Yoqilg'i xujayrasi №1 - Onaning yuragi (ona qornidagi qidiruv)
Aloy to'liq quvvatga ega bo'lishidan oldin birinchi yonilg'i xujayrasini topadi. ochiq dunyo. Inititsiyadan so'ng, bizning qahramonimiz o'zini onaning yuragida, Nora qabilasining muqaddas joyi va matriarxlar maskanida topadi.

To'shakdan turib Oloy ketma-ket bir necha xonadan o'tadi va ulardan birida u ochilmaydigan muhrlangan eshikka duch keladi. Atrofga qarang - yaqin atrofda yonayotgan shamlar bilan bezatilgan shamollatish shaxtasi bo'ladi. Siz u erga borishingiz kerak.

Kondan o'tganingizdan so'ng, siz o'zingizni qulflangan eshik ortida topasiz. Shamlar va devor bloklari yonidagi polga sirli maqsad bilan qarang - bu erda yonilg'i xujayrasi mavjud.

Muhim: Agar siz ushbu yonilg'i xujayrasini hozir olmasangiz, "Nora yuragi" topshirig'ini bajarganingizdan so'ng, o'yinning keyingi bosqichlarida yana bu joyga kirishingiz mumkin bo'ladi.

Yoqilg'i xujayrasi №2 - vayronalar
Oloy bu xarobalarda avval ham bo‘lgan – u bolaligida shu yerga tushib qolgan. Initiatsiyani tugatgandan so'ng, bolaligingizni eslab, bu erga yana qaytib kelishingiz kerak - ikkinchi yonilg'i xujayrasini olish.

Vayronalarga kirish shunday ko'rinadi, jasorat bilan sakrab chiqing.

Xaritada binafsha rang bilan belgilangan vayronalarning birinchi darajasi, pastki o'ng qismi kerak. Bu yerda Oloy nayzasi bilan ochadigan eshik bor.

Eshikdan o'tib, zinadan yuqoriga ko'tarilib, o'ngga buriling - Oloy yoshligida bu stalaktitlardan o'ta olmasdi, lekin hozir u janjallashib qoldi. Yana nayzani oling va stalaktitlarni sindiring - yo'l aniq, stol ustida yotgan yoqilg'i elementini olish qoladi.

Yoqilg'i xujayrasi №3 - Magistrlik chegarasi (Magistrlik chegarasi vazifasi)
Shimolga boraylik. "Magistrning erishishi" hikoyasi davomida Aloy Oldingilarning ulkan xarobalari bilan tanishadi. Vayronalarning o'n ikkinchi qavatida yana bir yonilg'i xujayrasi yashiringan.

Siz nafaqat xarobalarning eng yuqori darajasiga ko'tarilishingiz, balki biroz balandroq ko'tarilishingiz kerak. O'zingizni barcha shamollar uchun ochiq bo'lgan kichik maydonda topmaguningizcha, binoning omon qolgan qismi bo'ylab ko'taring.

Bu erda uchinchi yonilg'i xujayrasi joylashgan. Faqat pastga tushish qoladi.

Yoqilg'i kamerasi №4 - O'lim xazinasi (o'lim xazinasi qidiruvi)
Ushbu yonilg'i xujayrasi xaritaning shimoliy qismida ham yashiringan, ammo u Nora qabilasining erlariga ancha yaqinroq. Hikoya missiyasi paytida Aloy ham bu erga keladi.

Elementga kirish uchun Aloy joyning uchinchi darajasida joylashgan muhrlangan eshikni elektr ta'minotini tiklashi kerak.

Buning uchun siz kichik jumboqni hal qilishingiz kerak - eshik ostidagi darajada to'rtta regulyatorning ikkita bloki mavjud.

Birinchidan, regulyatorlarning chap bloki bilan shug'ullanamiz. Birinchi regulyator "yuqoriga", ikkinchisi "o'ngga", uchinchisi "chapga", to'rtinchisi "pastga" qarashi kerak.

Keling, o'ng blokga o'tamiz. Siz dastlabki ikkita regulyatorga tegmaysiz, uchinchi va to'rtinchi regulyatorlar "pastga" qarashlari kerak.

Biz bir darajaga ko'tarilamiz - bu erda regulyatorlarning oxirgi bloki. To'g'ri tartib: yuqoriga, pastga, chapga, o'ngga.

Agar siz hamma narsani to'g'ri qilsangiz, unda barcha regulyatorlar rangni turkuazga o'zgartiradi, quvvat manbai tiklanadi. Eshik oldiga qayting va uni oching - bu erda yana bir yonilg'i xujayrasi bor.

Yoqilg'i xujayrasi №5 - GAIA Prime (Fallen Mountain vazifasi)
Nihoyat, oxirgi yonilg'i xujayrasi - va yana uchastka vazifasiga ko'ra. Aloy GAIA Prime xarobalariga sayohat qiladi.

Uchinchi darajaga kirganingizda ayniqsa ehtiyot bo'ling. Bir payt Oloy oldida jozibali tubsizlik paydo bo'ladi, unga arqonda tushishingiz mumkin - u erga borishning hojati yo'q.

Chapga burilib, yashirin g'orni o'rgangan ma'qul, agar siz tog' yonbag'ridan pastga tushsangiz, unga kirishingiz mumkin.

Ichkariga kiring va oxirigacha oldinga boring. O'ngdagi oxirgi xonada oxirgi yonilg'i xujayrasi yotadigan javon bo'ladi.

Tez orada (aniqrog'i, uning qiziqarli sarguzashtlari boshida) bosh qahramon Nora qabilasining erlariga juda yaqin joylashgan Forerunner bunkeriga qoqiladi. Ushbu qadimiy bunker ichida, kuchli va yuqori texnologiyali eshik ortida, uzoqdan nafaqat munosib, balki juda jozibali ko'rinadigan zirhlar bo'ladi. Zirh "Shield Weaver" deb nomlanadi va u aslida o'yindagi eng yaxshi jihozdir. Shu sababli, darhol ko'plab savollar tug'iladi: "Sheld Weaver zirhini qanday topish va olish kerak?", "Yoqilg'ini qaerdan topish kerak?", "Bunker eshiklarini qanday ochish kerak?" va bir xil mavzuga oid ko'plab boshqa savollar. Shunday qilib, bunker eshiklarini ochish va orzu qilingan zirhlarni olish uchun siz beshta yonilg'i xujayrasini topishingiz kerak, ular o'z navbatida o'yin dunyosiga tarqaladi. Quyida men sizga qidiruv paytida va Qadimgi Arsenalda jumboqlarni hal qilish uchun yonilg'i xujayralarini qaerdan va qanday topishni aytib beraman.

: Taqdim etilgan qo'llanmada nafaqat batafsil matnli ko'rsatma mavjud, balki har bir yonilg'i xujayrasiga skrinshotlar biriktirilgan va oxirida video mavjud. Bularning barchasi sizning qidiruvingizni osonlashtirish uchun yaratilgan, shuning uchun matn parchasidagi biron bir nuqta aniq bo'lmasa, men skrinshotlar va videolarni tomosha qilishni tavsiya qilaman.

. Birinchi yoqilg'i - "Onaning yuragi"

Birinchi yonilg'i xujayrasini qaerda va qanday topish mumkin - yoqilg'i joylashuvi.

Shunday qilib, Aloy "Ona qornida" topshirig'i bo'yicha ochiq dunyoga kirishdan ancha oldin birinchi yoqilg'i xujayrasini (yoki oddiyroq aytganda, yoqilg'ini) topa oladi. Gap shundaki, "Boshlash" topshirig'idan keyin (aytmoqchi, bu ham amal qiladi hikoya chizig'i) bosh qahramon o'zini "Onaning yuragi" deb nomlangan joyda topadi, bu Nora qabilasi va matriarxlar qarorgohi uchun muqaddas joy.

Qiz to'shakdan turishi bilan ketma-ket bir nechta xonalardan (xonalardan) o'ting, ulardan birida siz shunchaki ocholmaydigan muhrlangan eshikka duch kelasiz. Ayni paytda men atrofga qarashingizni qat'iy tavsiya qilaman, chunki qahramonning yonida (yoki eshiklar yonida - qaysi biri qulayroq bo'lsa) yonib turgan shamlar bilan bezatilgan shamollatish shaxtasi bor (umuman, bu erga borishingiz kerak). .

Shamollatish shashti bo'ylab yo'lning ma'lum bir qismini bosib o'tganingizdan so'ng, qahramon o'zini qulflangan eshik ortida topadi. Devor blokining yonidagi polga va sirli maqsadli shamlarga qarang - birinchi yonilg'i xujayrasi bu joyda yotadi.

: Esda tutingki, agar siz ochiq dunyoga kirishdan oldin birinchi yonilg'i xujayrasini olmasangiz, shundan keyin siz ushbu joyga faqat o'tishning keyingi bosqichlarida borishingiz mumkin. Ammo aniqrog'i, "Nora yuragi" missiyasini tugatgandan so'ng, men hozir yoqilg'ini olishni maslahat beraman.



. Ikkinchi yoqilg'i - "Harobalar"

Ikkinchi yonilg'i xujayrasini qaerda va qanday topish mumkin - yoqilg'i joylashuvi.

Ikkinchi yoqilg'ini qidirishda bilishingiz kerak bo'lgan birinchi narsa: bosh qahramon bolaligida (o'yinning boshida) vayronaga aylanganida allaqachon shu joyda edi. Shunday qilib, "Boshlash" topshirig'ini bajarganingizdan so'ng, siz chuqur bolaligingizni eslab, ikkinchi yonilg'i xujayrasini olish uchun yana bir marta bu joyga tushishingiz kerak bo'ladi.

Quyida bir nechta rasmlar (skrinshotlar) mavjud. Birinchi rasmda vayronalarga kirish joyi ko'rsatilgan (qizil rangda). Vayronalar ichida siz birinchi darajaga o'tishingiz kerak bo'ladi - bu pastki o'ng qism ta'kidlanadi binafsha xaritada. Bundan tashqari, qiz nayza bilan ochadigan eshik ham bo'ladi.

Oloy eshiklardan o'tishi bilan zinadan yuqoriga chiqing va birinchi imkoniyatda o'ngga buriling: Oloy yoshligida stalaktitlar orasidan o'ta olmasdi, ammo hozir uning har qanday vazifani bajara oladigan foydali "o'yinchoqlari" bor. . Shunday qilib, nayzangizni oling va stalaktitlarni sindirish uchun foydalaning. Tez orada yo'l aniq bo'ladi, shuning uchun stol ustida yotgan yonilg'i xujayrasini olish va keyingisiga o'tish qoladi. Agar o'tishning biron bir lahzasi aniq bo'lmasa, skrinshotlar quyida tartibda ilova qilinadi.




. Uchinchi yoqilg'i - "Magistrlik chegarasi"

Uchinchi yonilg'i xujayrasini qaerda va qanday topish mumkin - yoqilg'i joylashuvi.

Shimolga borish vaqti keldi. "Magistrning chegarasi" qidiruvi davomida Aloy Oldingilarning ulkan xarobalarini sinchkovlik bilan o'rganishi va o'rganishi kerak bo'ladi. Shunday qilib, o'n ikkinchi darajadagi bu xarobalarda keyingi, uchinchi yonilg'i xujayrasi yashiringan bo'ladi.

Shuning uchun siz nafaqat bu xarobalarning yuqori darajasiga ko'tarilishingiz, balki u erda biroz balandroq ko'tarilishingiz kerak bo'ladi. Qimmatbaho vaqtni behuda sarflamang va binoning saqlanib qolgan qismi bo'ylab balandroq ko'taring. O'zingizni barcha shamollarga ochiq bo'lgan kichik platformada topmaguningizcha yuqoriga ko'taring. Keyin hamma narsa oddiy, chunki tepada yoqilg'ining uchinchi elementi bo'ladi: hech qanday jumboq, jumboq yoki sir yo'q. Shunday qilib, yoqilg'ini oling, pastga tushing va davom eting.



. To'rtinchi yoqilg'i - "O'lim xazinasi"

To'rtinchi yonilg'i xujayrasini qaerda va qanday topish mumkin - yoqilg'i joylashuvi.

Yaxshi xabar shundaki, bu yonilg'i xujayrasi ham Horizont xaritasining shimoliy qismida joylashgan: Nolinchi shafaq, lekin ayni paytda Nora qabilasining yerlariga bir oz yaqinroq. Keyingi hikoya missiyasi paytida bosh qahramon yana xaritaning ushbu qismida o'zini topadi. Ammo oxirgi yonilg'i xujayrasiga borishdan oldin, Aloy joyning uchinchi darajasida joylashgan muhrlangan eshikning elektr ta'minotini tiklashi kerak. Bundan tashqari, buning uchun siz kichik va juda murakkab bo'lmagan jumboqni hal qilishingiz kerak bo'ladi. Jumboq bloklar va regulyatorlarni o'z ichiga oladi (eshiklar ostidagi darajadagi to'rtta regulyatorning ikkita bloki mavjud). Shunday qilib, boshlash uchun regulyatorlarning chap bloki bilan shug'ullanishingizni maslahat beraman: birinchi regulyator yuqoriga ko'tarilishi (qarang), ikkinchisi - o'ngga, uchinchisi - chapga, to'rtinchisi - pastga.

Shundan so'ng, bilan blokga o'ting o'ng tomoni. Birinchi ikkita regulyatorga tegmang, lekin uchinchi va to'rtinchi regulyatorlarni rad qilish kerak bo'ladi. Shuning uchun, bir darajaga ko'taring - bu erda regulyatorlarning oxirgi bloki. To'g'ri tartib quyidagicha ko'rinadi: 1 - yuqoriga, 2 - pastga, 3 - chapga, 4 - o'ngga.

Har bir narsani to'g'ri bajarganingizdan so'ng, boshqaruv elementlari rangni oqdan firuza rangga o'zgartiradi. Shunday qilib, elektr ta'minoti qayta tiklanadi. Shuning uchun, eshiklarga qaytib, uni oching. Eshikdan tashqarida, qahramonni oxirgi yoqilg'i xujayrasi "salomlashadi", shuning uchun u keyingi, oxirgi yoqilg'iga borishi mumkin.






. Beshinchi yoqilg'i - "GAIA Prime"

Beshinchi yonilg'i xujayrasini qaerda va qanday topish mumkin - yonilg'i joyi.

Nihoyat, oxirgi yonilg'i xujayrasi. Va yana, uni faqat hikoya chizig'idan o'tish paytida olish mumkin. Bu safar bosh qahramon "GAIA Prime" deb nomlangan xarobalarga borishi kerak. Shu nuqtada e'tibor berish kerak alohida e'tibor, o'zingizni uchinchi darajaga yaqin topganingizda. Gap shundaki, ichida ma'lum bir daqiqa qizning oldida jozibali tubsizlik bo'ladi, u arqon yordamida tushishi mumkin, garchi u u erga bormasligi kerak.

Chuqurlikdan oldin siz chapga burilib, birinchi navbatda ko'zdan yashiringan g'orni o'rganishingiz kerak: agar siz tog' yonbag'ridan pastga tushsangiz, unga kirishingiz mumkin. Ichkariga kiring va keyin oxirigacha oldinga boring. O'ng tarafdagi xonaning oxirgi xonasida oxirgi yonilg'i xujayrasi nihoyat yotadigan javon bo'ladi. U bilan birga siz endi xavfsiz tarzda bunkerga qaytib, hashamatli jihozlarni olish uchun barcha qulflarni ochishingiz mumkin.



. Qadimgi Arsenalga qanday kirish mumkin?

Xo'sh, endi faqat qaytib kelish qoladi Qadimgi Arsenal uzoq kutilgan mukofotni olish uchun. Agar siz arsenalning koridorlarini eslamasangiz, unda quyidagi skrinshotlarga qarang, bu sizga butun yo'lni eslab qolishga yordam beradi.

Siz yetib kelganingizda to'g'ri joy va pastga tushing, yonilg'i xujayralarini bo'sh hujayralarga joylashtiring. Bu regulyatorlarning yonishiga olib keladi, shuning uchun eshiklarni ochish uchun yangi jumboq echilishi kerak. Shunday qilib, birinchi regulyator yuqoriga, ikkinchisi - o'ngga, uchinchisi - pastga, to'rtinchisi - chapga, beshinchisi - yuqoriga yo'naltirilishi kerak. Agar siz hamma narsani to'g'ri qilsangiz, eshiklar ochiladi, ammo bu hali tugamaydi.

Keyinchalik siz zirhning qulfini (yoki mahkamlagichlarini) ochishingiz kerak - bu regulyatorlar bilan bog'liq yana bir oddiy jumboq bo'lib, unda siz qolgan yonilg'i xujayralarini ishlatishingiz kerak. Birinchi tugmani o'ngga, ikkinchisini chapga, uchinchisini yuqoriga, to'rtinchisini o'ngga, beshinchisini yana chapga burish kerak.

Nihoyat, bu uzoq azoblardan so'ng, zirhni olish mumkin bo'ladi. "Qalqon to'quvchisi" - bu juda yaxshi jihoz bo'lib, u bosh qahramonni bir muddat deyarli daxlsiz qiladi. Eng muhimi, zirh rangini doimiy ravishda kuzatib borishdir: agar zirh oq rangda miltillasa, unda hamma narsa tartibda. Agar u qizil bo'lsa, qalqon yo'qoladi.


Yoqilg'i xujayrasi elektrokimyoviy reaktsiya orqali issiqlik va to'g'ridan-to'g'ri oqimni samarali ishlab chiqaradigan va vodorodga boy yoqilg'idan foydalanadigan qurilma. Uning ishlash printsipi batareyanikiga o'xshaydi. Strukturaviy ravishda yonilg'i xujayrasi elektrolit bilan ifodalanadi. Buning nimasi o'ziga xos? Batareyalardan farqli o'laroq, vodorod yonilg'i xujayralari elektr energiyasini saqlamaydi, zaryadlash uchun elektr energiyasini talab qilmaydi va zaryadsizlanmaydi. Hujayralar havo va yoqilg'i bilan ta'minlangan ekan, elektr energiyasini ishlab chiqarishda davom etadilar.

Xususiyatlari

Yoqilg'i xujayralari va boshqa elektr generatorlari o'rtasidagi farq shundaki, ular ish paytida yoqilg'ini yoqmaydi. Bu xususiyat tufayli ular rotorlarni talab qilmaydi yuqori bosim, baland shovqin yoki tebranishlarni chiqarmang. Yoqilg'i xujayralarida elektr energiyasi tovushsiz elektrokimyoviy reaktsiya orqali hosil bo'ladi. Bunday qurilmalarda yoqilg'ining kimyoviy energiyasi to'g'ridan-to'g'ri suv, issiqlik va elektr energiyasiga aylanadi.

Yoqilg'i xujayralari yuqori samarali va ko'p ishlab chiqarmaydi issiqxona gazlari. Hujayra faoliyati davomida emissiya mahsuloti hisoblanadi kichik miqdor bug 'shaklidagi suv va karbonat angidrid, agar sof vodorod yoqilg'i sifatida ishlatilsa, chiqarilmaydi.

Tashqi ko'rinish tarixi

1950 va 1960-yillarda NASAning uzoq muddatli kosmik missiyalar uchun energiya manbalariga bo'lgan ehtiyoji o'sha paytda mavjud bo'lgan yoqilg'i xujayralari uchun eng muhim muammolardan birini keltirib chiqardi. Ishqoriy hujayralar kislorod va vodorodni yoqilg'i sifatida ishlatadi, ular elektrokimyoviy reaktsiya orqali kosmik parvoz paytida foydali bo'lgan qo'shimcha mahsulotlarga - elektr, suv va issiqlikka aylanadi.

Yoqilg'i xujayralari birinchi marta kashf etilgan XIX boshi asr - 1838 yilda. Shu bilan birga, ularning samaradorligi haqida birinchi ma'lumotlar paydo bo'ldi.

Ishqoriy elektrolitlar yordamida yonilg'i xujayralari ustida ish 1930-yillarning oxirida boshlangan. Yuqori bosim ostida nikel bilan qoplangan elektrodlari bo'lgan hujayralar 1939 yilgacha ixtiro qilinmagan. Ikkinchi jahon urushi davrida Britaniya suv osti kemalari uchun diametri taxminan 25 santimetr bo'lgan gidroksidi hujayralardan tashkil topgan yonilg'i xujayralari ishlab chiqilgan.

Ularga qiziqish 1950-80-yillarda ortdi, bu neft yoqilg'isining etishmasligi bilan tavsiflanadi. Butun dunyo mamlakatlari elektr energiyasi ishlab chiqarishning ekologik toza usullarini ishlab chiqish maqsadida havo va atrof-muhitning ifloslanishiga qarshi kurasha boshladi. Hozirgi vaqtda yoqilg'i xujayrasi ishlab chiqarish texnologiyasi faol rivojlanmoqda.

Ishlash printsipi

Issiqlik va elektr energiyasi katod, anod va elektrolit ishtirokidagi elektrokimyoviy reaksiya natijasida yonilg'i xujayralari tomonidan ishlab chiqariladi.

Katod va anod proton o'tkazuvchi elektrolit bilan ajratilgan. Kislorod katodga, vodorod esa anodga kelganidan keyin u boshlanadi kimyoviy reaksiya, buning natijasi issiqlik, oqim va suvdir.

Anod katalizatorida ajraladi, bu elektronlarning yo'qolishiga olib keladi. Vodorod ionlari katodga elektrolit orqali kiradi va bir vaqtning o'zida elektronlar tashqi qismdan o'tadi. elektr tarmog'i va uskunani quvvatlantirish uchun ishlatiladigan to'g'ridan-to'g'ri oqim hosil qiladi. Katod katalizatoridagi kislorod molekulasi elektron va kiruvchi proton bilan birlashadi va natijada reaktsiyaning yagona mahsuloti bo'lgan suvni hosil qiladi.

Turlari

Muayyan turdagi yoqilg'i xujayrasini tanlash uning qo'llanilishiga bog'liq. Barcha yonilg'i xujayralari ikkita asosiy toifaga bo'linadi - yuqori harorat va past harorat. Ikkinchisi yoqilg'i sifatida sof vodoroddan foydalanadi. Bunday qurilmalar odatda asosiy yoqilg'ini toza vodorodga qayta ishlashni talab qiladi. Jarayon maxsus uskunalar yordamida amalga oshiriladi.

Yuqori haroratli yonilg'i xujayralari bunga muhtoj emas, chunki ular yoqilg'ini o'zgartiradilar ko'tarilgan haroratlar, bu vodorod infratuzilmasini yaratish zaruratini bartaraf etadi.

Vodorod yonilg'i xujayralarining ishlash printsipi kimyoviy energiyani samarasiz yonish jarayonlarisiz elektr energiyasiga aylantirish va issiqlik energiyasini mexanik energiyaga aylantirishga asoslangan.

Umumiy tushunchalar

Vodorod yonilg'i xujayralari - yoqilg'ining yuqori samarali "sovuq" yonishi orqali elektr energiyasini ishlab chiqaradigan elektrokimyoviy qurilmalar. Bir nechta turlari mavjud shunga o'xshash qurilmalar. Eng istiqbolli texnologiya PEMFC proton almashinuvi membranasi bilan jihozlangan vodorod-havo yonilg'i xujayralari hisoblanadi.

Proton o'tkazuvchi polimer membranasi ikkita elektrodni - katod va anodni ajratish uchun mo'ljallangan. Ularning har biri katalizator yotqizilgan uglerod matritsasi bilan ifodalanadi. anod katalizatorida ajraladi, elektronlar beradi. Kationlar membrana orqali katodga o'tkaziladi, lekin elektronlar tashqi konturga o'tkaziladi, chunki membrana elektronlarni uzatish uchun mo'ljallanmagan.

Katod katalizatoridagi kislorod molekulasi dan elektron bilan birlashadi elektr zanjiri va kiruvchi proton, natijada, reaktsiyaning yagona mahsuloti bo'lgan suvni hosil qiladi.

Vodorod yonilg'i xujayralari energiya tizimining asosiy ishlab chiqaruvchi elementlari sifatida ishlaydigan membrana-elektrod birliklarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Vodorod yonilg'i xujayralari afzalliklari

Ular orasida:

  • Oshgan o'ziga xos issiqlik.
  • Keng ish harorati oralig'i.
  • Hech qanday tebranish, shovqin va issiqlik dog'lari yo'q.
  • Sovuq boshlash ishonchliligi.
  • O'z-o'zidan zaryadsizlanish yo'q, bu energiyani uzoq muddatli saqlashni ta'minlaydi.
  • Yoqilg'i patronlari sonini o'zgartirish orqali energiya zichligini sozlash qobiliyati tufayli cheksiz avtonomiya.
  • Vodorodni saqlash hajmini o'zgartirish orqali deyarli har qanday energiya intensivligini ta'minlash.
  • Uzoq muddatli operatsiya.
  • Jim va ekologik xavfsiz ishlash.
  • Yuqori energiya intensivligi.
  • Vodoroddagi begona aralashmalarga chidamlilik.

Qo'llash doirasi

Yuqori samaradorlik tufayli vodorod yonilg'i xujayralari turli sohalarda qo'llaniladi:

  • Portativ zaryadlovchilar.
  • UAVlar uchun elektr ta'minoti tizimlari.
  • Uzluksiz quvvat manbalari.
  • Boshqa qurilmalar va uskunalar.

Vodorod energiyasining istiqbollari

Vodorod periks yonilg'i xujayralaridan keng foydalanish faqat yaratilgandan keyin mumkin bo'ladi samarali usul vodorod olish. Bioyoqilg'i xujayralari va nanotexnologiyalar kontseptsiyasiga katta umid bog'langan holda texnologiyani faol ishlatish uchun yangi g'oyalar talab etiladi. Ba'zi kompaniyalar nisbatan yaqinda asoslangan samarali katalizatorlar chiqardi turli metallar, shu bilan birga, membranasiz yonilg'i xujayralarini yaratish haqida ma'lumot paydo bo'ldi, bu esa ishlab chiqarish tannarxini sezilarli darajada kamaytirish va dizaynni soddalashtirish imkonini berdi. shunga o'xshash qurilmalar. Vodorod yonilg'i xujayralarining afzalliklari va xususiyatlari ularning asosiy kamchiliklaridan ustun emas - yuqori narx, ayniqsa uglevodorod qurilmalari bilan solishtirganda. Bitta vodorod elektr stantsiyasini yaratish uchun kamida 500 ming dollar kerak bo'ladi.

Vodorod yonilg'i xujayrasini qanday yig'ish kerak?

Oddiy uyda yoki maktab laboratoriyasida kam quvvatli yonilg'i xujayrasini o'zingiz yaratishingiz mumkin. Amaldagi materiallar eski gaz niqobi, plexiglass bo'laklari, etil spirti va gidroksidi suvli eritmasi.

Vodorod yonilg'i xujayrasining tanasi qalinligi kamida besh millimetr bo'lgan plexiglassdan o'z qo'llaringiz bilan yaratilgan. Bo'limlar orasidagi bo'linmalar ingichka bo'lishi mumkin - taxminan 3 millimetr. Pleksiglas xloroform yoki dikloroetan va pleksiglas talaşlaridan tayyorlangan maxsus elim bilan yopishtiriladi. Barcha ishlar faqat kaputning ishlashi bilan amalga oshiriladi.

IN tashqi devor korpusda diametri 5-6 santimetr bo'lgan teshik burg'ulanadi, unga rezina tiqin va drenaj o'rnatiladi. shisha quvur. Faollashtirilgan uglerod gaz niqobidan yonilg'i xujayrasi korpusining ikkinchi va to'rtinchi bo'linmalariga quyiladi - u elektrod sifatida ishlatiladi.

Yoqilg'i birinchi kamerada aylanadi, beshinchisi havo bilan to'ldiriladi, undan kislorod etkazib beriladi. Elektrodlar orasiga quyilgan elektrolitlar havo kamerasiga kirmasligi uchun kerosin va benzin eritmasi bilan singdiriladi. Ko'mir qatlamiga simlar bilan lehimlangan mis plitalar qo'yiladi, ular orqali oqim drenajlanadi.

Yig'ilgan vodorod yonilg'i xujayrasi 1: 1 nisbatda suv bilan suyultirilgan aroq bilan zaryadlanadi. Olingan aralashmaga kostik kaliy ehtiyotkorlik bilan qo'shiladi: 70 gramm kaliy 200 gramm suvda eriydi.

Vodorod yonilg'i xujayrasini sinovdan o'tkazishdan oldin birinchi kameraga yonilg'i, uchinchi kameraga elektrolitlar quyiladi. Elektrodlarga ulangan voltmetr ko'rsatkichlari 0,7 dan 0,9 voltgacha o'zgarishi kerak. Elementning uzluksiz ishlashini ta'minlash uchun sarflangan yoqilg'ini olib tashlash kerak va orqali kauchuk quvur- yangi yuklash. Naychani siqib, yonilg'i ta'minoti tezligi o'rnatiladi. Uyda yig'ilgan bunday vodorod yonilg'i xujayralari kam quvvatga ega.

Avtomobillarni haydash uchun yonilg'i xujayralari yoqilg'i tarkibidagi energiyani to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga elektrokimyoviy konvertorlardir. Vodorod-kislorodli yonilg'i xujayrasida vodorod kislorod bilan "sovuq yonish" reaktsiyasiga kiradi, bunda suv hosil bo'ladi va hosil bo'ladi. elektr toki. Yoqilg'i xujayralari harakatlanuvchi qismlarga ega emas, mexanik ishqalanishsiz, past shovqin darajasida va ifloslantiruvchi chiqindilarsiz ishlaydi.

Tarkib

Yoqilg'i xujayralarining ishlash printsipi

Yoqilg'i xujayrasi elektrolit bilan ajratilgan ikkita elementdan (anod va katod) iborat. rasmga qarang. "PEM tipidagi yonilg'i xujayrasining ishlash printsipi"). Elektrolitlar elektronlarni o'tkazmaydi. Elektrodlar bir-biriga tashqi elektr zanjiri orqali ulanadi.

Avtomobillar asosan elektrolit sifatida polimer membranali yonilg'i xujayralaridan foydalanadilar, ular proton almashinuvi deb ham ataladi. REM) (rasmga qarang. "PEM tipidagi yonilg'i xujayrasining tuzilishi"). Yoqilg'i xujayralarining ishlash printsipi quyida ushbu turdagi elementlardan misol sifatida tasvirlangan.

PEM yonilg'i xujayrasida vodorod oksidlangan anodga yo'naltiriladi. Bu ionlarni hosil qiladi H+ (protonlar) va elektronlar (1-rasmga qarang, a).

Anod: 2 N 2 -» 4 N + + 4 e — .

Elektrolitni proton o'tkazuvchi polimer membrana sifatida qarash mumkin. Elektrolitlar protonlar uchun o'tkazuvchan, lekin elektronlar uchun emas. Anodda hosil bo'lgan H+ protonlari membranadan o'tib, katodga etib boradi. Protonlar membranadan o'tishi uchun u etarli darajada namlangan bo'lishi kerak. Kislorod katodga yo'naltiriladi, u erda u kamayadi ( rasmga qarang. b, "PEM tipidagi yonilg'i xujayrasining ishlash printsipi"). Qaytarilish elektronlarning anoddan katodga tashqi elektr zanjiri orqali o'tishi tufayli sodir bo'ladi.

Katod: O 2 + 4 e - -> 2 O 2- .

Yoniq keyingi bosqich reaktsiyalar ionlari O 2- protonlar bilan reaksiyaga kirishib, suv hosil qiladi.

Katod: 4 H + + 2 O 2- -> 2 H 2 O .

Yoqilg'i xujayrasida sodir bo'ladigan umumiy reaktsiya natijasida suv vodorod va kisloroddan hosil bo'ladi ( rasmga qarang. c, "PEM tipidagi yonilg'i xujayrasining ishlash printsipi"). Vodorod va kislorod bir-biri bilan portlovchi reaksiyaga kirishadigan portlovchi gaz reaktsiyasidan farqli o'laroq, bu erda reaktsiya "sovuq yonish" shaklida davom etadi, chunki reaktsiya bosqichlari anod va katodda alohida sodir bo'ladi.

Umumiy reaktsiya: 2 H 2 + O 2 -> 2 H 2 O .

Yuqorida tavsiflangan reaktsiyalar katalitik elektrod qoplamalarida sodir bo'ladi. Platina ko'pincha katalizator sifatida ishlatiladi.

Bir elementning nazariy kuchlanishi

25 °C da bitta vodorod-kislorod yonilg'i xujayrasining nazariy kuchlanishi 1,23 V. Bu qiymat quyidagilardan olingan. standart qiymatlar elektrod potentsiallari. Biroq, amalda, elementning ishlashi vaqtida bu kuchlanishga erishilmaydi; u 0,5-1,0 V ni tashkil qiladi. Kuchlanishning yo'qolishi elementning ichki qarshiligi yoki gaz diffuziyasi bilan bog'liq cheklovlar bilan izohlanishi mumkin ( rasmga qarang. "Yoqilg'i xujayrasining elektr xususiyatlari"). Asosan, kuchlanish haroratga, vodorod va kislorodning ishlab chiqarilgan elektr miqdoriga stoxiometrik nisbatlariga, vodorod va kislorodning qisman bosimiga va oqim zichligiga bog'liq.

Avtomobillar quvvati 5 dan 100 kVtgacha bo'lgan yonilg'i xujayrasi batareyalaridan foydalanadilar. Hujayralardan texnik foydalanish uchun zarur bo'lgan yuqori kuchlanishlarni olish uchun hujayralar ketma-ket batareyalarga ulanadi (4-rasmga qarang "Yoqilg'i xujayrasi stackining tuzilishi"). Batareyalar 40 dan 450 gacha hujayralarni o'z ichiga olishi mumkin, ya'ni. ularning maksimal ish kuchlanishi 40 dan 450 V gacha.

Tegishli membrana yuzasi tufayli yuqori elektr toki qiymatlariga erishiladi. Avtomobillar uchun yonilg'i xujayrasi batareyalarining chiqish oqimi 500 A ga etadi.

Yoqilg'i xujayrasi tizimining ishlash printsipi

Yoqilg'i xujayrasi to'plamidan foydalanish uchun vodorod va kislorod ta'minoti quyi tizimlari kerak ( 5-rasmga qarang "Yoqilg'i xujayrasi tizimiga ega elektr haydovchi"). Aslida, bu tizimlar turli yo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin. Bu erda tasvirlangan variant ko'p hollarda qo'llaniladi.

Yoqilg'i xujayralari uchun vodorod ta'minoti tizimi

Vodorod ta'minoti yuqori bosimli tsilindrda (700 bar) saqlanadi. Reduktor yordamida vodorod bosimi taxminan 10 barga tushiriladi va vodorod gaz injektoriga kiradi.

Injektor anod tomonida vodorod bosimini o'rnatadigan solenoid klapandir. Undan farqli o'laroq yonilg'i injektorlari ichki yonish dvigatellari, vodorod injektori doimiy ta'minlashi kerak ommaviy oqim. 100 kVt quvvatda vodorod iste'molining odatiy qiymati 2,1 g / s ni tashkil qiladi. Maksimal vodorod bosimi 2,5 bar.

Yoqilg'i xujayrasi to'plamining ishlashi anod tomonida doimiy vodorod oqimini talab qiladi (homogenizatsiya o'lchovi). Shu maqsadda tizimda vodorod resirkulyatsiyasi tashkil etilgan.

Anod tomonidagi anodga zarar etkazuvchi begona gazlar doimiy ravishda solenoid drenaj valfi orqali chiqariladi. Bu silindrdan chiqadigan begona gazlar yoki katod tomondan diffuziya gazlari (azot, suv bug'lari) to'planishini oldini oladi. Vana batareyaning chiqishiga, anod tomoniga o'rnatiladi. Anod yo'lida ortiqcha suvni to'kish uchun nol elektr tokida ochiq bo'lgan valf ishlatiladi.

Drenaj paytida muqarrar ravishda chiqib ketadigan vodorod havo bilan juda suyultiriladi yoki katalitik ravishda suvga aylanadi.

Yoqilg'i hujayralarini kislorod bilan ta'minlash

Elektrokimyoviy reaktsiya uchun zarur bo'lgan kislorod atrofdagi havodan olinadi. Kerakli batareya quvvatiga qarab 100 g / s gacha bo'lgan kislorodning kerakli massa oqimi kompressor tomonidan ta'minlanadi. Kislorod kompressor tomonidan maksimal 2,5 bargacha siqiladi va yonilg'i xujayrasining katod tomoniga beriladi. Yoqilg'i xujayrasidagi bosim yonilg'i xujayrasining chiqishidagi chiqindi gaz yo'liga o'rnatilgan dinamik bosim nazorat valfi bilan tartibga solinadi.

Polimer membrananing etarli darajada namlanishini ta'minlash uchun elementga etkazib beriladigan havo qo'shimcha membrana yoki quyultirilgan suvni quyish orqali namlanadi.

Yoqilg'i xujayralarining issiqlik balansi

Elektr samaradorligi yoqilg'i xujayralari taxminan 50% ni tashkil qiladi. Boshqacha qilib aytganda, kimyoviy energiyani aylantirish jarayoni elektr energiyasining miqdori bilan taxminan bir xil issiqlik energiyasini hosil qiladi. Bu issiqlikni yo'q qilish kerak. PEM yonilg'i xujayralarining ish harorati taxminan 85 ° C ni tashkil qiladi, bu ichki yonish dvigatellarining haroratidan past. Yuqori samaradorlikka qaramasdan, avtomobilda yonilg'i xujayralarini ishlatganda radiator va radiator fanini kattalashtirish kerak.

Amaldagi sovutish suvi yonilg'i xujayralari bilan bevosita aloqada bo'lganligi sababli, u elektr o'tkazmaydigan (deionizatsiyalangan) bo'lishi kerak. Sovutgichning aylanishi ta'minlanadi elektr nasos. Sovutish suvi oqimi soatiga 12000 l gacha. Haroratni nazorat qilish valfi sovutish suvi oqimini radiator va aylanma yo'l o'rtasida taqsimlaydi.

Tizim deionizatsiyalangan suv va etilen glikol aralashmasidan iborat sovutish suvidan foydalanadi. Avtomobilda sovutish suvi deionizatsiya qilinishi kerak. Shu maqsadda u maxsus qatron bilan to'ldirilgan ion almashtirgichdan o'tkaziladi va ionlarni olib tashlaydigan jarayon orqali tozalanadi. Sovutish suyuqligining o'tkazuvchanligi 5 mkS / sm dan kam bo'lishi kerak.

Yoqilg'i xujayrasi tizimining samaradorligi

Yoqilg'i xujayrasi to'plamining eng maqbul ish sharoitlarida energiya etkazib berishga tezda tayyor bo'lishini ta'minlashdan tashqari, yuqori samaradorlikni ta'minlash muhimdir. tizimlari.

Yoniq guruch. "Yoqilg'i xujayrasi va yonilg'i xujayrasi tizimining samaradorligi" samaradorlikni taqqoslash berilgan. samarali yonilg'i xujayrasi batareyalari butun tizim. Elektr energiyasining bir qismi kompressor kabi yordamchi komponentlar tomonidan iste'mol qilinadi, bu esa umumiy samaradorlikni pasaytiradi. tizimlari. Biroq, yonilg'i xujayrasi tizimlari ichki yonish dvigatellariga qaraganda yuqori samaradorlikka ega, ayniqsa qisman yuk oralig'ida ishlaganda.

Avtomobil yonilg'i xujayrasi xavfsizligi

Xavfsizlikni ta'minlash uchun avtomobil bir nechta vodorod konsentratsiyasi sensorlari bilan jihozlangan. Vodorod rangsiz va hidsiz gaz bo'lib, u taxminan 4% hajmdagi konsentratsiyada havoni yonuvchan aralashmaga aylantiradi. Datchiklar vodorod konsentratsiyasini 1% dan boshlab aniqlay oladi.

Yoqilg'i xujayrasi transport vositalarining ishlash printsipi

Yoqilg'i xujayrasi transport vositalari - bu elektr haydovchini quvvatlantirish uchun elektr energiyasi yonilg'i xujayrasi tizimi tomonidan ishlab chiqariladigan elektr transport vositalari.

Bir qator sabablarga ko'ra tizimga tortish batareyasini kiritish tavsiya etiladi:

  • bu regenerativ tormozlash vaqtida energiyani saqlash imkonini beradi;
  • bu haydovchining dinamik xususiyatlarini yaxshilashga yordam beradi;
  • Yoqilg'i xujayrasi tizimi va tortish batareyasi o'rtasidagi yuk taqsimotini o'zgartirish orqali samaradorlikni yanada oshirish mumkin. haydash.

Chunki tortishish batareyasi qo'shimcha manba energiya, bunday transport vositalari gibridlangan yoqilg'i xujayrasi transport vositalari sifatida tanilgan. Traktsion batareya quvvatining umumiy quvvatga nisbati (gibridlanish darajasi) tizim qo'llanilishiga qarab o'zgaradi.

Odatda, yonilg'i xujayrasi tizimlari harakatlanish uchun asosiy quvvat manbai sifatida ishlatiladi. Ushbu transport vositalari yoqilg'i xujayrasi gibrid transport vositalari sifatida tanilgan ( FCHV). Odatda yonilg'i xujayrasi tizimlari 60-100 kVt quvvatga ega. Tortishuvchi batareyalar mavjud nominal quvvat 1-2 kVt quvvatga ega 30 kVtgacha.

Shu bilan bir qatorda, tortish batareyasi sezilarli darajada yuqori quvvat va quvvatga ega bo'lishi va kerak bo'lganda yonilg'i xujayrasi tizimidan zaryadlanishi mumkin. Bunday holda, nominal quvvati 10 dan 30 kVtgacha bo'lgan yonilg'i xujayrasi batareyasiga ega bo'lish kifoya. Ushbu energiya manbasi konfiguratsiyasiga ega avtomobillar kengaytirilgan yonilg'i xujayrali transport vositalari deb nomlanadi ( FC-REX).

Yoqilg'i xujayrasi tizimi, tortish batareyasi va elektr haydovchi o'rtasida elektr quvvatini taqsimlash bir yoki bir nechta DC-DC konvertorlari tomonidan amalga oshiriladi. Bunday konvertorlarning turli xil konfiguratsiyalari ko'rsatilgan, ularning tanlovi dasturga bog'liq guruch. ". Yoqilg'i xujayrasi haydovchi tizimlarida kuchlanish konvertori konfiguratsiyasi". Konfiguratsiyaga qarab, qo'zg'alish kuchlanishi ikkita quvvat manbalaridan birining kuchlanishiga mos keladi ( rasmga qarang. A Va b) yoki tortish batareyasi va yonilg'i xujayrasi batareyasining kuchlanishidan ajratilgan ( rasmga qarang. Bilan).

Elektr haydovchi tizimi

Elektr haydovchi tizimi quvvatni o'z ichiga oladi elektron birlik(konvertor) va elektr motor. Elektr dvigatel - bu kerakli momentni olish uchun konvertor tomonidan quvvatlanadigan sinxron yoki asenkron elektr mashinasi. Elektr haydovchi yuqori quvvatga ega bo'lganligi sababli (taxminan 100 kVt), ish kuchlanishi 450 V gacha bo'lishi mumkin. Avtomobil sanoatida "yuqori kuchlanish" va "yuqori kuchlanish" atamalari qo'llaniladi. elektr tizimi yuqori kuchlanish." Yuqori kuchlanishli elektr tizimi avtomobilning erdan ajratilgan.

Avtomobil tormozlanganda elektr motor generator rejimiga o'tadi va elektr tokini hosil qiladi. Elektr quvvati tortish akkumulyatorida saqlanadi.

Yuqori kuchlanishli konvertordan foydalanish DC ko'p fazali o'zgaruvchan kuchlanishga aylantiriladi, uning amplitudasi kerakli momentga qarab o'rnatiladi. Qoida tariqasida, izolyatsiyalangan eshikli bipolyar tranzistorlar asosida chiqish bosqichlari bo'lgan konvertorlar ( IGBT).

Tortishuvchi batareya

Gibridlanish darajasiga qarab, 150 dan 400 V gacha kuchlanishli yuqori quvvatli yoki yuqori energiyali batareyalar ishlatiladi, yuqori quvvatli akkumulyator nikel-metall gidrid yoki lityum-ion batareyalardan foydalanadi, yuqori energiyali batareyalar esa faqat lityum. -ionli batareyalar. Tortishish batareyasi monitoringi tizimi akkumulyatorning zaryad holati va quvvatini nazorat qiladi.

Tortishish batareyasi uchun DC/DC konvertori

Tortishuvchi akkumulyatorning doimiy kuchlanish konvertori tortish batareyasining zaryadlash oqimini va chiqish oqimini (300 A gacha) tartibga soladi. ) . Ba'zi tizim konfiguratsiyalari ushbu konvertorsiz ishlashga imkon beradi.

Yoqilg'i xujayrasi batareyasining doimiy kuchlanish konvertori

Yana bir DC-DC konvertori yonilg'i xujayrasi batareyasining kuchlanish konvertori bo'lib, u 500 A gacha chiqish oqimini tartibga soladi. Ba'zi tizim konfiguratsiyasi bu konvertorni talab qilmaydi.

12V DC konvertor

An'anaviy transport vositalari kabi, yonilg'i xujayrasi transport vositalarida 12V elektr tizimi mavjud. Shu maqsadda ikkita tizim o'rtasida ulangan DC-DC konvertori ishlatiladi. Xavfsizlik nuqtai nazaridan, bu konvertor elektrdan izolyatsiya qilingan. U bir tomonlama yoki ikki tomonlama ishlaydi va 3 kVtgacha quvvatga ega.

Yoqilg'i xujayrasi haydovchi tizimlarining istiqbollari

Yoqilg'i xujayrasi haydovchi tizimlari allaqachon kundalik foydalanishda yaroqliligini ko'rsatdi. Biroq, avtomobil haydovchi tizimlarida tijorat maqsadlarida foydalanish uchun yonilg'i xujayralari samaradorlik va ommaviy ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligi nuqtai nazaridan yaxshilanishi kerak.

Tizimni soddalashtirish xarajatlarni kamaytiradi va ishonchlilikni oshiradi. Yo'nalishlardan biri - reaksiya jarayonida hosil bo'lgan gazlarni namlashni talab qilmaydigan va ayni paytda ish haroratini oshirishga imkon beruvchi yonilg'i xujayralari uchun yangi polimer membranalarini ishlab chiqish.

Bundan tashqari, barcha komponentlarning narxini sezilarli darajada kamaytirish kerak. Shu munosabat bilan yonilg'i xujayrasining katalitik qatlamida platina miqdorini kamaytirishda katta imkoniyatlar mavjud.

Keyingi maqolada men bu haqda gaplashaman .


Mobil elektronika har oy bo'lmasa ham, har yili qulayroq va keng tarqalmoqda. Bu yerda siz noutbuklar, PDA, raqamli kameralar, mobil telefonlar va boshqa foydali va unchalik foydali bo'lmagan qurilmalarni topasiz. Va bu qurilmalarning barchasi doimiy ravishda yangi funksiyalarga, kuchliroq protsessorlarga, kattaroq rangli ekranlarga, simsiz aloqaga ega bo'lib, ayni paytda hajmini kamaytirmoqda. Biroq, yarimo'tkazgich texnologiyalaridan farqli o'laroq, bu butun mobil boshqaruv uchun energiya texnologiyalari sakrash va chegaralar bilan rivojlanmaydi.

An'anaviy batareyalar va qayta zaryadlanuvchi batareyalar elektronika sanoatidagi so'nggi yutuqlarni har qanday muhim vaqt davomida quvvatlantirish uchun etarli emas. Va ishonchli va sig'imli batareyalarsiz, mobillik va simsizlikning butun nuqtasi yo'qoladi. Shunday qilib, kompyuter sanoati muammo ustida ko'proq va faolroq ishlamoqda muqobil manbalar ovqatlanish. Va bugungi kunda bu erda eng istiqbolli yo'nalish yonilg'i xujayralari.

Yoqilg'i xujayralarining asosiy ishlash printsipi 1839 yilda ingliz olimi ser Uilyam Grove tomonidan kashf etilgan. U "yoqilg'i kamerasi" ning otasi sifatida tanilgan. Uilyam Grove vodorod va kislorodni ajratib olish orqali elektr energiyasi ishlab chiqardi. Batareyani elektrolitik hujayradan uzib qo'ygan Grove, elektrodlar chiqarilgan gazni o'zlashtira boshlaganini va oqim hosil qila boshlaganini ko'rib hayron bo'ldi. Jarayonni ochish vodorodning elektrokimyoviy "sovuq" yonishi energetika sanoatida muhim voqea bo'ldi va keyinchalik Ostvald va Nernst kabi mashhur elektrokimyogarlar rivojlanishda katta rol o'ynadi. nazariy asoslar Va amaliy amalga oshirish yonilg'i xujayralari va ular uchun buyuk kelajakni bashorat qilishdi.

O'zim "yoqilg'i xujayrasi" atamasi keyinchalik paydo bo'lgan - 1889 yilda havo va ko'mir gazidan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun qurilma yaratishga harakat qilayotgan Lyudvig Mond va Charlz Langer tomonidan taklif qilingan.

Kislorodda normal yonish jarayonida organik yoqilg'ining oksidlanishi sodir bo'ladi va yoqilg'ining kimyoviy energiyasi samarasiz ravishda issiqlik energiyasiga aylanadi. Ammo oksidlanish reaktsiyasini, masalan, kislorod bilan vodorodni elektrolitlar muhitida o'tkazish va elektrodlar ishtirokida elektr tokini olish mumkin bo'ldi. Masalan, ishqoriy muhitda joylashgan elektrodni vodorod bilan ta'minlash orqali biz elektronlarni olamiz:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

tashqi kontaktlarning zanglashiga olib o'tib, kislorod oqadigan va reaksiya sodir bo'lgan qarama-qarshi elektrodga etib boradi: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

Ko'rinib turibdiki, hosil bo'lgan 2H2 + O2 → H2O reaktsiyasi an'anaviy yonish paytida bo'lgani kabi, lekin yonilg'i xujayrasida yoki boshqacha tarzda - ichida elektrokimyoviy generator, natijada katta samaradorlik va qisman issiqlik bilan elektr toki. Yonilg'i xujayralarida yoqilg'i sifatida ko'mir, uglerod oksidi, spirtlar, gidrazin va boshqalar ham ishlatilishi mumkinligini unutmang. organik moddalar, va oksidlovchi moddalar sifatida - havo, vodorod periks, xlor, brom, azot kislotasi va boshqalar.

Yoqilg'i xujayralarining rivojlanishi ham chet elda, ham Rossiyada, keyin esa SSSRda jadal davom etdi. Yoqilg'i xujayralarini o'rganishga katta hissa qo'shgan olimlardan V.Jako, P.Yablochkov, F.Bekon, E.Bauer, E.Justi, K.Kordeshlarni qayd etamiz. O'tgan asrning o'rtalarida yonilg'i xujayralari muammolariga yangi hujum boshlandi. Bu qisman mudofaa tadqiqotlari natijasida yangi g'oyalar, materiallar va texnologiyalarning paydo bo'lishi bilan bog'liq.

Yoqilg'i xujayralari rivojlanishida katta qadam qo'ygan olimlardan biri P. M. Spiridonov edi. Spiridonovning vodorod-kislorod elementlari 30 mA/sm2 oqim zichligini berdi, bu o'sha paytda katta yutuq hisoblangan. 40-yillarda O. Davtyan ko'mirni gazlashtirish natijasida olingan generator gazini elektrokimyoviy yoqish uchun qurilma yaratdi. Element hajmining har bir kubometri uchun Davtyan 5 kVt quvvat oldi.

Bo'lgandi birinchi qattiq elektrolit yonilg'i xujayrasi. U yuqori samaradorlikka ega edi, ammo vaqt o'tishi bilan elektrolitlar yaroqsiz bo'lib qoldi va uni o'zgartirish kerak edi. Keyinchalik, Davtyan 50-yillarning oxirida traktorni boshqaradigan kuchli o'rnatishni yaratdi. Xuddi shu yillarda ingliz muhandisi T.Bekon sof vodorod va kislorodda ishlaydigan, umumiy quvvati 6 kVt va samaradorligi 80% bo'lgan yonilg'i xujayralari akkumulyatorini loyihalashtirdi va qurdi, lekin quvvatning vaznga nisbati. batareya juda kichik bo'lib chiqdi - bunday elementlar yaroqsiz edi amaliy qo'llash va juda qimmat.

Keyingi yillarda yolg'izlarning vaqti o'tdi. Kosmik kemalarni yaratuvchilar yonilg'i xujayralari bilan qiziqib qolishdi. 60-yillarning o'rtalaridan boshlab yonilg'i xujayralari tadqiqotlariga millionlab dollar sarmoya kiritildi. Minglab olimlar va muhandislarning mehnati bizga yangi bosqichga ko'tarilish imkonini berdi va 1965 yilda. yoqilg'i xujayralari AQShda sinovdan o'tkazildi kosmik kema Gemini 5 va keyinchalik Oyga parvozlar va Shuttle dasturi uchun Apollon kosmik kemasida.

SSSRda yoqilg'i xujayralari NPO Kvantda kosmosda foydalanish uchun ishlab chiqilgan. O'sha yillarda yangi materiallar allaqachon paydo bo'lgan edi - ion almashinuvi membranalari asosidagi qattiq polimer elektrolitlar, katalizatorlarning yangi turlari, elektrodlar. Shunga qaramay, ish oqimining zichligi kichik edi - 100-200 mA / sm2 oralig'ida va elektrodlardagi platina miqdori bir necha g / sm2 edi. Chidamlilik, barqarorlik va xavfsizlik bilan bog'liq ko'plab muammolar mavjud edi.

Yoqilg'i xujayralarining jadal rivojlanishining keyingi bosqichi 90-yillarda boshlangan. o'tgan asr va hozirgi kungacha davom etmoqda. Bu, bir tomondan, global energiya bilan bog'liq holda yangi samarali energiya manbalariga bo'lgan ehtiyoj bilan bog'liq ekologik muammo qazib olinadigan yoqilg'ilarning yonishi natijasida issiqxona gazlari emissiyasini oshirish va boshqa tomondan, bunday yoqilg'i zahiralarining tugashi. Yoqilg'i xujayrasidagi vodorod yonishining yakuniy mahsuloti suv bo'lgani uchun ular atrof-muhitga ta'sir qilish nuqtai nazaridan eng toza hisoblanadi. Asosiy muammo - vodorod ishlab chiqarishning samarali va arzon usulini topish.

Milliardlar moliyaviy investitsiyalar yonilg'i xujayralari va vodorod generatorlarini ishlab chiqish texnologik yutuqga olib kelishi va ulardan kundalik hayotda foydalanishni haqiqatga aylantirishi kerak: hujayralarda mobil telefonlar, avtomobillarda, elektr stantsiyalarida. Ballard, Honda, Daimler Chrysler va General Motors kabi avtomobil gigantlari allaqachon 50 kVt quvvatga ega yonilg'i xujayralari bilan ishlaydigan avtomobillar va avtobuslarni namoyish etmoqda. Bir qator kompaniyalar rivojlangan quvvati 500 kVt gacha bo'lgan qattiq oksidli elektrolitli yonilg'i xujayralari yordamida ko'rgazmali elektr stantsiyalari. Ammo, yonilg'i xujayralarining xususiyatlarini yaxshilashda sezilarli yutuqlarga qaramay, ularning narxi, ishonchliligi va xavfsizligi bilan bog'liq ko'plab muammolar hali ham hal qilinishi kerak.

Yoqilg'i xujayrasida, batareyalar va akkumulyatorlardan farqli o'laroq, unga yoqilg'i ham, oksidlovchi ham tashqaridan etkazib beriladi. Yoqilg'i xujayrasi faqat reaktsiyaga vositachilik qiladi va ideal sharoitlarda deyarli abadiy ishlashi mumkin. Ushbu texnologiyaning go'zalligi shundaki, hujayra aslida yoqilg'ini yoqadi va chiqarilgan energiyani to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylantiradi. Yoqilg'i to'g'ridan-to'g'ri yondirilganda u kislorod bilan oksidlanadi va ajralib chiqadigan issiqlik foydali ishlarni bajarish uchun sarflanadi.

Yoqilg'i xujayrasida, batareyalarda bo'lgani kabi, yoqilg'ining oksidlanishi va kislorodning kamayishi reaktsiyalari fazoviy ravishda ajratiladi va "yonish" jarayoni faqat hujayra yukni oqim bilan ta'minlasa sodir bo'ladi. Xuddi shunday dizel elektr generatori, faqat dizel va generatorsiz. Va shuningdek, tutun, shovqin, qizib ketish va boshqalarsiz yuqori samaradorlik. Ikkinchisi, birinchidan, oraliq yo'qligi bilan izohlanadi mexanik qurilmalar ikkinchidan, yonilg'i xujayrasi issiqlik dvigateli emas va natijada Karno qonuniga bo'ysunmaydi (ya'ni uning samaradorligi harorat farqlari bilan belgilanmaydi).

Kislorod yoqilg'i xujayralarida oksidlovchi vosita sifatida ishlatiladi. Bundan tashqari, havoda kislorod etarli bo'lganligi sababli, oksidlovchi vositani etkazib berish haqida tashvishlanishning hojati yo'q. Yoqilg'iga kelsak, u vodorod. Shunday qilib, reaktsiya yoqilg'i xujayrasida sodir bo'ladi:

2H2 + O2 → 2H2O + elektr + issiqlik.

Natijada foydali energiya va suv bug'lari hosil bo'ladi. Uning tuzilishidagi eng oddiy proton almashinuvi membranasi yonilg'i xujayrasi(1-rasmga qarang). U quyidagicha ishlaydi: elementga kiradigan vodorod katalizator ta'sirida elektronlar va musbat zaryadlangan vodorod ionlari H + ga parchalanadi. Keyin an'anaviy akkumulyatorda elektrolit rolini o'ynaydigan maxsus membrana o'ynaydi. Kimyoviy tarkibi tufayli u protonlarning o'tishiga imkon beradi, lekin elektronlarni saqlaydi. Shunday qilib, anodda to'plangan elektronlar ortiqcha manfiy zaryad hosil qiladi va vodorod ionlari katodda musbat zaryad hosil qiladi (elementdagi kuchlanish taxminan 1V).

Yuqori quvvatni yaratish uchun yonilg'i xujayrasi ko'plab hujayralardan yig'iladi. Agar siz elementni yukga ulasangiz, elektronlar u orqali katodga oqib, oqim hosil qiladi va vodorodning kislorod bilan oksidlanish jarayonini yakunlaydi. Uglerod tolasiga yotqizilgan platina mikrozarralari odatda bunday yoqilg'i xujayralarida katalizator sifatida ishlatiladi. Uning tuzilishi tufayli bunday katalizator gaz va elektr energiyasini quduqdan o'tkazishga imkon beradi. Membran odatda oltingugurt o'z ichiga olgan polimer Nafiondan tayyorlanadi. Membrananing qalinligi millimetrning o'ndan bir qismidir. Reaksiya paytida, albatta, issiqlik ham chiqariladi, lekin unchalik emas, shuning uchun ish harorati 40-80 ° S oralig'ida saqlanadi.

1-rasm. Yoqilg'i xujayrasining ishlash printsipi

Yoqilg'i xujayralarining boshqa turlari mavjud bo'lib, ular asosan ishlatiladigan elektrolitlar turiga qarab farqlanadi. Ularning deyarli barchasi yoqilg'i sifatida vodorodni talab qiladi, shuning uchun mantiqiy savol tug'iladi: uni qaerdan olish kerak. Albatta, silindrlardan siqilgan vodoroddan foydalanish mumkin bo'lar edi, ammo bu juda tez yonuvchi gazni yuqori bosim ostida tashish va saqlash bilan bog'liq muammolar darhol paydo bo'ladi. Albatta, vodorod, metall gidridli akkumulyatorlarda bo'lgani kabi, bog'langan shaklda ham ishlatilishi mumkin. Ammo uni qazib olish va tashish vazifasi hali ham qolmoqda, chunki vodorod yoqilg'isini to'ldirish uchun infratuzilma mavjud emas.

Biroq, bu erda ham yechim bor - suyuq uglevodorod yoqilg'isi vodorod manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Masalan, etil yoki metil spirti. To'g'ri, bu maxsus qo'shimcha qurilmani talab qiladi - yoqilg'i konvertori, qachon yuqori harorat(metanol uchun bu taxminan 240 ° C bo'ladi) spirtlarni H2 va CO2 gazlari aralashmasiga aylantirish. Ammo bu holda, portativlik haqida o'ylash allaqachon qiyinroq - bunday qurilmalar statsionar yoki sifatida foydalanish yaxshi, lekin ixcham mobil uskunalar uchun sizga kamroq hajmli narsa kerak bo'ladi.

Va bu erda biz deyarli barcha eng yirik elektronika ishlab chiqaruvchilari dahshatli kuch bilan ishlab chiqayotgan qurilmaga keldik - metanol yonilg'i xujayrasi(2-rasm).

2-rasm. Metanol yoqilg'i xujayrasining ishlash printsipi

Vodorod va metanol yonilg'i xujayralari o'rtasidagi asosiy farq ishlatiladigan katalizatordir. Metanol yonilg'i xujayrasidagi katalizator protonlarni to'g'ridan-to'g'ri spirt molekulasidan olib tashlash imkonini beradi. Shunday qilib, yoqilg'i bilan bog'liq muammo hal qilinadi - metil spirti ommaviy ishlab chiqariladi kimyo sanoati, uni saqlash va tashish oson va metanol yonilg'i xujayrasini zaryadlash yonilg'i kartridjini almashtirish kabi oddiy. To'g'ri, bitta muhim kamchilik bor - metanol zaharli. Bundan tashqari, metanol yoqilg'i xujayrasining samaradorligi vodorodga qaraganda ancha past.

Guruch. 3. Metanol yonilg'i xujayrasi

Eng jozibali variant uni yoqilg'i sifatida ishlatishdir etanol, foyda ishlab chiqarish va taqsimlash spirtli ichimliklar har qanday tarkib va ​​kuch butun dunyoda yaxshi tasdiqlangan. Biroq, etanol yoqilg'i xujayralarining samaradorligi, afsuski, metanolnikidan ham past.

Yoqilg'i xujayralari sohasida ko'p yillik rivojlanish davomida allaqachon ta'kidlanganidek, har xil turlari yonilg'i xujayralari. Yoqilg'i xujayralari elektrolitlar va yoqilg'i turi bo'yicha tasniflanadi.

1. Qattiq polimer vodorod-kislorod elektrolit.

2. Qattiq polimer metanol yonilg'i xujayralari.

3. Ishqoriy elektrolitlar hujayralari.

4. Fosfor kislotasi yonilg'i xujayralari.

5. Eritilgan karbonatlarga asoslangan yoqilg'i elementlari.

6. Qattiq oksidli yonilg'i xujayralari.

Ideal holda, yonilg'i xujayralarining samaradorligi juda yuqori, ammo real sharoitlarda nomutanosiblik jarayonlari bilan bog'liq yo'qotishlar mavjud, masalan: elektrolitlar va elektrodlarning o'ziga xos o'tkazuvchanligi tufayli ohmik yo'qotishlar, faollashuv va kontsentratsiyaning polarizatsiyasi va diffuziya yo'qotishlari. Natijada, yoqilg'i xujayralarida hosil bo'lgan energiyaning bir qismi issiqlikka aylanadi. Mutaxassislarning sa'y-harakatlari ushbu yo'qotishlarni kamaytirishga qaratilgan.

Ohmik yo'qotishlarning asosiy manbai, shuningdek, yonilg'i xujayralarining yuqori narxining sababi perftorli sulfonik kation almashinadigan membranalardir. Hozir muqobil, arzonroq proton o'tkazuvchi polimerlarni qidirish davom etmoqda. Ushbu membranalarning o'tkazuvchanligi (qattiq elektrolitlar) faqat suv mavjud bo'lganda maqbul qiymatga (10 Ohm / sm) erishganligi sababli, yonilg'i xujayrasiga etkazib beriladigan gazlar qo'shimcha ravishda maxsus qurilmada namlanishi kerak, bu esa gazning narxini oshiradi. tizimi. Katalitik gaz diffuziya elektrodlari asosan platina va boshqa ba'zi olijanob metallardan foydalanadi va hozirgacha ular uchun o'rinbosar topilmadi. Yoqilg'i xujayralarida platina miqdori bir necha mg / sm2 bo'lsa-da, katta batareyalar uchun uning miqdori o'nlab grammga etadi.

Yoqilg'i xujayralarini loyihalashda, qachondan beri issiqlikni olib tashlash tizimiga katta e'tibor beriladi yuqori zichliklar oqim (1A / sm2 gacha) tizim o'zini o'zi isitadi. Sovutish uchun suv yonilg'i xujayrasida maxsus kanallar orqali aylanib yuradi va past quvvatlarda - havo puflanadi.

Shunday qilib, zamonaviy tizim Elektrokimyoviy generator, yonilg'i xujayrasi batareyasining o'ziga qo'shimcha ravishda, ko'plab yordamchi qurilmalar bilan "to'lib ketgan": nasoslar, havo ta'minoti uchun kompressor, vodorod in'ektsiyasi, gaz namlagichi, sovutish moslamasi, gaz oqishini kuzatish tizimi, DC-AC konvertori, boshqaruv protsessor va boshqalar. Bularning barchasi 2004-2005 yillarda yonilg'i xujayrasi tizimining narxi 2-3 ming dollar / kVt bo'lganiga olib keladi. Mutaxassislarning fikriga ko'ra, yonilg'i xujayralari transport va statsionar elektr stansiyalarida 50-100 dollar/kVt narxida foydalanish mumkin bo'ladi.

Yoqilg'i xujayralarini kiritish uchun kundalik hayot, arzonroq komponentlar bilan bir qatorda, biz yangi original g'oyalar va yondashuvlarni kutishimiz kerak. Xususan, nanomateriallar va nanotexnologiyalardan foydalanishga katta umidlar bog‘langan. Misol uchun, yaqinda bir nechta kompaniyalar turli metallardan nanozarrachalar klasterlari asosida kislorod elektrodlari uchun o'ta samarali katalizatorlar yaratilishini e'lon qilishdi. Bundan tashqari, membranasiz yonilg'i xujayrasi dizayni haqida xabarlar bor suyuq yoqilg'i(masalan, metanol) yonilg'i xujayrasiga oksidlovchi bilan birga beriladi. Shuningdek, ifloslangan suvlarda ishlaydigan va erigan havo kislorodini oksidlovchi sifatida va organik aralashmalarni yoqilg'i sifatida iste'mol qiladigan bioyoqilg'i xujayralari kontseptsiyasining rivojlanishi ham qiziq.

Mutaxassislarning fikriga ko'ra, yaqin yillarda yonilg'i xujayralari ommaviy bozorga kiradi. Haqiqatan ham, ishlab chiquvchilar birin-ketin texnik muammolarni bartaraf etishadi, muvaffaqiyatlar haqida xabar berishadi va yonilg'i xujayralarining prototiplarini taqdim etishadi. Misol uchun, Toshiba metanol yoqilg'i xujayrasining tayyor prototipini namoyish etdi. Uning o'lchami 22x56x4,5 mm va taxminan 100 mVt quvvat ishlab chiqaradi. 2 kub konsentrlangan (99,5%) metanolni bir marta to'ldirish MP3 pleerning 20 soat ishlashi uchun etarli. Toshiba mobil telefonlarni quvvatlantirish uchun tijorat yonilg'i xujayrasi chiqardi. Shunga qaramay, o'sha Toshiba 275x75x40 mm o'lchamdagi noutbuklarni quvvatlantirish uchun hujayrani namoyish etdi, bu kompyuterning bir zaryadda 5 soat ishlashiga imkon beradi.

Yana bir yapon kompaniyasi Fujitsu ham Toshibadan qolishmaydi. 2004 yilda u 30% ishlaydigan elementni ham taqdim etdi. suvli eritma metanol. Ushbu yonilg'i xujayrasi 10 soat davomida bitta 300 ml zaryadda ishladi va 15 Vt quvvat ishlab chiqardi.

Casio yonilg'i xujayrasini ishlab chiqmoqda, unda metanol dastlab miniatyura yonilg'i konvertorida H2 va CO2 gazlari aralashmasiga aylanadi, so'ngra yonilg'i xujayrasiga yuboriladi. Namoyish davomida Casio prototipi noutbukni 20 soat davomida quvvatlantirdi.

Samsung yonilg'i xujayralari sohasida ham o'zini namoyon qildi - 2004 yilda u noutbukni quvvatlantirish uchun mo'ljallangan 12 Vt prototipini namoyish etdi. Umuman olganda, Samsung yonilg'i xujayralarini birinchi navbatda to'rtinchi avlod smartfonlarida qo'llashni rejalashtirmoqda.

Aytish kerakki, yapon kompaniyalari odatda yonilg'i xujayralarini ishlab chiqishga juda puxta yondashdilar. 2003 yilda Canon, Casio, Fujitsu, Hitachi, Sanyo, Sharp, Sony va Toshiba kabi kompaniyalar noutbuklar, mobil telefonlar, PDA va boshqalar uchun yagona yonilg'i xujayrasi standartini ishlab chiqish uchun kuchlarini birlashtirdilar. elektron qurilmalar. Ushbu bozorda juda ko'p bo'lgan Amerika kompaniyalari asosan harbiylar bilan shartnomalar asosida ishlaydi va amerikalik askarlarni elektrlashtirish uchun yoqilg'i xujayralari ishlab chiqaradi.

Nemislar ham ortda qolmadi - Smart Fuel Cell kompaniyasi mobil ofisni quvvatlantirish uchun yonilg'i xujayralarini sotadi. Qurilma Smart Fuel Cell C25 deb nomlanadi, o‘lchamlari 150x112x65 mm bo‘lib, har bir to‘ldirishda 140 vatt/soatgacha quvvat beradi. Bu noutbukni taxminan 7 soat quvvatlantirish uchun etarli. Keyin kartrijni almashtirish mumkin va siz ishlashni davom ettirishingiz mumkin. Metanol kartridjining o'lchami 99x63x27 mm, og'irligi esa 150 g. Tizimning o'zi 1,1 kg og'irlikda, shuning uchun uni to'liq portativ deb atash mumkin emas, lekin u hali ham butunlay to'liq va qulay qurilma. Kompaniya shuningdek, professional videokameralarni quvvatlantirish uchun yoqilg‘i modulini ishlab chiqmoqda.

Umuman olganda, yonilg'i xujayralari deyarli mobil elektronika bozoriga kirdi. Ishlab chiqaruvchilar ommaviy ishlab chiqarishni boshlashdan oldin hali ham oxirgi texnik muammolarni hal qilishlari kerak.

Birinchidan, yonilg'i xujayralarini miniatyura qilish masalasini hal qilish kerak. Axir, yonilg'i xujayrasi qanchalik kichik bo'lsa, u shunchalik kam quvvat ishlab chiqarishi mumkin - shuning uchun doimiy ravishda yangi katalizatorlar va elektrodlar ishlab chiqilmoqda, bu esa maksimal quvvatni oshirishga imkon beradi. ish yuzasi. Bu yerda nanotexnologiyalar va nanomateriallar (masalan, nanotubalar) sohasidagi so‘nggi ishlanmalar juda qo‘l keladi. Shunga qaramay, elementlarning quvurlarini (yoqilg'i va suv nasoslari, sovutish va yonilg'i konvertatsiya qilish tizimlari) miniatyura qilish uchun mikroelektromexanikaning yutuqlari tobora ko'proq foydalanilmoqda.

Ko'rib chiqilishi kerak bo'lgan ikkinchi muhim muammo - bu narx. Axir, juda qimmat platina ko'pchilik yoqilg'i xujayralarida katalizator sifatida ishlatiladi. Shunga qaramay, ba'zi ishlab chiqaruvchilar allaqachon yaxshi tashkil etilgan silikon texnologiyalaridan maksimal darajada foydalanishga harakat qilmoqdalar.

Yoqilg'i xujayralaridan foydalanishning boshqa sohalariga kelsak, yoqilg'i xujayralari u erda allaqachon mustahkam o'rnatilgan, garchi ular na energetika sohasida, na transportda hali asosiy oqimga aylanmagan. Allaqachon ko'plab avtomobil ishlab chiqaruvchilari yonilg'i xujayralari bilan ishlaydigan kontseptual avtomobillarini taqdim etishdi. Yoqilg'i xujayrasi avtobuslari dunyoning bir qancha shaharlarida ishlaydi. Canadian Ballard Power Systems ishlab chiqaradi butun bir seriya 1 dan 250 kVt gacha quvvatga ega statsionar generatorlar. Shu bilan birga, kilovatt generatorlari bir xonadonni darhol elektr, issiqlik va issiq suv bilan ta'minlash uchun mo'ljallangan.