Drift av ett vätgasfordon (bränslecell)

 

Ett annat alternativ för drift av elfordon, en vätgaslösning, har länge studerats av tyskarna och japanerna. Europa, som Tesla anser vara ohållbart, beslutar sig ändå för att lägga ett paket på denna teknik (i global skala, och inte för att enbart driva bilar). Så låt oss se hur en vätgasbil fungerar, som alltså bara är en variant av en elbil.

Se även:

• Är en vätgasbil gångbar?
• Vilka är fördelarna och nackdelarna med en bränslecell

Flera typer av vätgasbilar

Medan den nuvarande tekniken är till för bilar som använder bränsleceller för att driva elmotorer, kan vätgas också användas i kolv-förbränningsfordon. Det är verkligen en gas som kan användas på samma sätt som den gasol och CNG som redan används i våra fordon. Men denna idé övergavs, kolvmotorn är verkligen mer i linje med tiden ...

Här är en Toyota Mirai som drivs av vätgas. Den säljs i USA, den är inte tillgänglig i Frankrike, eftersom det inte finns någon vätgasdistributionspunkt där... Efter att ha varit sena med elektriska terminaler ligger vi redan efter när det gäller vätgas!

Princip för verksamheten

Om vi ​​måste sammanfatta systemet i en mening skulle jag säga detdetta elektrisk motor som går med carburant icke-förorenande (i drift, inte i produktion). Istället för att ladda batteriet med en stickpropp och därmed elektricitet, fyller vi det med vätska. Det är därför vi kallar bränslecellsystemet (det är

ackumulera

som fungerar med bränsle som

förbrukad

et

försvinner från tanken

). Faktum är att den enda skillnaden med en elmotor är lagringen av energi, här i flytande snarare än kemisk form.

Därför bör det noteras att batteriet är urladdat, till skillnad från ett litium- eller till och med blybatteri (se länkarna för att se hur de fungerar).

Processkarta

Väte = hybrid?

Nästan... De har faktiskt systematiskt ett extra litiumbatteri, vars användbarhet jag kommer att förklara nedan. Därför är det möjligt att endast arbeta på väte, bara med ett konventionellt batteri, eller till och med båda samtidigt.

Komponenter

Vätgastank

Vi har en tank som kan lagra 5 till 10 kg väte, med vetskapen om att varje kilogram innehåller 33.3 kWh energi (jämfört med elfordon som har 35 till 100 kWh). Tanken har speciell teknik och styrka för att motstå inre tryck från 350 till 700 bar.

Bränslecell

Bränslecellen kommer att ge ström till bilens elmotor, precis som ett vanligt litiumbatteri. Däremot behöver han bränsle, nämligen vätgas från tanken. Den är gjord av mycket dyr platina, men i de mest moderna modifikationerna undvaras den.

Buffertbatteri

Det är inte obligatoriskt, men det är standarden för vätgasfordon. Det fungerar faktiskt som ett reservbatteri, en kraftförstärkare (kan drivas parallellt med en bränslecell), men också och framför allt tjänar den till att återvinna kinetisk energi under retardation och inbromsning.

Kraftelektronik

Visas inte i mitt översta diagram, kraftelektroniken styr, avbryter och likriktar (omvandlar mellan AC och DC) de olika strömmarna som flyter genom olika fordonskomponenter.

Tankning

Bränslecellsdrift: katalys

Målet är att extrahera elektroner (elektricitet) från väte för att skicka dem till en elmotor. Allt detta sker genom en kontrollerad elektrokemisk reaktion som separerar elektroner på ena sidan (mot motorn) och protoner på den andra (i bränslecellen). Hela mötet hamnar vid katoden, där reaktionen slutar: den slutliga "blandningen" ger vatten, som pumpas ut ur systemet (avgas).

Här är ett diagram över katalys, som består i att utvinna elektricitet från väte (motsatsen till elektrolys).

Här ser vi bränslecellens funktion, nämligen fenomenet katalys.

Väte H2 (dvs två väte H-atomer limmade ihop: diväte) går från vänster till höger. När den närmar sig anoden förlorar den sin kärna (proton), som kommer att sugas ner (på grund av fenomenet oxidation). Elektronerna fortsätter sedan på väg till höger för att sedan använda elmotorn.

I sin tur sätter vi ihop allt genom att injicera O2 (syre från luften tack vare kompressorn) på katodsidan, vilket naturligt kommer att tillåta bildandet av en vattenmolekyl (som kommer att katalysera alla grundämnen till en enda helhet). molekyl, som är en kombination av Hs och Os).

Sammanfattning av kemiska/fysikaliska reaktioner

ANOD : vid anoden är väteatomen "skuren" på mitten (H2 = 2e- + 2H+). Kärnan (H+-jonen) går ner mot katoden medan elektronerna (e-) fortsätter på sin väg på grund av deras oförmåga att passera genom elektrolyten (utrymmet mellan anoden och katoden).

KATOD: på katoden ser vi omvända (på olika sätt) H+-joner och e-elektroner. Det räcker då med att införa syreatomer för att alla dessa grundämnen ska vilja samlas, vilket sedan leder till skapandet av en vattenmolekyl, bestående av två väteatomer och en syreatom. Antingen formel: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Skörda?

Om vi ​​bara tänker på själva bilen, nämligen tankens effektivitet till hjulens ände (materialomvandling / mekanisk förstärkning), är vi här lite under 50%. Faktum är att batteriet har en verkningsgrad på cirka 50% och elmotorn - cirka 90%. Därför har vi först 50 % filtrering och sedan 10 %.

Om vi ​​tar hänsyn till effektiviteten hos ett kraftverk som genererar kraft, innan vi producerar väte eller till och med distribuerar elektricitet (när det gäller litium), har vi 25 % för väte och 70 % för el (ungefär genomsnittligt, uppenbarligen).

Läs mer om avkastning här.

Skillnaden mellan en vätgasbil och en elbil med litiumbatteri?

Bilarna är exakt likadana, förutom deras "energitank". Därför är dessa elektriska fordon som använder rotor-statormotorer (induktion, permanentmagneter eller till och med motvilja).

Om ett litiumbatteri också fungerar på grund av en kemisk reaktion inuti det (en reaktion som naturligt producerar elektricitet: närmare bestämt elektroner), kommer ingenting ut ur det, det sker bara en intern transformation. För att återgå till sitt ursprungliga tillstånd (uppladdning) räcker det att passera strömmen (anslut till sektorn) och den kemiska reaktionen kommer att starta igen i motsatt riktning. Problemet är att det tar tid, även med kompressorer.

För en vätgasmotor, som är en klassisk elmotor som drivs av en bränslecell (dvs väte), förbrukar batteriet väte under en kemisk reaktion. Det töms genom avgaserna, vilket tar bort vattenånga (resultatet av en kemisk reaktion).

Därför skulle vi ur logisk synvinkel kunna anpassa vilken elbil som helst till en vätgasbil, det räcker med att byta ut litiumbatteriet mot en bränslecell. Så, enligt din förståelse, bör "vätemotor" i första hand betraktas som en elmotor (se hur det fungerar här). Det är inte nödvändigtvis att närma sig honom eftersom han tankar som en enhet.

Den kemiska reaktionen i hjärtat av detta piller producerar hettaav el (vad vi behöver för elmotorn) och vatten.

Varför inte överallt?

Det huvudsakliga tekniska problemet med vätgas är lagringssäkerhet. I själva verket, precis som gasol, är detta bränsle farligt eftersom det blir mycket brandfarligt när det utsätts för luft (och det är inte allt). Problemet är alltså inte bara att fylla bilen med bränsle, utan också att ha en tank som är stark nog att motstå alla olyckor. Naturligtvis är den extra kostnaden också ett stort problem, och det verkar vara mindre lönsamt än ett litiumjonbatteri, som sjunker i kostnad dramatiskt.

Slutligen är produktions- och distributionsnätverket i världen mycket dåligt utvecklat, och regeringar vill producera väte genom elektrolys med förnybara energikällor (många experter talar om ett utopiskt system som inte kan förverkligas i vår "plötsliga" verklighet).

I slutändan finns det större chanser att konventionell el kommer att vara framtidens valda lösning, snarare än väte, som kommer att användas för en rad tillämpningar utöver personlig mobilitet.

Alla kommentarer och reaktioner

Dernier kommenterad:

Bernard (Datum: 2021, 09:23:14)

Hej!

Tack för dessa starka och intressanta idéer. Jag kommer att lämna sidan med en ny eldfluga i min gamla hjärna.

Personligen är jag förvånad över att, förutom vad jag vet om atomubåtar, ingen har utvecklat en felfri motor för vägen. Det var verkligen den som Philips introducerade på bilsalongen i Bryssel 1971, med 200 hk. på två kolvar.

Philips började sitt arbete 1937-1938 och återupptog det 1948.

1971 gjorde de anspråk på flera hundra hästkrafter per kolv. Jag har inte kunnat hitta något sedan... Självklart, Secret Defense.

Hur är det med gasturbinmotorer?

Dina lyktor kan tillsätta lite vatten till min tankekvarn.

Tack för din kunskap och marknadsföring.

Il I. 1 reaktion (er) på denna kommentar:

• administratör PLATSADMINISTRATOR (2021-09-27 11:40:25): Det här är väldigt roligt att läsa, tack.

  Jag kan inte tillräckligt mycket om denna typ av motor för att bedöma, förmodligen på grund av kostnad, storlek, komplext underhåll, genomsnittlig effektivitet?

  Utan att glömma att det är nödvändigt att ha en lösning som gör att gasen kan värmas upp, och därför är dess applicering på en vanlig allmän bil potentiellt farlig (och att den kommer att vara konstant över tiden).

  Kort sagt, jag misstänker att du hoppades på ett mer korrekt och säkert svar... Ursäkta.

(Ditt inlägg kommer att synas under kommentaren efter verifiering)

Skriv en kommentar

Med hjälp av den elektriska formeln E kommer du att upptäcka att: