Создан компактный топливный элемент на бензине

О своём достижении авторы нового генератора рассказали в статье в Science (фото University of Maryland Energy Research Center).

Американцы испытали прототип крохотного устройства, которое генерирует электроэнергию напрямую из бензина, минуя риформинг топлива и промежуточные стадии преобразования его химической энергии.

Подобные топливные элементы уже появлялись, но Эрик Ваксман (Eric Wachsman) и его коллеги из центра энергетических исследований университета Мэриленда (UMERC) сумели изменить конструкцию так, чтобы она оказалась больше приспособлена к установке на автомобиль.

Речь идёт о твердооксидных топливных элементах (SOFC). Этот тип электрохимических генераторов способен переваривать широкий спектр углеводородного горючего без необходимости в извлечении водорода.

Однако существующие SOFC довольно громоздки, и потому применяются в основном в стационарном амплуа, например как резервные генераторы в зданиях (вспомним впечатляющий "цветочный ящик"). Кроме того, SOFC работают при очень высоких температурах (порядка 800-900 °C), а это вызывает сложности с теплоизоляцией, особенно важной в случае работы на борту автомобиля.

Ваксман со товарищи путём подбора керамического электролита и оптимизации дизайна ячейки сумели снизить её рабочую температуру до 650 °C.

В частности, авторы исследования сократили толщину керамического слоя с сохранением прочности всей конструкции. Также они поработали над микроскопической структурой электролита и электродов.

Более того, по информации Technology Review, учёные намерены развить этот проект, снизив нагрев элемента до очень низких (для данного класса устройств) 350 °C.

Это уже позволит без проблем устанавливать подобный генератор в автомобиле. Тем более что новая система вышла у изобретателей весьма компактной. Набор топливных ячеек (упакованных в «бутерброд») представляет собой квадратик со стороной всего в 10 сантиметров.

Производительность опытного устройства достаточна для работы в качестве «расширителя дальности пробега» гибридной легковушки (удельная мощность каждой пластинки составила около двух ватт на квадратный сантиметр — выдающийся параметр для SOFC).

Снижение рабочей температуры также означает снижение стоимости материалов и сокращение времени разогрева при запуске. Потому Ваксман считает, что улучшенные SOFC смогут со временем заменить ДВС в гибридах, предлагая больший КПД, чем у традиционного двигателя.

Такие топливные элементы, потребляющие бензин, могли бы понемногу пополнять запас энергии в аккумуляторах, от которых питается электромотор. Батареи взяли бы на себя начальный разгон автомобиля и вообще все всплески в потреблении энергии, а SOFC работали бы спокойно и равномерно (как им «больше нравится»), увеличивая пробег на одной зарядке аккумуляторов.



Учёные получили от микробов чистый водород

21 сентября 2011

Британцы создали автобус с маховичным накопителем

9 сентября 2011

Проверено вторичное использование электромобильных батарей

22 июля 2011

Новый автомобиль питается колечками от банок содовой

25 апреля 2011

Инженеры научились заряжать мобильники водой

3 марта 2011
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 16:52
    -- Ну что, молодцы, только в России они стоят в ракетах уже 10 лет ..
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 декабря, 17:10
    И что с того? Это как на новую модель движка от BMW заявить «Ну что, молодцы, только на „Жигулях“ ДВС стоят уже 40 лет».
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 19:06
    -- тут извините не соглашусь, в области ТТЭ у нас Бентли у них Жигули..
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 декабря, 20:57
    Может быть, Сергей. Но почему-то наши «ракетные» SOFC не идут в автоиндустрию. Ладно, пусть не в нашу — в зарубежную. Тема-то горячая. Только скажи — наши SOFC самые холодные, компактные, крутые и мощные и дешёвые — оторвут с руками. Но что-то тишина. Может всё-таки нельзя вот так просто ракетные агрегаты под капот легковушки приспособить, чтобы безопасность на уровне была... Или по-вашему, в Мэриленде «велосипед изобретают». «А мужики-то и не знают» ©
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 21:49
    -- А у них они тоже не пойдут.. вы что верите во всё что пишут? Леонид ? Я один раз ошибся в предсказаниях ?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 декабря, 22:08
    Я с осторожностью отношусь к тому, что пишут. Но коли есть любопытная разработка — нужно рассказать.

    А почему, вы думаете, не пойдут?

    ОтветитьНравится
  • Виктор Сергеев  5 декабря, 22:51
    Если мне не изменяет память, первые наработки проводились 40 с лишнем лет назад в Казанском авиационном институте.
    ОтветитьНравится
  • Андрей Васильев  5 декабря, 23:53
    «....в области ТТЭ у нас Бентли у них Жигули...»
    Сергей, а подкрепить фактами можно?
    Я имею в виду то,что мы в настоящее время очень серьезно в этом вопросе обгоняем ту же Америку.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  6 декабря, 06:20
    -- она вам изменяет.. это было в Уральском УНЦ ИЭХ .. там где разработали получение урана..
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  6 декабря, 06:25
    -- Это секретные темы.. Мы теряем позиции, быстро, из лабораторий АН УНЦ ИЭХ взяли часть сотрудников — загнали их в КБ при их тупых ФИП.. где они обречены — стать отсталыми завтра. Наши системы энергоснабжения в ракетах уже 35 лет основаны на них .. ,а у амеров ничего такого и не было .. сейчас и работы опубликованы ,часть сотрудников -двинулось по свету (УНЦ загнали в тупик) — ну и оплодотворяют чуждые нам нивы..
    ОтветитьНравится
  • Евгений Прудков  5 декабря, 16:56
    Интересно, почему так долго идет развитие в этой области, ведь SFC известны уже лет 25. Всегда было 900 градусов, и вдруг, рраз, оказывается можно и 600 и 350 ...
    ОтветитьНравится
  • Максим Богатов  5 декабря, 17:39
    Не приносит сверх прибыль, значит не развивается.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 19:09
    -- основа расплава там карбонаты — смесь щелоцных металлов у нас они давно на нижней эвтектике, та есть ещё требования к процессу затвердеванияи последующего плавления, электроды обычные платина и что пороще..углерод
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  6 декабря, 16:32
    Лябдазонды в вашем автомобиле это почти топливный элемент, только наоборот. (Генератор кислорода). То есть индустрия как бы уже имеется, только не в том масштабе. Обычно в качестве мембраны используют оксид циркония. Но теоретически подойдут и оксиды других металлов.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  7 декабря, 15:49
    -- Извините , они могут быть не генераторами кислорода, а насосами, как впрочем и платина..
    ОтветитьНравится
  • Александр Митькин  5 декабря, 16:59
    Возможно ли данный материал использовать как несущий элемт
    ОтветитьНравится
  • Юрий Фёдоров  5 декабря, 17:02
    ДА, тема насущная, однако конкретики очень мало.
    может кто-нибудь знает детали?
    ОтветитьНравится
  • Александр Горев  5 декабря, 17:03
    И...? Какова производительность?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  5 декабря, 17:11
    Указана.
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  5 декабря, 17:53
    А какой у него КПД, и предполагаемая стоимость?
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  5 декабря, 18:04
    Керамика наверное подешевле нафиона с платиной будут. Будем надеятся, что сравняются с ДВС.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 21:47
    -- КПД доходит до уровня 70%, повышенные требования к очистке топлива..,запуск несколько минут, автомобильный будет наверное минут 10..
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  5 декабря, 23:24
    По ссылке на Вики, указано 70% вместе с турбиной ;( А стоимость на 2006г чуть более 250$ за 1 кВт, в общем, сопоставимо с электромобилями, к тому же сегодня может уже дешевле. При таком раскладе я бы выбрал эти элементы вместо электромобиля.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  6 декабря, 06:29
    -- там нет турбины..
    ОтветитьНравится
  • Алексей Ромчак  7 декабря, 03:30
    Я же сказал что в статье на Вики на которую есть ссылка в статье. Так вот там приведён КПД 70% с учётом того, что выхлопные газы от ТЭ срабатывают избыток температуры в турбине.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  7 декабря, 15:50
    -- тем не менее, они пишут глупость..
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  5 декабря, 17:34
    Всегда считал, что именно подобные топливные элементы перспективны в автомобилях. Они всеядны, ведь мембрана проводит ионы кислорода. Интересно как они снизили температуру. Без катализатора врядли обошлось. При какой температуре загорается бензин?
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  5 декабря, 17:36
    А удел низкотемпературных топливных элементов, мобильные устройства.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  5 декабря, 19:10
    -- нет, они очень чуствительны к примесям,особенно сере.
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  5 декабря, 21:05
    >>мобильные устройства.

    Гномик приезжает на заправку на маленькой машинке и говорит:
     — Мне, пожалуйста, капельку бензина!
     — Может тебе и в колесико пукнуть?

    ОтветитьНравится
  • Михаил Тоцких  5 декабря, 23:18
    Денис, заливать бензин в мобилу? )))) Увольте ))) Пусть лучше сутки работы, супротив гипотетического месяца... но от розетки )))
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  6 декабря, 00:23
    Если для топливный для авто, то пусть будет лучше на водороде. Ведь чем ниже рабочая температура, тем больше всякой дряни в «выхлопе». А ее уж точно в топливных элементах больше чем у ДВС, как по количеству, так и по содержанию.
    И как энергоноситель, чистый водород самые емкий. Ацетилен тоже хорошо, но там углерод — опять вонь будет.
    ОтветитьНравится
  • Александр Морозов.  6 декабря, 00:28
    Уж лучше высокое давление, чем бак на 500 атмосфер под задницей. К тому же получение водорода не так уж экологично, как хотелось бы...
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  6 декабря, 06:31
    -- низкотемпературные в принципе другие циклы, другие «среды»..
    ОтветитьНравится
  • Даниил Магдалюк  6 декабря, 10:37
    в смысле высокая температура?
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  6 декабря, 16:26
    В мобилу заливают метанол или этанол. На мембране об этом писали, может Леонид Попов ссылку кинет. Или в гугле поищите.
    ОтветитьНравится
  • Михаил Тоцких  7 декабря, 20:09
    Денис, я читал. Но тут дело в удобстве. Заливать жидкости это неудобно. Менять картриджи — дорого. Возможно долгий срок работы перспективен для работы в отрыве от цивилизации, но зарядиться от «коврика» с солнечными батарейками намного удобнее.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  8 декабря, 11:09
    Помните, песенка: «на меня надвигается — по стене таракан...»
    Да, про бак я не подумал.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  8 декабря, 11:12
    Наверно, другие.
    ОтветитьНравится
  • Денис Карин  8 декабря, 11:32
    солнечными батарейками намного удобнее
    Согласен. А этанол можно и подругому употребить. ;)
    ОтветитьНравится
  • Антон Брандт  6 декабря, 03:27
    И кто там надо мной ржал, когда я писал о БАМЦ-картриджах?
    ОтветитьНравится
  • Максим Подболячный  7 декабря, 01:55
    Я. И, не смотря на мое воодушевление по даной теме, ржать над идеей сжимать бензин в картридж не перестану.
    ОтветитьНравится
  • Роман Новотoрцeв  6 декабря, 13:00
    Вообще то перспективная отрасль. Водород еще не скоро подойдет, проблемы с хранением, производством. А вот как замена дизель-генератов очень может быть.
    У нас такие наработки наверное есть, вот только не слышал о переходах наработок к производству. Обидно.
    ОтветитьНравится
  • Антон Брандт  7 декабря, 04:17
    Подболячный , я писал не о бензине, и ответил почему это не так уж и ржачно
    ОтветитьНравится
  • Михаил Тоцких  7 декабря, 20:17
    Мне кажется, все эти телодвижения с топливными элементами временные и проходящие... хоть убейся, слишком оно громоздко.
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  7 декабря, 20:29
    Ну почему громоздко? К примеру, водородные ТЭ, достаточные чтобы двигать авто, уже сравнимы по размеру с небольшим ДВС. www.membrana.ru/particle/14037

    Опять же, Honda Clarity вполне себе на топливных элементах ездит (пробегая 450 км на одной заправке сжатым водородом) и даже в лизинг продаётся www.membrana.ru/particle/3653

    Другое дело, дорого это всё пока. Очень дорого.

    ОтветитьНравится
  • Михаил Тоцких  7 декабря, 21:20
    Громоздко в плане удобства эксплуатации. Что касается размера, можно посчитать, самому интересно что выйдет.

    К примеру, ячейки о которых идет речь.

    Одна ячейка 10Х10см — 200 ватт. Толщина (если не монтаж на фото) меньше сантиметра, часть места слопает сборка «в стопочку» и всякие зазоры, предположим — 2 киловатта или 2,72 лошадиных силы (уж пардоньте за такой дубовый «перевод»)с кубического дециметра.

    150 лошадок — потянут на 54,54 кубических дециметра или 0,054 кубометра. Вполне сравнимо с неплохим автомобильным двигателем, всякие ренезисы в расчет не берем. они и многие авиационные по соотношению мощность/размер делают... кстати, авиационный будет много меньше. Даааа — это еще без учета того, что нам больше полусотни кило «железа» надо погреть до 650° )))

    **** — в статье о Кларити, ссылка на очень интересный материал ... дирижабль бы этими водорослями частично набить, да придумать как оболочки растить — но это уже совсем другая, фантастическая история )))

    ОтветитьНравится
  • Владимир Беляев  8 декабря, 12:32
    Скажите а новости о энергозапсающей мембране не было?

    www.energymatters.com.au/index.php?main_page=news_article&article_id=1799

    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  8 декабря, 13:32
    Об этой не было. Но в ней вроде ничего прорывного нет — ещё одна вариация конденсатора. У топливных элементов и химических аккумуляторов та разработка может выиграть явно только в одном — развиваемой мощности на единицу веса. Но по запасу энергии (в кВт-ч) это безнадёжно мало. Машина, питаемая только супермегаконденсаторами проедет на одной зарядке несколько километров от силы. Был правда невероятный проект конденсатора с удельной ёмкостью выше, чем у литиевой батареи, но как-то так ни к чему пока и не привёл. Видимо трудности реализации замысла оказались больше, чем ожидалось. www.membrana.ru/particle/1839
    ОтветитьНравится
  • Владимир Беляев  8 декабря, 12:46
    по теме, если эти топливные элементы устанавливать на суднах и вместо бензина газ использовать?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  8 декабря, 13:42
    Большинство судов питается не бензином, ни газом, а солярой или иной разновидностью дизеля. Газ есть разве что на газовозах. Во всех случаях выгоднее сжигать такое топливо в больших дизелях — у таких КПД очень хороший (50% и выше), а- дальше идёт прямой привод на винт.

    У ТЭ КПД может быть ещё выше (хотя и не обязательно, зависит от многих факторов), но ведь вы получаете ток, который вам нужно преобразовывать, регулировать напряжение, частоту, потом пускать его на электромотор. Это всё лишние потери при трансформации. Совсем не обязательно, что суммарный КПД установки у вас будет выше, чем у дизеля.

    На наземном транспорте такая схема (ТЭ, аккумуляторы, электромотор) интересна потому, что КПД автомобильных моторов, да ещё с учётом рваного (неравномерного) режима — куда ниже. Там в среднем хорошо если 20% получается. Плюс при гибридной схеме появляется отличная возможность для рекуперации, а у автомобилей в городе обычный режим — частые разгоны-торможения. У судов же такого же нет — они подолгу идут равномерно, часами, а то и днями.

    ОтветитьНравится