschungslabors eine wasserstoffangetriebene Kraftstoffzelle verwertet und ist seit 23 Stunden und 17 Minuten geflogen. Boeing vollendet Tests auf dem Gespenst-Auge, eine lange Höhendauer, die (gesund) ist, um verwendet zu werden, um Forschung und Kontrolle zu führen, die an seit bis zu vier Tagen auf einmal fliegt. Kraftstoffzellen werden auch verwendet, um Hilfsmacht im Flugzeug zur Verfügung zu stellen, Generatoren des fossilen Brennstoffs ersetzend, die vorher verwendet wurden, um die Motoren und Macht elektrische Bedürfnisse an Bord anzufangen. Kraftstoffzellen können Flugzeugen helfen abzunehmen und andere Schadstoff-Emissionen und Geräusch.

Boote

Der erste Fuel Cell Boat HYDRA in der Welt hat ein System der automatischen Frequenzabstimmung mit 6.5-Kilowatt-Nettoproduktion verwendet. Island hat dazu verpflichtet, seine riesengroße Fischereiflotte umzuwandeln, um Kraftstoffzellen zu verwenden, um Hilfsmacht vor 2015 zur Verfügung zu stellen und schließlich primäre Macht in seinen Booten zur Verfügung zu stellen. Amsterdam hat kürzlich angetriebenes Boot seiner ersten Kraftstoffzelle dass Fährleute um die berühmten und schönen Kanäle der Stadt eingeführt.

Unterseeboote

Die Unterseeboote des Typs 212 der deutschen und italienischen Marinen verwenden Kraftstoffzellen, um untergetaucht seit Wochen ohne das Bedürfnis zu bleiben, zu erscheinen.

Das letzte in Kraftstoffzellunterseebooten ist der U212A — ein ultrafortgeschrittenes U-Boot ohne Atomwaffen, das von der deutschen Marineschiffswerft Howaldtswerke Deutsche Werft entwickelt ist, die es behaupten, "die Spitze der deutschen Unterseeboottechnologie zu sein." Das System besteht aus neun PEM (Protonenaustauschmembran) Kraftstoffzellen, zwischen 30 Kilowatt und 50 Kilowatt jeder zur Verfügung stellend. Das Schiff ist das völlig stille Geben davon ein verschiedener Vorteil in der Entdeckung anderer Unterseeboote. Kraftstoffzellen bieten andere Vorteile für Unterseeboote zusätzlich dazu an, völlig still zu sein; sie können überall in einem Schiff verteilt werden, um Gleichgewicht zu verbessern und zu verlangen, dass viel weniger Luft läuft, Schiffen erlaubend, seit längeren Zeitspannen untergetaucht zu werden. Kraftstoffzellen bieten eine gute Alternative zu Kernbrennstoff an.

Andere Anwendungen

• Die Versorgung der Macht für Grundstationen oder Zellseiten
• Verteilte Generation
• Notmacht-Systeme sind ein Typ des Kraftstoffzellsystems, das Beleuchtung, Generatoren und anderen Apparat einschließen kann, um Aushilfsmittel in einer Krise zur Verfügung zu stellen, oder wenn regelmäßige Systeme scheitern. Sie finden Gebrauch in einem großen Angebot an Einstellungen von Wohnhäusern bis Krankenhäuser, wissenschaftliche Laboratorien, Datenzentren,
• Fernmeldeausrüstung und moderne Marineschiffe.
• Eine ununterbrochene Macht-Versorgung (UPS) stellt Notmacht und abhängig von der Topologie zur Verfügung, stellen Sie Linienregulierung ebenso der verbundenen Ausrüstung zur Verfügung, indem Sie Macht von einer getrennten Quelle liefern, wenn Dienstprogramm-Macht nicht verfügbar ist. Verschieden von einem Hilfsgenerator kann es sofortigen Schutz vor einer kurzen Macht-Unterbrechung zur Verfügung stellen.
• Grundlast-Kraftwerke
• Kraftstoffzelle APU für das Müllabfuhr-Fahrzeug
• Hybride Fahrzeuge, die Kraftstoffzelle entweder mit einem EIS oder mit einer Batterie paarweise anordnend.
• Notizbuchcomputer für Anwendungen, wo AC-Aufladung nicht sogleich verfügbar sein kann.
• Tragbare stürmende Docks für die kleine Elektronik (z.B eine Riemen-Büroklammer, die Ihr Mobiltelefon oder PDA belädt).
• Smartphones, Laptops und Blöcke.
• Kleine Heizungsgeräte

Stationen Brennstoff zu liefern

Es gibt bereits mehr als 85 Wasserstoffauftanken-Stationen in den Vereinigten Staaten Der Nationale Forschungsrat hat eingeschätzt, dass das Schaffen der Infrastruktur, um Brennstoff für 10 Millionen FCVs zu liefern, im Laufe 2025 die Regierung mehr als 16 Jahre kosten würde.

Die erste öffentliche Wasserstoffauftanken-Station wurde in Reykjavík, Island im April 2003 geöffnet. Diese Station dient drei Bussen, die von DaimlerChrysler gebaut sind, die im Betrieb im Netz der öffentlichen Verkehrsmittel von Reykjavík sind. Die Station erzeugt den Wasserstoff, den sie allein, mit einer electrolyzing Einheit (erzeugt durch die Norsk Wasserdruckprüfung) braucht, und das Nachfüllen nicht braucht: Alles, was hereingeht, ist Elektrizität und Wasser. Königlicher holländischer Shell ist auch ein Partner im Projekt. Die Station hat kein Dach, um jedem durchgelassenen Wasserstoff zu erlauben, zur Atmosphäre zu flüchten.

Als ein Teil der Wasserstoffautobahn-Initiative von Kalifornien hat Kalifornien die umfassendeste Wasserstoffauftanken-Infrastruktur in den Vereinigten Staaten. Bezüglich des Junis 2011 hatte Kalifornien 22 Wasserstoffauftanken-Stationen in der Operation. Honda hat Pläne im März 2011 bekannt gegeben, um die erste Station zu öffnen, die Wasserstoff durch die durch Sonnenenergie angetriebene erneuerbare Elektrolyse erzeugen würde. South Carolina hat auch zwei Wasserstoffstationen der Brennstoff liefernden, in Aiken und Columbia, South Carolina. Gemäß South Carolina Hydrogen & Fuel Cell Alliance hat die Station von Columbia eine aktuelle Kapazität von 120 Kg pro Tag mit zukünftigen Plänen, Vor-Ort-Wasserstoffproduktion von der Elektrolyse und Wandlung zu entwickeln. Die Station von Aiken hat eine aktuelle Kapazität von 80 Kg Die Universität South Carolinas, ein Gründungsmitglied von South Carolina Hydrogen & Fuel Cell Alliance, hat 12.5 Millionen Dollar vom USA-Energieministerium für sein Zukünftiges Kraftstoffprogramm erhalten.

Japan hat auch eine Wasserstoffautobahn, als ein Teil des Wasserstoffs von Japan Kraftstoffzellprojekt. Zwölf Wasserstoffstationen der Brennstoff liefernden sind in 11 Städten in Japan gebaut worden. Kanada, Schweden und Norwegen ließen auch Wasserstoffautobahnen durchführen.

Märkte und Volkswirtschaft

2010 haben Kraftstoffzellindustrieeinnahmen einen Marktwert von $ 750 Millionen weltweit überschritten, obwohl, bezüglich 2010, keine Aktiengesellschaft in der Industrie noch gewinnbringend geworden war. Es gab 140,000 Kraftstoffzellstapel verladen allgemein 2010 von elftausend Sendungen 2007, und 2010 hatten Weltkraftstoffzellsendungen eine jährliche Wachstumsrate von 115 %. Etwa 50 % von Kraftstoffzellsendungen 2010 waren stationäre Kraftstoffzellen von ungefähr einem Drittel 2009, und die vier dominierenden Erzeuger in der Kraftstoffzellindustrie bleiben die Vereinigten Staaten, Deutschland, Japan und Südkorea. Die Energieministerium-Energieumwandlungsverbindung des Festen Zustands hat gefunden, dass, bezüglich des Januars 2011, stationäre Kraftstoffzellen Macht an etwa 724 $ bis installierte 775 $ pro Kilowatt erzeugt haben. Blüte-Energie, ein Hauptkraftstoffzelllieferant, sagt, dass seine Kraftstoffzellen eine Rückkehr auf der Investition in 3-5 Jahren entsprechen werden, weil seine Kraftstoffzellen Macht an 9-11 Cent pro mit dem Kilowatt stündigen, einschließlich des Preises des Brennstoffs, der Wartung und der Hardware erzeugen.

Niedrige Temperaturkraftstoffzelle schobert Protonenaustauschmembran Kraftstoffzelle (PEMFC) auf, direkte Methanol-Kraftstoffzelle (DMFC) und phosphorige saure Kraftstoffzelle (PAFC) verwenden einen Platin-Katalysator. Unreinheiten schaffen Katalysator-Vergiftung (Tätigkeit und Leistungsfähigkeit reduzierend), in diesen Kraftstoffzellen der niedrigen Temperatur, so sind hohe Wasserstoffreinheit oder höhere Katalysator-Dichten erforderlich. Obwohl es genügend Platin-Mittel für die zukünftige Nachfrage gibt, ziehen die meisten Vorhersagen von Platin ausgehend und/oder das Platin-Preissegeln Effekten der Verminderung des Katalysator-Ladens und der Wiederverwertung nicht in Betracht. Die neue Forschung am Brookhaven Nationalen Laboratorium konnte zum Ersatz von Platin durch einen Goldpalladium-Überzug führen, der gegen Vergiftung weniger empfindlich sein und dadurch Kraftstoffzelllebenszeit beträchtlich verbessern kann. Eine andere Methode würde Eisen und Schwefel statt Platins verwenden. Das ist durch eine Zwischenkonvertierung durch Bakterien möglich. Das würde die Kosten einer Kraftstoffzelle wesentlich senken (weil das Platin in einer regelmäßigen Kraftstoffzelle ringsherum kostet, und derselbe Betrag von Eisen nur ringsherum kostet). Das Konzept wird von einer Koalition des Zentrums von John Innes und der Universität des Mailands-Bicocca entwickelt. PEDOT Kathoden sind zu Monoxyd-Vergiftung geschützt.

Aktuelle Ziele für einen PEM Transportbrennstoff Zellen sind 0.2 g/kW Pt - der ein Faktor von 5 Abnahme über den Strom loadings - und neue Anmerkungen von Hauptoriginalherstellern (OEM) ist, zeigen an, dass das möglich ist. Die Wiederverwertung von Kraftstoffzellbestandteilen, einschließlich Platins, wird Bedarf erhalten. Hoch-Temperaturkraftstoffzellen, einschließlich geschmolzener Karbonat-Kraftstoffzellen die und festen Oxydkraftstoffzellen (von MCFC) (SOFC'S), verwenden Platin als Katalysatoren nicht, aber verwenden stattdessen preiswertere Materialien wie Nickel und Nickel-Oxyd. Sie erfahren auch Katalysator-Vergiftung durch das Kohlenmonoxid nicht, und so verlangen sie nicht, dass Wasserstoff der hohen Reinheit funktioniert. Sie können Brennstoffe mit einer vorhandenen und umfassenden Infrastruktur wie Erdgas direkt verwenden, ohne zur ersten Reform es äußerlich zu Wasserstoff und von der CO Eliminierung gefolgtem CO die Notwendigkeit zu haben.

Forschung und Entwicklung

• August 2005: Das Institut von Georgia für Technologieforscher verwendet triazole, um die Betriebstemperatur von PEM Kraftstoffzellen von unter 100 °C zu mehr als 125 °C zu erheben, behauptend, dass das weniger Kohlenmonoxid-Reinigung des Wasserstoffbrennstoffs verlangen wird.
• Monash 2008-Universität, Melbourne verwendet PEDOT als eine Kathode.
• 2009 Forscher an der Universität Daytons, in Ohio, zeigen, dass die Reihe vertikal angebauten Kohlenstoff nanotubes als der Katalysator in Kraftstoffzellen verwendet werden konnte.
• 2009: Y-Kohlenstoff hat begonnen sich zu entwickeln ein Karbid hat abgestammt Kohlenstoff hat Ultrakondensator mit der hohen Energiedichte gestützt, die zu Verbesserungen in der Kraftstoffzelltechnologie führen kann.
• 2009: Ein Nickel mit Sitz in bisdiphosphine Katalysator für Kraftstoffzellen wird demonstriert.

Siehe auch

• Alkalische Anion-Austauschmembran Kraftstoffzellen
• Lebens-Nano-Generator
• Cryptophane

Energieentwicklung

• Kraftstoffzellentwicklungsinformationszentrum
• Kraftstoffzellen und Wasserstoff verbinden Technologieinitiative (in Europa)
• Das Wörterverzeichnis der Kraftstoffzelle nennt
• Bratrost-Energielagerung
• Wasserstoffreformer
• Wasserstofflagerung
• Wasserstofftechnologien
• Mikrogeneration
• Wasser, das sich aufspaltet

Weiterführende Literatur

• Vielstich, W., u. a. (Hrsg.). (2009). Handbuch von Kraftstoffzellen: Fortschritte in electrocatalysis, Materialien, Diagnostik und Beständigkeit. 6 vol. Hoboken: Wiley, 2009.

Links

• Kraftstoffverhungern in einem Wasserstoffkraftstoffzellzeichentrickfilm
• Zeichentrickfilm, wie eine Kraftstoffzelle arbeitet und Anwendungen
• Kraftstoffzellursprünge: 1840-1890
• TC 105 IEC Technischer Standard für Kraftstoffzellen
• EERE: Wasserstoff, Kraftstoffzellen und Infrastruktur-Technologieprogramm
• Thermodynamik der Elektrolyse von Wasser- und Wasserstoffkraftstoffzellen
• 2002-TRAGBARE MACHT-ANWENDUNGEN VON KRAFTSTOFFZELLEN
• US-Kraftstoffzellrat
• DoITPoMS lehrend und das Lernen des Pakets - "Kraftstoffzellen"
• Zeichentrickfilm, wie eine Kraftstoffzelle arbeitet
• Machen Sie Ihre eigene Wasserstoffkraftstoffzelle