78904541 Studiul Utilizarii Pilelor de Combustibili

7/31/2019 78904541 Studiul Utilizarii Pilelor de Combustibili

1/32

STUDIUL UTILIZARII PILELOR DE COMBUSTIE PENTRU ALIMENTAREAMOTOARELOR ELECTRICE UTILIZATE PENTRU ACTIONAREA

AUTOVEHICULELOR


2/32

INTRODUCERE

Unul dintre cei mai interesanti, poate intr-un fel cei mai promitatori combustibili

alternativi pentru transport este hidrogenul. Este usor de produs prin electroliza, prin simplaseparare a oxigenului si hidrogenului din apa (H2O), utilizand energia electrica. Cu toateacestea, in prezent aproape intreaga cantitate de hidrogen se obtine din gazul natural. Utilizareahidrogenului, indeosebi atunci cand acesta este produs cu energie eoliana, solara, geotermala,hidro sau alte sisteme de energie regenerabila, genereaza un lant al emisiilor zero. Hidrogenuleste un combustibil curat, care poate inlocui benzina, motorina sau gazul, in sectorul detransport. Deoarece hidrogenul in stare gazoasa ocupa un volum foarte mare, comparativ cu alticombustibili, hidrogenul ar fi mult mai util ca sursa de energie in stare lichida. O solutie posibilaeste separarea carbonului asociat in hidrogen, intr-un reformator catalitic si introducereahidrogenul intr-o pila de combustie.

Hidrogenul este utilizat in pilele de combustie pentru producerea electricitatii;sistemul de actionare pentru vehiculele pe hidrogen consta intr-un motor electric fara angrenaj.Hidrogenul este de asemenea utilizat in motoarele cu ardere interna special proiectate si a fost cusucces amestecat cu gazul natural la autobuzele pe gaz, pentru a spori eficienta si a reduceemisiile.Pila pe hidrogen utilizeaza hidrogenul ca si combustibil si oxigenul ca si oxidant. Alticombustibili includ hidrocarburi si alcooli. Alti oxidanti sunt aerul, clorul si dioxidul de clor.

Incepand cu anii 1990, producatorii de automobile au evidentiat dezvoltareasistemelor de actionare cu hidrogen. In timpul demonstratiilor, autobuzele din transportul public,pe pile de combustie cu hidrogen, au dovedit o fiabilitate comparabila cu autobuzele pemotorina, pe parcursul a trei ani de operare, iar durata de viata a pilelor de combustie seimbunatateste constant.

AVANTAJE

o Zero emisii dioxid de carbon*a se vedea dezavantajul 1o Angajare ferma in diminuarea schimbarilor de climao Imagine verde, Public Relation pozitivao Nivel redus de zgomot

o Calea pentru utilizarea resurselor locale diversificateo Eficienta ridicata a combustibilului

DEZAVANTAJE

Daca nu se produce prin electroliza, emisiile de dioxid de carbon ce rezulta din procesul deproducere a hidrogenului pot fi mai mari decat in cazul benzinei sau a motorinei In stare gazoasa necesita volum mare Necesita echipament de umplere specializat (poate fi gaz comprimat sau un lichid)


3/32

Costuri ridicate Stocarea hidrogenului pe vehicule pentru o gama rezonabila

Prima statie publica de realimentare cu hidrogen a fost deschisa in aprilie 2003 la Reykjavik,Islanda. Aceasta statie deserveste trei autobuze construite de DaimlerChrysler, care opereaza inreteaua de transport public din acest oras. Statia produce hidrogenul propriu necesar, printr-o

unitate de electroliza (produsa de Norsk Hydro), si nu necesita reumplere: tot ceea ce intra instatie este energia electrica si apa. Royal Dutch Shell este de asemenea partener in acest proiect.Statia nu are acoperis, pentru a permite oricaror scapari de hidrogen sa esapeze in atmosfera.

Ce sunt pilele de combustie ?

Pilele de combustie sunt dispozitive electrochimice extrem de eficiente careutilizeaza hidrogenul si oxigenul pentru a produce energie electrica. Aceasta energie electrica

este utilizata pentru alimentarea unui motor electric de tractiune din vehicul. Pila decombustie a fost descoperita de mai bine de un secol. Pilele de combustie au fost utilizate inexplorari spatiale pe parcursul secolului 20 fiind inregistrate progrese destul de rapide. In2006 erau vehicule care utilizau fie hidrogenul comprimat fie lichefiat. Vehiculele pe pilaelectrica au performante similare sau imbunatatite, comparativ cu un vehicul pe motor cuardere interna, nefiind la fel de limitate ca majoritatea vehiculelor pe baterie electrica. Desivehiculele pe pila de combustie nu sunt deocamdata disponibile comercial, aceasta pare sa seschimbe in urmatorii cativa ani.

Vehiculele pe pila de combustie pot fi pure sau hibride. Modelul hibrid includeutilizarea unei baterii pentru sarcina energetica de varf. Aceasta permite de asemenea

vehiculului sa utilizeze energia de franare regenerativa, ceea ce poate reduce consumul decombustibil cu pana la 20%. Hibridele economisesc combustibil in proportie de 30-40%.Pilele de combustie au fost utilizate de multi ani pe nave spatiale pentru alimentareaechipamentelor electrice. Acestea sunt alimentate cu hidrogen lichid din rezervoarele decombustibil ale rachetelor spatiale. Vehiculele pe pila de combustie transforma hidrogenul sioxigenul in energie electrica. Energia electrica astfel obtinuta alimenteaza apoi un motorelectric, la fel cum se intampla cu bateriile electrice care alimenteaza motorul unor vehiculeelectrice. Atunci cand se combina oxigenul cu hidrogenul, acestea produc energie si apa(H2O). In pilele de combustie aceasta se face fara vreo ardere (combustie).

Cand ne referim la vehicule alimentate cu hidrogen, ne duce gandul la navele spatiale

de tip racheta, cum este o baza spatiala. Aceasta este alimentata cu oxigen si hidrogen, ambelein stare lichida. Cu exceptia apei, la esapare nu se regasesc alte substante. Pilele de combustiese incing iar apa se elimina din pilele de combustie sub forma de vapori de apa sau abur.Exista o serie de cai prin care hidrogenul poate fi furnizat pilelor de combustie. O cale estepur si simplu de a introduce hidrogen gazos in pila de combustie, impreuna cu aer. Hidrogenulgazos poate proveni din hidrogenul in stare gazoasa sau lichida acumulat pe vehicul. Pentru atransporta hidrogenul gazos pe vehicul, acesta trebuie comprimat. Atunci cand se comprima(de regula la o presiune de circa 3000 pounds/inch patrati) acesta trebuie stocat in containerespeciale de inalta presiune. Acest lucru este similar modului in care este stocat gazul naturalcomprimat pe vehiculele alimentate cu gaz natural.


4/32

Fabricantii, intre care Ford, General Motors (GM), Honda, Toyota si Mercedes Benz,au demonstrat deja aceste vehicule pe pila de combustie, iar o serie de vehicule New ElectricCar (Necar) au fost realizate de DaimlerChrysler, Ford si Ballard. Acest parteneriat isipropune ca pana in 2010-2012, sa faca posibila comercializarea automobilelor pe pila decombustie.In prezent, au fost realizate vehicule pe pila de combustie doar in etapa de pre prototip.Aceasta inseamna ca exista doar cateva vehicule pe pila de combustie si toate sunt in realitate

utilizate pentru teste. Majoritatea producatorilor de automobile lucreaza la modele pentrudemonstratii, unele dintre acestea putand atinge o viteza de 90km/h si circa 280 mile inaintede a trebui realimentate.

INFORMATII SPECIFICE DIN CATEVA STATE

Marea Britanie

Exista o serie de proiecte demonstrative pentru vehicule pe pila de combustie, in derulare laLondra, intre care: Trei autobuze pe pila de combustie (parte din proiectul CUTE) Un taxi pe pila de combustie Un vehicul utilitar pentru parcare

Suplimentar, Consiliul de Lucru detine o statie de alimentare cu pila de combustie.

Italia

In iulie 2006 a fost realizata prima statie de alimentare cu H2, de catre Eni in Grecciano(Regiunea Tuscany, pe ruta Florenta-Pisa-Livorno). Aceasta facilitate constituie prima statie dinlume care furnizeaza H2 din surse regenerabile.Hidrogenul este produs de panouri fotovoltaice de 20kW si trei turbine eoliene de 20kW.

In prezent nu exista reglementari nationale care sa permita vehiculelor sa functioneze pe H2, statiafiind in consecinta utilizata de prototipuri.

Bulgaria

In Bulgaria s-a intensificat cercetarea combustiei eficiente pentru obtinerea unor emisii ultrareduse, pentru a respecta legislatiile europene si nationale stringente cu privire la emisii, pentruaplicatii industriale si automotoare. Un foarte bun exemplu in acest sens este activitatea de


5/32

cercetare desfasurata in Laboratorul pentru probleme ecologice ale motoarelor (LEPE) in cadrulUniversitatii din Ruse.

In sectorul automotor, pentru cel putin alte cateva decade, nu vor fi produse in serievehiculele propulsate cu pila de combustie si motoare cu injectie directa supra incarcate cuhidrogen, deoarece raman inca de solutionat problemele legate de producerea si stocarea dehidrogen. Este asadar probabil ca motoarele cu combustie sa domine inca piata pentru urmatorii30 pana la 50 de ani, ceea ce implica eforturi reale care trebuie orientate catre obtinerea unei

combustii eficiente si curate la motoarele cu combustie interna pe hidrogen. Hidrogenul, castimulent al arderii, constituie o abordare avansata, considerabil dezvoltata in Bulgaria.Hidrogenul arde mai rapid decat combustibilii hidrocarburi, deoarece este mai mic si intra inreactiile de ardere cu o viteza mai mare, are o energie de activare mai redusa si produce mai multecoliziunii moleculare decat moleculele mai grele. Aceste caracteristici fac posibila utilizarea unoramestecuri ale hidrogenului cu hidrocarburi ale combustibililor conventionali, cum este benzina,motorina si propanul, pentru a reduce emisiile de hidrocarburi nearse. Tranzitia de la combustibiliifosili la hidrogen regenerabil, prin utilizarea unor amestecuri ale hidrogenului, in cantitati mici, cucombustibilii conventionali, ofera reduceri considerabile ale emisiilor evacuate. LEPE are inderulare activitati de cercetare a utilizarii adaosurilor de hidrogen (suplimentar) in combustibilii

conventionali. Utilizarea hidrogenului ca stimulent in ardere face posibila respectarea cerintelorviitoare pentru emisii mai reduse la evacuare, in cazul altor combustibili utilizati in Bulgaria.

La LEPE se afla in faza de proiectare si executie un sistem de ardere avansat pentruArderea Imbunatatita a Hidrogenului (HETI). Acest sistem de ardere se afla in prezent intr-unproces intensiv de investigare, pentru a fi evaluate posibilitatile sale de asistare si imbunatatire aaprinderii si a arderii unor amestecuri aer-hidrocarbon foarte putin omogene. Primele rezultatearata o imbunatatire a consumului de combustibil la scara mare ca si o reducere a emisiilor deNOx, in conditii de sarcina partiala. Sistemul HETI consta intr-o anti camera atasata la gaura debujie standard si un dispozitiv de injectare a hidrogenului atasat acestei anti camere. Aceasta este

conectata cu camera principala de combustie prin cateva orificii inguste. Electrozii bujiilor suntpozitionati in volumul anti camerei. Conceptul proiectat isi propune injectarea unor cantitati micide hidrogen pur sau H2 imbunatatit in anti camera si aprinsi prin scanteie. Ca rezultat, jetul bogatin OH si radicali de H, cu energie termala ridicata, pot imbunatati considerabil combustiaamestecului de combustibil ultra slab aer-hidrocarbon din camera principala de combustie.

Portugalia

Pila de combustie se afla in stadiu de cercetare si constituie o problemtica curenta a diverselorinstitute si asociatii din intreaga tara. Cel mai important proiect este CUTE, cu 3 autobuze testatein orasul Porto.

Spania

Madrid si Barcelona, impreuna cu alte 8 orase europene (Amsterdam, Stockholm,Hamburg, Londra, Luxemburg, Stuttgart, Reykjavik si Porto), sunt pioniere inca din 2003 in cepriveste utilizarea autobuzelor urbane echipate cu pila de combustie care utilizeaza hidrogenul casi combustibil. Aceasta initiativa constituie parte din proiectul CUTE (Clean Urban Transport for


6/32

Europe), promovat de Uniunea Europeana si condus de DaimlerChrysler (Mercedes), careanalizeaza demonstratia a 30 de autobuze alimentate prin pila de combustie in aceste 10 oraseeuropene. 10 autobuze sunt echipate cu pile Ballard de 205 kW cu membrana de schimb protonicde tip PEMFC.

Mai mult, orasul Madrid participa in alt proiect, CITYCELL, coordonat de Iveco-Iris Bussi Renault, care analizeaza demonstratiile a 4 autobuze alimentate cu pila de combustie in 4 orase

europene (Madrid, Paris, Torino si Berlin). In Madrid si Torino, vehiculele utilizate sunt IVECO,echipate cu o pila de combustie UTC de 62 kW de tip PEMFC. In 2003 Compania de TransportMunicipal Madrid a pus in operare primul autobuz pe pila de combustie si hidrogen, in cadrulunui proiect european CUTE/ECTOS. Acestia au construit o statie de realimentare cu H2 capabilasa alimenteze rezervorul autobuzului in 15 minute la presiunea de 350bar. Acum se studiaza altetehnologii legate de hidrogen, ca tehnologia hibrida sau combustia cu hidrogen direct.Dupa aproximativ doi ani, dupa ce EMT a inceput sa utilizeze acest tip de vehicule, putem spuneca experienta a fost foarte pozitiva pentru a fi acceptata atat de catre soferi cat si de calatori.

Islanda

Guvernul Islandei a declarat obiectivul sau ambitios de a deveni prima tara din lume careutilizeaza hidrogenul.Istoria hidrogenului in aceasta tara este urmatoarea:

In 1998 au fost luate primele decizii ale politicii de utilizare a hidrogenului Pozitia actuala este ca Islanda sa devina o platforma internationala pentru cercetareahidrogenului

Crearea primei economii din lume pentru hidrogen Politica guvernamentala pentru promovarea Hidrogenului Cadrul favorabil pentru cercetare si comercializare Cooperarea internationala Educare si instruire Primii pasi importanti Stimulente pentru taxare (scutire de taxe pentru vehiculele pe hidrogen) Sustinere financiara si internationala (IPHE) Politica de dezvoltare rutiera si hidrogenulOperare autobuzAutobuzele pe hidrogen au sosit in Islanda in septembrie 2003. Locatia Islandei a constituit undezavantaj vehiculele trebuind a fi transportate in containere pe vapoare ce traversau Atlanticul.Deoarece vehiculele constituie un echipament delicat, ideea initiala era de a transportavehiculele sub punte dar, datorita inaltimii vehiculelor, acestea au fost transportate pe punte. Dinfericire apele brutale nu au afectat echipamentul si acestea au putut fi deplasate din port imediatdupa sosire. O alta precautie avuta in vedere la primele transporturi a fost de a trimite douaautobuze o data si un al treilea mai tarziu, pentru a evita eventuale incidente severe, cum ar fipierderea tuturor in acelasi transport, in cazul scufundarii in drum spre Islanda.Unul dintre obiectivele strategice ale proiectului ECTOS, indeplinit in 2005, a fost de asemeneade a arata in ce mod va putea beneficia societatea, sub aspect social, economic si de mediu, prin


7/32

utilizarea hidrogenului ca si combustibil in locul combustibililor conventionali fosili.Prima statie publica de realimentare cu hidrogen a fost deschisa la Reykjavik, Islanda, in aprilie2003. Aceasta statie deserveste trei autobuze construite de DaimlerChrysler care opereazareteaua de transport public din acest oras. Statia produce necesarul propriu de hidrogen, printr-ounitate de electroliza (produsa de Norsk Hydro), neavand nevoie de reumplere: tot ceea ce intrain sistem este energia electrica si apa. Royal Dutch Shell este de asemenea partener in acestproiect. Statia nu are acoperis, pentru a permite oricaror scapari de hidrogen sa esapeze in

atmosfera.

Numarul autobuzelor din Europa care opereaza curent pe hidrogen: 27 autobuze

Cu privire la pila de combustie, merita a fi mentionat Clubul Autobuzelor pe pila de combustie,care reuneste trei proiecte:

ECTOS (Ecological Transport System - Sistem de Transport Ecologic) in Islanda CUTE (Clean Urban Transport for Europe - Transport Urban Curat pentru Europa) STEP (Sustainable Transport Energy Project - Proiect pentru Energie in Transport Durabil)

in Australia

Grecia

Hidrogenul nu este inca utilizat in Grecia pentru scopuri de transport, desi este testat in laborator.

Recent (mai 2007), un proiect al carui acronim este HYDROSOL, vizand o tehnologie pentrugenerarea de energie curata, a obtinut o distinctie remarcabila in cadrul Premiilor europeneDescartes (2006). Premiul a constat in suma de 333.333 euro si o diploma speciala oferitacoordonatorului echipei proiectului HYDROSOL (Dr. A. G. Konstandopoulos), la ceremoniaspeciala organizata la Bruxelles, in data de 7 martie 2007. Aspectul novator al tehnologieiHYDROSOL este acela ca generarea eficienta a hidrogenului, exclusiv din surse de energieregenerabila (cum este energia solara si hidro), este fezabila, fara a genera emisii ale gazelor cuefect de sera. Echipa HYDROSOL a realizat un reactor termo-chimic solar novator pentruproducerea hidrogenului prin disocierea apei, asemanator cu convertorul catalitic obisnuit alautomobilelor

Funcionarea pilei de combustie

Pila de combustie este o celula galvanica in care energia libera a unei reactii chimice estetransformata in energie electrica. In cazul unei pile de combustie clasice, care functioneaza cuhidrogen si oxigen, reactia care are loc este:

Principiul de functionare al unei astfel de pile de combustie este redat in figura 1.


8/32

Figura 1 - Schema de functionare a unei pile de combustie

Toate pilele de combustie au o structura asemanatoare: acestea contin doi electrozi separati de unelectrolit si care sunt conectati intr-un circuit extern. Anodul este alimentat cu combustibiligazosi, aici avand loc oxidarea lor directa iar catodul este alimentat cu un oxidant (de exempluoxigenul din aer). Electrozii trebuie sa fie permeabili, asadar au o structura poroasa. Electrolitultrebuie sa aiba o permeabilitate cat mai scazuta. Pentru a putea compara pila de combustie cu altesisteme de producere a energiei, ca de exemplu motorul cu ardere interna, este necesara o evaluarea randamentului sistemului. Pentru motorul cu ardere interna, randamentul maxim este exprimatprin randamentul ciclului Carnot:

, unde T1 si T2 sunt doua temperaturi absolute in functionarea motorului termic.

Pentru pila de combustie, randamentul maxim este exprimat prin variatia energiei libere Gibbs(G) si variatia entalpiei (H) in reactia electrochimica:

.

Randamentul global de conversie electrica al unei pile de combustie este superior celui alsistemelor cu motor termic. O comparatie a randamentelor globale de conversie electrica esteredata in figura 2.


9/32

Figura 2 - Comparatie intre randamentul de conversie electrica al pilelor de combustie si al altorsisteme de conversie energetica

Tipuri de pile de combustie

Pilele de combustie sunt clasificate de obicei dupa tipul electrolitului folosit. O exceptie esteDMFC (Direct Methanol Fuel Cell) care este o pila de combustie in care metanolul este introdusdirect in anod. Electrolitul acestei pile de combustie nu determina clasa din care face parte

aceasta. O alta clasificare poate fi facuta in functie de temperatura de functionare. Exista astfelpile de combustie de joasa temperatura si de inalta temperatura. Pilele de combustie de joasatemperatura sunt AFC (Alkaline Fuel Cell), PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell), DMFC(Direct Methanol Fuel Cell) si PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell). Pilele de combustie de inaltatemperatura functioneaza la 600-1000C. Aceste sunt de doua tipuri: MCFC (Molten CarbnateFuel Cell) si SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). O scurta descriere a tuturor tipurilor de pile decombustie este data in tabelul 1.

Tabelul 1 - Diferite tipuri de pile de combustie

AFC PEMFC DMFC PAFC MCFC SOFCTemperatura

defunctionare


10/32

modulara modulara

Purtatorul desarcina in

electrolit

Multe dintre constrangerile cu care se confrunta proiectantii pilelor de combustie sunt datoratealegerii electrolitului. Proiectarea electrozilor, de exemplu si materialele utilizate la fabricarea lordepind de electrolit. Astazi, principalele tipuri de electrolitsunt:

-hidroxizi alcalini (AFC - Alkaline Fuel Cell),

-carbonat topit (MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell),

- acid fosforic (PAFC - Phosphoric Acid Fuel Cell),

-membrana acida polimerizata cu schimb de protoni (PEMFC - Polymer Electrolyte Fuel Cell) sioxizi solizi (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell).

Primele trei tipuri se inscriu in categoria electrolitilor lichizi in timp ce ultimele 2 sunt solide.

Tipul de combustibil depinde de electrolit. Anumite pile functioneaza cu hidrogen pur si inconsecinta au nevoie de un dispozitiv suplimentar, numit reformator pentru a purificahidrogenul. Alte tipuri de pile pot tolera un anumit nivel de impuritati, dar au nevoie de

temperaturi mai mari pentru a functiona eficient. Unele tipuri de pile au nevoie de circulareapermanenta a electrolitului lichid prin folosirea unor pompe. Tipul electrolitului determinatemperatura de operare, astel ca o alta clasificare poate fi facuta in functie de temperatura defunctionare. Exista astfel pile de combustie de joasa temperatura si de inalta temperatura.

Pila de combustie cu membrana cu schimb de protoni

Cu aproximativ 30 de ani in urma, Dupont a realizat un copolimer de acid perfluorosulfonic siPTFE in forma acida, cunoscut sub numele de Nafion. Membranele Nafion ale firmei DuPont

sunt filme bazate pe polimerul Nafion PFSA. Membranele Nafion PFSA au o utilizare larga inpilele de combustie cu membrana cu schimb de protoni (PEM). Membrana functioneaza ca unseparator si un electrolit solid intr-o varietate de celule electrochimice care necesita transportulselectiv de cationi prin jonctiunea celulei. Polimerul este rezistent din punct de vedere chimic sidurabil. Folosirea unui polimer solid elimina necesitatea unui compartiment etans pentruelectrolitul lichid precum si coroziunea si problemele de siguranta legate de acesta (Fig.3).


11/32

Figura 3 - O varianta avansata a unui ansamblu de celula PEM cu catalizator depus

Catalizatorul, de obicei platina, este depus sub forma de nano clusteri (3 - 5nm) pe un suport de

grafit - particule de grafit de 0,7 - 1 m si incastrate cu o parte intr-o folie de hartie grafitata. Douafolii sunt aplicate pe ambele parti ale membranei formand straturile de catalizator pentru anod sicatod. Acest ansamblu PEM este cunoscut sub numele de membrana cu catalizator depus (CCM).

Hartia grafitata poate fi eliminata complet daca se depune un strat mai gros de catalizator (5m)care sa formeze un strat conducator electric pe membrana, cu o scadere a performanteicatalizatorului de platina.

in figura 4 este prezentat un model de Ansamblu Membrana - Electrod (MEA), folosind CCM.Alimentarea cu gaz si colectarea electronilor se face printr-o placa profilata conductoare de gaz

care formeaza limita exterioara a unei celule.


12/32

Figura 4 - Modelul stratului electrocatalitic al CCM

Gazul este introdus lateral prin marginile electrodului spre interiorul acestuia, in timp ce electroniisunt transportati de placa electroconductoare spre celula urmatoare. La densitati mai mari deputere este introdusa intre fiecare doua celule adiacente o placa electroconductoare suplimentaracu un sistem de canale pentru apa de racire.

Membrana cu schimb de protoni pe baza de Nafion functioneaza de obicei sub 70-85C.Temperatura scazuta de functionare asigura o pornire rapida si nu necesita o izolatie termicapentru protectia personalului. Aproximativ 50% din puterea maxima este disponibila imediat latemperatura camerei. Puterea totala este atinsa in aproximativ 3 minute in conditii normale.Recentele descoperiri in domeniul designului si performantei ofera posibilitatea scaderii costuluipilelor PEM sub costul oricarei alte pile de combustie.

Pilele alcaline

Functioneaza pe baza de hidrogen comprimat si oxigen. In general ele folosesc ca electrolit osolutie de hidroxid de potasiu (KOH) cu apa. Fac parte dintre cele mai eficiente pile de combustie,avand o eficienta in jur de 70%, la o temperatura de operare intre 100 si 200C. Permit utilizareaunor catalizatori ieftini, precum nichelul, datorita faptului ca utilizarea electrolitului alcalin (pHridicat) deplaseaza potentialul electrochimic, reducand astfel potentialul de activare.

Particularitatea acestei pile este ca aici conductia prin electrolit este in principal ionica, bazata pegruparea OH-, si mai putin protonica (H+).

Electrolitul este fixat intr-o matrice de azbest sau este in stare lichida, caz in care este circulat inpermanenta prin pompare. O problema ce poate apare in acest caz, ca la orice recipient umplut inpermananta cu lichid, este ca pot aparea scurgeri.

O alta problema serioasa cu care se confrunta acest tip de pila, este vulnerabilitatea ridicata ladioxidul de carbon din aer. Acesta reactioneaza cu electrolitul, formand un precipitat de carbonat


13/32

de potasiu. De aceea, in exploatarea lor este necesara saracirea aerului in dioxid de carbon,folosind epuratoare speciale.

Se construiesc pentru puteri de iesire intre 300 W si 150 KW si au densitati energetice destul debune.

Pilele alcaline au fost folosite in navetele Apollo pentru a genera electricitate si apa potabila. Inprezent sunt folosite in general pentru aplicatii fixe, dar au fost folosite si pentru aplicatii mobile.Compania britanica Zevco produce astfel de pile de combustie, echipate cu epurator de aer, pentrudotarea automobilelor; printre altele, Zevco a echipat o intreaga flota de taximetre cu pilele sale siacestea s-au dovedit fiabile.

Pilele de combustie cu carbonat topit (MCFC)

Folosesc drept electrolit un complex de carbonati (CO3) de litiu, sodiu, potasiu si/sau de magneziu

si functioneaza la temperaturi inalte, acolo unde aceste saruri trec in starea lichida. Purtatorii desarcina in electrolit sunt ionii carbonat (CO32-). Temperatura ridicata (peste 650C) limiteazaefectele negative ale monoxidului de carbon care ar otravi pila dar energia termica rezidualaeste destul de insemnata. Ea poate fi utilizata ca atare intr-o centrala cu cogenerare, sau pentru agenera suplimentar energie electrica cu o turbina. Catalizatorii folositi sunt de nikel si sunt relativieftini in comparatie cu cei de platina folositi la alte tipuri de pile. Acestia pot chiar sa lipseasca inunele cazuri, temperatura ridicata avand oricum efecte de rupere a legaturilor dintre atomii deoxigen, respectiv hidrogen.

Acest tip de pila de combustie accepta introducerea directa la anod a gazului metan sau ametanolului, impreuna cu vapori de apa, fara a mai fi necesara o reformare prealabila. Reformareaapare in mod natural in interiorul pilei, datorita temperaturii inalte de functionare. Dioxidul decarbon rezultat din reformarea metanului sau a metanolului nu numai ca nu afecteaza in sensnegativ electrolitul, ci este chiar de folos in mentinerea acestuia. In conditiile alimentarii pilei cuhidrogen, ionii de carbonat care formeaza electrolitul se consuma in reactiile care au loc si estenecesara injectarea de dioxid de carbon pentru a compensa aceste pierderi. Eficienta este intre 60 80%. Au fost realizate unitati cu puteri de iesire de 2 MW si exista proiecte pentru unitati de 100MW. Temperatura ridicata introduce limitari in ceea ce priveste materialele folosite si siguranta inutilizare a acestui tip de pile (necesita supraveghere), in special pentru aplicatiile casnice saucomerciale si face aproape imposibila folosirea lor in aplicatii mobile.

Pilele cu oxizi solizi (SOFC)


14/32

Folosesc ca electrolit un complex ceramic de oxizi (Ox) metalici (calciu sau zirconiu). Eficientaeste in jur de 60% si temperatura de operare - in jur de 1000C. Ca si in cazul MCFC, datoritatemperaturii atat de ridicate nu este necesar un reformator pentru a extrage hidrogenul dincombustibil, iar caldura rezultanta poate fi folosita pentru a genera suplimentar electricitate.Purtatorii de sarcina sunt ionii de oxigen (O2-), ceea ce face posibila chiar si utilizareamonoxidului de carbon (CO) drept combustibil.

Nu necesita utilizarea unor catalizatori scumpi. Electrolitii solizi elimina problema scurgerilor,existente la alte pile de combustie, insa aici pot apare fisuri. Uzual s-au realizat baterii de astfel depile ce genereaza pana la 100 kW. Temperatura foarte ridicata si dimensiunile destul de marilimiteaza folosirea acestui tip de pile pentru aplicatii casnice, comerciale sau mobile.

Pilele de combustie cu acid fosforic

Au fost primele pile de combustie disponibile pentru utilizari comerciale. Ectrolitul utilizat (acidulfosforic) este prins intr-o matrice ceramica inactiva chimic (ex. carbura de siliciu), ce-i asigurapilei atat stabilitatea si rezistenta mecanica, cat si mentinerea acidului in pila. Temperatura deoperare trebuie mentinuta intre 150 - 200C. La temperaturi sub 100 C pot apare probleme legatede intereactiunea ionilor fosfat cu electrodul de oxigen, scazandu-i capacitatea catalitica.Temperatura joasa de functionare implica utilizarea unor catalizatori scumpi, sub forma unordepuneri de metale nobile de circa 0,2 mg/cm2 la electrodul de hidrogen si 0.4 mg/cm2 la cel deoxigen.

Eficienta variaza intre 40 - 80%, aplicatiile uzuale sunt realizate pentru puteri intre 5 si 200 KWdar au fost testate si unitati de 11 MW. Acest tip de pile tolereaza o concentratie de monooxid decarbon de 1-3% (in functie de temperatura de functionare), ceea ce largeste semnificativposibilitatea de alegere a combustibilului utilizat. Concentratiile mai mari de CO, uzuale in cazulamestecurilor de gaze rezultate din reformarea hidrocarburilor, pot otravi catalizatorul de laelectrodul de hidrogen, prin prinderea de acesta si blocarea microcavitatilor din interiorulelectrozilor. Un avantaj al temperaturii de functionare de peste 100C este evacuarea sub formade vapori a apei rezultate din reactie.Dezavantajul principal este densitatea energetica destul de mica, de trei ori mai redusa decat incazul altor tipuri de pile de combustie. Un alt dezavantaj este necesitatea mentinerii pilei la otemperatura minima de 45C, sub care acidul fosforic ingeata si se dilata, putand distrugeelectrozii sau matricea ceramica.Aceste doua probleme sunt suficiente pentru a face dificile aplicatiile casnice sau mobile,implementarile principale fiind realizate in special in aplicatii industriale fixe.


15/32

Pile de combustie cu metanol aplicat direct in anod

(Direct Methanol Fuel Cell - DMFC)

Acest tip de pila este o exceptie de la regula de clasificare a pilelor de combustie dupa electrolit,

elementul definitoriu fiind, in acest caz, combustibilul. Metanolul diluat este aplicat direct inanod, unde este separat in protoni, electroni si dioxid de carbon. Acest combustibil a fost alesfiind in acelasi timp disponibil pe scara larga si suficient de activ din punct de vedere electric(molecula puternic polarizata electric).

DMFC sunt foarte asemntoare cu PEMFC datorit faptului c amndou folosesc dreptelectrolit o membran acida polimeric. Spre deosebire de PEMFC, n cazul DMFC, anodulextrage singur hidrogenul din metanolul lichid, eliminnd necesitatea utilizarii unui reformatorcare s extrag hidrogenul, aa cum se ntmpl la celelalte tipuri de pile.

Multi cercetatori si-au orientat eforturile catre studiul si perfectionarea acestui tip de pile decombustie, datorita faptului ca utilizarea unui combustibil lichid ofera multiple avantaje de ordinpractic. Desi metanolul are o densitate energetica de 5 ori mai mica decat a hidrogenului, totusiutilizarea sa este foarte practica, fiind usor de produs si de transportat. Din punct de vedere alvolumului ocupat, densitatea sa energetica volumica este de 4 ori mai mare decat a hidrogenuluicomprimat la 250 de atmosfere. Poate fi produs destul de osor atat din benzina, cat si din biomasa.

Si in cazul acestor pile este necesara utilizarea catalizatorilor, deocamdata folosindu-se platina, in

cantitati sensibil mai mari decat in cazul PEMFC.

Dioxidul de carbon rezultat in anod determina utilizarea unor electroliti acizi, pentru a evitareactiile nedorite ale acestuia cu electrolitul.

O problema importanta este aceea ca oxidarea metanolului produce de regula produsi intermediarice pot otravi anodul. O alta problema este aceea ca, moleculele de metanol fiind relativ mici, iarrata de oxidare redusa, exista problema trecerii metanolului prin electrolit spre catod. Din aceastacauza, in unele cazuri au fost constatate pierderi de pana la 30%. Aceasta problema se spera ca va

fi rezolvata prin modificarea structurii electrolitului sau prin alte metode. Unele companii auanuntat oficial ca ar fi gasit rezolvarea acestei probleme si au redus si costurile catalizatorilor, prinfolosirea lor mai eficienta. Compania PolyFuel a pornit de la ideea ca pentru acest tip de pile estenecesar un alt tip de polimer acid si reusit sa dezvolte o membrana specifica, destinata pentru a fiutilizata in sistemele energetice DMFC. Cu aceasta membrana s-a reusit cresterea densitatii deputere, scaderea fluxului de apa, dimensiuni mai scazute si scaderea costurilor fata de altetehnologii. Mai multe comanii mari au anuntat rezultate spectaculoase obtinute pe baza pilelor


16/32

DMFC. De exemplu, Toshiba a prezentat in acest an la un targ international o baterie pentru unechipament portabil, care, la un volum de 45 cm3, poate furniza o putere de 300 mW, timp de 60de ore, consumand doar 10 ml de metanol.

Randamentul acestor pile se situeaz n jurul valorii de 40%, n timp ce temperatura defuncionare se menine ntre 50 i 100 0C.

O problema de ordin politic in raspandirea DMFC la echipamentele portabile este o interdictieONU privind transportul cartuselor cu metanol la bordul avioanelor datorita inflamabilitatii lor.Odata cu dezvoltarea acestor aplicatii, se pune in discutie deja modificarea reglementariirespective pentru a permite transportul anumitor tipuri de cartuse cu metanol

Soluia Jay Benziger, profesor la Universitatea Princeton

In producerea energiei electrice, pilele de combustie prezinta avantajeimportante, ce le-au adus in prim planul tehnologiilor energetice si careii fac pe unii specialisti sa le considere ca una dintre cele mai importantesurse de energie ale viitorului. Eficienta electrica marita (peste 40%),poluarea aproape nula si functionarea silentioasa sunt doar cateva dintreavantajele lor.

In ciuda acestor avantaje incontestabile, ele nu au intrat inca pe deplin in

viata fiecaruia dintre noi, datorita pretului ridicat si a unor problemelegate de exploatare, Treptat insa, pretul de cost scade si apar noi solutiitehnologice menite sa le introduca in masinile si aparatele noastre de zi cu zi.

Acesta este si cazul solutiei oferite de Jay Benziger, profesor la Universitatea Princeton, care aureusit sa simplifice procesele secundare necesare cresterii randamentului in cazul uneipile decombustie cu schimb de protoni (membrana de polimer) . In aceasta noua celula, alimentarea cuhidrogen cotroleaza direct energia produsa, similar cu modul in care cantitatea de combustibilcontroleaza puterea in motoarele cu combustie interna.

Pilele de combustie clasice transforma hidrogenul si oxigenul in apa, cu eliberare de electricitate.Sunt nepoluante, dar datorita pretului inca ridicat si a eficientei adesea reduse, ele nu au trecut pedeplin de la experiment la realitatea masinilor si aparatelor noastre de zi cu zi.
http://www.ecolife.ro/content/view/11/1/#pemhttp://www.ecolife.ro/content/view/11/1/#pemhttp://www.ecolife.ro/content/view/10/1/http://www.ecolife.ro/content/view/11/1/#pemhttp://www.ecolife.ro/content/view/11/1/#pemhttp://www.ecolife.ro/content/view/10/1/


17/32

Multe dintre aceste celule folosesc sisteme electronice pentru reglarea energiei generate, precumsi o serie de alte sisteme complexe care se ocupa de umiditate si recuperarea combustibilului

nereactionat, totul pentru a mari eficienta. In sistemul lui Benziger,o parte din apa rezultata se aduna pe fundul camerei de reactie, intimp ce restul se scurge intr-un container exterior. Astfel, intr-oprima instanta, se rezolva problema umiditatii necesare in celula.

Pe de alta parte, presiunea gazelor introduse modifica nivelul apeisi influenteaza direct cantitatea de electricitate produsa printr-un

mecanism simplu, "folosind un sistem similar cu cel al pedalei de acceleratie de la automobileprin apasarea careia se mareste debitul de carburant si deci puterea generata". Daca se introducemai mult hidrogen, nivelul apei scade si creste spatiul disponibil reactiilor. Daca fluxul dehidrogen este mai mic, presiunea se micsoreaza, iar spatiul de reactie scade si el datorita apei carese intoarce din container.

Celulele traditionale folosesc si sisteme costisitoare de reciclare a combustibilului, deoarece lafiecare deplasare a acestuia prin camera de reactie se consuma doar 30 pana la 40 la suta. Inprocesul conceput de Benzinger, nu mai este nevoie de reciclare, deoarece apa inchide sistemul dereactie, iar combustibilul ramane aici pana la consumarea completa.

E chiar mai simpla decat majoritatea celulelor de combustibil care leconsidera perfecte pentru aplicatii mici, precum masinile de tuns iarba.Sistemul este ideal pentru a inlocui motoarele mici cu combustie interna,care nu sunt restrictionate de controlul emisiilor si polueaza mult.

Alimentarea celulelor se poate face foarte usor: hidrogenul poate fidistribuit in rezervoare returnabile, precum rezervoarele cu propanutilizate in gratarele cu gaz. Urmatorul pas este conectarea mai multorcelule pentru a mari puterea generata. Benziger spera ca astfel sistemulsau sa poata intrece pilele de combustie testate acum de industria

automobilelor.
http://engineering.princeton.edu/news/fuel_cellhttp://engineering.princeton.edu/news/fuel_cell


18/32

Situaia utilizrii pe plan national si international a vehiculelor hibride

Sistemele de transport clasice utilizeaza carburanti pe baza de combustibili fosili. Desidin punct de vedere al tehnologiilor acestea s-au dezvoltat exponential, principalul inconvenient il

constituie poluarea voluntara a planetei. Cu toate ca sistemele de ecologizare ale acestora suntintr-o continua dezvoltare, un alt aspect este legat de epuizarea combustibilor fosili, in perspectivaprevizibila de cca. 30-50 ani. Astfel, sistemul de transport electric (vehiculul electric) reprezinta osolutie viabila pentru transportul viitorului, viitor care isi are deja radacinile ancorate in prezent.Cercetarile privind aceste sisteme de transport se axeaza pe doua directii principale: - realizareaunor noi surse de stocare a energiei (surse de energie curata) si dezvoltarea celor existente; -dezvoltarea unor sisteme de propulsie electrica optimale din punctul de vedere al consumuluienergetic, tinand cont ca sursa de energie este limitata. Un sistem de transport electric este ingeneral un vehicul electric al carui cuplu de propulsie este furnizat rotilor prin intermediul unuimotor electric, care foloseste energia numai de la baterii, fie prin intermediul unui motor cu ardere

interna care poate folosi ca sursa primara hidrogenul, benzina/motorina sau pila de combustie.Tehnologia de actionare electrica este folosita pentru vehicule incepand de la biciclete si scutere,pana la lifturi, electro-stivuitoare, automobile pentru golf, automobile de pasageri, autobuze,troleibuze, autovehicule comerciale. De asemenea, aceasta tehnologie este utilizata in porturilemaritime si aeroporturi. Vehiculele electrice pot fi clasificate in patru categorii principale:vehicule cu baterie reincarcabila, vehicule hibride cu baterie reincarcabila, vehicule hibride sivehicule cu pile de combustie. La nivel mondial sunt urmarite, cu deosebit interes, cercetarileprivind sistemele electrice de transport avand drept rezultat vehicule electrice cu randamentcrescut, cu siguranta in functionare si evident, fara emisie de noxe. Deja, marea majoritate aoamenilor utilizeaza spre exemplu autobuzul sau privesc cum bagajele lor sunt transportate catre

avion, fara sa realizeze vreodata ca ei sunt deja beneficiarii tehnologiei sistemelor de transportelectric. Astfel, se pot exemplifica cateva din aplicatiile sistemelor de transport electric: -transport comercial - taxi - Actionarea electrica este deosebit de utila pentru autovehicule cuopriri-porniri repetate, deoarece ea asigura recuperarea energiei de franare, care altfel, s-ar fipierdut sub forma de caldura; aplicatiile tipice de transport comercial de astazi includ transportulurban de bunuri, taxi si vehicule militare; - transport public: autobuze, troleibuze, trenuri de mareviteza - Spre exemplu, in megaorasele ca New York, Seul sau Tokio, oferta de autobuze electricedin partea companiilor de transport este intr-o continua crestere, avand in vedere impactul asupramediului inconjurator; de asemenea, autobuzele electrice sunt mai silentioase, iar durata de viata asistemului de franare este practic dublata; - automobile electrice - Automobilele electrice hibrideau fost introduse recent pe piata de consum, dovedindu-se tot mai populare in ciuda pretuluiridicat; in viitorul apropiat, marea majoritate a companiilor producatoare de automobile au ca scopcresterea numarului de automobile hibride. Cu toate acestea, analistii economici preconizeaza,spre exemplu, ca piata americana de automobile hibride va reprezenta numai un procent de 3%pana in anul 2011, mai ales, datorita pretului ridicat. De aceea, cercetarile privind automobileleelectrice pentru piata de consum raman aproape exclusiv in sarcina marilor companii producatoarede automobile; - depozitarea, circulatia marfurilor si transportul de persoane pe arii restranse -Vehiculele electrice, cum ar fi: elector-stivuitoarele, transportoarele de marfuri sau cele depersoane sunt larg raspandite in cadrul companiilor industriale, statiunilor turistice, campusuriloruniversitare. De exemplu, inlocuirea unui stivuitor, propulsat de un motor cu ardere interna, cu un


19/32

electro-stivuitor este echivalenta cu scoaterea din circulatie a 170 de automobile conventionale; -transportul bunurilor si al persoanelor in aeroporturi sau porturi maritime - Tehnologiile detransport electric pentru aeroporturi includ: transportul bagajelor intre terminal si aeronava,carucioare electrice de bagaje si autovehicule de transport al persoanelor. Conform clasificariivehiculelor electrice prezentata anterior, se pot pune in evidenta cateva dintre particularitatile

Vehicule hibride cu baterie reincarcabila:

Ca si alte hibride, vehiculele electrice cu baterie reincarcabila sunt propulsate cu ajutorul unuimotor electric si al unuia cu cu ardere interna. Aceste sisteme de transport au un numar mare debaterii, care pot fi reincarcate de la o sursa externa de energie. De asemenea, pot functiona pe odistanta cuprinsa intre 20 - 60 km, daca motorul cu ardere interna este oprit. Stadiul actual al

acestor vehicule este la nivel de prototip, urmand sa fie disponibile in viitorii ani.Avantajele:- reducerea consumului de carburant si a emisiei de noxe; recuperarea energiei in procesul defranare; capabilitate de emisie de noxe zero; reincarcarea bateriilor la un pret mult mai mic decatal carburantului, chiar in cazul pietei de consum.Dezavantaje:- costul si complexitatea celor doua sisteme de propulsie; cost initial ridicat; costul bateriilor siinlocuirea acestora; masa crescuta.Cercetari:- optimizarea sistemului electric din punctul de vedere al consumului energetic si al gabaritului;reducerea numarului de traductoare pentru controlul motorului electric.

Vehicule hibride:


20/32

Vehiculul hibrid foloseste pentru propulsie atat motorul electric cat si motorul cu ardere interna.Hibridul este proiectat sa capteze energia care in mod normal s-ar pierde la franare sau la

coborare. Aceasta energie recuperata este utila pentru reincarcarea bateriilor (franarerecuperativa), energie care este furnizata apoi motorului electric. Astfel, nu mai este necesara

reincarcarea bateriilor de la o sursa de energie electrica exterioara. De-a lungul timpului, s-audezvoltat doua tipuri de vehicule hibride: asa numitul vehicul hibridparalel", care utilizeazamotorul electric sau motorul cu ardere interna pentru propulsie, dar niciodata in acelasi timp, si

vehicululserie", care utilizeaza motorul electric pentru furnizarea unui sruplus de puteremotorului cu ardere interna, atunci cand este necesar (in timpul pornirii, opririi sau a accelerarii).

Avantaje:- reducerea consumului de carburant si a emisiei de noxe; reducerea costurilor carburantilor;

recupererea energiei prin franare recuperativa; utilizarea infrastructurii existente de alimentare cucarburant.

Dezavantaje:

- complexitatea celor doua sisteme de propulsie; cost initial ridicat.Cercetari:- optimizarea sistemului electric din punct de vedere al consumului energetic si al gabaritului;

reducerea numarului de traductoare pentru controlul motorului electric.

Vehicule cu pile de combustie:


21/32

Pila de combustie combina hidrogenul si oxigenul pentru a produce energia utilizata de motorulelectric care propulseaza vehiculul. Ceea ce se transmite in exterior este numai apa. Un numarimportant de vehicule cu pile de combustie se pot intalni pe sosele, cum ar fi: autobuze,autocamioane si vehicule militare.Avantaje:- eliminarea emisiei de noxe (CO2 sau alti poluanti); randament crescut in comparatie cu motorulcu ardere interna; securitate crescuta (nefiind utilizat carburant); potential energetic pentru

eventualii consumatori exteriori; recuperarea energiei in procesul de franare.Dezavantaje:- durabilitate scazuta; costul ridicat.Cercetarile sunt axate pe reducerea costurilor pilei de combustie, cresterea durabilitatii sioptimizarea consumului de energie.

Vehicule cu baterie reincarcabila:

Vehiculele cu baterie reincarcabila utilizeaza numai bateriile pentru alimentarea motorului electricde propulsie. Acestea nu produc emisii de noxe. Bateriile se reincarca de la o sursa externa de

energie electrica sau prin franare recuperativa. Aceste tipuri de vehicule sunt raspandite peste totin lume, acoperind un domeniu foarte larg de aplicatii, ca spre exemplu: vehicule de vitezascazuta pentru transport/depozitare materiale, vehicule medicale, vehicule utilizate in aeroporturisi porturi maritime, vehicule pentru aplicatii industriale, constructii, transport de persoane instatiuni turistice, campusuri universitare, companii etc.Avantaje:- eliminarea emisiei de noxe (CO2 sau alti poluanti); securitate energetica datorita inlocuiriipetrolului importat cu energie electrica produsa intern; reincarcarea bateriilor pe timp de noapte(in afara perioadei de utilizare) prin conectarea la o sursa standard de tensiune 110V/220V~; cost


22/32

operational scazut; recuperarea energiei in procesul de franare.Dezavantaje:- autonomie redusa; numar mare de baterii, ceea ce conduce si la o masa totala crescuta.Cercetarile sunt axate pe doua directii: imbunatatirea tehnologiilor de constructie a bateriilor invederea obtinerii unei densitatii de energie din ce in ce mai mari, si optimizarea consumului deenergie cu scopul cresterii autonomiei vehiculului (parcurgerea unui numar mare de kilometripana la o noua reincarcare a bateriilor de la o sursa de energie externa).

Concluzii:

Avand in vedere ca mijloacele de transport conventionale (cu motoare cu ardere interna)constituie principala sursa de poluare chimica si fonica voluntara a planetei, cu noxe precum: CO,Nox, CH, particule de carbon, dar si emisii ce stimuleaza efectul de sera (Greenhouse - CO2),sistemele de transport electrice constituie o alternativa tot mai viabila pentru transportulpersoanelor si bunurilor. De asemenea, pentru obtinerea unui randament cat mai ridicat si osiguranta sporita in functionare, trebuie dezvoltate sisteme electrice de propulsie optimale, dinpunct de vedere al masei, al consumului de energie electrica si al eficientei surselor de energie

electrica. Un alt aspect al sigurantei in functionare este legat de utilizarea in sistemul electric depropulsie a unui mare numar de traductoare de pozitie, viteza si cuplu, care pot producedisfunctionalitati ale vehiculului in cazul defectarii acestora. In acest scop se efectueazanumeroase cercetari pentru realizarea sistemelor de actionare electrica fara aceste tipuri detraductoare, asa numitele sisteme de reglare sensorless. Astfel, in Europa a fost creat in 1998 unconsortiu puternic de cercetare (The European Sensorless Drives Consortium) al carui directoreste prof. Peter Vas de la Universitatea Aberdeen din Marea Britanie, care are scopul depromovare si aplicare a acestor noi teorii de reglare. O alta latura a restrictiilor la nivel mondial oreprezinta imputinarea resurselor clasice (petrol, gaze, carbune), concomitent cu crestereaexponentiala a cererii de energie. Aceasta se manifesta foarte clar prin cresterea exagerata a

pretului mondial la combustibilii fosili. Ca urmare, toti marii participanti la economia mondialadepun eforturi pentru gasirea unor solutii. In acest sens au luat fiinta patru mari centre de putere:SUA, Europa, Coreea de Sud si Japonia. In ultima decada, mai ales, sumele investite au capatatvalori uriase. Numai guvernul SUA de exemplu a investit peste 2 miliarde dolari in ultimii treiani. In Europa, dar si in Asia si SUA, producatorii de vehicule au o politica de cercetare foartedezvoltata in ceea ce priveste vehiculele electrice cu baterie, hibride sau cu pile de combustie.Este implicat, de asemenea, un numar important de industrii conexe, spre exemplu: producatoriide baterii, componente electronice, motoare electrice, universitati si institute de cercetare.Furnizorii de energie electrica sunt si ei foarte interesati, deoarece vehiculul electric prezinta unpotential urias pentru piata acestora. De asemenea, este unanim acceptat ca, vehiculele electrice cubaterie reincarcabila (asa numitele "vehicule electrice pure" ) au un potential extrem de marepentru "piata de nisa" cum ar fi: transportul urban de marfa, autobuze, vehicule destinateaeroporturilor, serviciilor postale, depozitarea si transportul materialelor, constructii etc.


23/32

Tehnologia vehiculelor electric hibride

Vehicul electric hibrid (HEV) combin dou sau mai multe surse de energie pentru a oferimobilitate vehiculului. De obicei aceste surse sunt: un motor cu combustie interna (ICE), precumi unul sau doua motoare electrice alimentate de la baterii, care fuzioneaz, folosind cele maimoderne tehnologii ale motoarelor cu combustie interna si ale motoarelor electrice (ex. Lexus RX450H) .Combinaia permite motorului electric i bateriilor sa ajute motorul convenional saopereze cat mai eficient, in ceea ce priveste reducerea consumului de combustibil. n final, aceasthibridizare ofer capacitatea de a conduce o distanta cat mai mare, cu mai puin combustibil iniciodat nu va trebui s introducei n priz pentru rencrcare.


24/32

HEV ofera capacitatea de a mbunti performanta si economia de combustibil prin: Recuperarea de energie n timpul frnarii (franare regenerativa);

Foloseste si optimizeaza plaja de functionare a motorului cu combustie interna ICE pentru o

operare cat mai eficienta i utilizeaza Electric Drive(actionarea electrica) pentru restul intervaluluide funcionare. Electric Drive are o capacitate de cuplu (forta la roata) foarte mare la turatii siviteze mici i este ideal pentru faza de accelerare si regimuri de utilizare la viteze mici (de ex.inoras);

Reduce la maximum sau opreste total consumul motorului cu combustie interna ICE la mersul ngol,decelerare(frana de motor) sau stationare;

Reduce dimensiunile si greutatea motorului ICE: aceasta reduce costul i emisiile poluante;

Posibilitatea de a gasi solutii tehnice mult mai simple pentru reducerea pierderilor in transmisieVehiculele electrice hibride Plug-in (PHEV) ofer o a treia surs de energie (electrica Grid), cares permit bateriei sa fie incarcata de la o sursa fixa de current, atunci cnd vehiculul nu este nuz. Tehnologia bazata pe pile de combustibil (Fuell Cell) poate nlocui, de asemenea, motorulcu combustie interna ICE ca surs de energie i, astfel, s fie numit FC-PHEV, folosind ca sursede energie doar energia furnizata de Fuell Cell si bateriile Li-Ion.

Autovehiculele hibride, Hybrid Electric Vehicle (pe scurt HEV), cu motor cu combustie interna(ICE) sunt in acest moment cea mai viabila tehnologie care poate oferi unui vehicul o
http://autohibride.ro/wp-content/uploads/2010/03/cum-functioneaza1.jpg


25/32

semnificativa economie de combustibil si niveluri extreme de reduse de emisii de noxe cauzatoarede cancer, intrucat reduce formarea smogului .

ICE poate functiona folosind combustibili convenionali (benzin i diesel), Bio Combustibili,GNC, GPL i a alti combustibili alternativi, sau hidrogen care produce vapori de apa in emisiilede la eava de evacuare.Dar, toate acestea depind de ct de bine se aplic aceasta tehnologie de catre constructorii de

masini. Tehnologia hibrida HEV este aplicata diferit de la constructor la constructor, inginerii potpersonaliza sistemele de functionare pentru specificul fiecarui autovehicul.

Beneficiile de a utiliza un vehicul electric cu tehnologie hibrida: Reducerea semnificativ a consumului de petrol/combustibil cu minim 30% la consum mediu si40-50% la consumul in oras; Utilizarea surselor alternative de energie, astfel se reduce dependena de importurile de petrol; Utilizarea surselor regenerabile de energie, astfel se reduce amprenta de carbon a noxelor idependena de combustibilii fosili; Economia de combustibil concomitant cu reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser;

Ofera o experienta unica de conducere i ndeplineste si chiar depeste ateptrile clienilorpentru sigurana, fiabilitatea i performana acestor vehicule.

Exemple ale utilizrii pilelor de combustie n construcia de automobile

Daimler Buses


26/32

Odat cu autobuzul cu pile de combustie NEBUS (noul autobuz electric) pe care l-a introdus nmai 1997, Daimler Buses a demonstrat o alt posibil aplicaie pentru sistemul de condus pile decombustie, n acest caz pentru autobuzele urbane. Cu un singur rezervor de combustibil dehidrogen, autobuzul NEBUS are o autonomie maxim de 250 kilometri i poate acoperi uordistana obinuit cerut zilnic pentru un autobuz obinuit.Cu funcionare normal n Oslo,Hamburg, Perth, Melbourne, Mexico i Sacramento, autobuzul NEBUS a demonstrat capabilitateasa operaional. Hidrogenul este stocat n apte rezervoare de aluminiu din fibr de sticl

amplasate pe plafon.

Aprilie 2008. Citaro cu pile de combustie parcurge kilometrul cu numrul 2 milioane

Parcul de autobuze cu pile de combustie a dobort un nou record: n total 36 autobuze au parcursmai mult de dou milioane de kilometri n timp ce transportau n jur de apte milioane pasageri.Acest sistem de condus fr emisii i-a dovedit nc o dat fiabilitatea i viabilitatea sa excelentn utilizarea sa zilnic. Fiecare kilometru acoperit a contribuit de asemenea la extinderea bazei dedate cuprinztoare ce reprezint cheia pentru dezvoltarea ulterioar a sistemului de condus fremisii. Aceasta furnizeaz constatri de valoare pentru autobuzele hibride cu pile de combustie ale

viitoarei generaii.Dintre autobuzele cu pile de combustie Citaro din parc, 30 au fost utilizate ntransportul public local n oraele mari europene, i alte trei n Perth i Beijing. Astzi parcul deautobuze a nregistrat n jur de 135,000 ore de funcionare. Vehiculele au fost ncercate i testateatt la temperaturile nordice de iarn din Stockholm i Reykjavik, ct i vara fierbinte din Spania,ca i de asemenea n peisajele deluroase i plane.Primele autobuze care au nceput s fie condusedin 2003, fcnd parte din proiectul CUTE (Clean Urban Transport for Europe), n care 31parteneri europeni din afaceri, tiin i politic au conlucrat pentru a promova tehnologia iproducia hidrogenului i dezvoltarea unei infrastructuri corespunztoare. Alte autobuze au fostutilizate n Reykjavik i n Perth. n luna martie 2006 toate proiectele au fost consolidate subnumele HyFLEET:CUTE i funcionarea autobuzelor a fost extins. n prezent exist mai mult de

nou autobuze cu pile de combustie utilizate pentru servicii obinuite n Hamburg.Zece companii europene au testat Citaro cu piele de combustie

Un test amplu a fost iniiat pentru a demonstra ce impact vor avea autobuzele cu sistem propulsiepe baz de pile de combustie. Prima flot de autobuze cu pile de combustie compus din 30autobuze Mercedes-Benz Citaro au circulat pe strzile oraselor. Testul unic a avut n vedere celemai diferite condiii: autobuzele cu pile de combustie au trebuit s dovedeasc cum rezist la iarnarece nordic i la cldura de var din sud, ct i la topografia plat, medie i dificil. oferii deautobuze ai companiilor de transport s-au familiarizat n ntregime cu vehiculele prin intermediulcursurilor oferite de specialitii Mercedes-Benz. Acetia au intrat cu toii pe un nou teritoriu i au

dorit s adune experiena care nu a fost nc disponibil altcuiva pe o perioad de doi ani de zile.Ei i-au asumat rolul de conducere n dezvoltarea know-how-ului pentru o tehnologie cu totulnou.

2004: Trei autobuze Citaro cu pile de combustie au fost supuse unei testri de doi ani de zile caautobuze pentru transportul public n oraul australian Perth. 2005: Trei autobuze Mercedes-BenzCitaro cu pile de combustie au fost trimise n China. n Beijing ele au fost supuse unei testri dedoi ani de zile fiind utilizate ca autobuze pentru transport public.


27/32

Mercedes-Benz F600 de celule de combustibil pe baz de hidrogen

rezultatul companiei Mercedes-Benz, noul Mercedes-Benz F600 .

Un set de baterii pe baz de hidrogen a masinii este plasat sub podeaua cabinei. Se poate opera la

temperaturi ntre -25 C, utilizarea noului sistem de supraveghere de umiditate nu se congela aparmas. Puterea de aceast main este de 115 CP, viteza maxima - 170 kilometri pe or i o gamde deplasare pe un tip de combustibil - 400 km. Noile capaciti poate gazdui pana la 3,5 kg dehidrogen i poate rezista la presiuni de pn la 700 atm, care este de 2 ori mai mult dect nmodele anterioare.

n acceleraie normal i de putere de pn la 90 de motoare electrice pentru HP trage puterea dincelulele de combustibil. Excesul de energie merge n ncrcare acumulator de nalt tensiunesuplimentar. La pornirea motorului i sarcini ridicate, acest acumulator d putere suplimentarmotorului. n timpul frnrii, cu motor electric acioneaz ca un generator.

Locatia de surse de alimentare n partea de jos a caroseriei, a fcut posibil marirea interiorului, ntimp ce dimensiunea masinii ramane aceeasi, a crui lungime este de numai 4,34 m, iar distanadintre scaunul oferului i scaunul din spate este de 90 cm (la fel ca n unitatea E-Class) .

Trei masini electrice vor intra pe piata romaneasca anul viitor, iar importatorii Citroen,Mitsubishi si Peugeot le vor aduce din primavara.
http://www.eco-way.org/auto/mercedes-benz-f600-with-hydrogen-fuel-cell/http://www.ziare.com/auto/masini/http://www.ziare.com/citroen/http://www.ziare.com/peugeot/http://www.eco-way.org/auto/mercedes-benz-f600-with-hydrogen-fuel-cell/http://www.ziare.com/auto/masini/http://www.ziare.com/citroen/http://www.ziare.com/peugeot/


28/32

Modelele Citroen C-Zero, Mitsubishi i-MiEV si Peugeot iOn sunt propulsate exclusiv de motoareelectrice, pornind de la o platforma comuna cu diferente vizibile doar de design, informeazaCapital.

Vehiculele nu au spatiu de interior foarte mare, fiind asemanatoare ca dimensiuni unui Matiz, insaau un cost redus de utilizare, de aproximativ 1,5-2 euro la 100 de kilometri. Pretul depaseste insa

30.000 de euro la fiecare dintre modele.

Masinile sunt extrem de fiabile, au o autonomie mare in conditii bune de circulatie. Este posibilinsa ca autonomia sa aiba de suferit in conditiile traficului din Bucuresti.

La un model Leaf de laNissan, autonomia se ridica in conditii ideale (60 de kilometri pe ora,temperatura exteriora de 20 de grade Celsius fara utilizarea climatizarii) pana la 220 de kilometri.La un drum numai prin oras, cu o viteza medie de 25 km/h, rezultata din accelerari si franarisuccesive si cu climatizarea pornita, distanta maxima parcursa poate scadea pana la 100 km.Toyota Motor Corporation a prezentat la nivel planetar numeroase detalii despre planurile de

dezvoltare ale Masinii ECO, precum si despre stadiul actual al cercetarilor privind urmatoareageneratie de acumulatori electrici pentru propulsie auto. Raportul contine 5 puncte si facereferire la automobilele hibride, plug-in hibride, electrice, cu celula de combustibil si laacumulatori din generatia urmatoare.

Toyota

1. Vehicule hibride

Toyota va introduce mai multe modele hibride pana la sfarsitul anului 2012, atat premiere cat simodele reproiectate, intr-un total de 11 proiecte. Dintre automobilele noi planificate sa aparacurand, unul este de clasa compacta, cu o eficienta a consumului de combustibil de peste 40 km/lconform ciclului de testare japonez, ceea ce corespunde in termeni europeni unui consum de 2,5l/100 km.

2. Vehicule hibride cu alimentare de la priza (Plug-In Hibrid)

Pana la inceputul anului 2012, Toyota va incepe vanzarile modelului Prius Plug-In Hibrid, inprincipal in Japonia, Statele Unite si Europa. Vanzarile preconizate sunt de peste 50.000 de

unitati anual si se preconizeaza ca pretul pentru Japonia va fi in jur de 3 milioane de yeni, adicaceva mai putin de 35.000 .

3. Vehicule electrice (EV)

In 2012, pe langa piata americana, un model iQ electric (iQ EV)va fi lansat in Japonia siEuropa. Pregatirile pentru lansare necesita teste de drum in Japonia, Statele Unite si Europa, carevor incepe in 2011. In mod separat, conceptul RAV4 EV, care a fost dezvoltat impreuna cuTesla Motors, va fi prezentat curand (28 noiembrie 2010).

4. Vehicule pe baza de pila de combustie (FCHV)
http://www.capital.ro/detalii-articole/stiri/trei-masini-electrice-pe-piata-romaneasca-in-2011-140881.htmlhttp://www.ziare.com/peugeot/modele-stiri/http://www.ziare.com/nissan/http://www.ziare.com/auto/viteza/http://www.capital.ro/detalii-articole/stiri/trei-masini-electrice-pe-piata-romaneasca-in-2011-140881.htmlhttp://www.ziare.com/peugeot/modele-stiri/http://www.ziare.com/nissan/http://www.ziare.com/auto/viteza/


29/32

Toyota continua dezvoltarea unui vehicul hibrid de tip sedan pe baza de pila de combustie(FCHV). Inceperea vanzarilor este planificata in jurul anului 2015 in Japonia, Statele Unite siEuropa piete in care se prevede dezvoltarea infrastructurii de alimentare cu hidrogen. Desi inprezent un pret sub 10 milioane de yeni (cca. 100.000 ) pare realizabil, Toyota are ca scopreducerea si mai mult a costurilor pentru a aduce pe piata un vehicul la un pret convenabil.

5. Urmatoarea generatie de baterii

Toyota dezvolta urmatoarea generatie de acumulatori de tractiune, una care va depasi cu multperformantele tehnologiei litiu-ion:

Baterii solide: TMC a redus cu succes ceea ce este cunoscut sub numele de rezistenta aparticulelor si a facut progrese spre crearea unor baterii compacte complet solide. Baterii metal-aer: TMC a determinat mecanismul de reactie al bateriilor litiu-aer si si-aclarificat politica sa de cercetare in ceea ce priveste bateriile reincarcabile de a doua generatie.

Volkswagen

Departamentul de Cercetare Volkswagen a realizat un nou tip de pile de combustie la temperaturi

inalte (High Temperature Fuel Cell - HTFC), unic in lume in acest moment. Noul sistem eliminanumeroasele dezavantaje ale pilelor de combustie de temperaturi joase (LTFC), deja cunoscute.O membrana rezistenta la temperaturi inalte si electrozi special conceputi pentru aceastamembrana vor permite realizarea de sisteme de pile de combustie mai compacte, mai eficiente sitotodata mai ieftine. Astfel, punerea la punct definitiva a acestui tip de propulsie se apropievizibil. In orice caz, prognozele multor producatori referitoare la momentul cand pilele decombustie ce folosesc hidrogenul vor fi gata pentru productia de serie si vor fi disponibile pe scaralarga pentru aplicatii obisnuite au presupus amanari repetate, si asta din cauza stagnariicercetarilor.

Volkswagen a insistat insa pe acest aspect, proiectul evoluand semnificativ in cativa ani. In 1999constructorul german demara cercetarile pentru a realiza o membrana rezistenta la temperaturiinalte. Doi ani mai tarziu, se lua decizia de a lucra la dezvoltarea unor pile cu combustibil detemperatura inalta, pornind de la aspectul de baza al membranei de temperatura inalta. In 2003specialistii de la Volkswagen au obtinut un succes notabil in realizarea de noi membrane. Darelectrozii adaptati acestui regim de utilizare inca nu fusesera realizati. Toamna anului 2006, acoincis insa cu rezolvarea problemei electrozilor. Rezultatele sunt cu adevarat promitatoare.Conceptul de Pile de combustie de temperatura inalta sunt in faza de testare la Centrul TehnologicVolkswagen din Isenbuttel, destinat in special cercetarii sistemelor alternative de propulsie si aflatin apropiere de centrul administrativ genenral Volkswagen din Wolfsburg.

Viitorul suna promitator. In 2010 se spera ca alte noi sisteme, mai performante, cu pile decombustie la temperaturi inalte vor fi in ultima faza de perfectionare si vor echipa primelevehicule experimentale, premergatoare industrializarii acestui tip de propulsie.Zece ani mai tarziu, ar putea aparea primele modele Volkswagen propulsate cu pile de combustie.Cu preturi accesibile acestea vor corespunde cu succes cerintelor legate de utilizarea de zi cu zi.

Sistemul cu pile de combustie la temperaturi joase indica dezavantaje. Membrana are de suportattemperaturi in jurul a 80 grade C. Daca temperatura ar depasi acest nivel, mai intai ar scadeaperformantele pilei cu combustibil respective, apoi s-ar produce avarii ireparabile ale acesteia. De


30/32

aceea vehiculele experimentale bazate pe tehnica LTFC, pentru a putea oferi performante similarecu ale automobilelor conventionale cu motoare cu ardere interna, trebuie sa fie dotate cu sistemede racire foarte pretentioase, ceea ce ar implica si preturi ridicate. Pe langa aceasta, intr-un vehiculLTFC, sistemul de alimentare cu hidrogen gazos si aer trebuie sa fie mentinut la anumite cote deumiditate. Altfel, nu se poate atinge nivelul energetic optim, pila de combustie sufera deterioraripermanente, iar motorul electric nu mai poate functiona la parametrii stabiliti initial. Sistemul deumidificare presupune alocarea unui spatiu, adauga greutate suplimentara vehiculului si costa bani

in plus.

De aceea noul sistem HTFC cu pile de combustie la temperaturi inalte este considerat atat deimportant. Membrana rezista la temperaturi inalte, si impreuna cu noul tip de electrozi, poatefunctiona fara probleme la temperaturi de aproximativ 160 grade C. Rezultatul consta intr-oputere similara cu aceea oferita de sistemele deja cunoscute in prezent. Pentru vehiculele echipatecu sisteme HTFC este anticipata o temperatura curenta a sistemului in jurul a 120 grade C. Inplus, nu mai este necesara umidificarea. Sistemul de racire si gestionare a apei poate fi multsimpilficat, rezultand mai putin spatiu ocupat in vehicul, masa mai redusa a acestuia si costurireduse.

Cum functioneaza sistemul cu pile de combustie ?Energia chimica este transformata in energie electrica. Componenta esentiala a fiecarui elementindividual dintr-o pila de combustie este o membrana permisiva pentru schimbul de protoni.Aceasta este interpusa intre cei doi electrozi, anodul si catodul, fiecarui element al pilei decombustie. Hidrogenul intra in element prin zona anodului, iar catodul este alimentat cu aer. Maimulte asemenea elemente pot genera impreuna suficienta enrgie pentru a pune in miscare unvehicul. Hidrogenul si oxigenul reactioneaza in interiorul fiecarui element, rezultand apa in zonacatodului. Energia se degaja in urma acestui proces. Pila de combustie asigura conversia energieichimice din procesul de oxidare, cunoscut si sub denumirea de "combustie rece, direct in energie

electrica. Gazul rezidual al acestei reactii consta in vapori de apa cat se poate de curati.

Motorizarea este electrica si nu cu ardere internaPila de combustie este alimentata folosindu-se un rezervor cu hidrogen si o priza de aer externa.Energia electrica este furnizata unuia sau mai multor motoare electrice. Ca rezultat, autovehicululpoate rula fara a face nici un zgomot si fara a produce nici un fel de emisii nocive.

Cum functioneaza pilele de combustie ?Atomii de hidrogen sunt descompusi in electroni si protoni in zona anodului. Protonii, incarcati cusarcini electrice pozitive, trec prin membrana spre celalalt electrod, catodul. Electronii, incarcaticu sarcini electrice negative, sunt dirijati printr-un circuit extern inspre catod. In esenta, acestcurent electric aliemnteaza motorul electric al masinii. In zona catodului, protonii reactioneaza cuoxigenul, in timp ce electronii determina formarea a ceea ce se numeste apa reziduala, in ceamai mare parte evacuata prin teava de esapament. Aproximativ 60% din energia generata indesfasurarea procesului ajunge sa fie transformata in electricitate.

In cazul pilelor cu combustibil de temperatura joasa, concepute si utilizate pana in prezent,tranzitul protonilor dinspre anod spre catod este asigurat la nivelul membranei cu ajutorulconexiunii oferite de apa din membrana. Pentru a evita evaporarea apei si uscarea membranei,aerul din pila cu combustibil trebuie sa fie umidificat. Aceasta implica doua dezavantaje


31/32

importante. Primul, membrana nu are voie sa atinga temperaturi mai inalte de 80 grade C. Rezultanecesitatea unei diferente relativ mari de temperatura intre agentul de racire si aerul ambiant. Dinacest motiv, randamentul sistemului are serios de suferit. Pentru obtinerea unor performantesuficient de bune, un automobil propulsat cu sistem LTFC ar trebui sa dispuna de un radiator cusuprafata de racire de trei ori mai mare fata de a unui vehicul comparabil cu motorizare diesel. Celde-al doilea dezavantaj, este consecinta fireasca a celui dintai: functionarea in sarcina mare, cumar fi urcarea pantelor sau remorcare, nu ar fi posibila. Acestea ar implica folosirea unor sisteme de

racire supradimensionate, cu problemele conceptuale si functionale inerente.

Ce principiu foloseste sistemul de racire ?Functionarea automobilelor echipate cu motoare cu ardere interna clasice presupune pierderitermice mai mari decat a celor care folosesc motoare electrice si pile cu combustibil. Motoarele cuardere interna pierd energie termica in urma racirii (absolut necesara pentru integritateamotorului) si prin circuitul de esapament. Pilele cu combustibil nu sunt supuse acelorasiconstrangeri. Temperatura lor de functionare este mult mai redusa decat aceea dezvoltata in

camerele de ardere ale unui motor termic, temperatura este compensata mai usor cu ajutorulsistemului de racire si nu se pierde nimic prin circuitul de esapament. Rezultatul este ca, la aceeasiputere efectiva, sistemul cu pile cu combustibil pierde de doua ori mai putina energie termica prinradiatorul de racire fata de motorul cu ardere intrena. Astfel se explica randamentul superior alpilelor de combustie.

Aerul de alimentare pentru pilele LTFC trebuie sa fie in permanenta umidificat. Fluxul dealimentare cu aer si hidrogen are tendinta de a usca electolitul pilei, adica moleculele de apastocate in membrana. Disparitia acestora ar atrage si intreruperea curentului electric. Din acestmotiv este necesar un dispozitiv de umidificare continua a gazelor de alimentare. Acesta trebuie

sa fie integrat in constructia automobilului alaturi de toate celelalte elemente ale sistemului depropulsie cu pile LTFC. Masa proprie a automobilului ajunge sa fie prea mare.

Aceste probleme nu se mai regasesc la pilele cu combustibil de temperatura inalta realizate decatre Volkswagen. In cazul acestora, membranele de temperaturainalta asigura tranzitul protonilor printr-un electrolit lichid de alta natura, anume acidul fosforic.Aceasta substanta are bune proprietati electrolitice, similare cu ale apei, dar punctul sau defierbere se afla la o temperatura semnificativ mai ridicata.

Beneficul cel mai important al acestui sistem tine de eliminarea necesitatii unui sistem deumidificare. Temperatura regimului curent de functionare poate fi ridicata pana la aproximativ130 grade C fara nici un impediment functional. Pila cu combustibil de temperatura inaltarealizata de catre Volkswagen reprezinta o contributie importanta in directia producerii unorsisteme de pile de combustie mai compacte, mai usoare si mai ieftine.

Alcatuirea unei pile HTFCPe scurt, fabricarea unei membrane rezistente la temperatura inalta presupune scufundarea unuifilm intr-o baie de acid fosforic. Acidul fosforic ajunge sa imbibe filmul in numai cateva minute.Apoi, membrana este montata in elementul pilei cu combustibil. De asemenea, o foaie din fibre decarbon presate este plasata in elementele preconfigurate ale pilei. Aerul va putea circula ulterior


32/32

prin textura acesteia. Apoi urmeaza ambalarea si etansarea ansamblului elementelor. Acestea suntinvelite cu foi din firbre de carbon care sunt captusite in interior cu o pasta din platina cataliticactiva, asigurand si functia difuzarii gazelelor de alimentare. Invelisul are, asadar, simultan rolulde distribuire a gazelor de alimentare si pe cel de catod. Membrana impregnata cu acid fosforiceste asezata in contact cu catodul. Dincolo de aceasta se afla straturi asemanatoare celor de lacatod, care formeza celalalt electrod, anodul. Fluxul de hidrogen este introdus prin texturaultimului strat din fibre de carbon. In jurul elementelor este prevazut un spatiu pentru asigurarea

racirii cu lichid. Toate elementele sunt asamblate sub forma unei baterii. Detaliu implicit siimprotant: electrozii conventionali nu pot fi folositi la o astfel de pila cu combustibil. Totusi,persista o problema tipica tuturor pilelor cu combustibil: apa reziduala ce se formeaza in zonacatodului. In cazul pilei HTFC, aceasta ar ajunge sa afecteze membrana, spaland acidul fosforic,care joaca rolul electrolitului. Consecinta nedorita a faptului tine de intreruperea curentuluielectric. Din acest motiv, toate tentativele de a fabrica o pila HTFC din materiale conventionale audat gres. Cercetarile intense desfasurate de Volkswagen au relevat necesitatea configurariielectrozilor astfel incat apa reziduala sa nu poata ajunge in zona membranei.

Noul tip de electrozi a intregit conceptul. Cu ajutorul unei masini ce efectueaza prelucrarea

materialelor in straturi, asemanatoare acelora folosite in tehnologia industriei materialelorsemiconductoare, cercetatorii de la centrul Volkswagen din Isenbuttel au impregnat mai multestraturi de foi din fibre de carbon cu un material avand consistenta de pasta si proprietati de tipnou. Electrozii astfel alcatuiti au trecut prin indelungate sesiuni de testare in pile cu combustibil.Efectul dorit a fost realizatl. Apa reziduala nu poate scapa din zona electrozilor. Asadar,tehnologia HTFC este acum gata pregatita pentru utilizare. S-a demonstrat practic ca pilele decombustie la temperaturi inalte (HTFC) pot functiona intr-o plaja de temperatura mult mai larga incomparatie cu a pilelor cunoscute pana in prezent. In plus, membrana este mai putin sensibila laimpuritatile din aer datorita temperaturii mai ridicate de functionare. Folosirea pilelor cucombustibil de temperatura inalta realizate de Volkswagen permite dispensarea aproximativ a

unei treimi din componentele unui sistem de pile cu combustibil LTFC. Astfel, sistemele cu pileHTFC sunt mai usoare, au dimensiuni mai mici si costa mai putin, ansamblul fiind mai usor deintegrat la bordul unui vehicul. Motiv pentru care aceasta tehnologie ofera o adevarata perspectivade viitor.

78904541 Studiul Utilizarii Pilelor de Combustibili

Documents

Transcript of 78904541 Studiul Utilizarii Pilelor de Combustibili