Kutoka kwa mtazamo wa nishati ya "kijani", seli za mafuta ya hidrojeni zina ufanisi mkubwa sana wa 60%. Kwa kulinganisha: ufanisi wa injini bora za mwako ndani ni 35-40%. Kwa mimea ya nishati ya jua, mgawo ni 15-20% tu, lakini inategemea sana hali ya hewa. Ufanisi wa vanes bora mitambo ya nguvu ya upepo hadi 40%, ambayo inalinganishwa na jenereta za mvuke, lakini mitambo ya upepo pia inahitaji hali ya hewa inayofaa na matengenezo ya gharama kubwa.
Kama tunaweza kuona, kwa suala la paramu hii, nishati ya hidrojeni ndio chanzo cha kuvutia zaidi cha nishati, lakini bado kuna shida kadhaa zinazozuia utumiaji wake mwingi. Muhimu zaidi wao ni mchakato wa uzalishaji wa hidrojeni.
Matatizo ya uchimbaji madini
Nishati ya hidrojeni ni rafiki wa mazingira, lakini sio uhuru. Ili kufanya kazi, kiini cha mafuta kinahitaji hidrojeni, ambayo haipatikani duniani kwa fomu yake safi. Hidrojeni inahitaji kuzalishwa, lakini mbinu zote zilizopo sasa ni ghali sana au hazifanyi kazi.Njia ya ufanisi zaidi katika suala la kiasi cha hidrojeni zinazozalishwa kwa kila kitengo cha nishati inayotumiwa inachukuliwa kuwa njia ya urekebishaji wa mvuke wa gesi asilia. Methane imejumuishwa na mvuke wa maji kwa shinikizo la MPa 2 (takriban anga 19, i.e. shinikizo kwa kina cha karibu 190 m) na joto la digrii 800, na kusababisha gesi iliyobadilishwa na maudhui ya hidrojeni ya 55-75%. Marekebisho ya mvuke inahitaji usakinishaji mkubwa ambao unaweza kutumika tu katika uzalishaji.
Tanuru ya bomba kwa urekebishaji wa methane ya mvuke sio njia ya ergonomic zaidi ya kutengeneza hidrojeni. Chanzo: CTK-Euro
Njia rahisi na rahisi zaidi ni electrolysis ya maji. Wakati umeme wa sasa unapita kupitia maji ya kutibiwa, mfululizo wa athari za electrochemical hutokea, na kusababisha kuundwa kwa hidrojeni. Hasara kubwa ya njia hii ni matumizi ya juu ya nishati inayohitajika kutekeleza majibu. Hiyo ni, hali fulani ya ajabu hutokea: kupata nishati ya hidrojeni unahitaji ... nishati. Ili kuepuka gharama zisizohitajika wakati wa electrolysis na kuhifadhi rasilimali muhimu, makampuni mengine yanajitahidi kuendeleza mifumo kamili ya mzunguko wa "umeme - hidrojeni - umeme", ambayo uzalishaji wa nishati unawezekana bila recharge ya nje. Mfano wa mfumo huo ni maendeleo ya Toshiba H2One.
Kituo cha nguvu cha rununu cha Toshiba H2One
Tumetengeneza kituo cha umeme cha simu cha H2One ambacho hubadilisha maji kuwa hidrojeni na hidrojeni kuwa nishati. Ili kudumisha electrolysis hutumia paneli za jua, na nishati ya ziada huhifadhiwa katika betri na kuhakikisha uendeshaji wa mfumo kwa kutokuwepo kwa jua. Hidrojeni inayotokana hutolewa moja kwa moja kwa seli za mafuta au kutumwa kuhifadhiwa kwenye tanki iliyounganishwa. Kwa saa moja, electrolyzer ya H2One inazalisha hadi 2 m 3 ya hidrojeni, na hutoa nguvu ya pato ya hadi 55 kW. Ili kuzalisha 1 m 3 ya hidrojeni, kituo kinahitaji hadi 2.5 m 3 ya maji.Wakati kituo cha H2One hakina uwezo wa kutoa umeme kwa biashara kubwa au jiji zima, nishati yake itatosha kabisa kwa utendakazi wa maeneo madogo au mashirika. Shukrani kwa uwezo wake wa kubebeka, inaweza pia kutumika kama suluhisho la muda wakati wa majanga ya asili au kukatika kwa umeme kwa dharura. Kwa kuongeza, tofauti na jenereta ya dizeli, ambayo inahitaji mafuta kufanya kazi vizuri, mmea wa hidrojeni unahitaji maji tu.
Hivi sasa, Toshiba H2One inatumika katika miji michache tu nchini Japani - kwa mfano, inatoa umeme na maji ya moto kituo cha gari moshi katika mji wa Kawasaki.
Ufungaji wa mfumo wa H2One huko Kawasaki
Wakati ujao wa hidrojeni
Siku hizi, seli za mafuta za hidrojeni hutoa nishati kwa benki za umeme zinazobebeka, mabasi ya jiji yenye magari, na usafiri wa reli. (Tutazungumza zaidi juu ya matumizi ya hidrojeni katika tasnia ya magari katika chapisho letu linalofuata). Seli za mafuta ya hidrojeni ziligeuka kuwa bila kutarajia suluhisho kubwa kwa quadcopters - kwa wingi sawa na betri, ugavi wa hidrojeni hutoa hadi mara tano zaidi ya muda wa kukimbia. Hata hivyo, baridi haiathiri ufanisi kwa njia yoyote. Ndege zisizo na rubani za majaribio ya seli za mafuta zinazozalishwa na kampuni ya Urusi ya AT Energy zilitumika kwa utengenezaji wa filamu kwenye Michezo ya Olimpiki ya Sochi.Imejulikana kuwa katika Michezo ijayo ya Olimpiki huko Tokyo, haidrojeni itatumika katika magari, katika utengenezaji wa umeme na joto, na pia itakuwa chanzo kikuu cha nishati kwa kijiji cha Olimpiki. Kwa kusudi hili, kwa agizo la Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. Moja ya vituo vikubwa zaidi vya uzalishaji wa hidrojeni duniani kinajengwa katika mji wa Namie nchini Japani. Kituo hicho kitatumia hadi MW 10 za nishati zilizopatikana kutoka kwa vyanzo vya "kijani", na kuzalisha hadi tani 900 za hidrojeni kwa mwaka kupitia electrolysis.
Nishati ya hidrojeni ni "hifadhi yetu kwa siku zijazo," wakati mafuta ya mafuta yatalazimika kuachwa kabisa, na vyanzo vya nishati mbadala havitaweza kukidhi mahitaji ya wanadamu. Kulingana na utabiri wa Masoko na Masoko, kiasi cha uzalishaji wa hidrojeni duniani, ambacho kwa sasa kinafikia dola bilioni 115, kitakua hadi dola bilioni 154 ifikapo 2022. Lakini utekelezaji mkubwa wa teknolojia hiyo hauwezekani kutokea katika siku za usoni; shida kadhaa zinazohusiana na uzalishaji na uendeshaji wa mitambo maalum ya kuzalisha umeme bado inahitaji kutatuliwa na kupunguza gharama zao. Vizuizi vya kiteknolojia vinapoondolewa, nishati ya hidrojeni itafikia kiwango kipya na inaweza kuenea kama umeme wa jadi au wa maji leo.
Seli ya mafuta ( Kiini cha Mafuta) ni kifaa kinachobadilisha nishati ya kemikali kuwa nishati ya umeme. Ni sawa na kanuni ya betri ya kawaida, lakini inatofautiana kwa kuwa uendeshaji wake unahitaji ugavi wa mara kwa mara wa vitu kutoka nje kwa mmenyuko wa electrochemical kutokea. Hidrojeni na oksijeni hutolewa kwa seli za mafuta, na pato ni umeme, maji na joto. Faida zao ni pamoja na urafiki wa mazingira, kuegemea, uimara na urahisi wa kufanya kazi. Tofauti na betri za kawaida, vibadilishaji umeme vya kielektroniki vinaweza kufanya kazi kwa muda usiojulikana mradi tu mafuta yametolewa. Si lazima zitozwe kwa saa nyingi hadi zitakapochajiwa kikamilifu. Zaidi ya hayo, seli zenyewe zinaweza kuchaji betri wakati gari limeegeshwa na injini imezimwa.
Seli za mafuta zinazotumiwa sana katika magari ya hidrojeni ni seli za mafuta za utando wa protoni (PEMFCs) na seli za mafuta za oksidi dhabiti (SOFCs).
Seli ya mafuta ya utando wa kubadilishana protoni hufanya kazi kama ifuatavyo. Kati ya anode na cathode kuna membrane maalum na kichocheo cha platinamu. Hidrojeni hutolewa kwa anode, na oksijeni (kwa mfano, kutoka hewa) hutolewa kwa cathode. Katika anode, hidrojeni hutengana katika protoni na elektroni kwa msaada wa kichocheo. Protoni za hidrojeni hupita kwenye membrane na kufikia cathode, na elektroni huhamishiwa kwenye mzunguko wa nje (utando hauwaruhusu kupita). Tofauti inayoweza kupatikana kwa hivyo husababisha kizazi cha sasa cha umeme. Kwa upande wa cathode, protoni za hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni. Matokeo yake, mvuke wa maji inaonekana, ambayo ni kipengele kikuu gesi za kutolea nje gari. Kwa kuwa na ufanisi wa hali ya juu, seli za PEM zina shida moja muhimu - operesheni yao inahitaji hidrojeni safi, uhifadhi wake ambao ni shida kubwa.
Ikiwa kichocheo kama hicho kitapatikana ambacho kinachukua nafasi ya platinamu ya gharama kubwa katika seli hizi, basi kiini cha bei nafuu cha mafuta kwa ajili ya kuzalisha umeme kitaundwa mara moja, ambayo ina maana kwamba ulimwengu utaondoa utegemezi wa mafuta.
Seli Imara za Oksidi
Seli za SOFC za oksidi dhabiti hazihitaji sana usafi wa mafuta. Kwa kuongezea, shukrani kwa utumiaji wa mageuzi ya POX (Oxidation ya Sehemu), seli kama hizo zinaweza kutumia petroli ya kawaida kama mafuta. Mchakato wa kubadilisha petroli moja kwa moja kuwa umeme ni kama ifuatavyo. Katika kifaa maalum - mrekebishaji, kwa joto la karibu 800 ° C, petroli huvukiza na kuharibika ndani ya vipengele vyake.
Hii hutoa hidrojeni na dioksidi kaboni. Zaidi ya hayo, pia chini ya ushawishi wa joto na kutumia SOFC moja kwa moja (yenye porous nyenzo za kauri kulingana na oksidi ya zirconium), hidrojeni hutiwa oksidi na oksijeni hewani. Baada ya kupata hidrojeni kutoka kwa petroli, mchakato unaendelea kulingana na hali iliyoelezwa hapo juu, na tofauti moja tu: kiini cha mafuta cha SOFC, tofauti na vifaa vinavyofanya kazi kwenye hidrojeni, sio nyeti sana kwa uchafu katika mafuta ya awali. Kwa hivyo ubora wa petroli haupaswi kuathiri utendaji wa seli ya mafuta.
Joto la juu la kufanya kazi la SOFC (digrii 650-800) ni shida kubwa; mchakato wa kuongeza joto huchukua kama dakika 20. Lakini joto la ziada sio tatizo, kwani linaondolewa kabisa na hewa iliyobaki na gesi za kutolea nje zinazozalishwa na mrekebishaji na kiini cha mafuta yenyewe. Hii inaruhusu mfumo wa SOFC kuunganishwa kwenye gari kama kifaa tofauti katika nyumba iliyo na maboksi ya joto.
Muundo wa msimu unakuwezesha kufikia voltage inayohitajika kwa kuunganisha seti ya seli za kawaida katika mfululizo. Na, labda muhimu zaidi kutoka kwa mtazamo wa utekelezaji wa vifaa vile, SOFC haina elektroni za platinamu za gharama kubwa sana. Ni gharama kubwa ya vipengele hivi ambayo ni moja ya vikwazo katika maendeleo na usambazaji wa teknolojia ya PEMFC.
Aina za seli za mafuta
Hivi sasa, kuna aina zifuatazo za seli za mafuta:
- A.F.C. Seli ya mafuta ya alkali (seli ya mafuta ya alkali);
- PAFC- Seli ya Mafuta ya Asidi ya Fosforasi (seli ya mafuta ya asidi ya fosforasi);
- PEMFC- Seli ya Mafuta ya Membrane ya Protoni (seli ya mafuta yenye membrane ya kubadilishana ya protoni);
- DMFC Seli ya Mafuta ya Methanoli ya moja kwa moja (kiini cha mafuta kilicho na mgawanyiko wa moja kwa moja wa methanoli);
- MCFC- Seli ya Mafuta ya Carbonate iliyoyeyushwa (seli ya mafuta ya kaboni iliyoyeyuka);
- SOFC- Seli Imara ya Mafuta ya Oksidi (seli ya mafuta ya oksidi).
Wanaendesha chombo cha anga cha Shirika la Kitaifa la Anga na Anga la Marekani (NASA). Wanatoa nguvu kwa kompyuta za First National Bank huko Omaha. Zinatumika kwenye mabasi ya jiji la umma huko Chicago.
Hizi zote ni seli za mafuta. Seli za mafuta ni vifaa vya elektroni ambavyo hutengeneza umeme bila mwako - kwa kemikali, kwa njia sawa na betri. Tofauti pekee ni kwamba hutumia kemikali tofauti, hidrojeni na oksijeni, na bidhaa ya mmenyuko wa kemikali ni maji. Gesi asilia pia inaweza kutumika, lakini wakati wa kutumia mafuta ya hidrokaboni, bila shaka, kiwango fulani cha uzalishaji wa kaboni dioksidi ni kuepukika.
Kwa sababu seli za mafuta zinaweza kufanya kazi kwa ufanisi wa juu na hakuna uzalishaji unaodhuru, zinahusishwa na matarajio makubwa kuelekea chanzo cha nishati endelevu ambacho kitasaidia kupunguza utoaji wa gesi chafuzi na uchafuzi mwingine. Kikwazo kuu kwa matumizi makubwa ya seli za mafuta ni yao bei ya juu Ikilinganishwa na vifaa vingine vinavyozalisha umeme au propel magari.
Historia ya maendeleo
Seli za kwanza za mafuta zilionyeshwa na Sir William Groves mwaka wa 1839. Groves ilionyesha kuwa mchakato wa electrolysis - kugawanyika kwa maji ndani ya hidrojeni na oksijeni chini ya ushawishi wa sasa wa umeme - inaweza kubadilishwa. Hiyo ni, hidrojeni na oksijeni zinaweza kuunganishwa kwa kemikali ili kuunda umeme.
Baada ya hii kuonyeshwa, wanasayansi wengi walikimbilia kusoma seli za mafuta kwa bidii, lakini uvumbuzi wa injini ya mwako wa ndani na maendeleo ya miundombinu ya hifadhi ya mafuta katika nusu ya pili ya karne ya kumi na tisa iliacha maendeleo ya seli za mafuta nyuma sana. Ukuzaji wa seli za mafuta ulitatizwa zaidi na gharama yao ya juu.
Kuongezeka kwa maendeleo ya seli za mafuta kulitokea katika miaka ya 50, wakati NASA iliwageukia kuhusiana na hitaji la jenereta ya umeme ya kompakt kwa ndege za anga. Uwekezaji ulifanywa na safari za ndege za Apollo na Gemini ziliendeshwa na seli za mafuta. Vyombo vya anga pia huendesha seli za mafuta.
Seli za mafuta bado kwa kiasi kikubwa ni teknolojia ya majaribio, lakini makampuni kadhaa tayari yanaziuza kwenye soko la kibiashara. Katika takriban miaka kumi pekee iliyopita, maendeleo makubwa yamepatikana katika teknolojia ya kibiashara ya seli za mafuta.
Je, seli ya mafuta hufanyaje kazi?
Seli za mafuta ni sawa na betri - zinazalisha umeme kupitia mmenyuko wa kemikali. Kinyume chake, injini za mwako wa ndani huchoma mafuta na hivyo kutoa joto, ambalo hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo. Isipokuwa joto kutoka kwa gesi za kutolea nje hutumiwa kwa namna fulani (kwa mfano, kwa joto au hali ya hewa), basi ufanisi wa injini ya mwako wa ndani inaweza kusema kuwa chini kabisa. Kwa mfano, ufanisi wa seli za mafuta zinapotumiwa kwenye gari, mradi unaoendelezwa kwa sasa, unatarajiwa kuwa zaidi ya mara mbili ya ufanisi wa injini za kisasa za petroli zinazotumiwa katika magari.
Ingawa betri na seli za mafuta huzalisha umeme kwa kemikali, hufanya kazi mbili tofauti sana. Betri huhifadhiwa vifaa vya nishati: umeme wanaozalisha ni matokeo ya mmenyuko wa kemikali wa dutu ambayo tayari iko ndani yao. Seli za mafuta hazihifadhi nishati, lakini badala yake hubadilisha baadhi ya nishati kutoka kwa mafuta yanayotolewa nje hadi umeme. Katika suala hili, seli ya mafuta ni kama mtambo wa kawaida wa nguvu.
Kuna kadhaa aina mbalimbali seli za mafuta. Seli rahisi zaidi ya mafuta ina utando maalum unaojulikana kama elektroliti. Electrodes ya poda hutumiwa pande zote mbili za membrane. Kubuni hii - electrolyte iliyozungukwa na electrodes mbili - ni kipengele tofauti. Hydrojeni huenda upande mmoja (anode), na oksijeni (hewa) hadi nyingine (cathode). Athari tofauti za kemikali hutokea kwa kila electrode.
Katika anodi, hidrojeni huvunjika na kuwa mchanganyiko wa protoni na elektroni. Katika seli zingine za mafuta, elektroni huzungukwa na kichocheo, kawaida hutengenezwa kwa platinamu au metali zingine nzuri, ambayo inakuza mmenyuko wa kujitenga:
2H2 ==> 4H+ + 4e-.
H2 = molekuli ya hidrojeni ya diatomiki, fomu, ndani
ambayo hidrojeni iko katika mfumo wa gesi;
H + = hidrojeni ionized, i.e. protoni;
e- = elektroni.
Uendeshaji wa seli ya mafuta inategemea ukweli kwamba electrolyte inaruhusu protoni kupita ndani yake (kuelekea cathode), lakini elektroni hazifanyi. Elektroni huhamia kwenye cathode pamoja na mzunguko wa nje wa conductive. Mwendo huu wa elektroni ni mkondo wa umeme unaoweza kutumika kuendesha kifaa cha nje kilichounganishwa kwenye seli ya mafuta, kama vile mori ya umeme au balbu ya mwanga. Kifaa hiki kawaida huitwa "mzigo".
Katika upande wa cathode ya seli ya mafuta, protoni (ambazo zimepitia elektroliti) na elektroni (ambazo zimepitia mzigo wa nje) "huunganishwa" na huguswa na oksijeni inayotolewa kwa cathode kuunda maji, H2O:
4H+ + 4e- + O2 ==> 2H2O.
Mwitikio wa jumla katika seli ya mafuta umeandikwa kama ifuatavyo:
2H2 + O2 ==> 2H2O.
Katika kazi zao, seli za mafuta hutumia mafuta ya hidrojeni na oksijeni kutoka kwa hewa. Hidrojeni inaweza kutolewa moja kwa moja au kwa kuitenganisha na chanzo cha nje cha mafuta kama vile gesi asilia, petroli au methanoli. Katika kesi ya chanzo cha nje, lazima kigeuzwe kwa kemikali ili kutoa hidrojeni. Utaratibu huu unaitwa "kurekebisha". Hydrojeni pia inaweza kuzalishwa kutoka kwa amonia, rasilimali mbadala kama vile gesi kutoka kwenye dampo za jiji na kutoka kwa mitambo ya kusafisha maji machafu. Maji machafu, pamoja na electrolysis ya maji, ambayo hutumia umeme kugawanya maji ndani ya hidrojeni na oksijeni. Hivi sasa, teknolojia nyingi za seli za mafuta zinazotumiwa katika usafirishaji hutumia methanoli.
Njia mbalimbali zimetengenezwa ili kurekebisha nishati ili kuzalisha hidrojeni kwa seli za mafuta. Idara ya Nishati ya Marekani imeunda kitengo cha mafuta ndani ya kiboreshaji cha petroli ili kusambaza haidrojeni kwenye seli ya mafuta inayojitosheleza. Watafiti kutoka Maabara ya Kitaifa ya Pasifiki Kaskazini-Magharibi nchini Marekani wameonyesha kiboreshaji cha mafuta chenye sehemu moja ya kumi ya ukubwa wa usambazaji wa nishati. Shirika la Marekani la Mifumo ya Umeme ya Kaskazini-Magharibi na Maabara za Kitaifa za Sandia zimeonyesha kirekebisha mafuta ambacho hubadilisha mafuta ya dizeli kuwa hidrojeni kwa seli za mafuta.
Kwa kibinafsi, seli za mafuta huzalisha karibu 0.7-1.0V kila moja. Ili kuongeza voltage, vipengele vinakusanyika kwenye "cascade", i.e. uunganisho wa serial. Ili kuunda sasa zaidi, seti za vipengele vya cascaded zimeunganishwa kwa usawa. Ikiwa unachanganya cascades ya seli za mafuta na mfumo wa mafuta, usambazaji wa hewa na mfumo wa baridi, na mfumo wa udhibiti, utapata injini ya seli ya mafuta. Injini hii inaweza kuwasha gari, kituo cha umeme kisichosimama, au jenereta inayobebeka ya umeme6. Injini za seli za mafuta huja kwa ukubwa tofauti kulingana na matumizi, aina ya seli ya mafuta na mafuta yanayotumiwa. Kwa mfano, saizi ya kila moja ya vinu vinne tofauti vya umeme vya kW 200 vilivyowekwa kwenye benki huko Omaha ni takriban. sawa na ukubwa trela ya lori.
Maombi
Seli za mafuta zinaweza kutumika katika vifaa vya stationary na simu. Katika kukabiliana na kanuni za upunguzaji hewa chafu nchini Marekani, watengenezaji magari zikiwemo DaimlerChrysler, Toyota, Ford, General Motors, Volkswagen, Honda na Nissan wameanza kufanya majaribio na kuonyesha magari yanayotumia nishati ya seli. Magari ya kwanza ya mafuta ya kibiashara yanatarajiwa kugonga barabarani mnamo 2004 au 2005.
Hatua kuu katika maendeleo ya teknolojia ya seli za mafuta ilikuwa onyesho la Juni 1993 la basi la majaribio la Ballard Power System la mji wa futi 32 linaloendeshwa na injini ya seli ya hidrojeni ya kilowati 90. Tangu wakati huo, aina nyingi tofauti na vizazi tofauti vya magari ya abiria ya seli ya mafuta yametengenezwa na kuanza kutumika. aina tofauti mafuta. Tangu mwishoni mwa 1996, mikokoteni mitatu ya gofu ya seli ya haidrojeni imekuwa ikitumika huko Palm Desert, California. Katika barabara za Chicago, Illinois; Vancouver, Columbia ya Uingereza; na Oslo, Norway, mabasi ya jiji yanayoendeshwa na seli za mafuta yanajaribiwa. Teksi zinazoendeshwa na seli za mafuta za alkali zinajaribiwa katika mitaa ya London.
Ufungaji wa stationary kwa kutumia teknolojia ya seli za mafuta pia unaonyeshwa, lakini bado haujatumika sana kibiashara. First National Bank of Omaha huko Nebraska hutumia mfumo wa seli za mafuta kuwasha kompyuta zake kwa sababu mfumo huo unategemewa zaidi kuliko mfumo wa zamani, ambao ulitoka kwenye gridi kuu ukiwa na nishati mbadala ya betri. Kubwa zaidi duniani mfumo wa kibiashara Kiwanda cha kuzalisha umeme cha megawati 1.2 kitawekwa hivi karibuni katika kituo cha usindikaji cha posta huko Alaska. Kompyuta za mkononi zinazotumia seli za mafuta, mifumo ya udhibiti inayotumika katika mitambo ya kutibu maji machafu na mashine za kuuza pia inajaribiwa na kuonyeshwa.
"Faida na hasara"
Seli za mafuta zina faida kadhaa. Wakati injini za kisasa za mwako wa ndani zina ufanisi wa 12-15% tu, seli za mafuta zina ufanisi wa 50%. Ufanisi wa seli za mafuta zinaweza kubaki juu kabisa hata wakati hazitumiki kwa nguvu kamili iliyokadiriwa, ambayo ni faida kubwa ikilinganishwa na injini za petroli.
Muundo wa moduli wa seli za mafuta unamaanisha kuwa nguvu ya mtambo wa nishati ya seli inaweza kuongezwa kwa kuongeza hatua zaidi. Hii inahakikisha kwamba utumiaji duni wa uwezo unapunguzwa, na hivyo kuruhusu uwiano bora wa usambazaji na mahitaji. Kwa kuwa ufanisi wa stack ya seli ya mafuta imedhamiriwa na utendaji vipengele vya mtu binafsi, mitambo midogo ya nishati ya seli za mafuta hufanya kazi kwa ufanisi sawa na vile vikubwa. Zaidi ya hayo, joto la taka kutoka kwa mifumo ya seli ya mafuta ya stationary inaweza kutumika kwa ajili ya kupokanzwa maji na nafasi, na kuongeza ufanisi wa nishati.
Kwa hakika hakuna uzalishaji unaodhuru unapotumia seli za mafuta. Injini inapotumia hidrojeni tupu, joto na mvuke wa maji pekee ndio hutokezwa kama bidhaa za ziada. Kwa hivyo kwenye meli za anga, wanaanga hunywa maji, ambayo huundwa kama matokeo ya uendeshaji wa seli za mafuta za ndani. Muundo wa uzalishaji hutegemea asili ya chanzo cha hidrojeni. Methanoli hutoa oksidi sifuri ya nitrojeni na monoksidi kaboni na uzalishaji mdogo tu wa hidrokaboni. Uzalishaji huongezeka unapohama kutoka kwa hidrojeni hadi methanoli na petroli, ingawa hata kwa petroli, uzalishaji utasalia kuwa mdogo. Kwa vyovyote vile, kubadilisha injini za kisasa za mwako wa ndani na seli za mafuta kunaweza kusababisha kupunguzwa kwa jumla kwa CO2 na utoaji wa oksidi ya nitrojeni.
Matumizi ya seli za mafuta hutoa kubadilika kwa miundombinu ya nishati, kuunda vipengele vya ziada kwa ajili ya uzalishaji wa umeme uliogatuliwa. Wingi wa vyanzo vya nishati vilivyogatuliwa hufanya iwezekane kupunguza hasara wakati wa usambazaji wa umeme na kukuza masoko ya nishati (ambayo ni muhimu sana kwa maeneo ya mbali na vijijini ambayo hayana njia za umeme). Kwa msaada wa seli za mafuta, wakazi binafsi au vitongoji wanaweza kutoa umeme wao wenyewe na hivyo kuongeza ufanisi wa nishati kwa kiasi kikubwa.
Seli za mafuta hutoa nishati Ubora wa juu na kuongezeka kwa kuaminika. Wao ni wa kudumu, hawana sehemu zinazohamia, na hutoa kiasi cha nishati mara kwa mara.
Hata hivyo, teknolojia ya seli za mafuta inahitaji kuboreshwa zaidi ili kuboresha utendakazi, kupunguza gharama, na hivyo kufanya seli za mafuta zishindane na teknolojia nyingine za nishati. Ikumbukwe kwamba wakati sifa za gharama za teknolojia za nishati zinazingatiwa, ulinganisho unapaswa kufanywa kulingana na sifa zote za teknolojia ya vipengele, ikiwa ni pamoja na gharama za uendeshaji wa mtaji, uzalishaji wa uchafuzi wa mazingira, ubora wa nishati, uimara, uondoaji na kubadilika.
Ingawa gesi ya hidrojeni ndiyo mafuta bora zaidi, miundombinu au msingi wa usafiri wake bado haupo. Katika siku za usoni, mifumo iliyopo ya usambazaji wa mafuta ya mafuta (vituo vya gesi, nk) inaweza kutumika kutoa mimea ya nguvu na vyanzo vya hidrojeni kwa njia ya petroli, methanoli au gesi asilia. Hili lingeondoa hitaji la vituo vilivyojitolea vya kujaza hidrojeni, lakini ingehitaji kila gari kuwa na kigeuzi cha mafuta-kwa-hidrojeni ("reformer") iliyosakinishwa. Hasara ya mbinu hii ni kwamba hutumia nishati ya mafuta na hivyo kusababisha utoaji wa dioksidi kaboni. Methanoli, mgombea mkuu wa sasa, hutoa uzalishaji mdogo kuliko petroli, lakini itahitaji kontena kubwa kwenye gari kwa sababu inachukua nafasi mara mbili kwa maudhui sawa ya nishati.
Tofauti na mifumo ya usambazaji wa mafuta ya kisukuku, mifumo ya jua na upepo (kutumia umeme kuunda hidrojeni na oksijeni kutoka kwa maji) na mifumo ya ubadilishaji wa moja kwa moja (kwa kutumia vifaa vya semiconductor au vimeng'enya kutengeneza hidrojeni) inaweza kutoa usambazaji wa hidrojeni bila hatua ya kurekebisha, na kwa hivyo, uzalishaji wa vitu vyenye madhara vinavyozingatiwa wakati wa kutumia methanoli au seli za mafuta ya petroli vinaweza kuepukwa. Hidrojeni inaweza kuhifadhiwa na kubadilishwa kuwa umeme katika seli ya mafuta kama inahitajika. Kuangalia mbele, kuoanisha seli za mafuta na aina hizi za vyanzo vya nishati mbadala kuna uwezekano kuwa mkakati madhubuti wa kutoa chanzo cha nishati chenye tija, mahiri kimazingira na chenye matumizi mengi.
Mapendekezo ya IEER ni kwamba serikali za mitaa, shirikisho, na serikali za majimbo zitenge sehemu ya bajeti zao za ununuzi wa usafirishaji kwa magari ya seli za mafuta, pamoja na mifumo ya seli za mafuta, ili kutoa joto na nguvu kwa baadhi ya majengo yao muhimu au mapya. Hii itachangia maendeleo ya muhimu teknolojia muhimu na kupunguza utoaji wa gesi chafuzi.
Katika maisha ya kisasa, vyanzo vya kemikali vya sasa vinatuzunguka kila mahali: hizi ni betri kwenye tochi, betri kwenye simu za rununu, seli za mafuta ya hidrojeni, ambazo tayari zinatumika kwenye gari zingine. Ukuaji wa haraka wa teknolojia ya elektroni inaweza kusababisha ukweli kwamba katika siku za usoni, badala ya mashine, injini za petroli Tutazungukwa tu na magari ya umeme, simu hazitaisha haraka, na kila nyumba itakuwa na jenereta yake ya seli ya mafuta. Moja ya mipango ya pamoja ya Chuo Kikuu cha Shirikisho la Ural na Taasisi ya Electrochemistry ya hali ya juu ya Tawi la Ural la Chuo cha Sayansi cha Urusi imejitolea kuongeza ufanisi wa vifaa vya uhifadhi wa umeme na jenereta za umeme, kwa kushirikiana na ambayo tunachapisha. Makala hii.
Leo, kuna aina nyingi tofauti za betri, ambazo zinaweza kuwa ngumu zaidi kuzunguka. Sio wazi kwa kila mtu jinsi betri inatofautiana na supercapacitor na kwa nini seli ya mafuta ya hidrojeni inaweza kutumika bila hofu ya kuharibu mazingira. Katika makala hii tutazungumzia jinsi athari za kemikali hutumiwa kuzalisha umeme, ni tofauti gani kati ya aina kuu za vyanzo vya kisasa vya kemikali vya kisasa, na ni matarajio gani yanafungua kwa nishati ya electrochemical.
Kemia kama chanzo cha umeme
Kwanza, hebu tuone ni kwa nini nishati ya kemikali inaweza kutumika kuzalisha umeme hata kidogo. Jambo ni kwamba wakati wa athari za redox, elektroni huhamishwa kati ya ioni mbili tofauti. Ikiwa nusu mbili za mmenyuko wa kemikali zimewekwa kando ili oxidation na upunguzaji ufanyike kando kutoka kwa kila mmoja, basi inawezekana kuhakikisha kuwa elektroni inayoacha ioni moja haifiki mara moja kwa pili, lakini kwanza hupita kwenye njia iliyopangwa kwa ajili yake. Mwitikio huu unaweza kutumika kama chanzo cha mkondo wa umeme.
Dhana hii ilianza kutekelezwa katika karne ya 18 na mwanafiziolojia wa Italia Luigi Galvani. Kitendo cha seli ya galvanic ya jadi inategemea athari za kupunguza na oxidation ya metali na shughuli tofauti. Kwa mfano, kiini cha classic ni kiini cha galvanic ambacho zinki ni oxidized na shaba hupunguzwa. Kupunguza na athari za oxidation hufanyika kwenye cathode na anode, kwa mtiririko huo. Na ili kuzuia ioni za shaba na zinki kuingia "eneo la kigeni", ambapo wanaweza kuguswa moja kwa moja, membrane maalum kawaida huwekwa kati ya anode na cathode. Matokeo yake, tofauti inayowezekana hutokea kati ya electrodes. Ikiwa unganisha electrodes, kwa mfano, kwenye balbu ya mwanga, basi sasa huanza kutiririka katika mzunguko wa umeme unaosababisha na balbu ya mwanga inawaka.
Mchoro wa seli ya galvanic
Wikimedia commons
Mbali na vifaa vya anode na cathode, sehemu muhimu ya chanzo cha sasa cha kemikali ni electrolyte, ndani ambayo ions huhamia na kwenye mpaka ambao athari zote za electrochemical hufanyika na electrodes. Katika kesi hiyo, electrolyte haipaswi kuwa kioevu - inaweza kuwa ama polymer au nyenzo za kauri.
Hasara kuu ya kiini cha galvanic ni muda mdogo wa uendeshaji. Mara tu majibu yanapokamilika (ambayo ni, anode yote ya kuyeyusha polepole inatumiwa kabisa), kitu kama hicho kitaacha kufanya kazi.
Betri za alkali za AA
Inaweza kuchajiwa tena
Hatua ya kwanza kuelekea kupanua uwezo wa vyanzo vya sasa vya kemikali ilikuwa uundaji wa betri - chanzo cha sasa ambacho kinaweza kuchajiwa na kwa hivyo kutumika tena. Ili kufanya hivyo, wanasayansi walipendekeza tu kutumia athari za kemikali zinazoweza kubadilishwa. Baada ya kutoa betri kabisa kwa mara ya kwanza, kwa kutumia chanzo cha sasa cha nje, majibu ambayo yalifanyika ndani yake yanaweza kuanza kwa mwelekeo tofauti. Hii itairejesha katika hali yake ya awali ili betri iweze kutumika tena baada ya kuchaji tena.
Betri ya asidi ya risasi ya gari
Leo, aina nyingi za betri zimeundwa, ambazo hutofautiana katika aina ya mmenyuko wa kemikali ambayo hutokea ndani yao. Aina za kawaida za betri ni betri za asidi ya risasi (au risasi tu), ambazo zinatokana na mmenyuko wa kupunguza oxidation ya risasi. Vifaa kama hivyo vina maisha marefu ya huduma, na nguvu yao ya nishati ni hadi masaa 60 kwa kilo. Hata maarufu zaidi katika Hivi majuzi ni betri za lithiamu-ion kulingana na mmenyuko wa kupunguza oxidation ya lithiamu. Nguvu ya nishati ya betri za kisasa za lithiamu-ioni sasa inazidi saa 250 za watt kwa kilo.
Betri ya Li-ion kwa simu ya rununu
Shida kuu za betri za lithiamu-ion ni ufanisi wao mdogo joto hasi, kuzeeka haraka na kuongezeka kwa hatari ya mlipuko. Na kutokana na ukweli kwamba chuma cha lithiamu humenyuka kwa bidii sana na maji kuunda gesi ya hidrojeni na oksijeni hutolewa wakati betri inawaka, mwako wa hiari wa betri ya lithiamu-ioni ni ngumu sana kutumia na njia za jadi za kuzima moto. Ili kuongeza usalama wa betri kama hiyo na kuharakisha wakati wake wa kuchaji, wanasayansi wanapendekeza nyenzo ya cathode ambayo inazuia uundaji wa miundo ya lithiamu ya dendritic, na kuongeza vitu kwenye elektroliti ambayo husababisha malezi ya miundo ya kulipuka na vifaa ambavyo huwaka ndani. hatua za mwanzo.
Elektroliti imara
Kama njia nyingine isiyo dhahiri ya kuongeza ufanisi na usalama wa betri, wanakemia wamependekeza kutopunguza vyanzo vya sasa vya kemikali kwa elektroliti kioevu, lakini kuunda chanzo cha sasa cha hali dhabiti. Katika vifaa vile hakuna vipengele vya kioevu kabisa, lakini muundo wa safu ya anode imara, cathode imara na electrolyte imara kati yao. Electrolyte wakati huo huo hufanya kazi ya membrane. Wafanyabiashara wa malipo katika electrolyte imara inaweza kuwa ions mbalimbali, kulingana na muundo wake na athari zinazofanyika kwenye anode na cathode. Lakini daima ni ions ndogo za kutosha ambazo zinaweza kusonga kwa uhuru katika kioo, kwa mfano, H + protoni, ioni za lithiamu Li + au ioni za oksijeni O 2-.
Seli za mafuta ya hidrojeni
Uwezo wa kuchaji tena na hatua maalum za usalama hufanya betri kuwa vyanzo vya kuahidi zaidi vya sasa kuliko betri za kawaida, lakini bado kila betri ina idadi ndogo ya vitendanishi, na kwa hivyo ugavi mdogo wa nishati, na kila wakati betri lazima ichajiwe ili kurejesha hali yake. utendakazi.
Ili kufanya betri "isiyo na mwisho," unaweza kutumia kama chanzo cha nishati sio vitu vilivyo ndani ya seli, lakini mafuta yanayosukumwa kupitia hiyo. Chaguo bora kwa mafuta kama hayo ni dutu ambayo ni rahisi katika muundo iwezekanavyo, rafiki wa mazingira na inapatikana kwa wingi Duniani.
Dutu inayofaa zaidi ya aina hii ni gesi ya hidrojeni. Uoksidishaji wake na oksijeni ya anga kuunda maji (kulingana na majibu 2H 2 + O 2 → 2H 2 O) ni mmenyuko rahisi wa redox, na usafirishaji wa elektroni kati ya ayoni pia unaweza kutumika kama chanzo cha sasa. Mmenyuko unaotokea ni aina ya mmenyuko wa nyuma kwa elektrolisisi ya maji (ambayo, chini ya ushawishi wa mkondo wa umeme, maji hutengana kuwa oksijeni na hidrojeni), na mpango kama huo ulipendekezwa kwanza katikati ya karne ya 19. .
Lakini licha ya ukweli kwamba mzunguko unaonekana rahisi sana, kuunda kifaa cha kufanya kazi kwa ufanisi kulingana na kanuni hii sio kazi ndogo. Ili kufanya hivyo, ni muhimu kutenganisha mtiririko wa oksijeni na hidrojeni katika nafasi, kuhakikisha usafiri wa ions muhimu kupitia electrolyte na kupunguza hasara za nishati iwezekanavyo katika hatua zote za kazi.
Mchoro wa mpangilio operesheni ya seli ya mafuta ya hidrojeni
Mzunguko wa seli ya mafuta ya hidrojeni inayofanya kazi ni sawa na mzunguko wa chanzo cha sasa cha kemikali, lakini ina njia za ziada za kusambaza mafuta na vioksidishaji na kuondoa bidhaa za majibu na gesi nyingi zinazotolewa. Electrodes katika kipengele vile ni vichocheo vya porous conductive. Mafuta ya gesi (hidrojeni) hutolewa kwa anode, na wakala wa oksidi (oksijeni kutoka hewa) hutolewa kwa cathode, na kwenye mpaka wa kila electrode na electrolyte, athari yake ya nusu hufanyika (oxidation ya hidrojeni na kupunguza oksijeni, kwa mtiririko huo). Katika kesi hii, kulingana na aina ya kiini cha mafuta na aina ya electrolyte, malezi ya maji yenyewe yanaweza kutokea ama katika anode au katika nafasi ya cathode.
Seli ya mafuta ya hidrojeni ya Toyota
Joseph Brent / flickr
Ikiwa electrolyte ni polymer ya proton-conducting au membrane ya kauri, ufumbuzi wa asidi au alkali, basi carrier wa malipo katika electrolyte ni ions hidrojeni. Katika kesi hii, katika anode, hidrojeni ya molekuli hutiwa oksidi kwa ioni za hidrojeni, ambazo hupita kupitia electrolyte na kuguswa na oksijeni huko. Ikiwa kibeba chaji ni ioni ya oksijeni O 2–, kama ilivyo kwa elektroliti ya oksidi dhabiti, basi oksijeni hupunguzwa kuwa ioni kwenye cathode, ioni hii hupitia elektroliti na oksidi ya hidrojeni kwenye anode kuunda maji na bure. elektroni.
Mbali na mmenyuko wa oksidi ya hidrojeni, imependekezwa kutumia aina nyingine za athari kwa seli za mafuta. Kwa mfano, badala ya hidrojeni, mafuta ya kupunguza inaweza kuwa methanoli, ambayo ni oxidized na oksijeni kwa dioksidi kaboni na maji.
Ufanisi wa seli za mafuta
Licha ya faida zote za seli za mafuta ya hidrojeni (kama vile urafiki wa mazingira, ufanisi usio na kikomo, saizi ya kompakt na kiwango cha juu cha nishati), pia zina shida kadhaa. Hizi ni pamoja na, kwanza kabisa, kuzeeka kwa taratibu kwa vipengele na matatizo katika kuhifadhi hidrojeni. Ni kwa usahihi jinsi ya kuondoa mapungufu haya ambayo wanasayansi wanafanyia kazi leo.
Kwa sasa inapendekezwa kuongeza ufanisi wa seli za mafuta kwa kubadilisha muundo wa electrolyte, mali ya electrode ya kichocheo, na jiometri ya mfumo (ambayo inahakikisha ugavi wa gesi za mafuta kwa uhakika unaohitajika na kupunguza madhara). Ili kutatua tatizo la kuhifadhi gesi ya hidrojeni, vifaa vyenye platinamu hutumiwa, kwa kueneza ambayo, kwa mfano, utando wa graphene.
Matokeo yake, inawezekana kuongeza utulivu wa kiini cha mafuta na maisha ya vipengele vyake vya kibinafsi. Sasa mgawo wa ubadilishaji wa nishati ya kemikali katika nishati ya umeme katika vipengele vile hufikia asilimia 80, na chini ya hali fulani inaweza kuwa ya juu zaidi.
Matarajio makubwa ya nishati ya hidrojeni yanahusishwa na uwezekano wa kuchanganya seli za mafuta kuwa betri nzima, na kuzigeuza kuwa jenereta za umeme na nguvu ya juu. Tayari, jenereta za umeme zinazoendesha kwenye seli za mafuta ya hidrojeni zina nguvu ya hadi kilowati mia kadhaa na hutumiwa kama vyanzo vya nguvu kwa magari.
Uhifadhi mbadala wa electrochemical
Mbali na vyanzo vya kisasa vya elektroni, mifumo isiyo ya kawaida pia hutumiwa kama vifaa vya kuhifadhi nishati. Moja ya mifumo hiyo ni supercapacitor (au ionistor) - kifaa ambacho kujitenga kwa malipo na mkusanyiko hutokea kutokana na kuundwa kwa safu mbili karibu na uso wa kushtakiwa. Katika kiolesura cha electrode-electrolyte kwenye kifaa kama hicho, ioni za ishara tofauti zimewekwa katika tabaka mbili, kinachojulikana kama "safu ya umeme mara mbili," na kutengeneza aina ya capacitor nyembamba sana. Uwezo wa capacitor kama hiyo, ambayo ni, kiasi cha malipo yaliyokusanywa, itatambuliwa na eneo maalum la uso wa nyenzo za elektroni, kwa hivyo, ni faida kuchukua vifaa vya porous na eneo maalum la uso kama nyenzo supercapacitors.
Ionistors ni wamiliki wa rekodi kati ya vyanzo vya sasa vya kemikali vya kutokwa kwa malipo kwa kasi ya malipo, ambayo ni faida isiyo na shaka ya aina hii ya kifaa. Kwa bahati mbaya, pia wanashikilia rekodi ya kasi ya kutokwa. Uzito wa nishati ya ionistors ni mara nane chini ikilinganishwa na betri za risasi na mara 25 chini ya betri za lithiamu-ioni. Ionistors za "safu mbili" za kawaida hazitumii majibu ya electrochemical kama msingi wao, na neno "capacitor" linatumiwa kwa usahihi zaidi kwao. Hata hivyo, katika matoleo hayo ya ionistors ambayo yanatokana na mmenyuko wa electrochemical na mkusanyiko wa malipo huenea ndani ya kina cha electrode, inawezekana kufikia nyakati za juu za kutokwa wakati wa kudumisha kiwango cha malipo ya haraka. Juhudi za watengenezaji wa supercapacitor zinalenga kuunda vifaa vya mseto na betri zinazochanganya faida za supercapacitors, haswa kasi ya juu ya kuchaji, na faida za betri - nguvu ya juu ya nishati na muda mrefu wa kutokwa. Hebu fikiria katika siku za usoni betri-ionistor ambayo itachaji kwa dakika chache na kuwasha kompyuta ya mkononi au simu mahiri kwa siku moja au zaidi!
Licha ya ukweli kwamba sasa wiani wa nishati ya supercapacitors bado ni mara kadhaa chini ya wiani wa nishati ya betri, hutumiwa katika umeme wa watumiaji na kwa injini za magari mbalimbali, ikiwa ni pamoja na wengi.
* * *
Kwa hiyo, leo kuna idadi kubwa ya vifaa vya electrochemical, ambayo kila mmoja inaahidi kwa matumizi yake maalum. Ili kuboresha ufanisi wa vifaa hivi, wanasayansi wanahitaji kutatua matatizo kadhaa ya asili ya kimsingi na ya kiteknolojia. Kazi nyingi hizi zinafanywa ndani ya mfumo wa moja ya miradi ya mafanikio katika Chuo Kikuu cha Shirikisho la Ural, kwa hivyo tuliuliza Maxim Ananyev, mkurugenzi wa Taasisi ya Electrochemistry ya Joto la Juu la Tawi la Ural la Chuo cha Sayansi cha Urusi, profesa. wa Idara ya Teknolojia ya Uzalishaji wa Electrochemical ya Taasisi ya Teknolojia ya Kemikali ya Chuo Kikuu cha Shirikisho la Ural, kuzungumza juu ya mipango ya haraka na matarajio ya maendeleo ya seli za kisasa za mafuta.
N+1: Je, kuna njia mbadala za betri maarufu za lithiamu-ioni zinazotarajiwa katika siku za usoni?
Maxim Ananyev: Jitihada za kisasa za watengenezaji wa betri zinalenga kuchukua nafasi ya aina ya carrier wa malipo katika electrolyte kutoka kwa lithiamu hadi sodiamu, potasiamu na alumini. Kama matokeo ya kuchukua nafasi ya lithiamu, itawezekana kupunguza gharama ya betri, ingawa sifa za uzito na saizi zitaongezeka sawia. Kwa maneno mengine, kwa sifa sawa za umeme, betri ya sodiamu-ioni itakuwa kubwa na nzito ikilinganishwa na betri ya lithiamu-ion.
Kwa kuongezea, moja wapo ya maeneo yanayoendelea ya kuboresha betri ni uundaji wa vyanzo vya nishati ya kemikali ya mseto kulingana na kuchanganya betri za chuma-ioni na elektrodi ya hewa, kama ilivyo kwenye seli za mafuta. Kwa ujumla, mwelekeo wa kuunda mifumo ya mseto, kama imeonyeshwa tayari na mfano wa supercapacitors, inaonekana katika siku za usoni itafanya iwezekanavyo kuona vyanzo vya nishati ya kemikali kwenye soko na sifa za juu za watumiaji.
Ural chuo kikuu cha shirikisho Leo, pamoja na washirika wa kitaaluma na viwanda nchini Urusi na dunia, inatekeleza miradi sita ya mega ambayo inalenga maeneo ya mafanikio ya utafiti wa kisayansi. Mojawapo ya miradi kama hii ni "Teknolojia za hali ya juu za nishati ya kielektroniki kutoka kwa muundo wa kemikali wa nyenzo mpya hadi vifaa vya kizazi kipya vya elektroni kwa uhifadhi na ubadilishaji wa nishati."
Kundi la wanasayansi kutoka kitengo cha kimkakati cha kitaaluma (SAE) cha Shule ya UrFU ya Sayansi ya Asili na Hisabati, ambayo ni pamoja na Maxim Ananyev, inajishughulisha na muundo na ukuzaji wa vifaa na teknolojia mpya, pamoja na seli za mafuta, seli za elektroliti, chuma-graphene. betri, mifumo ya uhifadhi wa nishati ya kielektroniki na supercapacitors.
Utafiti na kazi ya kisayansi hufanyika kwa ushirikiano wa mara kwa mara na Taasisi ya Electrochemistry ya Joto la Juu la Tawi la Ural la Chuo cha Sayansi cha Kirusi na kwa msaada wa washirika.
Ni seli zipi za mafuta zinazotengenezwa kwa sasa na zina uwezo mkubwa zaidi?
Moja ya aina za kuahidi zaidi za seli za mafuta ni vipengele vya protoni-kauri. Wana faida zaidi ya seli za mafuta ya polymer na membrane ya kubadilishana ya protoni na vipengele vya oksidi imara, kwa vile wanaweza kufanya kazi na usambazaji wa moja kwa moja wa mafuta ya hidrokaboni. Hii hurahisisha kwa kiasi kikubwa muundo wa mtambo wa kuzalisha umeme kulingana na seli za mafuta ya protoni-kauri na mfumo wa udhibiti, na kwa hiyo huongeza uaminifu wa uendeshaji. Kweli, aina hii ya seli ya mafuta kwa sasa haijatengenezwa kihistoria, lakini utafiti wa kisasa wa kisayansi unatuwezesha kutumaini uwezo wa juu wa teknolojia hii katika siku zijazo.
Ni matatizo gani yanayohusiana na seli za mafuta ambayo sasa yanashughulikiwa katika Chuo Kikuu cha Ural Federal?
Sasa wanasayansi wa UrFU, pamoja na Taasisi ya Electrochemistry ya Joto la Juu (IVTE) ya Tawi la Ural la Chuo cha Sayansi cha Urusi, wanafanya kazi katika uundaji wa vifaa vya ufanisi zaidi vya umeme na jenereta za nguvu zinazojitegemea kwa matumizi katika nishati iliyosambazwa. Uundaji wa mitambo ya nguvu kwa nishati iliyosambazwa hapo awali inamaanisha maendeleo ya mifumo ya mseto kulingana na jenereta ya umeme na kifaa cha kuhifadhi, ambacho ni betri. Wakati huo huo, seli ya mafuta hufanya kazi mara kwa mara, ikitoa mzigo wakati wa masaa ya kilele, na kwa hali ya uvivu inachaji betri, ambayo yenyewe inaweza kufanya kama hifadhi katika kesi ya matumizi ya juu ya nishati na katika hali ya dharura.
Mafanikio makubwa zaidi ya wanakemia wa UrFU na IVTE yamepatikana katika maendeleo ya seli za mafuta ya oksidi-imara na protoni-kauri. Tangu 2016, katika Urals, pamoja na Shirika la Jimbo la Rosatom, ya kwanza nchini Urusi uzalishaji wa mitambo ya nguvu kulingana na seli za mafuta ya oksidi imara imeundwa. Maendeleo ya wanasayansi wa Ural tayari yamepitisha vipimo vya "kiwango kamili" kwenye kituo cha ulinzi wa bomba la gesi kwenye tovuti ya majaribio ya Uraltransgaz LLC. Kiwanda cha nguvu kilicho na nguvu iliyokadiriwa ya kilowati 1.5 kilifanya kazi kwa zaidi ya masaa elfu 10 na kilionyesha uwezekano mkubwa wa matumizi ya vifaa hivyo.
Ndani ya mfumo wa maabara ya pamoja ya UrFU na IVTE, maendeleo ya vifaa vya electrochemical kulingana na membrane ya kauri inayoendesha protoni inaendelea. Hii itafanya iwezekanavyo katika siku za usoni kupunguza joto la kufanya kazi kwa seli za mafuta ya oksidi kutoka nyuzi 900 hadi 500 Celsius na kuachana na urekebishaji wa awali wa mafuta ya hidrokaboni, na hivyo kuunda jenereta za kielektroniki za gharama nafuu zinazoweza kufanya kazi katika hali ya maendeleo. miundombinu ya usambazaji wa gesi nchini Urusi.
Alexander Dubov
Hivi majuzi, mada ya seli za mafuta imekuwa kwenye midomo ya kila mtu. Na hii haishangazi; pamoja na ujio wa teknolojia hii katika ulimwengu wa vifaa vya elektroniki, imepata kuzaliwa upya. Viongozi wa ulimwengu katika nyanja ya kielektroniki kidogo wanakimbia kuwasilisha prototypes za bidhaa zao za siku zijazo, ambazo zitaunganisha mitambo yao ya nguvu ndogo. Hii inapaswa, kwa upande mmoja, kudhoofisha uunganisho wa vifaa vya rununu kwenye "plagi", na kwa upande mwingine, kupanua maisha ya betri.
Kwa kuongezea, baadhi yao hufanya kazi kwa msingi wa ethanol, kwa hivyo ukuzaji wa teknolojia hizi ni faida ya moja kwa moja kwa wazalishaji wa vileo - baada ya miaka kadhaa, foleni za "wataalam wa IT" zitapanga kwenye kiwanda cha divai, wakisimama kwa "kipimo" kinachofuata cha kompyuta zao ndogo.
Hatuwezi kukaa mbali na "homa" ya seli ya mafuta ambayo imeshika tasnia ya Hi-Tech, na tutajaribu kubaini teknolojia hii ni mnyama wa aina gani, analiwa na nini, na ni wakati gani tunaweza kutarajia atafika. "upishi wa umma." Katika nyenzo hii tutaangalia njia iliyosafirishwa na seli za mafuta kutoka ugunduzi wa teknolojia hii hadi leo. Pia tutajaribu kutathmini matarajio ya utekelezaji na maendeleo yao katika siku zijazo.
Jinsi ilivyokuwa
Kanuni ya seli ya mafuta ilielezewa kwa mara ya kwanza mnamo 1838 na Christian Friedrich Schonbein, na mwaka mmoja baadaye Jarida la Falsafa lilichapisha nakala yake juu ya mada hii. Walakini, haya yalikuwa masomo ya kinadharia tu. Kiini cha kwanza cha mafuta kinachofanya kazi kilitolewa mnamo 1843 katika maabara ya mwanasayansi wa Wales Sir William Robert Grove. Wakati wa kuunda, mvumbuzi alitumia vifaa sawa na vilivyotumika katika betri za kisasa za asidi ya fosforasi. Seli ya mafuta ya Sir Grove iliboreshwa baadaye na W. Thomas Grub. Mnamo 1955, duka la dawa hili, akifanya kazi kwa kampuni maarufu ya Umeme ya General, alitumia utando wa kubadilishana ion ya polystyrene kama elektroliti kwenye seli ya mafuta. Miaka mitatu tu baadaye, mwenzake Leonard Niedrach alipendekeza teknolojia ya kuweka platinamu kwenye membrane, ambayo ilifanya kama kichocheo katika mchakato wa oxidation ya hidrojeni na kunyonya oksijeni.
"Baba" wa seli za mafuta Christian Schönbein
Kanuni hizi ziliunda msingi wa kizazi kipya cha seli za mafuta, zinazoitwa seli za Grub-Nidrach baada ya waundaji wao. General Electric iliendelea maendeleo katika mwelekeo huu, ambayo, kwa usaidizi wa NASA na Ndege kubwa ya anga ya McDonnell, seli ya kwanza ya mafuta ya kibiashara iliundwa. Washa teknolojia mpya makini nje ya nchi. Na tayari mnamo 1959, Briton Francis Thomas Bacon alianzisha kiini cha mafuta kilicho na nguvu ya 5 kW. Maendeleo yake ya hati miliki yalipewa leseni na Wamarekani na kutumika katika vyombo vya anga vya NASA katika mifumo ya nguvu na usambazaji. Maji ya kunywa. Katika mwaka huo huo, Mmarekani Harry Ihrig alijenga trekta ya kwanza ya seli ya mafuta (jumla ya nguvu 15 kW). Hidroksidi ya potasiamu ilitumika kama elektroliti katika betri, na hidrojeni iliyoshinikizwa na oksijeni ilitumiwa kama vitendanishi.
Kwa mara ya kwanza, utengenezaji wa seli za mafuta zilizosimama kwa madhumuni ya kibiashara ulizinduliwa na kampuni ya UTC Power, ambayo ilitoa mifumo ya usambazaji wa nguvu kwa hospitali, vyuo vikuu na vituo vya biashara. Kampuni hii, kiongozi wa ulimwengu katika uwanja huu, bado inazalisha ufumbuzi sawa na nguvu ya hadi 200 kW. Pia ni muuzaji mkuu wa seli za mafuta kwa NASA. Bidhaa zake zimetumika sana wakati mpango wa nafasi Apollo na bado inahitajika kama sehemu ya mpango wa Space Shuttle. UTC Power pia hutoa seli za mafuta za "bidhaa" ambazo hutumiwa sana kwenye magari. Alikuwa wa kwanza kuunda seli ya mafuta ambayo hufanya iwezekane kutoa mkondo kwa joto la chini ya sifuri kupitia matumizi ya membrane ya kubadilishana ya protoni.
Inavyofanya kazi
Watafiti walijaribu vitu mbalimbali kama vitendanishi. Hata hivyo, kanuni za msingi za uendeshaji wa seli za mafuta, licha ya sifa tofauti za uendeshaji, hazibadilika. Kiini chochote cha mafuta ni kifaa cha ubadilishaji wa nishati ya electrochemical. Inazalisha umeme kutoka kwa kiasi fulani cha mafuta (upande wa anode) na oxidizer (upande wa cathode). Mmenyuko hutokea mbele ya elektroliti (dutu iliyo na ioni za bure na kufanya kama njia ya umeme). Kimsingi, katika kifaa chochote kama hicho kuna vitendanishi fulani vinavyoingia ndani yake na bidhaa zao za mmenyuko, ambazo huondolewa baada ya mmenyuko wa elektrochemical. Electrolyte ndani kwa kesi hii hutumika tu kama njia ya mwingiliano wa vitendanishi na haibadiliki kwenye seli ya mafuta. Kulingana na mpango huu, seli bora ya mafuta inapaswa kufanya kazi mradi tu kuna usambazaji wa dutu muhimu kwa majibu.
Seli za mafuta hazipaswi kuchanganyikiwa na betri za kawaida hapa. Katika kesi ya kwanza, ili kuzalisha umeme, "mafuta" fulani hutumiwa, ambayo baadaye inahitaji kuongezwa tena. Katika kesi ya seli za galvanic, umeme huhifadhiwa katika mfumo wa kemikali uliofungwa. Kwa upande wa betri, utumiaji wa mkondo wa umeme huruhusu athari ya kinyume cha kielektroniki kutokea na kurudisha viitikio katika hali yao ya asili (yaani, chaji). Inawezekana michanganyiko mbalimbali mafuta na kioksidishaji. Kwa mfano, seli ya mafuta ya hidrojeni hutumia hidrojeni na oksijeni (kioksidishaji) kama vitendaji. Hydrocarbonates na alkoholi mara nyingi hutumiwa kama mafuta, na hewa, klorini na dioksidi ya klorini hufanya kama vioksidishaji.
Mmenyuko wa kichocheo unaofanyika katika seli ya mafuta huondoa elektroni na protoni kutoka kwa mafuta, na elektroni zinazosonga huunda mkondo wa umeme. Platinamu au aloi zake hutumiwa kama kichocheo ambacho huharakisha athari katika seli za mafuta. Mchakato mwingine wa kichocheo unarudisha elektroni, unazichanganya na protoni na wakala wa oksidi, na kusababisha bidhaa za mmenyuko (uzalishaji). Kwa kawaida, uzalishaji huu ni vitu rahisi: maji na dioksidi kaboni.
Katika seli ya mafuta ya utando wa kubadilishana protoni (PEMFC), membrane inayopitisha protoni ya polima hutenganisha pande za anodi na cathode. Kutoka upande wa cathode, hidrojeni huenea kwa kichocheo cha anode, ambapo elektroni na protoni hutolewa kutoka humo. Kisha protoni hupitia utando hadi kwenye cathode, na elektroni ambazo haziwezi kufuata protoni (membrane imetengwa kwa umeme) hutumwa kando ya mzunguko. mzigo wa nje(mfumo wa usambazaji wa nishati). Kwa upande wa kichocheo cha cathode, oksijeni humenyuka na protoni zinazopita kwenye membrane na elektroni zinazoingia kupitia mzunguko wa mzigo wa nje. Mmenyuko huu hutoa maji (kwa namna ya mvuke au kioevu). Kwa mfano, bidhaa za majibu katika seli za mafuta kwa kutumia mafuta ya hidrokaboni (methanoli, mafuta ya dizeli) ni maji na dioksidi kaboni.
Seli za mafuta za karibu aina zote zinakabiliwa na hasara za umeme, zinazosababishwa na upinzani wa asili wa mawasiliano na vipengele vya seli ya mafuta, na kwa overvoltage ya umeme (nishati ya ziada inayohitajika kutekeleza majibu ya awali). Katika baadhi ya matukio, haiwezekani kuepuka kabisa hasara hizi na wakati mwingine "mchezo haufai mshumaa," lakini mara nyingi wanaweza kupunguzwa kwa kiwango cha chini kinachokubalika. Chaguo la kutatua tatizo hili ni kutumia seti za vifaa hivi, ambazo seli za mafuta, kulingana na mahitaji ya mfumo wa usambazaji wa nguvu, zinaweza kushikamana kwa sambamba (juu ya sasa) au mfululizo (voltage ya juu).
Aina za seli za mafuta
Kuna aina nyingi za seli za mafuta, lakini tutajaribu kujadili kwa ufupi zile za kawaida.
Seli za Mafuta ya Alkali (AFC)
Seli za mafuta za alkali au alkali, pia huitwa seli za Bacon baada ya "baba" wao wa Uingereza, ni mojawapo ya teknolojia za seli za mafuta zilizokuzwa vizuri. Ni vifaa hivi vilivyosaidia mwanadamu kuweka mguu kwenye mwezi. Kwa ujumla, NASA imekuwa ikitumia seli za mafuta za aina hii tangu katikati ya miaka ya 60 ya karne iliyopita. AFCs hutumia hidrojeni na oksijeni safi, huzalisha maji ya kunywa, joto na umeme. Kwa kiasi kikubwa kutokana na ukweli kwamba teknolojia hii imeendelezwa vizuri, ina moja ya viashiria vya ufanisi zaidi kati ya mifumo sawa (uwezekano wa karibu 70%).
Hata hivyo, teknolojia hii pia ina vikwazo vyake. Kwa sababu ya utaalam wa kutumia dutu ya alkali ya kioevu kama elektroliti, ambayo haizuii dioksidi kaboni, inawezekana kwa hidroksidi ya potasiamu (moja ya chaguzi za elektroliti inayotumiwa) kuguswa na sehemu hii ya hewa ya kawaida. Matokeo yake yanaweza kuwa kiwanja cha sumu kinachoitwa potassium carbonate. Ili kuepuka hili, ni muhimu kutumia ama oksijeni safi au kusafisha hewa kutoka kwa dioksidi kaboni. Kwa kawaida, hii inathiri gharama ya vifaa vile. Hata hivyo, AFCs ndizo seli za bei nafuu zaidi za mafuta zinazopatikana leo kuzalisha.
Seli za mafuta za borohydride za moja kwa moja (DBFC)
Aina hii ndogo ya seli za mafuta za alkali hutumia borohydride ya sodiamu kama mafuta. Hata hivyo, tofauti na AFC za kawaida za hidrojeni, teknolojia hii ina faida moja kubwa - hakuna hatari ya kuzalisha misombo ya sumu baada ya kuwasiliana na dioksidi kaboni. Hata hivyo, bidhaa ya mmenyuko wake ni dutu borax, inayotumiwa sana katika sabuni na sabuni. Borax haina sumu.
DBFC zinaweza kufanywa kwa bei nafuu zaidi kuliko seli za jadi za mafuta kwa sababu hazihitaji vichocheo vya gharama kubwa vya platinamu. Kwa kuongeza, wana wiani mkubwa wa nishati. Inakadiriwa kuwa uzalishaji wa kilo ya borohydride ya sodiamu hugharimu dola 50, lakini ikiwa tunapanga uzalishaji wake wa wingi na kuandaa usindikaji wa borax, basi kiwango hiki kinaweza kupunguzwa kwa mara 50.
Seli za Mafuta za Metal Hydride (MHFC)
Kikundi hiki kidogo cha seli za mafuta za alkali kwa sasa kinasomwa kikamilifu. Kipengele maalum cha vifaa hivi ni uwezo wa kuhifadhi kemikali ya hidrojeni ndani ya seli ya mafuta. Seli ya mafuta ya borohydride ya moja kwa moja ina uwezo sawa, lakini tofauti na hayo, MHFC imejaa hidrojeni safi.
Miongoni mwa sifa tofauti Seli hizi za mafuta zinaweza kutofautishwa kama ifuatavyo:
- uwezo wa recharge kutoka nishati ya umeme;
- kazi katika joto la chini- hadi -20 ° C;
- maisha ya rafu ndefu;
- haraka "baridi" kuanza;
- uwezo wa kufanya kazi kwa muda bila chanzo cha nje cha hidrojeni (wakati wa mabadiliko ya mafuta).
Licha ya ukweli kwamba makampuni mengi yanafanya kazi katika kuunda MHFC nyingi, ufanisi wa prototypes sio juu ya kutosha ikilinganishwa na teknolojia zinazoshindana. Moja ya utendaji bora Uzito wa sasa wa seli hizi za mafuta ni milimita 250 kwa kila sentimita ya mraba, wakati seli za mafuta za PEMFC za kawaida hutoa msongamano wa sasa wa ampere 1 kwa sentimita ya mraba.
Seli za mafuta ya kielektroniki-galvaniki (EGFC)
Mwitikio wa kemikali katika EGFC unahusisha hidroksidi ya potasiamu na oksijeni. Hii inaunda mkondo wa umeme kati ya anode ya risasi na cathode iliyopambwa kwa dhahabu. Voltage inayozalishwa na seli ya mafuta ya electro-galvanic ni sawa sawa na kiasi cha oksijeni. Kipengele hiki kimeruhusu EGFCs kupata matumizi mengi kama vifaa vya kupima ukolezi wa oksijeni katika vifaa vya scuba na Vifaa vya matibabu. Lakini ni kwa sababu ya utegemezi huu kwamba seli za mafuta ya hidroksidi ya potasiamu zina muda mdogo sana wa maisha. kazi yenye ufanisi(wakati mkusanyiko wa oksijeni ni wa juu).
Vifaa vya kwanza vilivyoidhinishwa vya kuangalia ukolezi wa oksijeni katika EGFC vilipatikana kwa wingi mwaka wa 2005, lakini havikupata umaarufu mkubwa wakati huo. Mfano uliorekebishwa sana, uliotolewa miaka miwili baadaye, ulifanikiwa zaidi na hata ulipokea tuzo ya "uvumbuzi" huko. maonyesho maalumu wapiga mbizi huko Florida. Kwa sasa zinatumiwa na mashirika kama vile NOAA (Utawala wa Kitaifa wa Bahari na Anga) na DDRC (Kituo cha Utafiti wa Magonjwa ya Mbizi).
Seli za mafuta ya asidi ya fomu ya moja kwa moja (DFAFC)
Seli hizi za mafuta ni aina ndogo ya vifaa vya PEMFC vilivyo na sindano ya moja kwa moja ya asidi ya fomu. Asante kwako vipengele maalum Seli hizi za mafuta zina nafasi kubwa ya kuwa njia kuu za kuwasha vifaa vya kielektroniki vinavyobebeka kama vile kompyuta za mkononi, simu za mkononi, n.k. katika siku zijazo.
Kama methanoli, asidi ya fomu huingizwa moja kwa moja kwenye seli ya mafuta bila hatua maalum ya utakaso. Kuhifadhi dutu hii pia ni salama zaidi kuliko, kwa mfano, hidrojeni, na hauhitaji hali maalum za kuhifadhi: asidi ya fomu ni kioevu kwenye joto la kawaida. Kwa kuongezea, teknolojia hii ina faida mbili zisizoweza kuepukika juu ya seli za mafuta za methanoli moja kwa moja. Kwanza, tofauti na methanoli, asidi ya fomu haina kuvuja kupitia membrane. Kwa hiyo, ufanisi wa DFAFC unapaswa, kwa ufafanuzi, kuwa wa juu. Pili, katika kesi ya unyogovu, asidi ya fomu sio hatari sana (methanoli inaweza kusababisha upofu, na katika kipimo cha juu, kifo).
Kwa kupendeza, hadi hivi majuzi, wanasayansi wengi hawakufikiria teknolojia hii kuwa na wakati ujao mzuri. Sababu ambayo iliwafanya watafiti "kukomesha asidi ya fomu" kwa miaka mingi ilikuwa overvoltage ya juu ya electrochemical, ambayo ilisababisha hasara kubwa za umeme. Lakini majaribio ya hivi karibuni yameonyesha kuwa sababu ya uzembe huu ilikuwa matumizi ya platinamu kama kichocheo, ambayo kijadi imekuwa ikitumika sana kwa kusudi hili katika seli za mafuta. Baada ya wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Illinois kufanya mfululizo wa majaribio na vifaa vingine, iligundulika kuwa wakati wa kutumia palladium kama kichocheo, utendaji wa DFAFC ulikuwa wa juu kuliko ule wa seli sawa za mafuta za methanoli. Hivi sasa, haki za teknolojia hii zinamilikiwa na kampuni ya Marekani ya Tekion, ambayo inatoa mstari wake wa bidhaa za Formira Power Pack kwa vifaa vya microelectronics. Mfumo huu ni "duplex" inayojumuisha betri na kiini cha mafuta yenyewe. Baada ya usambazaji wa vitendanishi kwenye cartridge inayochaji betri kuisha, mtumiaji huibadilisha na mpya. Kwa hivyo, inakuwa huru kabisa kutoka kwa "plagi". Kwa mujibu wa ahadi za mtengenezaji, muda kati ya malipo itakuwa mara mbili, licha ya ukweli kwamba teknolojia itapunguza tu 10-15% zaidi kuliko betri za kawaida. Kikwazo kikuu pekee kwa teknolojia hii inaweza kuwa kwamba kampuni inaiunga mkono wastani na inaweza "kulemewa" na washindani wakubwa wanaowasilisha teknolojia zao, ambazo zinaweza hata kuwa duni kwa DFAFC katika idadi ya vigezo.
Seli za Mafuta za Methanoli za moja kwa moja (DMFC)
Seli hizi za mafuta ni seti ndogo ya vifaa vya utando wa kubadilishana protoni. Wanatumia methanoli, ambayo huingizwa ndani ya seli ya mafuta bila utakaso wa ziada. Hata hivyo, pombe ya methyl ni rahisi zaidi kuhifadhi na haina mlipuko (ingawa inaweza kuwaka na inaweza kusababisha upofu). Wakati huo huo, methanoli ina uwezo mkubwa wa nishati kuliko hidrojeni iliyoshinikizwa.
Hata hivyo, kutokana na uwezo wa methanoli kuvuja kupitia utando, ufanisi wa DMFC kwa kiasi kikubwa cha mafuta ni mdogo. Na ingawa kwa sababu hii haifai kwa usafirishaji na usakinishaji mkubwa, vifaa hivi ni bora kama betri za uingizwaji za vifaa vya rununu.
Seli za Mafuta za Methanoli (RMFC) Zilizotibiwa
Seli za mafuta ya methanoli iliyochakatwa hutofautiana na DMFC kwa kuwa tu hubadilisha methanoli kuwa hidrojeni na dioksidi kaboni kabla ya kuzalisha umeme. Hii hutokea katika kifaa maalum kinachoitwa processor ya mafuta. Baada ya hatua hii ya awali (mmenyuko hufanyika kwa joto la juu ya 250 ° C), hidrojeni hupata mmenyuko wa oxidation, ambayo inasababisha kuundwa kwa maji na kizazi cha umeme.
Matumizi ya methanoli katika RMFC ni kutokana na ukweli kwamba ni carrier wa asili wa hidrojeni, na kwa joto la chini la kutosha (ikilinganishwa na vitu vingine) inaweza kuharibiwa katika hidrojeni na dioksidi kaboni. Kwa hiyo, teknolojia hii ni ya juu zaidi kuliko DMFC. Seli za mafuta za methanoli zilizotibiwa huruhusu ufanisi zaidi, ushikamano na utendakazi wa chini ya sufuri.
Seli za mafuta ya ethanoli ya moja kwa moja (DEFC)
Mwakilishi mwingine wa darasa la seli za mafuta na kimiani ya kubadilishana ya protoni. Kama jina linavyopendekeza, ethanoli huingia kwenye seli ya mafuta bila kufanyiwa utakaso wa ziada au mtengano kuwa vitu rahisi zaidi. Faida ya kwanza ya vifaa hivi ni matumizi pombe ya ethyl badala ya methanoli yenye sumu. Hii ina maana kwamba huhitaji kuwekeza pesa nyingi katika kuendeleza mafuta haya.
Msongamano wa nishati ya pombe ni takriban 30% ya juu kuliko ile ya methanoli. Kwa kuongeza, inaweza kupatikana kwa kiasi kikubwa kutoka kwa biomass. Ili kupunguza gharama ya seli za mafuta ya ethanoli, utafutaji wa nyenzo mbadala ya kichocheo unafuatiliwa kikamilifu. Platinamu, ambayo kwa kawaida hutumiwa katika seli za mafuta kwa madhumuni haya, ni ghali sana na ni kikwazo kikubwa kwa utumiaji wa teknolojia hizi kwa wingi. Suluhisho la tatizo hili linaweza kuwa vichocheo vinavyotokana na mchanganyiko wa chuma, shaba na nikeli, ambavyo vinaonyesha matokeo ya kuvutia katika mifumo ya majaribio.
Seli za Mafuta ya Zinki (ZAFC)
ZAFC hutumia uoksidishaji wa zinki na oksijeni kutoka kwa hewa ili kutoa nishati ya umeme. Seli hizi za mafuta ni za bei rahisi kutengeneza na hutoa msongamano wa juu wa nishati. Hivi sasa hutumiwa katika misaada ya kusikia na magari ya majaribio ya umeme.
Kwa upande wa anode kuna mchanganyiko wa chembe za zinki na elektroliti, na kwa upande wa cathode kuna maji na oksijeni kutoka angani, ambayo hugusana na kuunda hidroksili (molekuli yake ni atomi ya oksijeni na atomi ya hidrojeni, kati ya hizo mbili. ambayo kuna dhamana ya ushirikiano). Kama matokeo ya mmenyuko wa hydroxyl na mchanganyiko wa zinki, elektroni hutolewa kwenda kwenye cathode. Voltage ya juu inayozalishwa na seli kama hizo za mafuta ni 1.65 V, lakini, kama sheria, hii imepunguzwa kwa bandia hadi 1.4-1.35 V, na kuzuia ufikiaji wa hewa kwenye mfumo. Bidhaa za mwisho za mmenyuko huu wa electrochemical ni oksidi ya zinki na maji.
Inawezekana kutumia teknolojia hii wote katika betri (bila recharging) na katika seli za mafuta. Katika kesi ya mwisho, chumba kwenye upande wa anode husafishwa na kujazwa tena na kuweka zinki. Kwa ujumla, teknolojia ya ZAFC imeonekana kuwa betri rahisi na ya kuaminika. Faida yao isiyoweza kuepukika ni uwezo wa kudhibiti majibu tu kwa kudhibiti usambazaji wa hewa kwa seli ya mafuta. Watafiti wengi wanazingatia seli za mafuta ya zinki-hewa kama chanzo kikuu cha nishati ya baadaye ya magari ya umeme.
Seli za Mafuta ya Mikrobial (MFC)
Wazo la kutumia bakteria kwa faida ya ubinadamu sio mpya, ingawa utekelezaji wa maoni haya umetimia hivi karibuni. Hivi sasa, matumizi ya kibiashara ya teknolojia ya kibayolojia kwa ajili ya uzalishaji wa bidhaa mbalimbali (kwa mfano, uzalishaji wa hidrojeni kutoka kwa majani), neutralization ya vitu vyenye madhara na uzalishaji wa umeme unasomwa kikamilifu. Seli za mafuta ya vijidudu, pia huitwa seli za mafuta ya kibaolojia, ni mfumo wa kibaolojia wa kielektroniki ambao hutoa mkondo wa umeme kupitia matumizi ya bakteria. Teknolojia hii inategemea ukataboli (mtengano wa molekuli changamano kuwa rahisi zaidi na kutolewa kwa nishati) ya vitu kama vile glukosi, acetate (chumvi ya asidi asetiki), butyrate (chumvi ya butirati) au maji machafu. Kutokana na oxidation yao, elektroni hutolewa, ambayo huhamishiwa kwenye anode, baada ya hapo sasa ya umeme inayozalishwa inapita kupitia conductor kwa cathode.
Seli kama hizo za mafuta kawaida hutumia wapatanishi ambao huboresha mtiririko wa elektroni. Tatizo ni kwamba vitu vinavyofanya jukumu la wapatanishi ni ghali na sumu. Hata hivyo, katika kesi ya kutumia bakteria ya electrochemically hai, haja ya wapatanishi hupotea. Seli kama hizo za "mpatanishi zisizo na mpatanishi" zilianza kuunda hivi karibuni na kwa hivyo sio mali zao zote ambazo zimesomwa vizuri.
Licha ya vikwazo ambavyo MFC bado haijashinda, teknolojia ina uwezo mkubwa sana. Kwanza, kupata "mafuta" sio ngumu sana. Aidha, leo suala la matibabu ya maji machafu na utupaji wa taka nyingi ni papo hapo sana. Matumizi ya teknolojia hii inaweza kutatua matatizo haya yote mawili. Pili, kinadharia ufanisi wake unaweza kuwa juu sana. Tatizo kuu kwa wahandisi wa seli za mafuta ya microbial ni, na kwa kweli kipengele muhimu ya kifaa hiki, vijidudu. Na wakati wanabiolojia, ambao hupokea ruzuku nyingi kwa utafiti, wanafurahi, waandishi wa hadithi za kisayansi pia wanasugua mikono yao, wanatarajia mafanikio ya vitabu vilivyotolewa kwa matokeo ya "kutolewa" kwa vijidudu vibaya. Kwa kawaida, kuna hatari ya kuendeleza kitu ambacho kinaweza "kuchimba" sio tu taka isiyo ya lazima, bali pia kitu cha thamani. Kwa hivyo, kimsingi, kama ilivyo kwa teknolojia yoyote mpya ya kibayolojia, watu wanahofia wazo la kubeba sanduku lililojaa bakteria kwenye mifuko yao.
Maombi
Mitambo ya kudumu ya umeme ya majumbani na viwandani
Seli za mafuta hutumiwa sana kama vyanzo vya nishati katika anuwai mifumo ya uhuru, kama vile vyombo vya anga, vituo vya hali ya hewa vya mbali, usakinishaji wa kijeshi, n.k. Faida kuu ya mfumo kama huo wa usambazaji wa umeme ni kuegemea kwake juu sana ikilinganishwa na teknolojia zingine. Kwa sababu ya kutokuwepo kwa sehemu zinazohamia na mifumo yoyote katika seli za mafuta, kuegemea kwa mifumo ya usambazaji wa nguvu inaweza kufikia 99.99%. Kwa kuongeza, katika kesi ya kutumia hidrojeni kama reagent, uzito mdogo sana unaweza kupatikana, ambayo katika kesi ya vifaa vya nafasi ni moja ya vigezo muhimu zaidi.
Hivi karibuni, mimea ya joto na nguvu ya pamoja, inayotumiwa sana katika majengo ya makazi na ofisi. Upekee wa mifumo hii ni kwamba daima hutoa umeme, ambayo, ikiwa haitumiwi mara moja, hutumiwa kwa joto la maji na hewa. Pamoja na ukweli kwamba ufanisi wa umeme wa mitambo hiyo ni 15-20% tu, hasara hii inalipwa na ukweli kwamba umeme usiotumiwa hutumiwa kuzalisha joto. Kwa ujumla, ufanisi wa nishati ya vile mifumo ya pamoja ni karibu 80%. Moja ya reagents bora kwa seli hizo za mafuta ni asidi ya fosforasi. Mitambo hii hutoa ufanisi wa nishati ya 90% (umeme 35-50% na nishati nyingine ya mafuta).
Usafiri
Mifumo ya nishati kulingana na seli za mafuta pia hutumiwa sana katika usafiri. Kwa njia, Wajerumani walikuwa kati ya wa kwanza kufunga seli za mafuta kwenye magari. Kwa hivyo mashua ya kwanza ya kibiashara duniani iliyo na usakinishaji kama huo ilianza miaka minane iliyopita. Meli hii ndogo, iliyobatizwa jina la "Hydra" na iliyoundwa kubeba hadi abiria 22, ilizinduliwa karibu na mji mkuu wa zamani wa Ujerumani mnamo Juni 2000. Hidrojeni (seli ya mafuta ya alkali) hufanya kama kitendanishi cha kubeba nishati. Shukrani kwa matumizi ya seli za mafuta za alkali (alkali), ufungaji una uwezo wa kuzalisha sasa kwa joto hadi -10 ° C na "hauogopi" maji ya chumvi. Boti ya Hydra, inayoendeshwa na motor 5 kW umeme, ina uwezo wa kasi ya hadi 6 knots (kuhusu 12 km / h).
Mashua "Hydra"
Seli za mafuta (haswa hidrojeni) zimeenea zaidi katika usafirishaji wa ardhini. Kwa ujumla, hidrojeni imekuwa ikitumika kama mafuta kwa injini za gari kwa muda mrefu sana, na kimsingi, injini ya kawaida ya mwako wa ndani inaweza kubadilishwa kwa urahisi kutumia aina hii mbadala ya mafuta. Hata hivyo, mwako wa jadi wa hidrojeni hauna ufanisi zaidi kuliko kuzalisha umeme kupitia mmenyuko wa kemikali kati ya hidrojeni na oksijeni. Na kwa kweli, hidrojeni, ikiwa inatumiwa katika seli za mafuta, itakuwa salama kabisa kwa maumbile au, kama wanasema, "rafiki kwa mazingira," kwani mmenyuko wa kemikali hautoi kaboni dioksidi au vitu vingine vinavyochangia "chafuko la joto." athari."
Kweli, hapa, kama mtu anavyoweza kutarajia, kuna "lakini" kadhaa kubwa. Ukweli ni kwamba teknolojia nyingi za kutengeneza hidrojeni kutoka kwa rasilimali zisizoweza kurejeshwa (gesi asilia, makaa ya mawe, bidhaa za petroli) hazina madhara. mazingira, kwa kuwa mchakato wao hutoa kiasi kikubwa cha dioksidi kaboni. Kinadharia, ikiwa unatumia rasilimali zinazoweza kurejeshwa kuipata, basi hakutakuwa na uzalishaji unaodhuru hata kidogo. Hata hivyo, katika kesi hii gharama huongezeka kwa kiasi kikubwa. Kulingana na wataalamu wengi, kwa sababu hizi, uwezekano wa hidrojeni kama mbadala wa petroli au gesi asilia ni mdogo sana. Tayari kuna njia mbadala za gharama nafuu na, uwezekano mkubwa, seli za mafuta za kipengele cha kwanza meza ya mara kwa mara kamwe usiweze kuwa jambo la kawaida kwenye magari.
Watengenezaji wa gari wanajaribu kikamilifu hidrojeni kama chanzo cha nishati. Na sababu kuu ya hii ni msimamo mgumu wa EU kuhusu uzalishaji unaodhuru katika anga. Wakichochewa na vikwazo vinavyozidi kuwa vikali barani Ulaya, Daimler AG, Fiat na Ford Motor Company wamewasilisha maono yao ya mustakabali wa seli za mafuta kwenye gari, na kuandaa miundo yao ya msingi kwa treni za nguvu zinazofanana. Kampuni nyingine kubwa ya magari ya Ulaya, Volkswagen, kwa sasa inatayarisha gari lake la seli za mafuta. Makampuni ya Kijapani na Korea Kusini hayako nyuma yao. Walakini, sio kila mtu anayeweka kamari kwenye teknolojia hii. Watu wengi wanapendelea kurekebisha injini za mwako wa ndani au kuchanganya na motors za umeme zinazotumiwa na betri. Toyota, Mazda na BMW walifuata njia hii. Kama ilivyo kwa kampuni za Amerika, pamoja na Ford na modeli yake ya Kuzingatia, General Motors pia iliwasilisha magari kadhaa ya seli za mafuta. Ahadi hizi zote zinahimizwa kikamilifu na majimbo mengi. Kwa mfano, huko USA kuna sheria kulingana na ambayo gari mpya la mseto linaloingia sokoni haliruhusiwi ushuru, ambayo inaweza kuwa kiasi cha heshima, kwa sababu kama sheria, magari kama hayo ni ghali zaidi kuliko wenzao na wa jadi wa ndani. injini za mwako. Hii hufanya mahuluti kuvutia zaidi kama ununuzi. Kweli, kwa sasa sheria hii inatumika tu kwa mifano inayoingia kwenye soko hadi mauzo kufikia magari 60,000, baada ya hapo faida hiyo inafutwa moja kwa moja.
Elektroniki
Hivi karibuni, seli za mafuta zimeanza kupata matumizi yanayoongezeka katika kompyuta ndogo, simu za rununu na vifaa vingine vya kielektroniki vya rununu. Sababu ya hii ilikuwa ulafi unaoongezeka kwa kasi wa vifaa vilivyoundwa kwa maisha ya betri ya muda mrefu. Kama matokeo ya matumizi ya skrini kubwa za kugusa kwenye simu, uwezo wa sauti wenye nguvu na kuanzishwa kwa usaidizi wa Wi-Fi, Bluetooth na itifaki zingine za mawasiliano zisizo na waya za masafa ya juu, mahitaji ya uwezo wa betri pia yamebadilika. Na, ingawa betri zimetoka mbali tangu enzi za simu za rununu za kwanza, kwa suala la uwezo na ushikamano (vinginevyo leo mashabiki hawataruhusiwa kuingia kwenye viwanja na silaha hizi zenye kazi ya mawasiliano), bado hawawezi kuendelea na aidha. miniaturization ya nyaya za elektroniki au wazalishaji wanaotaka kuunganisha kila kitu kwenye bidhaa zao vipengele zaidi. Upungufu mwingine muhimu wa betri za sasa zinazoweza kuchajiwa ni wakati wao wa kuchaji kwa muda mrefu. Kila kitu kinaongoza kwa ukweli kwamba uwezo zaidi wa mchezaji wa multimedia ya simu au mfukoni ambayo imeundwa ili kuongeza uhuru wa mmiliki wake (Mtandao usio na waya, mifumo ya urambazaji, nk), inategemea zaidi "plagi" kifaa hiki kinakuwa.
Hakuna cha kusema juu ya laptops ambazo ni ndogo sana kuliko zile zilizopunguzwa kwa ukubwa wa juu. Kwa muda mrefu sasa, niche imeundwa kwa laptops zenye ufanisi zaidi ambazo hazikusudiwa kwa uendeshaji wa uhuru kabisa, isipokuwa kwa uhamisho huo kutoka ofisi moja hadi nyingine. Na hata wawakilishi wengi wa kiuchumi wa ulimwengu wa mbali hawawezi kutoa siku kamili ya maisha ya betri. Kwa hiyo, suala la kutafuta mbadala kwa betri za jadi, ambazo hazitakuwa ghali zaidi, lakini pia ni za ufanisi zaidi, ni za haraka sana. Na wawakilishi wakuu wa tasnia hivi karibuni wamekuwa wakifanya kazi katika kutatua shida hii. Sio muda mrefu uliopita, seli za mafuta za methanoli za kibiashara zilianzishwa, utoaji wa wingi ambao unaweza kuanza mapema mwaka ujao.
Watafiti walichagua methanoli badala ya hidrojeni kwa sababu fulani. Kuhifadhi methanoli ni rahisi zaidi, kwani hauhitaji shinikizo la juu au hali maalum ya joto. Pombe ya Methyl ni kioevu kwenye joto kati ya -97.0°C na 64.7°C. Zaidi ya hayo, nishati maalum iliyo katika kiasi cha Nth cha methanoli ni amri ya ukubwa zaidi kuliko kiasi sawa cha hidrojeni chini ya shinikizo la juu. Teknolojia ya seli ya mafuta ya methanoli ya moja kwa moja, inayotumiwa sana katika vifaa vya elektroniki vya rununu, inahusisha matumizi ya pombe ya methyl baada ya kujaza tu tank ya seli ya mafuta, kwa kupita utaratibu wa ubadilishaji wa kichocheo (kwa hivyo jina "methanoli ya moja kwa moja"). Hii pia ni faida kubwa ya teknolojia hii.
Walakini, kama mtu angetarajia, faida hizi zote zilikuwa na shida zao, ambazo zilipunguza kwa kiasi kikubwa wigo wa matumizi yake. Kutokana na ukweli kwamba teknolojia hii bado haijatengenezwa kikamilifu, tatizo la ufanisi mdogo wa seli hizo za mafuta zinazosababishwa na "kuvuja" kwa methanoli kupitia nyenzo za membrane bado hazijatatuliwa. Mbali na hilo, sio za kuvutia sifa za nguvu. Si rahisi kutatua na nini cha kufanya na dioksidi kaboni inayozalishwa kwenye anode. Vifaa vya kisasa vya DMFC havina uwezo wa kuzalisha kiasi kikubwa cha nishati, lakini vina uwezo wa juu wa nishati kwa kiasi kidogo cha nyenzo. Hii ina maana kwamba ingawa hakuna nishati nyingi inayopatikana bado, seli za mafuta za methanoli moja kwa moja zinaweza kuizalisha kwa muda mrefu. Kutokana na nguvu zao za chini, hii hairuhusu kupata matumizi ya moja kwa moja katika magari, lakini huwafanya kuwa karibu suluhisho bora kwa vifaa vya rununu ambavyo maisha ya betri ni muhimu.
Mitindo ya Hivi Punde
Ingawa seli za mafuta kwa magari zimetengenezwa kwa muda mrefu, suluhisho hizi bado hazijaenea. Kuna sababu nyingi za hii. Na kuu ni ukosefu wa kiuchumi na kutokuwa na nia ya wazalishaji kuweka uzalishaji wa mafuta ya bei nafuu kwenye mkondo. Majaribio ya kuharakisha mchakato wa asili wa mpito kwa vyanzo vya nishati mbadala, kama inavyoweza kutarajiwa, haikuongoza kwa kitu chochote kizuri. Kwa kweli, sababu ya kuongezeka kwa kasi kwa bei ya bidhaa za kilimo imefichwa sio kwa ukweli kwamba zilianza kubadilishwa sana kuwa nishati ya mimea, lakini kwa ukweli kwamba nchi nyingi za Afrika na Asia haziwezi kutoa bidhaa za kutosha hata. ili kukidhi mahitaji ya ndani ya bidhaa.
Ni dhahiri kwamba kuachana na matumizi ya nishati ya mimea hakuwezi kuleta uboreshaji mkubwa wa hali ya soko la chakula duniani, lakini kinyume chake, kunaweza kuleta pigo kwa wakulima wa Ulaya na Marekani, ambao kwa mara ya kwanza katika miaka mingi fursa ya kupata pesa nzuri. Lakini kipengele cha kimaadili cha suala hili hakiwezi kupunguzwa; ni jambo lisilopendeza kuweka "mkate" kwenye tangi wakati mamilioni ya watu wana njaa. Kwa hiyo, hasa, wanasiasa wa Ulaya sasa watakuwa na mtazamo wa baridi zaidi kwa bioteknolojia, ambayo tayari imethibitishwa na marekebisho ya mkakati wa mpito kwa vyanzo vya nishati mbadala.
Katika hali hii, eneo la kuahidi zaidi la maombi ya seli za mafuta linapaswa kuwa microelectronics. Hapa ndipo seli za mafuta zina nafasi nzuri ya kupata nafasi. Kwanza, watu wanaonunua simu za mkononi wako tayari kufanya majaribio kuliko, sema, wanunuzi wa gari. Na pili, wako tayari kutumia pesa na, kama sheria, hawachukii "kuokoa ulimwengu." Hii inaweza kuthibitishwa na mafanikio ya kushangaza ya toleo nyekundu la "Bono" la mchezaji wa iPod Nano, sehemu ya pesa kutoka kwa mauzo ambayo ilienda kwenye akaunti za Msalaba Mwekundu.
Toleo la "Bono" la kicheza Apple iPod Nano
Miongoni mwa wale ambao wameelekeza umakini wao kwa seli za mafuta kwa vifaa vya elektroniki vya kubebeka ni kampuni ambazo hapo awali zilibobea katika kuunda seli za mafuta na sasa zimefungua tu. eneo jipya maombi yao, na wazalishaji wa microelectronics wanaoongoza. Kwa mfano, hivi majuzi MTI Micro, ambayo ililenga tena biashara yake kutengeneza seli za mafuta za methanoli kwa vifaa vya kielektroniki vya rununu, ilitangaza kwamba itaanza uzalishaji kwa wingi mnamo 2009. Pia aliwasilisha kifaa cha kwanza cha GPS duniani kinachotumia seli za mafuta za methanoli. Kulingana na wawakilishi wa kampuni hii, katika siku za usoni bidhaa zake zitachukua nafasi ya betri za jadi za lithiamu. Kweli, kwa mara ya kwanza hawatakuwa nafuu, lakini tatizo hili linaambatana na teknolojia yoyote mpya.
Kwa kampuni kama Sony, ambayo hivi majuzi ilionyesha toleo lake la DMFC la kifaa kinachotumia mfumo wa media titika, teknolojia hizi ni mpya, lakini ziko makini kuhusu kutopotea katika soko jipya la kuahidi. Kwa upande wake, Sharp ilienda mbali zaidi na, kwa msaada wa mfano wake wa seli za mafuta, hivi karibuni iliweka rekodi ya ulimwengu kwa uwezo maalum wa nishati ya 0.3 W kwa sentimita moja ya ujazo ya pombe ya methyl. Hata serikali za nchi nyingi zilikubali kampuni zinazozalisha mafuta haya. Kwa hivyo, viwanja vya ndege nchini Marekani, Kanada, Uingereza, Japan na Uchina, licha ya sumu na kuwaka kwa methanoli, vimeondoa vikwazo vilivyokuwepo hapo awali kwenye usafiri wake katika cabin ya ndege. Bila shaka, hii inaruhusiwa tu kwa seli za mafuta zilizoidhinishwa na uwezo wa si zaidi ya 200 ml. Walakini, hii kwa mara nyingine inathibitisha kupendezwa na maendeleo haya kwa upande wa sio wapenda tu, bali pia mataifa.
Ni kweli, watengenezaji bado wanajaribu kuiweka salama na kutoa seli za mafuta kama mfumo mbadala wa nguvu. Suluhisho moja kama hilo ni mchanganyiko wa seli ya mafuta na betri: mradi tu kuna mafuta, inachaji betri kila wakati, na inapoisha, mtumiaji hubadilisha tu cartridge tupu na chombo kipya cha methanoli. Mwelekeo mwingine maarufu ni uumbaji chaja kwenye seli za mafuta. Wanaweza kutumika juu ya kwenda. Wakati huo huo, wanaweza kuchaji betri haraka sana. Kwa maneno mengine, katika siku zijazo, labda kila mtu atabeba "tundu" kama hilo kwenye mfuko wake. Mbinu hii inaweza kuwa muhimu hasa katika kesi ya simu za mkononi. Kwa upande mwingine, kompyuta za mkononi zinaweza kupata seli za mafuta zilizojengewa ndani katika siku zijazo, ambazo, ikiwa hazitabadilisha kabisa malipo kutoka kwa sehemu ya ukuta, angalau zitakuwa mbadala mbaya kwake.
Kwa hivyo, kulingana na utabiri wa kampuni kubwa ya kemikali ya Ujerumani BASF, ambayo hivi karibuni ilitangaza kuanza kwa ujenzi wa kituo chake cha ukuzaji wa seli za mafuta huko Japan, ifikapo 2010 soko la vifaa hivi litafikia dola bilioni 1. Wakati huo huo, wachambuzi wake wanatabiri ukuaji wa soko la seli za mafuta hadi dola bilioni 20 ifikapo 2020. Kwa njia, katika kituo hiki BASF inapanga kukuza seli za mafuta kwa vifaa vya elektroniki vya portable (haswa laptops) na mifumo ya nishati ya stationary. Eneo la biashara hii halikuchaguliwa kwa bahati; kampuni ya Ujerumani inaona makampuni ya ndani kama wanunuzi wakuu wa teknolojia hizi.
Badala ya hitimisho
Bila shaka, hupaswi kutarajia seli za mafuta kuchukua nafasi ya mfumo uliopo wa usambazaji wa nishati. Angalau kwa siku zijazo zinazoonekana. Huu ni upanga wenye ncha mbili: mitambo ya umeme inayobebeka bila shaka ni bora zaidi, kwa sababu ya kukosekana kwa hasara zinazohusiana na uwasilishaji wa umeme kwa watumiaji, lakini pia inafaa kuzingatia kuwa wanaweza kuwa mshindani mkubwa kwa nishati kuu. mfumo wa usambazaji tu ikiwa mfumo wa usambazaji wa mafuta wa kati wa mitambo hii umeundwa. Hiyo ni, "tundu" lazima hatimaye kubadilishwa na bomba fulani ambayo hutoa reagents muhimu kwa kila nyumba na kila nook. Na hii sio uhuru kabisa na uhuru kutoka kwa vyanzo vya nguvu vya nje ambavyo watengenezaji wa seli za mafuta huzungumza.
Vifaa hivi vina faida isiyoweza kuepukika kwa namna ya kasi ya malipo - nilibadilisha tu cartridge na methanol (katika hali mbaya zaidi, nilifungua nyara Jack Daniel's) kwenye kamera, na tena ruka kando ya ngazi za Louvre. Kwa upande mwingine, ikiwa, sema, mara kwa mara malipo ya simu katika saa mbili na inahitaji recharge kila baada ya siku 2-3, basi hakuna uwezekano kwamba mbadala katika mfumo wa kubadilisha cartridge, kuuzwa tu katika maduka maalumu, hata mara moja kila baada ya wiki mbili itakuwa katika mahitaji makubwa kwa mtumiaji wingi. Na, bila shaka, wakati hizi zimefichwa kwenye chombo salama cha hermetic mililita mia kadhaa za mafuta zitafikia watumiaji wa mwisho, bei yake itakuwa na wakati wa kupanda kwa kiasi kikubwa. Itawezekana kupambana na kupanda kwa bei hii tu kwa kiwango. ya uzalishaji, lakini kiwango hiki kitakuwa katika mahitaji kwenye soko?Na hadi aina bora ya mafuta itachaguliwa, kutatua tatizo hili itakuwa tatizo sana.
Kwa upande mwingine, mchanganyiko wa malipo ya kitamaduni kutoka kwa duka, seli za mafuta na mifumo mingine mbadala ya usambazaji wa nishati (kwa mfano, paneli za jua) inaweza kuwa suluhisho kwa shida ya vyanzo anuwai vya nishati na kubadili aina ambazo ni rafiki wa mazingira. Hata hivyo, seli za mafuta zinaweza kupata matumizi mengi katika kundi fulani la bidhaa za kielektroniki. Hii inathibitishwa na ukweli kwamba Canon hivi majuzi ilitoa hati miliki ya seli zake za mafuta kwa kamera za kidijitali na kutangaza mkakati wa kutambulisha teknolojia hizi katika suluhu zake. Kuhusu kompyuta za mkononi, ikiwa seli za mafuta zitazifikia katika siku za usoni, kuna uwezekano mkubwa kuwa mfumo wa chelezo wa nishati. Sasa, kwa mfano, tunazungumza tu juu ya moduli za malipo ya nje ambazo zimeunganishwa zaidi kwenye kompyuta ndogo.
Lakini teknolojia hizi zina matarajio makubwa ya maendeleo kwa muda mrefu. Hasa kwa kuzingatia tishio la njaa ya mafuta ambayo inaweza kutokea katika miongo michache ijayo. Katika hali hizi, muhimu zaidi sio hata jinsi uzalishaji wa seli za mafuta utakavyokuwa wa bei nafuu, lakini jinsi uzalishaji wa mafuta utakavyokuwa huru kutoka kwa tasnia ya petrochemical na ikiwa itaweza kufunika hitaji lake.