תא דלק מס' 1 - הלב של אמא (חיפוש אחר רחם של אמא)
אלוי תמצא את תא הדלק הראשון לפני שתגיע לקיבולת מלאה. עולם פתוח. לאחר החניכה, הגיבורה שלנו תמצא את עצמה בלב האם, המקום הקדוש של שבט נורה ומשכן המטריארכים.

ביציאה מהמיטה, אלוי תעבור ברציפות במספר חדרים ובאחד מהם תתקל בדלת אטומה שלא ניתנת לפתיחה. הביטו מסביב - בקרבת מקום יהיה פיר אוורור מעוטר בנרות בוערים. כדאי לך ללכת לשם.

לאחר הליכה במכרה, תמצא את עצמך מאחורי דלת נעולה. תסתכל על הרצפה ליד הנרות ובלוק הקיר עם מטרה מסתורית - יש כאן תא דלק.

חָשׁוּב:אם לא תרים את תא הדלק הזה עכשיו, תוכל להגיע למיקום הזה שוב רק בשלבים המאוחרים יותר של המשחק, לאחר השלמת קווסט "הלב של נורה".

תא דלק מס' 2 - הריסות
אלוי הייתה בעבר בהריסות האלה - היא נפלה כאן בילדותה. לאחר השלמת החניכה, כדאי להיזכר בילדותך ולחזור לכאן שוב - להרים את תא הדלק השני.

הכניסה להריסות נראית כך, קפצו באומץ.

אתה צריך את הרמה הראשונה של ההריסות, האזור הימני התחתון, המודגש בסגול על המפה. יש כאן דלת שאלוי תפתח בחנית שלה.

אחרי שעברת את הדלת, עלה במדרגות ופנה ימינה - אלוי לא הצליחה לעבור את הנטיפים האלה בצעירותה, אבל עכשיו יש לה ויכוח. הוציאו שוב את החנית ושברו את הנטיפים – הדרך פנויה, כל שנותר הוא לקחת את אלמנט הדלק המונח על השולחן.

תא דלק מס' 3 - מגבלת מאסטר (משימה גבול מאסטר)
בוא נלך צפונה. במהלך מסע הסיפורים של Master's Reach, אלוי חוקר את חורבות הענק של המבשרים. תא דלק נוסף מוסתר במפלס השתים עשרה של ההריסות.

אתה צריך לא רק לטפס למפלס העליון של ההריסות, אלא גם לטפס קצת יותר גבוה. טפסו לאורך החלק ששרד של הבניין עד שתמצאו את עצמכם על שטח קטן פתוח לכל הרוחות.

כאן נמצא תא הדלק השלישי. כל מה שנשאר זה לרדת.

תא דלק מס' 4 - Treasure of Death (quest Treasure of Death)
תא הדלק הזה מוסתר גם בחלק הצפוני של המפה, אבל הוא הרבה יותר קרוב לאדמות שבט נורה. גם אלוי תגיע לכאן במהלך משימת הסיפור.

כדי להגיע לאלמנט, אלוי צריכה להחזיר את אספקת החשמל לדלת האטומה הממוקמת במפלס השלישי של המיקום.

כדי לעשות זאת, אתה צריך לפתור חידה קטנה - במפלס מתחת לדלת יש שני בלוקים של ארבעה ווסתים.

ראשית, בואו נתמודד עם הבלוק השמאלי של הרגולטורים. הרגולטור הראשון צריך "להסתכל" למעלה, השני "ימינה", השלישי "לשמאל", הרביעי "למטה".

בואו נעבור לבלוק הימני. אתה לא נוגע בשני הרגולטורים הראשונים, הרגולטור השלישי והרביעי צריכים להסתכל "למטה".

אנחנו עולים רמה אחת - הנה הבלוק האחרון של הרגולטורים. הסדר הנכון הוא: למעלה, למטה, שמאלה, ימינה.

אם תעשה הכל נכון, כל הרגולטורים ישנו צבע לטורקיז, אספקת החשמל משוחזרת. טפסו חזרה לדלת ופתחו אותה - הנה עוד תא דלק.

תא דלק מס' 5 - GAIA Prime (משימה Fallen Mountain)
לבסוף, תא הדלק האחרון - ושוב לפי משימת העלילה. אלוי נוסע להריסות GAIA Prime.

היזהר במיוחד כשאתה מגיע לרמה השלישית. בשלב מסוים, מול אלוי תהיה תהום מושכת אליה תוכלו לרדת על חבל - אין צורך ללכת לשם.

עדיף לפנות שמאלה ולחקור את המערה הנסתרת, אפשר להיכנס אליה אם יורדים בזהירות על צלע ההר.

היכנס פנימה והלך קדימה עד הסוף. בחדר האחרון מצד ימין יהיה מדף עליו מונח תא הדלק האחרון.

בקרוב מאוד (ליתר דיוק, בתחילת ההרפתקה המרתקת שלה), הדמות הראשית תקלע לבונקר Forerunner, שנמצא קרוב מאוד לאדמות שבט נורה. בתוך הבונקר העתיק הזה, מאחורי דלת עוצמתית והייטק, יהיה שריון שמרחוק נראה לא רק הגון, אלא גם מאוד אטרקטיבי. השריון נקרא "Shield Weaver" והוא למעשה הציוד הטוב ביותר במשחק. לכן, הרבה שאלות עולות מיד: "איך למצוא ולהשיג את שריון המגן וויבר?", "איפה למצוא דלק?", "איך לפתוח את דלתות הבונקר?" ועוד שאלות רבות הקשורות לאותו נושא. לכן, כדי לפתוח את דלתות הבונקר ולקבל את השריון הנכסף, צריך למצוא חמישה תאי דלק, שבתורם יהיו מפוזרים בכל עולם המשחק. להלן אספר לכם היכן ואיך למצוא תאי דלק לפתרון חידות במהלך החיפוש ובארסנל העתיקה.

: למדריך המוצג יש לא רק הדרכה מפורטת של טקסט, אלא גם צילומי מסך מצורפים לכל תא דלק, ובסוף יש סרטון. כל זה נוצר על מנת להקל על החיפוש שלכם, כך שאם נקודה כלשהי בקטע הטקסט אינה ברורה, אז אני ממליץ לצפות בצילומי מסך ובסרטון.

. דלק ראשון - "הלב של אמא"

איפה ואיך למצוא את תא הדלק הראשון - מיקום הדלק.

אז אלוי תוכל למצוא את תא הדלק הראשון (או, במילים פשוטות יותר, דלק) הרבה לפני הכניסה לעולם הפתוח במשימה "רחם האם". הנקודה היא שאחרי המשימה "חניכה" (שאגב, חלה גם עליה עלילה) הדמות הראשית תמצא את עצמה במקום שנקרא "הלב של אמא", שהוא מקום קדוש לשבט נורה ומשכנם של בני המטריארכים.

ברגע שהילדה קמה מהמיטה, עברו ברצף מספר חדרים (חדרים), כאשר באחד מהם תיתקלו בדלת אטומה, שפשוט לא תוכלו לפתוח. ברגע זה, אני ממליץ בחום להסתכל מסביב, כי ליד הגיבורה (או ליד הדלתות - מה שנוח מביניהם) יש פיר אוורור, מעוטר בנרות בוערים (באופן כללי, לשם אתה צריך ללכת) .

לאחר שתעברו חלק מסוים של הדרך לאורך פיר האוורור, הגיבורה תמצא את עצמה מאחורי דלת נעולה. תסתכל על הרצפה ליד בלוק הקיר ונרות של מטרה מסתורית - תא הדלק הראשון נמצא במקום הזה.

: הקפידו לזכור שאם לא תרים את תא הדלק הראשון לפני הכניסה לעולם הפתוח, אז לאחר מכן תוכל להגיע למקום הזה רק בשלבים המאוחרים של המעבר. אבל ליתר דיוק, לאחר השלמת המשימה "הלב של נורה", אז אני ממליץ להרים את הדלק עכשיו.

. דלק שני - "חורבות"

איפה ואיך למצוא את תא הדלק השני - מיקום הדלק.

הדבר הראשון שאתה צריך לדעת כשאתה מחפש את הדלק השני: הדמות הראשית כבר הייתה במיקום הזה כשהיא נפלה להריסות לפני זמן רב בילדותה (בתחילת המשחק). אז לאחר השלמת משימת "החניכה", תצטרך לזכור את הילדות העמוקה שלך ולרדת למקום הזה פעם נוספת כדי לקבל את תא הדלק השני.

להלן מספר תמונות (צילומי מסך). התמונה הראשונה מציגה את הכניסה להריסות (באדום). בתוך ההריסות תצטרכו להגיע למפלס הראשון - זה האזור הימני התחתון שיודגש סָגוֹלעל המפה. בנוסף, תהיה גם דלת שהילדה תוכל לפתוח עם החנית שלה.

ברגע שאלוי עוברת דרך הדלתות, עלו במדרגות ופנו ימינה בהזדמנות הראשונה: בצעירותה העמוקה, אלוי לא יכלה לזחול בין הנטיפים, אבל עכשיו יש לה "צעצועים" שימושיים שיכולים להתמודד עם כל משימה. . אז, הוצא את החנית שלך והשתמש בה כדי לשבור את הנטיפים. עוד מעט הדרך תתפנה, אז כל מה שנותר הוא לקחת את תא הדלק שמונח על השולחן וללכת לתא הבא. אם כל רגע של הקטע אינו ברור, אז צילומי מסך מצורפים למטה לפי הסדר.

. דלק שלישי - "Master's Limit"

איפה ואיך למצוא את תא הדלק השלישי - מיקום הדלק.

הגיע הזמן ללכת צפונה. במהלך המסע "הגבול של המאסטר", אלוי תצטרך לחקור וללמוד בקפידה את חורבות הענק של המבשרים. אז בחורבות אלה במפלס השתים עשרה יתחבא תא הדלק הבא, השלישי.

לכן, תצטרכו לטפס לא רק למפלס העליון של ההריסות הללו, אלא גם לטפס שם קצת יותר גבוה. אל תבזבזו זמן יקר וטפסו גבוה יותר לאורך החלק ששרד של הבניין. טפסו עד שתמצאו את עצמכם על פלטפורמה קטנה הפתוחה לכל הרוחות. ואז הכל פשוט, כי בחלק העליון יהיה אלמנט שלישי של דלק: בלי חידות, בלי חידות או סודות. אז קח את הדלק, תרד ותמשיך הלאה.

. דלק רביעי - "אוצר המוות"

איפה ואיך למצוא את תא הדלק הרביעי - מיקום הדלק.

החדשות הטובות הן שתא הדלק הזה ממוקם גם בחלק הצפוני של מפת הורייזון: אפס שחר, אבל במקביל קצת יותר קרוב לאדמות שבט נורה. הדמות הראשית תמצא את עצמה שוב בחלק הזה של המפה במהלך משימת הסיפור הבאה. אבל לפני ההגעה לתא הדלק הלפני אחרון, אלוי תצטרך להחזיר את אספקת החשמל לדלת האטומה, הממוקמת במפלס השלישי של המיקום. יתרה מכך, לשם כך תצטרכו לפתור פאזל קטן ולא מורכב מדי. הפאזל כולל בלוקים ווסתים (יש שני בלוקים של ארבעה ווסתים ברמה שמתחת לדלתות). אז, מלכתחילה, אני ממליץ לך להתמודד עם הבלוק השמאלי של הרגולטורים: יש להעלות את הרגולטור הראשון (להסתכל) למעלה, השני - ימינה, השלישי - שמאלה, הרביעי - למטה.

לאחר מכן, עבור אל הבלוק עם יָמִין. אל תיגע בשני הרגולטורים הראשונים, אך יהיה צורך לדחות את הרגולטור השלישי והרביעי. לכן, עלו רמה אחת - הנה הבלוק האחרון של הרגולטורים. סדר נכוןייראה כך: 1 - למעלה, 2 - למטה, 3 - שמאלה, 4 - ימינה.

ברגע שתעשה הכל נכון, הפקדים ישנו את צבעם מלבן לטורקיז. כך, אספקת החשמל תשוחזר. לכן, חזור אל הדלתות ופתח אותה. מחוץ לדלתות, הגיבורה "תתקבל" על ידי תא הדלק הלפני אחרון, כדי שתוכל ללכת על הדלק הבא, האחרון.

. דלק חמישי - "GAIA Prime"

איפה ואיך למצוא את תא הדלק החמישי - מיקום הדלק.

סוף סוף תא הדלק האחרון. ושוב, ניתן להשיג אותו רק במהלך המעבר של העלילה. הפעם הדמות הראשית תצטרך ללכת להריסות הנקראות "GAIA Prime". בשלב זה יש צורך לשים לב תשומת לב מיוחדת, כשאתה מוצא את עצמך ליד הרמה השלישית. הנקודה היא שב רגע מסויםמול הילדה תהיה תהום מושכת אליה תוכל לרדת באמצעות חבל, אם כי אסור לה ללכת לשם.

לפני התהום כדאי לפנות שמאלה ולחקור תחילה מערה נסתרת מהעין: אפשר להיכנס אליה אם יורדים בזהירות על צלע ההר. היכנס פנימה ואז התקדם עד הסוף. בחדר האחרון בחדר בצד ימין יהיה מדף עליו מונח סוף סוף תא הדלק האחרון. יחד איתו תוכלו כעת לחזור בבטחה חזרה לבונקר ולפתוח את כל המנעולים כדי לקבל ציוד יוקרתי.

. איך להיכנס לארסנל העתיקה?

ובכן, עכשיו נשאר רק לחזור ארסנל עתיקהלקבל את הפרס המיוחל. אם אתה לא זוכר את מסדרונות הארסנל, אז תסתכל על צילומי המסך למטה, שיעזרו לך לזכור את כל הדרך.

כשתגיע ל המקום הנכוןולרד למטה, הכנס תאי דלק לתאים ריקים. זה יגרום לווסתים להידלק, אז יש חידה חדשה לפתור כדי לפתוח את הדלתות. אז, הרגולטור הראשון צריך להיות מכוון למעלה, השני - ימינה, השלישי - למטה, הרביעי - שמאלה, החמישי - למעלה. ברגע שתעשה הכל נכון, דלתות ייפתחו, אבל זה רחוק מלהסתיים.

לאחר מכן יש לפתוח את המנעול (או ההידוק) של השריון - זו עוד חידה פשוטה הקשורה לווסתים, שבה יש להשתמש בתאי הדלק הנותרים. יש לסובב את הכפתור הראשון ימינה, השני שמאלה, השלישי למעלה, הרביעי ימינה, החמישי שוב שמאלה.

סוף סוף, אחרי כל הייסורים הארוכים האלה, אפשר יהיה לקחת את השריון. "Shield Weaver" הוא ציוד טוב מאוד שהופך את הדמות הראשית כמעט בלתי פגיעה לזמן מה. הדבר החשוב ביותר הוא לפקח כל הזמן על צבע השריון: אם השריון מהבהב לבן, אז הכל בסדר. אם זה אדום, המגן נעלם.

תא דלק הוא מכשיר המייצר ביעילות חום וזרם ישר באמצעות תגובה אלקטרוכימית ומשתמש בדלק עשיר במימן. עקרון הפעולה שלו דומה לזה של סוללה. מבחינה מבנית, תא הדלק מיוצג על ידי אלקטרוליט. מה כל כך מיוחד בו? בניגוד לסוללות, תאי דלק מימן אינם אוגרים אנרגיה חשמלית, אינם דורשים חשמל כדי להטעין מחדש ואינם נפרקים. התאים ממשיכים לייצר חשמל כל עוד יש להם אספקה ​​של אוויר ודלק.

מוזרויות

ההבדל בין תאי דלק למחוללי חשמל אחרים הוא שהם אינם שורפים דלק במהלך הפעולה. בשל תכונה זו, הם אינם דורשים רוטורים לחץ גבוה, אל תפלוט רעש חזק או רעידות. חשמל בתאי דלק נוצר באמצעות תגובה אלקטרוכימית שקטה. האנרגיה הכימית של הדלק במכשירים כאלה מומרת ישירות למים, חום וחשמל.

תאי דלק יעילים ביותר ואינם מייצרים הרבה גזי חממה. תוצר הפליטה במהלך פעולת התא הוא כמות קטנהמים בצורת קיטור ו פחמן דו חמצני, שאינו משתחרר אם משתמשים במימן טהור כדלק.

היסטוריה של הופעה

בשנות ה-50 וה-60, הצורך המתהווה של נאס"א במקורות אנרגיה למשימות חלל ארוכות טווח עורר את אחד האתגרים הקריטיים ביותר עבור תאי דלק שהיו קיימים באותה תקופה. תאים אלקליניים משתמשים בחמצן ובמימן כדלק, המומרים באמצעות תגובה אלקטרוכימית לתוצרי לוואי שימושיים במהלך טיסה לחלל - חשמל, מים וחום.

תאי דלק התגלו לראשונה ב מוקדם XIXהמאה - בשנת 1838. במקביל, הופיע המידע הראשון על יעילותם.

העבודה על תאי דלק באמצעות אלקטרוליטים אלקליין החלה בסוף שנות ה-30. תאים עם אלקטרודות מצופות ניקל בלחץ גבוה לא הומצאו עד 1939. במהלך מלחמת העולם השנייה פותחו עבור צוללות בריטיות תאי דלק המורכבים מתאי אלקליין בקוטר של כ-25 סנטימטרים.

ההתעניינות בהם גברה בשנות ה-50-80, מאופיינת במחסור בדלק נפט. מדינות ברחבי העולם החלו לטפל בזיהום האוויר והסביבה במאמץ לפתח דרכים ידידותיות לסביבה לייצור חשמל. טכנולוגיית ייצור תאי דלק נמצאת כעת בפיתוח פעיל.

עקרון הפעולה

חום וחשמל נוצרים על ידי תאי דלק כתוצאה מתגובה אלקטרוכימית המערבת קתודה, אנודה ואלקטרוליט.

הקתודה והאנודה מופרדות על ידי אלקטרוליט מוליך פרוטון. לאחר שמגיע חמצן לקתודה ומימן לאנודה, הוא מתחיל תגובה כימית, שתוצאתם היא חום, זרם ומים.

מתנתק על זרז האנודה, מה שמוביל לאובדן אלקטרונים. יוני מימן נכנסים לקתודה דרך האלקטרוליט, ובמקביל עוברים אלקטרונים דרך החיצוני רשת חשמלוליצור זרם ישר, המשמש להנעת ציוד. מולקולת חמצן על זרז הקתודה מתחברת עם אלקטרון ופרוטון נכנס, ובסופו של דבר יוצרים מים, שהם התוצר היחיד של התגובה.

סוגים

הבחירה בסוג מסוים של תא דלק תלויה ביישומו. כל תאי הדלק מחולקים לשתי קטגוריות עיקריות - טמפרטורה גבוהה וטמפרטורה נמוכה. האחרונים משתמשים במימן טהור כדלק. מכשירים כאלה דורשים בדרך כלל עיבוד של דלק ראשוני למימן טהור. התהליך מתבצע באמצעות ציוד מיוחד.

תאי דלק בטמפרטורה גבוהה אינם זקוקים לכך מכיוון שהם ממירים את הדלק בשעה טמפרטורות גבוהות, מה שמייתר את הצורך ביצירת תשתית מימן.

עקרון הפעולה של תאי דלק מימן מבוסס על הפיכת אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית ללא תהליכי בעירה לא יעילים והפיכת אנרגיה תרמית לאנרגיה מכנית.

מושגים כלליים

תאי דלק מימן הם מכשירים אלקטרוכימיים המייצרים חשמל באמצעות בעירה "קרה" יעילה ביותר של דלק. ישנם מספר סוגים מכשירים דומים. הטכנולוגיה המבטיחה ביותר נחשבת לתאי דלק מימן-אוויר המצוידים בממברנת חילופי פרוטונים PEMFC.

קרום הפולימר המוליך פרוטון מיועד להפריד בין שתי אלקטרודות - הקתודה והאנודה. כל אחד מהם מיוצג על ידי מטריצת פחמן שעליה מופקד זרז. מתנתק על זרז האנודה, תורם אלקטרונים. קטיונים מוליכים אל הקתודה דרך הממברנה, אך אלקטרונים מועברים למעגל החיצוני מכיוון שהממברנה לא נועדה להעביר אלקטרונים.

מולקולת חמצן על זרז הקתודה מתחברת עם אלקטרון מ מעגל חשמליוהפרוטון הנכנס, ובסופו של דבר יוצרים מים, שהם התוצר היחיד של התגובה.

תאי דלק מימן משמשים לייצור יחידות ממברנה-אלקטרודה, המשמשות כמרכיבים המייצרים העיקריים של מערכת האנרגיה.

היתרונות של תאי דלק מימן

ביניהם:

• מוּגדָל חום ספציפי.
• טווח טמפרטורות עבודה רחב.
• ללא רטט, רעש או כתם חום.
• אמינות התחלה קרה.
• אין פריקה עצמית, מה שמבטיח אחסון אנרגיה לטווח ארוך.
• אוטונומיה בלתי מוגבלת הודות ליכולת להתאים את עוצמת האנרגיה על ידי שינוי מספר מחסניות הדלק.
• מתן כמעט כל עוצמת אנרגיה על ידי שינוי קיבולת אחסון המימן.
• לטווח ארוךמִבצָע.
• פעולה שקטה וידידותית לסביבה.
• רמה גבוהה של עוצמת אנרגיה.
• סובלנות לזיהומים זרים במימן.

היקף היישום

בשל יעילותם הגבוהה, נעשה שימוש בתאי דלק מימן בתחומים שונים:

• נייד מטענים.
• מערכות אספקת חשמל למל"טים.
• ספקי כוח אל פסק.
• מכשירים וציוד אחרים.

סיכויים לאנרגיית מימן

השימוש הנרחב בתאי דלק מי חמצן יתאפשר רק לאחר היצירה דרך יעילההשגת מימן. נדרשים רעיונות חדשים כדי להביא את הטכנולוגיה לשימוש פעיל, תוך תקוות גדולות בתפיסה של תאי דלק ביולוגי וננוטכנולוגיה. כמה חברות שחררו לאחרונה יחסית זרזים יעילים המבוססים על מתכות שונות, במקביל הופיע מידע על יצירת תאי דלק ללא ממברנות, מה שאיפשר להפחית משמעותית את עלות הייצור ולפשט את העיצוב מכשירים דומים. היתרונות והמאפיינים של תאי דלק מימן אינם עולים על החיסרון העיקרי שלהם - עלות גבוהה, במיוחד בהשוואה למכשירי פחמימנים. יצירת תחנת כוח מימן אחת דורשת מינימום של 500 אלף דולר.

כיצד להרכיב תא דלק מימן?

אתה יכול ליצור תא דלק בעל הספק נמוך בעצמך במעבדה רגילה בבית או בבית ספר. החומרים בהם נעשה שימוש הם מסכת גז ישנה, ​​חתיכות פרספקס, תמיסה מימית של אלכוהול אתילי ואלקלי.

הגוף של תא דלק מימן נוצר במו ידיכם מפרספקס בעובי של לפחות חמישה מילימטרים. המחיצות בין התאים יכולות להיות דקות יותר - כ-3 מילימטרים. פרספקס מודבק יחד עם דבק מיוחד העשוי מכלורופורם או דיכלורואתן ושבבי פרספקס. כל העבודה מתבצעת רק כאשר מכסה המנוע פועל.

IN קיר חיצוניבית, חור בקוטר של 5-6 סנטימטר שאליו מכניסים פקק גומי וניקוז צינור זכוכית. פחם פעילממסכת הגז נשפך לתוך התאים השני והרביעי של דיור תא הדלק - זה ישמש כאלקטרודה.

הדלק יסתובב בתא הראשון, בעוד החמישי מלא באוויר, ממנו יסופק חמצן. האלקטרוליט, שנשפך בין האלקטרודות, ספוג בתמיסה של פרפין ובנזין כדי למנוע את כניסתו לתא האוויר. לוחות נחושת עם חוטים מולחמים אליהם מונחות על שכבת הפחם, שדרכה יתנקז הזרם.

תא הדלק המימן המורכב נטען בוודקה מדוללת במים ביחס של 1:1. לתערובת המתקבלת מוסיפים בזהירות אשלגן קאוסטי: 70 גרם אשלגן מתמוססים ב-200 גרם מים.

לפני בדיקת תא דלק מימן, דלק נשפך לתא הראשון ואלקטרוליט לתא השלישי. קריאות מד המתח המחוברות לאלקטרודות צריכות לנוע בין 0.7 ל-0.9 וולט. כדי להבטיח פעולה רציפה של האלמנט, יש להסיר את הדלק המושקע ולעבור אותו צינור גומי- העלה חדש. על ידי סחיטת הצינור, קצב אספקת הדלק מותאם. לתאי דלק מימן כאלה, המורכבים בבית, יש מעט כוח.

תאי דלק לנהיגה במכוניות הם ממירים אלקטרוכימיים של האנרגיה הכלולה בדלק ישירות לחשמל. בתא דלק מימן-חמצן, מימן עובר תגובה של "בעירה קרה" עם חמצן, שבמהלכה נוצרים ונוצרים מים זרם חשמלי. תאי דלק אינם מכילים חלקים נעים, פועלים ללא חיכוך מכני, עם רמות רעש נמוכות וללא פליטות מזהמות.

תוֹכֶן

עקרון הפעולה של תאי דלק

תא דלק מורכב משני יסודות (אנודה וקתודה) המופרדים על ידי אלקטרוליט ( ראה איור. "עקרון הפעולה של תא דלק מסוג PEM"). האלקטרוליט אטום לאלקטרונים. האלקטרודות מחוברות זו לזו באמצעות מעגל חשמלי חיצוני.

מכוניות משתמשות בעיקר בתאי דלק עם קרום פולימרי כאלקטרוליט, הנקרא גם חילופי פרוטונים ( REM) (ראה איור. "מבנה של תא דלק מסוג PEM"). עקרון הפעולה של תאי דלק מתואר להלן תוך שימוש באלמנטים מסוג זה כדוגמה.

בתא דלק PEM, מימן מופנה לאנודה שם הוא מתחמצן. זה מייצר יונים H+ (פרוטונים) ואלקטרונים (ראה איור 1, א).

אָנוֹדָה: 2 N 2 -» 4 N + + 4 e — .

ניתן לחשוב על אלקטרוליט כעל קרום פולימר מוליך פרוטונים. האלקטרוליט חדיר לפרוטונים, אך לא לאלקטרונים. פרוטונים H+ הנוצרים באנודה עוברים דרך הממברנה ומגיעים לקתודה. על מנת שהפרוטונים יעברו דרך הממברנה, עליו להיות ללחות מספיק. החמצן מופנה אל הקתודה, שם הוא מופחת ( ראה איור. ב, "עקרון הפעולה של תא דלק מסוג PEM"). הפחתה מתרחשת עקב מעבר אלקטרונים מהאנודה לקתודה דרך מעגל חשמלי חיצוני.

קָטוֹדָה: O 2 + 4 e - -> 2 O 2- .

עַל השלב הבאתגובות יונים O 2- מגיבים עם פרוטונים ויוצרים מים.

קָטוֹדָה: 4 H + + 2 O 2- -> 2 H 2 O .

כתוצאה מהתגובה הכללית המתרחשת בתא הדלק, נוצרים מים ממימן וחמצן ( ראה איור. ג, "עקרון הפעולה של תא דלק מסוג PEM"). בניגוד לתגובת הגז המתפוצץ, שבה מימן וחמצן מגיבים זה עם זה בצורה נפיצה, כאן התגובה מתרחשת בצורה של "כוויה קרה", שכן שלבי התגובה מתרחשים בנפרד באנודה ובקתודה.

תגובה כללית: 2 H 2 + O 2 -> 2 H 2 O .

התגובות המתוארות לעיל מתרחשות על ציפוי אלקטרודות קטליטיות. פלטינה משמשת לרוב כזרז.

מתח תיאורטי של אלמנט אחד

המתח התיאורטי של תא דלק מימן-חמצן אחד ב-25 מעלות צלזיוס הוא 1.23 וולט. ערך זה נגזר מ ערכים סטנדרטייםפוטנציאלים של אלקטרודות. עם זאת, בפועל, במהלך פעולת האלמנט, מתח זה אינו מושג; זה 0.5-1.0 וולט. ניתן להסביר את אובדן המתח על ידי ההתנגדות הפנימית של האלמנט או מגבלות המוטלות על ידי דיפוזיה גזי ( ראה איור. "מאפיינים חשמליים של תא הדלק"). בעיקרון, המתח תלוי בטמפרטורה, ביחסים הסטוכיומטריים של מימן וחמצן לכמות החשמל המיוצר, בלחץ החלקי של מימן וחמצן ובצפיפות הזרם.

מכוניות משתמשות בסוללות תאי דלק בקיבולת של 5 עד 100 קילוואט. כדי להשיג את המתחים הגבוהים הנדרשים לשימוש הטכני של התאים, התאים מחוברים בסדרה לסוללות (ראה איור 4 "מבנה ערימת תאי דלק"). סוללות יכולות להכיל בין 40 ל-450 תאים, כלומר. מתח ההפעלה המרבי שלהם נע בין 40 ל-450 וולט.

ערכי זרם חשמלי גבוהים מושגים הודות לשטח הממברנה המתאים. זרם המוצא של סוללות תאי דלק לרכב מגיע ל-500 A.

עקרון הפעולה של מערכת תאי הדלק

כדי להשתמש בערימת תאי דלק, נדרשות תת-מערכות אספקת מימן וחמצן ( ראה איור 5 "הנעה חשמלית עם מערכת תאי דלק"). באופן עקרוני, ניתן ליישם מערכות אלו במגוון דרכים. האפשרות המתוארת כאן משמשת במקרים רבים.

מערכת אספקת מימן לתאי דלק

אספקת המימן מאוחסנת בגליל בלחץ גבוה (700 בר). באמצעות מפחית, לחץ המימן מופחת לכ-10 בר והמימן נכנס למזרק הגז.

המזרק הוא שסתום סולנואיד שמגדיר את לחץ המימן בצד האנודה. שׁוֹנֶה מזרקי דלק מנועי בעירה פנימית, מזרק המימן חייב לספק קבוע זרימת המונים. הערך הטיפוסי של צריכת מימן בהספק של 100 קילוואט הוא 2.1 גרם לשנייה. לחץ המימן המרבי הוא 2.5 בר.

הפעלה של ערימת תאי דלק דורשת זרימת מימן קבועה בצד האנודה (מדד להומוגניות). לשם כך, מאורגן מחזור מימן במערכת.

הגזים הזרים המזיקים לאנודה בצד האנודה מוסרים ברציפות דרך שסתום הניקוז הסולנואיד. זה מונע הצטברות של גזים זרים הבורחים מהגליל או גזי דיפוזיה (חנקן, אדי מים) מהצד הקתודה. השסתום מותקן על שקע הסוללה, בצד האנודה. כדי לנקז עודפי מים בנתיב האנודה, נעשה שימוש בשסתום הפתוח באפס זרם חשמלי.

המימן שבורח בהכרח במהלך הניקוז מדולל מאוד באוויר או הופך קטליטי למים.

אספקת חמצן לתאי דלק

החמצן הנדרש לתגובה האלקטרוכימית נלקח מהאוויר שמסביב. זרימת החמצן המונית הנדרשת, עד 100 גרם/שניה, בהתאם להספק הסוללה הנדרש, מסופקת על ידי מדחס. החמצן נדחס על ידי מדחס עד למקסימום של 2.5 בר ומסופק לצד הקתודה של תא הדלק. הלחץ בתא הדלק מווסת על ידי שסתום בקרת לחץ דינמי המותקן בנתיב גז הפליטה ביציאה של תא הדלק.

כדי להבטיח לחות מספקת של ממברנת הפולימר, האוויר המסופק לאלמנט מולח או באמצעות ממברנה נוספת או על ידי הזרקת מים מעובה.

איזון תרמי של תאי דלק

יעילות חשמלית תאי דלק מהווים כ-50%. במילים אחרות, תהליך המרת האנרגיה הכימית מייצר בערך אותה כמות של אנרגיה תרמית כמו כמות האנרגיה החשמלית. צריך לפזר את החום הזה. טמפרטורת הפעולה של תאי דלק PEM היא כ-85 מעלות צלזיוס, שהיא נמוכה מהטמפרטורה של מנועי בעירה פנימית. למרות היעילות הגבוהה יותר, יש להגדיל את הרדיאטור ומאוורר הרדיאטור בעת שימוש בתאי דלק ברכב.

מכיוון שנוזל הקירור המשמש נמצא במגע ישיר עם תאי הדלק, הוא חייב להיות לא מוליך חשמלית (דהיון). זרימת נוזל קירור מובטחת משאבה חשמלית. זרימת נוזל הקירור היא עד 12,000 ליטר לשעה. שסתום בקרת הטמפרטורה מפיץ את זרימת נוזל הקירור בין הרדיאטור למעבר המעקף.

המערכת משתמשת בנוזל קירור שהוא תערובת של מים מופחתים ואתילן גליקול. נוזל הקירור חייב להיות מפושט על הרכב. לשם כך הוא מועבר דרך מחליף יונים מלא בשרף מיוחד ומטוהר בתהליך מרחיק יונים. המוליכות של נוזל הקירור צריכה להיות פחות מ-5 µS/cm.

יעילות מערכת תאי דלק

בנוסף להבטחת ערימת תאי הדלק מוכנה במהירות לספק אנרגיה בתנאי ההפעלה האופטימליים ביותר, חשוב להבטיח יעילות גבוהה. מערכות.

עַל אוֹרֶז. "יעילות מחסנית תאי דלק ומערכת תאי דלק"ניתנת השוואה של יעילות. סוללות תאי דלק יעילות המערכת כולה. חלק מהחשמל נצרך על ידי רכיבי עזר כגון המדחס, מה שמפחית את היעילות הכוללת. מערכות. עם זאת, למערכות תאי דלק יש יעילות גבוהה יותר מאשר למנועי בעירה פנימית, במיוחד כאשר פועלות בטווח עומס חלקי.

בטיחות תאי דלק לרכב

כדי להבטיח בטיחות, הרכב מצויד במספר חיישני ריכוז מימן. מימן הוא גז חסר צבע וריח, אשר בריכוז נפח של כ-4% הופך אוויר לתערובת דליקה. החיישנים יכולים לזהות ריכוז מימן החל מ-1%.

עקרון הפעולה של רכבי תאי דלק

רכבי תאי דלק הם כלי רכב חשמליים שבהם החשמל להנעת הכונן החשמלי מופק על ידי מערכת תאי דלק.

ממספר סיבות, רצוי לכלול סוללת משיכה במערכת:

• זה מאפשר לאגור אנרגיה במהלך בלימה רגנרטיבית;
• זה עוזר לשפר את המאפיינים הדינמיים של הכונן;
• על ידי שינוי חלוקת העומס בין מערכת תאי הדלק לבין סוללת המתיחה, ניתן להגביר עוד יותר את היעילות. לִנְהוֹג.

מאז סוללת המתיחה היא מקור נוסףאנרגיה, רכבים כאלה ידועים כרכבי תאי דלק היברידיים. היחס בין כוח סוללת המתיחה להספק הכולל (דרגת הכלאה) משתנה בהתאם ליישום המערכת.

בדרך כלל, מערכות תאי דלק משמשות כמקור הכוח העיקרי להנעה. כלי רכב אלה ידועים בתור רכבים היברידיים של תאי דלק ( FCHV). בדרך כלל למערכות תאי דלק יש דירוג הספק של 60-100 קילוואט. יש לסוללות משיכה כוח מדורגעד 30 קילוואט בהספק של 1-2 קילוואט.

לחלופין, סוללת המתיחה יכולה להיות בעלת דירוג הספק וקיבולת גבוהים משמעותית ולהיטען ממערכת תאי הדלק בעת הצורך. במקרה זה, די בסוללת תאי דלק בהספק מדורג של 10 עד 30 קילוואט. כלי רכב עם תצורת מקור אנרגיה זו ידועים כרכבי תאי דלק מורחב טווח ( FC-REX).

חלוקת הכוח החשמלי בין מערכת תאי הדלק, סוללת המתיחה והכונן החשמלי מתבצעת על ידי ממיר DC-DC אחד או יותר. תצורות שונות של ממירים כאלה, הבחירה בהם תלויה ביישום, מוצגות ב אוֹרֶז. ". תצורות ממיר מתח במערכות הנעה של תאי דלק". בהתאם לתצורה, מתח אספקת הכונן זהה למתח של אחד משני מקורות הכוח ( ראה איור. או ב), או מבודד מהמתח של סוללת המתיחה וסוללת תאי הדלק ( ראה איור. עִם).

מערכת הנעה חשמלית

מערכת ההנעה החשמלית כוללת כוח יחידה אלקטרונית(ממיר) ומנוע חשמלי. מנוע חשמלי הוא מכונה חשמלית סינכרונית או אסינכרונית המופעלת על ידי ממיר באופן שמקבל את המומנט הנדרש. מכיוון שלכונן החשמלי יש דירוג הספק גבוה (כ-100 קילוואט), מתח ההפעלה יכול להגיע עד 450 וולט. בתעשיית הרכב משתמשים במונחים "מתח גבוה" ו"מתח גבוה". מערכת חשמלמתח גבוה." מערכת החשמל במתח גבוה מבודדת מהקרקע של הרכב.

כאשר המכונית בולמת, המנוע החשמלי עובר למצב גנרטור ומייצר זרם חשמלי. החשמל מאוחסן בסוללת מתיחה.

שימוש בממיר מתח גבוה זֶרֶם יָשָׁרמומר למתח חילופין רב-פאזי, שהמשרעת שלו מותאמת בהתאם למומנט הנדרש. ככלל, ממירים עם שלבי פלט המבוססים על טרנזיסטורים דו-קוטביים של שער מבודד ( IGBT).

סוללת משיכה

בהתאם למידת ההכלאה, נעשה שימוש בסוללות בעלות קיבולת גבוהה או בעלות אנרגיה גבוהה במתח של 150 עד 400 V הסוללה בעלת הקיבולת הגבוהה משתמשת בסוללות ניקל-מתכת או ליתיום-יון, בעוד שבסוללות באנרגיה גבוהה בלבד. סוללות -יון. מערכת ניטור מצבר המתיחה עוקבת אחר מצב הטעינה והקיבולת של המצבר.

ממיר DC/DC לסוללת מתיחה

ממיר מתח DC של סוללת המתיחה מווסת את זרם הטעינה של סוללת המתיחה ואת זרם המוצא (עד 300 A ) . תצורות מערכת מסוימות מאפשרות להסתדר בלי ממיר זה.

ממיר מתח DC לסוללת תא דלק

ממיר DC-DC נוסף הוא ממיר מתח הסוללה של תאי הדלק, המווסת את זרם המוצא עד 500 A. תצורות מערכת מסוימות אינן דורשות ממיר זה.

ממיר 12V DC

בדיוק כמו כלי רכב רגילים, לרכבי תאי דלק יש מערכת חשמלית של 12V מתח 12V מומר ממתח גבוה. לשם כך נעשה שימוש בממיר DC-DC המחובר בין שתי המערכות. מטעמי בטיחות, ממיר זה מבודד חשמלית. הוא פועל בצורה חד-כיוונית או דו-כיוונית ויש לו דירוג הספק של עד 3 קילוואט.

סיכויים למערכות הנעה של תאי דלק

מערכות הנעה של תאי דלק כבר הוכיחו את התאמתן לשימוש יומיומי. עם זאת, לשימוש מסחרי במערכות הנעה לרכב, יש לשפר את תאי הדלק במונחים של יעילות והיתכנות ייצור המוני.

פישוט המערכת מביא להפחתת עלויות והגברת האמינות. אחד הכיוונים הוא פיתוח ממברנות פולימריות חדשות לתאי דלק שאינן מצריכות לחות של הגזים הנוצרים במהלך התגובה ובמקביל מאפשרות הגדלת טמפרטורת הפעולה.

בנוסף, יש צורך להפחית באופן משמעותי את העלות של כל הרכיבים. בהקשר זה, יש פוטנציאל גדול בהפחתת כמות הפלטינה בשכבה הקטליטית של תא הדלק.

במאמר הבא אדבר על .

אלקטרוניקה ניידת הופכת נגישה ונפוצה יותר מדי שנה, אם לא חודש. כאן תמצאו מחשבים ניידים, מחשבי כף יד, מצלמות דיגיטליות, טלפונים ניידים ועוד שלל מכשירים שימושיים ולא כל כך שימושיים. וכל המכשירים האלה כל הזמן רוכשים תכונות חדשות, מעבדים חזקים יותר, מסכים צבעוניים גדולים יותר, תקשורת אלחוטית, ובו בזמן מצטמצמים בגודלם. אבל, בניגוד לטכנולוגיות מוליכים למחצה, טכנולוגיות הספק עבור כל המנגריה הניידת הזו אינן מתקדמות בצעדי ענק.

סוללות קונבנציונליות וסוללות נטענות הופכות להיות בלתי מספיקות בבירור כדי להפעיל את ההתקדמות האחרונה בתעשיית האלקטרוניקה לכל פרק זמן משמעותי. וללא סוללות אמינות ומרווחות, כל נקודת הניידות והאלחוט אבודה. אז תעשיית המחשבים עובדת יותר ויותר באופן פעיל על הבעיה מקורות חלופייםתְזוּנָה. והכיוון הכי מבטיח כאן היום הוא תאי דלק.

עקרון הפעולה הבסיסי של תאי דלק התגלה על ידי המדען הבריטי סר ויליאם גרוב בשנת 1839. הוא ידוע בתור אביו של "תא הדלק". ויליאם גרוב ייצר חשמל על ידי שינוי להפקת מימן וחמצן. לאחר שניתק את הסוללה מהתא האלקטרוליטי, הופתע גרוב לגלות שהאלקטרודות החלו לספוג את הגז המשתחרר וליצור זרם. פתיחת תהליך בעירה אלקטרוכימית "קרה" של מימןהפך לאירוע משמעותי בתעשיית האנרגיה, ולאחר מכן אלקטרוכימאים מפורסמים כמו אוסטוולד ונרנסט מילאו תפקיד מרכזי בפיתוח יסודות תיאורטייםו יישום מעשיתאי דלק וחזו להם עתיד גדול.

עַצמִי המונח "תא דלק"הופיע מאוחר יותר - הוא הוצע בשנת 1889 על ידי לודוויג מונד וצ'רלס לנגר, שניסו ליצור מכשיר להפקת חשמל מאוויר וגז פחם.

במהלך בעירה רגילה בחמצן מתרחשת חמצון של דלק אורגני, והאנרגיה הכימית של הדלק מומרת בצורה לא יעילה לאנרגיה תרמית. אבל התברר שניתן לבצע את תגובת החמצון, למשל, של מימן עם חמצן, בסביבת אלקטרוליטים ובנוכחות אלקטרודות, לקבל זרם חשמלי. לדוגמה, על ידי אספקת מימן לאלקטרודה הממוקמת בתווך אלקליני, אנו מקבלים אלקטרונים:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

אשר עוברים במעגל החיצוני מגיעים לאלקטרודה הנגדית, אליה זורם חמצן ושם מתרחשת התגובה: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

ניתן לראות שהתגובה המתקבלת 2H2 + O2 → H2O זהה לבעירה קונבנציונלית, אך בתא דלק, או אחרת - ב מחולל אלקטרוכימי, התוצאה היא זרם חשמלי עם יעילות רבה וחום חלקי. שימו לב שפחם, חד חמצני, אלכוהול, הידרזין ואחרים יכולים לשמש גם כדלק בתאי דלק. חומר אורגני, וכחומרי חמצון - אוויר, מי חמצן, כלור, ברום, חומצה חנקתית וכו'.

הפיתוח של תאי דלק נמשך במרץ הן בחו"ל והן ברוסיה, ולאחר מכן בברית המועצות. בין המדענים שתרמו תרומה רבה לחקר תאי דלק, נציין את V. Jaco, P. Yablochkov, F. Bacon, E. Bauer, E. Justi, K. Cordesh. באמצע המאה הקודמת החלה התקפה חדשה על בעיות בתאי דלק. זה נובע בחלקו מההופעה של רעיונות, חומרים וטכנולוגיות חדשים כתוצאה ממחקר ביטחוני.

אחד המדענים שעשו צעד מרכזי בפיתוח תאי דלק היה P.M. Spiridonov. יסודות מימן-חמצן של ספירידונובנתן צפיפות זרם של 30 mA/cm2, מה שנחשב להישג גדול באותה תקופה. בשנות הארבעים יצר O. Davtyan מיתקן לבעירה אלקטרוכימית של גז מחולל המתקבל על ידי גיזוז פחם. עבור כל מטר מעוקב של נפח אלמנט, Davtyan קיבל כוח של 5 קילוואט.

זה היה תא דלק אלקטרוליט מוצק ראשון. הייתה לו יעילות גבוהה, אבל עם הזמן האלקטרוליט הפך לבלתי שמיש והיה צורך להחליף אותו. בהמשך, יצר דבתיאן, בסוף שנות החמישים, מתקן רב עוצמה שמניע את הטרקטור. באותן שנים, המהנדס האנגלי טי בייקון תכנן ובנה סוללת תאי דלק בהספק כולל של 6 קילוואט ויעילות של 80%, הפועלת על מימן וחמצן טהורים, אך יחס ההספק למשקל של התברר שהסוללה קטנה מדי - אלמנטים כאלה לא היו מתאימים יישום מעשיויקר מדי.

בשנים שלאחר מכן חלף זמנם של המתבודדים. יוצרי החללית החלו להתעניין בתאי דלק. מאז אמצע שנות ה-60 הושקעו מיליוני דולרים במחקר תאי דלק. עבודתם של אלפי מדענים ומהנדסים אפשרה לנו להגיע לרמה חדשה, ובשנת 1965. תאי דלק נבדקו בארה"ב ב- חֲלָלִיתג'מיני 5, ובהמשך החללית אפולו לטיסות לירח ולתוכנית המעבורת.

בברית המועצות פותחו תאי דלק ב-NPO Kvant, גם לשימוש בחלל. באותן שנים כבר הופיעו חומרים חדשים - אלקטרוליטים פולימריים מוצקים המבוססים על ממברנות חילופי יונים, סוגים חדשים של זרזים, אלקטרודות. ובכל זאת, צפיפות זרם ההפעלה הייתה קטנה - בטווח של 100-200 mA/cm2, ותכולת הפלטינה על האלקטרודות הייתה כמה ג'/cm2. היו בעיות רבות הקשורות לעמידות, יציבות ובטיחות.

השלב הבא של התפתחות מהירה של תאי דלק החל בשנות ה-90. המאה הקודמת ונמשכת עד היום. זה נגרם על ידי הצורך במקורות אנרגיה יעילים חדשים בחיבור, מצד אחד, עם גלובלי בעיה סביבתיתהגדלת פליטת גזי חממה משריפת דלקים מאובנים ומצד שני, דלדול מאגרי דלק כזה. מכיוון שבתא דלק התוצר הסופי של שריפת מימן הוא מים, הם נחשבים לנקיים ביותר מבחינת ההשפעה הסביבתית. הבעיה העיקרית היא רק למצוא דרך יעילה וזולה לייצר מימן.

מיליארדים השקעות פיננסיותעל פיתוח תאי דלק ומחוללי מימן אמור להוביל לפריצת דרך טכנולוגית ולהפוך את השימוש בהם בחיי היומיום למציאות: בתאים עבור טלפונים סלולריים, במכוניות, בתחנות כוח. כבר עתה, ענקיות רכב כמו באלארד, הונדה, דיימלר קרייזלר וג'נרל מוטורס מדגימות מכוניות ואוטובוסים המונעים על ידי תאי דלק בהספק של 50 קילוואט. התפתחו מספר חברות תחנות כוח הדגמה המשתמשות בתאי דלק עם אלקטרוליט תחמוצת מוצק בהספק של עד 500 קילוואט. אבל, למרות פריצת דרך משמעותית בשיפור המאפיינים של תאי דלק, בעיות רבות הקשורות לעלות, אמינות ובטיחות שלהם עדיין צריכות להיפתר.

בתא דלק, בניגוד לסוללות ומצברים, מסופקים אליו מבחוץ גם דלק וגם מחמצן. תא הדלק רק מתווך את התגובה ובתנאים אידיאליים, יכול לפעול כמעט לנצח. היופי בטכנולוגיה הזו הוא שהתא למעשה שורף דלק וממיר ישירות את האנרגיה המשתחררת לחשמל. כאשר דלק נשרף ישירות, הוא מתחמצן על ידי חמצן, והחום המשתחרר משמש לביצוע עבודה שימושית.

בתא דלק, כמו בסוללות, התגובות של חמצון הדלק והפחתת החמצן מופרדות באופן מרחבי, ותהליך ה"בעירה" מתרחש רק אם התא מספק זרם לעומס. זה בדיוק כמו גנרטור דיזל חשמלי, רק ללא סולר וגנרטור. וגם בלי עשן, רעש, התחממות יתר ועם הרבה יותר יעילות גבוהה. זה האחרון מוסבר על ידי העובדה, ראשית, אין ביניים מכשירים מכנייםושנית, תא הדלק אינו מנוע חום, וכתוצאה מכך אינו מציית לחוק קרנו (כלומר, יעילותו אינה נקבעת על ידי הפרשי טמפרטורה).

החמצן משמש כחומר מחמצן בתאי דלק. יתרה מכך, מכיוון שיש מספיק חמצן באוויר, אין צורך לדאוג לגבי אספקת חומר מחמצן. לגבי דלק, זה מימן. אז, התגובה מתרחשת בתא הדלק:

2H2 + O2 → 2H2O + חשמל + חום.

התוצאה היא אנרגיה שימושית ואדי מים. הפשוט ביותר במבנה שלו הוא תא דלק ממברנת החלפת פרוטונים(ראה איור 1). זה פועל באופן הבא: מימן הנכנס ליסוד מתפרק בפעולת זרז לאלקטרונים ויוני מימן בעלי מטען חיובי H+. ואז נכנסת לתמונה קרום מיוחד, הממלא את התפקיד של אלקטרוליט בסוללה קונבנציונלית. בשל ההרכב הכימי שלו, הוא מאפשר לפרוטונים לעבור דרכם אך שומר על אלקטרונים. כך, האלקטרונים המצטברים על האנודה יוצרים עודף מטען שלילי, ויוני המימן יוצרים מטען חיובי על הקתודה (המתח על היסוד הוא בערך 1V).

כדי ליצור הספק גבוה, תא דלק מורכב מתאים רבים. אם מחברים יסוד לעומס, אלקטרונים יזרמו דרכו אל הקתודה, ויצרו זרם וישלימו את תהליך החמצון של מימן עם חמצן. חלקיקי פלטינה המופקדים על סיבי פחמן משמשים בדרך כלל כזרז בתאי דלק כאלה. בשל המבנה שלו, זרז כזה מאפשר גז וחשמל לעבור היטב. הממברנה עשויה בדרך כלל מהפולימר Nafion המכיל גופרית. עובי הממברנה הוא עשיריות המילימטר. במהלך התגובה, כמובן, משתחרר גם חום, אבל לא כל כך, אז טמפרטורת הפעלהנשמר בטווח של 40-80 מעלות צלזיוס.

איור.1. עקרון הפעולה של תא דלק

ישנם סוגים אחרים של תאי דלק, הנבדלים בעיקר בסוג האלקטרוליט המשמש. כמעט כולם דורשים מימן כדלק, ולכן נשאלת השאלה ההגיונית: היכן משיגים אותו. כמובן שניתן יהיה להשתמש במימן דחוס מגלילים, אך מתעוררות מיד בעיות הקשורות להובלה ואחסון של גז דליק מאוד זה בלחץ גבוה. כמובן שניתן להשתמש במימן בצורה קשורה, כמו בסוללות מתכת הידריד. אבל מלאכת החילוץ והשינוע עדיין נותרה בעינה, כי התשתית לתדלוק מימן לא קיימת.

עם זאת, יש כאן גם פתרון - דלק פחמימני נוזלי יכול לשמש כמקור למימן. לדוגמה, אתיל או מתיל אלכוהול. נכון, זה דורש מכשיר נוסף מיוחד - ממיר דלק, כאשר טמפרטורה גבוהה(עבור מתנול זה יהיה איפשהו בסביבות 240 מעלות צלזיוס) המרת אלכוהול לתערובת של H2 וCO2 גזי. אבל במקרה זה, כבר קשה יותר לחשוב על ניידות - מכשירים כאלה טובים לשימוש כנייחים או, אבל עבור ציוד נייד קומפקטי אתה צריך משהו פחות מגושם.

והנה הגענו בדיוק למכשיר שכמעט כל יצרני האלקטרוניקה הגדולים מפתחים בכוח נוראי - תא דלק מתנול(איור 2).

איור 2. עקרון הפעולה של תא דלק מתנול

ההבדל המהותי בין תאי דלק מימן ומתנול הוא הזרז המשמש. הזרז בתא דלק מתנול מאפשר להסיר פרוטונים ישירות ממולקולת האלכוהול. כך, הבעיה עם הדלק נפתרה - מתיל אלכוהול מיוצר בהמוניו תעשייה כימית, קל לאחסון ולהובלה, וטעינת תא הדלק המתנול היא פשוטה כמו החלפת מחסנית הדלק. נכון, יש חיסרון אחד משמעותי - מתנול הוא רעיל. בנוסף, היעילות של תא דלק מתנול נמוכה משמעותית מזו של מימן.

אוֹרֶז. 3. תא דלק מתנול

האפשרות המפתה ביותר היא להשתמש בו כדלק אתנול, לטובת ייצור והפצה משקאות אלכוהולייםמכל הרכב וחוזק מבוסס היטב ברחבי העולם. עם זאת, היעילות של תאי דלק אתנול, למרבה הצער, נמוכה אפילו מזו של מתנול.

כפי שכבר צוין לאורך שנים רבות של פיתוח בתחום תאי הדלק, סוגים שוניםתאי דלק. תאי דלק מסווגים לפי אלקטרוליט וסוג דלק.

1. אלקטרוליט מימן-חמצן פולימר מוצק.

2. תאי דלק מתנול פולימרי מוצק.

3. תאי אלקטרוליט אלקליין.

4. תאי דלק של חומצה זרחתית.

5. יסודות דלק המבוססים על קרבונטים מותכים.

6. תאי דלק תחמוצת מוצק.

באופן אידיאלי, היעילות של תאי דלק גבוהה מאוד, אך בתנאים אמיתיים ישנם הפסדים הקשורים לתהליכים ללא שיווי משקל, כגון: הפסדים אומהיים עקב המוליכות הספציפית של האלקטרוליט והאלקטרודות, הפעלה וקיטוב ריכוז, והפסדי דיפוזיה. כתוצאה מכך, חלק מהאנרגיה הנוצרת בתאי הדלק מומרת לחום. המאמצים של מומחים מכוונים לצמצום הפסדים אלה.

המקור העיקרי להפסדים אוהמיים, כמו גם הסיבה למחיר הגבוה של תאי דלק, הם קרומי חילופי קטונים סולפוניים פרפלואורינים. כעת מתבצע החיפוש אחר פולימרים חלופיים וזולים יותר מוליכים פרוטונים. מכיוון שמוליכות הממברנות הללו (אלקטרוליטים מוצקים) מגיעה לערך מקובל (10 אוהם/ס"מ) רק בנוכחות מים, יש ללחות בנוסף את הגזים המסופקים לתא הדלק במכשיר מיוחד, מה שגם מייקר את העלות של מַעֲרֶכֶת. אלקטרודות דיפוזיה של גז קטליטי משתמשות בעיקר בפלטינה ובכמה מתכות אצילות אחרות, ועד כה לא נמצא להן תחליף. למרות שתכולת הפלטינה בתאי הדלק היא כמה מ"ג/סמ"ר, עבור סוללות גדולות הכמות שלה מגיעה לעשרות גרמים.

בעת תכנון תאי דלק, מוקדשת תשומת לב רבה למערכת הסרת החום, ממתי צפיפות גבוההזרם (עד 1A/cm2) המערכת מתחממת בעצמה. לקירור משתמשים במים המסתובבים בתא הדלק דרך ערוצים מיוחדים, ובהספקים נמוכים - נושבת אוויר.

כָּך, מערכת מודרניתבנוסף למצבר תא הדלק עצמו, גנרטור אלקטרוכימי "מגודל" במכשירי עזר רבים, כגון: משאבות, מדחס לאספקת אוויר, הזרקת מימן, מכשיר אדים בגז, יחידת קירור, מערכת ניטור דליפת גז, ממיר DC-AC, מעבד בקרה וכו'. כל זה מוביל לכך שהעלות של מערכת תאי דלק בשנים 2004-2005 הייתה 2-3 אלף $/kW. לדברי מומחים, תאי דלק יהפכו לזמינים לשימוש בתחנות כוח תחבורה ותחנות כוח נייחות במחיר של 50-100 דולר לקוט"ש.

להכניס תאי דלק ל חיי היומיום, יחד עם רכיבים זולים יותר, עלינו לצפות לרעיונות וגישות מקוריות חדשות. בפרט, תולים תקוות גדולות בשימוש בננו-חומרים ובננו-טכנולוגיות. לדוגמה, כמה חברות הכריזו לאחרונה על יצירת זרזים יעילים במיוחד, במיוחד לאלקטרודות חמצן, המבוססים על מקבצים של ננו-חלקיקים ממתכות שונות. בנוסף, היו דיווחים על עיצובים של תאי דלק חסרי ממברנה שבהם דלק נוזלי(לדוגמה, מתנול) מסופק לתא הדלק יחד עם המחמצן. מעניין גם הרעיון המתפתח של תאי דלק ביולוגי הפועלים במים מזוהמים וצורכים חמצן מומס באוויר כמחמצן, וזיהומים אורגניים כדלק.

לדברי מומחים, תאי דלק ייכנסו לשוק ההמוני בשנים הקרובות. ואכן, בזה אחר זה, מפתחים מתגברים על בעיות טכניות, מדווחים על הצלחות ומציגים אבות טיפוס של תאי דלק. לדוגמה, טושיבה הדגימה אב טיפוס מוגמר של תא דלק מתנול. יש לו גודל של 22x56x4.5mm ומפיק הספק של כ-100mW. מילוי אחד של 2 קוביות של מתנול מרוכז (99.5%) מספיק ל-20 שעות פעילות של נגן ה-MP3. טושיבה פרסמה תא דלק מסחרי להנעת טלפונים ניידים. שוב, אותה טושיבה הדגימה תא להפעלת מחשבים ניידים בגודל 275x75x40 מ"מ, המאפשר למחשב לפעול במשך 5 שעות בטעינה אחת.

חברה יפנית אחרת, Fujitsu, נמצאת לא הרחק מאחורי טושיבה. ב-2004 היא גם הציגה אלמנט הפועל ב-30% תמיסה מימיתמתנול. תא דלק זה פעל על טעינה אחת של 300 מ"ל למשך 10 שעות והפיק הספק של 15 וואט.

Casio מפתחת תא דלק שבו מתנול הופך תחילה לתערובת של גזי H2 ו-CO2 בממיר דלק מיניאטורי, ולאחר מכן מוזן לתא הדלק. במהלך ההדגמה, אב הטיפוס של Casio הניע מחשב נייד למשך 20 שעות.

סמסונג הטביעה את חותמה גם בתחום תאי הדלק - בשנת 2004 היא הדגימה את אב הטיפוס שלה בעוצמה של 12 וואט שנועד להפעיל מחשב נייד. באופן כללי, סמסונג מתכננת להשתמש בתאי דלק בעיקר בסמארטפונים מהדור הרביעי.

יש לומר שחברות יפניות נקטו בדרך כלל גישה מאוד יסודית לפיתוח תאי דלק. עוד בשנת 2003, חברות כמו Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony ו-Toshiba איחדו כוחות כדי לפתח תקן תאי דלק יחיד עבור מחשבים ניידים, טלפונים ניידים, מחשבי כף יד ואחרים. מכשירים אלקטרוניים. חברות אמריקאיות, שקיימות גם רבות מהן בשוק הזה, עובדות בעיקר בחוזים עם הצבא ומפתחות תאי דלק לחשמול חיילים אמריקאים.

הגרמנים לא רחוקים מאחור - חברת Smart Fuel Cell מוכרת תאי דלק כדי להפעיל משרד נייד. המכשיר נקרא Smart Fuel Cell C25, בעל ממדים של 150x112x65 מ"מ ויכול לספק עד 140 וואט-שעה לכל מילוי. זה מספיק כדי להפעיל את המחשב הנייד למשך כ-7 שעות. לאחר מכן ניתן להחליף את המחסנית ותוכל להמשיך לעבוד. גודל מחסנית המתנול הוא 99x63x27 מ"מ, והיא שוקלת 150 גרם. המערכת עצמה שוקלת 1.1 ק"ג, כך שלא ניתן לקרוא לה ניידת לחלוטין, אך עדיין מדובר במכשיר שלם ונוח לחלוטין. החברה גם מפתחת מודול דלק להפעלת מצלמות וידאו מקצועיות.

באופן כללי, תאי דלק כמעט נכנסו לשוק האלקטרוניקה הניידת. היצרנים עדיין צריכים לפתור את הבעיות הטכניות האחרונות לפני תחילת ייצור המוני.

ראשית, יש צורך לפתור את סוגיית המזעור של תאי דלק. אחרי הכל, ככל שתא הדלק קטן יותר, כך הוא יכול להפיק פחות כוח - ולכן כל הזמן מפתחים זרזים ואלקטרודות חדשים המאפשרים למקסם משטח עבודה. כאן מאוד שימושיים הפיתוחים האחרונים בתחום הננוטכנולוגיה והננו-חומרים (לדוגמה, ננו-צינורות). שוב, כדי למזער את הצנרת של אלמנטים (משאבות דלק ומים, מערכות קירור והמרת דלק), נעשה יותר ויותר שימוש בהישגים של מיקרואלקטרומכניקה.

הבעיה החשובה השנייה שצריך לטפל בה היא המחיר. אחרי הכל, פלטינה יקרה מאוד משמשת כזרז ברוב תאי הדלק. שוב, חלק מהיצרנים מנסים להפיק את המרב מטכנולוגיות הסיליקון המבוססות כבר.

באשר לתחומי שימוש אחרים של תאי דלק, תאי דלק כבר התבססו שם בצורה די איתנה, למרות שהם עדיין לא הפכו למיינסטרים לא בתחום האנרגיה ולא בתחבורה. כבר עתה, יצרני רכב רבים הציגו את מכוניות הקונספט שלהם המונעות על ידי תאי דלק. אוטובוסים של תאי דלק פועלים במספר ערים ברחבי העולם. חברת Ballard Power Systems הקנדית מייצרת סדרה שלמהגנרטורים נייחים עם הספק של 1 עד 250 קילוואט. במקביל, גנרטורים של קילוואט מיועדים לספק באופן מיידי לדירה אחת חשמל, חום ומים חמים.