どのような形燃料電池（パート1）

はじめに

これは、ニュースの多くについては、燃料電池に注目し、最近来ていることが可能です。 様々なニュースの報道によれば、可能性があることで、近い将来、新技術の使用を我々は車や家庭で消費する電気エネルギーを生成します。 この技術は、非常に私たちのすべての興味深いものですし、生活のすべての段階でこれは、より効率的に以下の公害エネルギーを得るための手段を提供します。 しかし、どのように起こるのですか？

この記事では、我々のすべての若干の技術、燃料電池、送信は、既存および新興。 我々が詳細をどのように動作し、その潜在的なアプリケーションについて説明します。

ビューの技術的な観点から、燃料電池の電気化学的エネルギー変換のためのデバイスです。 燃料電池は、化学物質、水素と酸素を水に変換して電気を生成しながらやっています。 燃料電池は、燃料電池と呼ばれる必要があります長期セル、最終的に勝利した。

もう1つの電気化学デバイスは、我々もバッテリーを知っている。 バッテリ、およびその中のすべての化学的要素を持っても電気に変換する。 これは、バッテリーを最終的には、私たちは、捨てるかして充電強制的に死ぬということです。

燃料電池の場合は、セルに、化学物質は絶えず流れで。 それは死ぬことはない。 があるので化学物質の流れは、電気、燃料電池から流れます。 現在、ほとんどの燃料電池は、水素と酸素を使用します。

燃料電池発電所あなたの街から電気を生成するガスタービンなどのエネルギーのコンバータの多くは、他の種類と競合する、あなたの車のガソリンエンジンと、ノートパソコンのバッテリー。 タービンとは、ガソリンエンジンのように燃焼エンジンの燃料を燃やすとの圧力のガスの膨張による機械的な作業を行うために作成します。 バッテリーに戻る電気エネルギーを、ときにこれが必要になるにエネルギーを化学エネルギーに変換します。 燃料電池は、これらのタスクをより効率的に行う。

燃料電池の電圧の直流を、電源、モータ、ランプおよび他の電気器具を使用することができます（直流）を提供します。

が燃料電池の多くの種類が、それぞれの化学プロセスは、その操作に責任を負う。 彼らは一般的には 、 電解液を使用するの種類によって分類されます。 燃料電池の種類によっても、電気の定常世代で動作します。 その他の小型のポータブルアプリケーションに有用である可能性がありますや車の電力を供給します。

プロトン交換 （高分子形燃料電池） の燃料電池の膜は、最も有望な技術の一つです。 この燃料電池は、電源車、バスを終了すると入力し、おそらく私たちの家です。 高分子形燃料電池は、燃料電池の最も単純な反応をしています。 まず、何を燃料電池膜のプロトン交換（PEM）の構成を見てみましょう：

図1は、ある高分子形燃料電池の4つの基本要素は見ることができます：

• アノードは、いくつかの役割を再生する燃料電池は、負極。 これは、外部回路に使用される電子、水素分子から放出行っています。 このチャネルを持っては、触媒の表面に均等に分散させる水素ガス。
• 一方、 カソード、燃料電池の正極、チャネルには、触媒の表面上の酸素を配布しています。 また、バックアップは、外部回路は、触媒、そこから水素イオンと酸素と水に再結合することができますから電子を行っています。
• 電解質プロトン交換膜です。 この特別に扱われる素材のプラスチックラップ共通のキッチン似ているだけ積極的に充電を行ってイオン。 細胞膜のブロックの電子。
• 触媒は、水素と酸素との反応を容易にする特殊な素材です。 通常、白金粉末の非常に薄くカーボン紙や多孔質布にコーティングされます。 触媒粗さと多孔ようにプラチナの最大面積は、水素と酸素にさらされている。 白金担持触媒コーティング側は、PEMの顔。

図2は、高圧水素ガス（水素）は、アノード側に燃料電池を入力します。 このガスは、触媒を介して強制されます。 水素分子は、白金触媒と接触するときに、二高に分かれています+イオンと2電子。 電子は、アノードを介して、外部回路を介して道を（エンジンを置くように）役立つ仕事をして、燃料電池のカソード側に戻ります行われている。

一方、燃料電池のカソード側は、酸素ガス（O2）を上のどこに2酸素原子フォーム触媒を介して強制的にされている。 これらの各原子の強い負の電荷を持つ。 この負の電荷二高+は、細胞膜を通過するイオンは、外部回路から1つの酸素原子と2電子の水の分子を形成する組み合わせを魅了（H2O）の。

この反応は、単一の燃料電池で発生するだけで約0.7ボルトを生成します。 合理的なレベルに緊張を高めるために、多数の独立した燃料電池燃料電池のバッテリーの形式を組み合わせる必要があります。

PEMFCsかなり低い温度で動作（約176度または華氏80度）については、迅速かつウォームアップすることができます高価な容器の構造を必要としないを意味します。 エンジニアリングと材料、これらの細胞で使用される定数の改善は小さなスーツケースのは、デバイスのサイズをして車を移動することができたのエネルギー密度が増加している。

燃料電池の問題点：

最後のセクションでは、私たちは、燃料電池、電気を生成する水素と酸素を使用していた。 酸素燃料電池に必要な空気から、その後には、PEM燃料電池では、一般大気中の空気をカソードに励起されています。 しかし、水素ではありませんので、簡単にご利用いただけます。 そこは、ほとんどのアプリケーションで非現実的にいくつかの制限があります。 例えば、水素パイプラインあなたの家に来ては、またそれが可能にガソリンスタンドで水素爆弾を使用しています。

水素を保存すると分散は困難です。 場合は、燃料電池をより簡単に燃料の利用を使用することの方がはるかに便利になります。 この問題は、デバイスによっては、水素やアルコール、その後、燃料電池に使用されることに炭化水素燃料に変換する改質と呼ばれる解決されます。 残念ながら、改革を生成完璧ではない熱と水素以外のガスを生成します。 彼らは、水素を浄化するが、それでも、燃料電池の効率を低減純粋な水素を作り出すことができない様々なデバイスを使用します。

天然ガス、プロパン、メタノールを燃料として最も可能性が高いアプリケーションと見なされます。 そこは既に多くの住宅や建物、天然ガスやプロパンタンクでのサービスなので、これらの燃料の家庭で燃料電池のための最も可能性が使用されます。 メタノールのプロパティのガソリンのような液体燃料である（トランスポートおよび配布する）ため、有力候補の燃料電池車の電源装置に簡単にできます。

燃料電池の目標：

大気汚染を減らすことは、燃料電池の優先順位を目標の一つです。 ガソリンと車の燃料電池と比較すると、バッテリーをどのように燃料電池車の燃費を向上させることができます参照してください簡単にします。

としての車の3種類のコンポーネントと同じもの（タイヤ、トランスミッション、等があります。）に、これらの側面を脇に設定し、ポイントは機械的エネルギーを生成するために効率を比較してみましょう。 我々は、車の燃料電池を開始します。

として、燃料電池、純粋な水素を、潜在的に供給され、その80％の効率があります。 つまり、エネルギーの水素を電気エネルギーに含まれているの80％に変換されます。 しかし、我々は、前のセクションでは、見て車の中で、水素を格納することは困難です。 時々 、水素、メタノールに変換する改質器を追加、30と40％の間の範囲には、全体の効率が値下がりしました。

我々はまだ機械的な仕事に電気エネルギーに変換する必要があります。 これは、電気モーターとインバータによって行われます。 モータのための合理的な効率化/インバータの約80％です。 だから、電気と80％の効率に機械的エネルギーを電気に変換するにメタノールに変換する30〜40％の効率をしている。 これは24％と32％の間の全体的な効率を提供します。

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ソース： カリムニース、HowStuffWorks のブラジルで翻訳。