Эксплуатация водородного автомобиля (топливного элемента)

 

Еще одна альтернатива для эксплуатации электромобилей, водородный раствор, долгое время изучалась немцами и японцами. Европа, которую Tesla считает неустойчивой, тем не менее решает поставить пакет на эту технологию (в глобальном масштабе, а не с единственной целью приведения в движение автомобилей). Итак, давайте посмотрим, как работает водородный автомобиль, который, следовательно, является лишь вариантом электромобиля.

Читайте также:

• Жизнеспособен ли водородный автомобиль?
• В чем преимущества и недостатки топливного элемента

Несколько типов водородных автомобилей

В то время как текущая технология касается автомобилей, в которых для питания электродвигателей используются топливные элементы, водород также можно использовать в поршневых автомобилях внутреннего сгорания. Это действительно газ, который можно использовать так же, как СНГ и СПГ, уже используемые в наших автомобилях. Однако от этой идеи отказались, поршневой двигатель действительно больше соответствует времени …

Вот Toyota Mirai, работающая на водороде. Продается в США, его нет во Франции, потому что там нет пункта раздачи водорода… Опоздав с электрическими клеммами, мы уже отстаем по водороду!

Принцип действия

Если бы нам пришлось резюмировать систему в одном предложении, я бы сказал, чтоэто электродвигатель кто ходит с carburant не загрязняющий окружающую среду (в эксплуатации, а не в производстве). Вместо того, чтобы заряжать аккумулятор с помощью вилки и, следовательно, электричества, мы наполняем его жидкостью. Вот почему мы называем систему топливных элементов (это

накапливаться

который работает с топливом, которое

потребляется

et

исчезает из танка

). Фактически, единственная разница с электродвигателем заключается в хранении энергии, здесь в жидкой, а не в химической форме.

Поэтому следует отметить, что батарея разряжается, в отличие от литиевой или даже свинцовой батареи (см. Ссылки, чтобы узнать, как они работают).

Карта технологического процесса

Водород = гибрид?

Почти… Действительно, у них систематически есть дополнительная литиевая батарея, полезность которой я объясню ниже. Следовательно, можно работать только на водороде, только используя обычную батарею или даже то и другое одновременно.

Компоненты

Бак с водородом

У нас есть резервуар, в котором может храниться от 5 до 10 кг водорода, зная, что каждый килограмм содержит 33.3 кВтч энергии (по сравнению с электромобилями, которые имеют от 35 до 100 кВтч). Резервуар отличается особой техникой и прочностью, чтобы выдерживать внутреннее давление от 350 до 700 бар.

Топливная ячейка

Топливный элемент будет обеспечивать питание электродвигателя автомобиля, как и обычная литиевая батарея. Однако ему нужно топливо, а именно водород из бака. Он сделан из очень дорогой платины, но в самых современных модификациях обходится без нее.

Буферная батарея

Это не обязательно, но это стандарт для водородных транспортных средств. Действительно, он служит резервной батареей, усилителем мощности (может работать параллельно с топливным элементом), но также и, прежде всего, он служит для восстановления кинетической энергии во время замедления и торможения.

Силовая электроника

Не указано на моей верхней диаграмме, силовая электроника управляет, прерывает и выпрямляет (преобразование между переменным и постоянным токами) различные токи, протекающие через различные компоненты автомобиля.

Ravitaillement

Работа топливных элементов: катализ

Цель состоит в том, чтобы извлечь электроны (электричество) из водорода, чтобы отправить их в электродвигатель. Все это делается с помощью контролируемой электрохимической реакции, которая позволяет разделить электроны с одной стороны (по направлению к двигателю) и протоны с другой (в топливном элементе). Вся встреча в конце концов в катоде, где заканчивается реакция: конечная «смесь» дает воду, которая откачивается из системы (выхлоп).

Вот схема катализа, который заключается в извлечении электричества из водорода (обратный электролизу).

Здесь мы видим функционирование топливного элемента, а именно явление катализа.

Водород H2 (то есть два атома H водорода, склеенные вместе: дигидроген) идет слева направо. По мере приближения к аноду он теряет свое ядро ​​(протон), которое будет засасываться вниз (из-за явления окисления). Затем электроны продолжат свой путь справа, чтобы впоследствии использовать электродвигатель.

В свою очередь, мы собираем все заново благодаря впрыскиванию O2 (кислород, поступающий из воздуха благодаря компрессору) на стороне катода, что естественным образом позволит образовать молекулу воды (которая будет катализировать все элементы в единое целое). молекула, которая представляет собой совокупность Hs и Os).

Резюме химических / физических реакций

АНОД : на аноде атом водорода «разрезан» пополам (H2 = 2e- + 2H +). Ядро (ион H +) опускается к катоду, в то время как электроны (e-) продолжают свой путь из-за своей неспособности пройти через электролит (пространство между анодом и катодом).

КАТОД: на катоде мы видим обратные (разными путями) ионы H + и e- электроны. Затем достаточно ввести атомы кислорода, чтобы все эти элементы захотели собраться, что затем приводит к созданию молекулы воды, состоящей из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Либо формула: 2e- + 2H + + O2 = H2O

Урожай ?

Если рассматривать только сам автомобиль, а именно эффективность бака до конца колес (трансформация материала / механическое усиление), мы здесь немного ниже 50%. Действительно, аккумулятор имеет КПД около 50%, а электродвигатель – около 90%. Следовательно, у нас сначала фильтрация 50%, а затем 10%.

Если мы примем во внимание КПД электростанции, которая вырабатывает энергию, то до производства водорода или даже распределения электроэнергии (в случае лития) мы имеем 25% для водорода и 70% для электричества (приблизительно средние, очевидно).

Подробнее о доходности здесь.

Разница между водородным автомобилем и электромобилем на литиевой батарее?

Машины абсолютно такие же, за исключением своего «энергетического бака». Следовательно, это электромобили, в которых используются роторно-статорные двигатели (индукционные, с постоянными магнитами или даже реактивные).

Если литиевая батарея также работает благодаря химической реакции внутри нее (реакция, которая естественным образом производит электричество: точнее, электроны), из нее ничего не выходит, есть только внутреннее преобразование. Чтобы вернуться в исходное состояние (подзарядка), достаточно пропустить ток (подключиться к сектору) и химическая реакция снова начнется в обратном направлении. Проблема в том, что на это нужно время, даже с нагнетателями.

Для водородного двигателя, который представляет собой классический электродвигатель, который питается от топливной батареи (то есть от водорода), батарея расходует водород во время химической реакции. Он опорожняется через выхлоп, который удаляет водяной пар (результат химической реакции).

Следовательно, с логической точки зрения, мы могли бы адаптировать любой электромобиль к водородному автомобилю, достаточно заменить литиевую батарею на топливный элемент. Итак, в вашем понимании «водородный двигатель» следует рассматривать в первую очередь как электродвигатель (посмотрите, как он работает здесь). Он обязательно приближается к нему не потому, что он заправляется как сущность.

Химическая реакция в основе этой таблетки производит Chaleurиз электричество (что нам понадобится для электродвигателя) и вода.

Почему не везде?

Основная техническая проблема водорода связана с безопасностью хранения. На самом деле, как и сжиженный нефтяной газ, это топливо опасно, поскольку при контакте с воздухом оно становится легковоспламеняющимся (и это еще не все). Таким образом, проблема заключается не только в заправке автомобиля топливом, но и в наличии достаточно сильного бака, чтобы выдержать любую аварию. Конечно, дополнительная стоимость также является большим тормозом, и кажется, что она менее жизнеспособна, чем литий-ионный аккумулятор, себестоимость которого резко падает.

Наконец, производственная и сбытовая сеть в мире очень слабо развита, и правительства хотят производить водород путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии (многие специалисты говорят об утопической схеме, которая не может быть реализована в нашей «внезапной» реальности).

В конечном итоге существует больше шансов, что обычное электричество будет выбранным решением будущего, а не водород, который будет использоваться для целого ряда приложений, помимо индивидуальной мобильности.

Все комментарии и реакции

Dernier комментарий опубликован:

Бернард (Дата: 2021, 09:23:14)

Привет,

Спасибо за эти сильные и интересные идеи. Я уйду с сайта с новым светлячком в моем старом мозгу.

Лично я удивлен, что, кроме того, что я знаю об атомных подводных лодках, никто не разработал безупречный двигатель для дороги. Это действительно был тот, который Philips представил на Брюссельском автосалоне в 1971 году, мощностью 200 л.с. на двух поршнях.

Филипс начал свою работу в 1937-1938 годах и возобновил ее в 1948 году.

В 1971 году они заявили о мощности в несколько сотен лошадиных сил на поршень. С тех пор я ничего не могу найти … Конечно, Секрет Дефенс.

А как насчет газотурбинных двигателей?

Ваши фонари могут добавить немного воды в мою мельницу мышления.

Спасибо за ваши знания и популяризацию.

Il Я. 1 реакция (и) на этот комментарий:

• Администратор АДМИНИСТРАТОР САЙТА (2021-09-27 11:40:25): Это очень весело читать, спасибо.

  Я не знаю достаточно об этом типе двигателя, чтобы судить, вероятно, из-за стоимости, размера, сложного обслуживания, средней эффективности?

  Не забывая о том, что необходимо иметь решение, которое позволяет нагревать газ, и, следовательно, его применение на обычном общественном автомобиле потенциально опасно (и что оно будет постоянным во времени).

  Короче, подозреваю, что вы надеялись на более точный и уверенный ответ… Извините.

(Ваш пост будет виден под комментарием после проверки)

Написать комментарий

По электрической формуле E вы обнаружите, что: