پیل سوختی دیزل. سیستم تامین هیدروژن برای پیل های سوختی

در زندگی مدرن، منابع شیمیایی جریان در همه جا ما را احاطه کرده اند: اینها باتری در چراغ قوه، باتری در تلفن های همراه، سلول های سوخت هیدروژنی هستند که قبلاً در برخی از اتومبیل ها استفاده می شود. توسعه سریع فناوری های الکتروشیمیایی ممکن است منجر به این واقعیت شود که در آینده نزدیک به جای خودروهای بنزینی، تنها با وسایل نقلیه برقی محاصره خواهیم شد، تلفن ها دیگر به سرعت تخلیه نمی شوند و هر خانه برق سلول سوختی خود را خواهد داشت. ژنراتور یکی از برنامه های مشترک دانشگاه فدرال اورال و موسسه الکتروشیمی با دمای بالا شعبه اورال آکادمی علوم روسیه به افزایش کارایی دستگاه های ذخیره سازی الکتروشیمیایی و مولدهای الکتریسیته اختصاص یافته است که با مشارکت ما در حال انتشار آن هستیم. این مقاله.

امروزه انواع مختلفی از باتری ها وجود دارد که به طور فزاینده ای کار با آنها دشوار می شود. برای همه مشخص نیست که چگونه یک باتری با یک ابرخازن متفاوت است و چرا می توان از پیل سوختی هیدروژنی بدون ترس از آسیب رساندن به محیط زیست استفاده کرد. در این مقاله ما در مورد چگونگی استفاده از واکنش های شیمیایی برای تولید الکتریسیته صحبت خواهیم کرد، تفاوت بین انواع اصلی منابع جریان شیمیایی مدرن چیست و چه چشم اندازی برای انرژی الکتروشیمیایی باز می شود.

شیمی به عنوان منبع الکتریسیته

ابتدا بیایید بفهمیم که چرا اصلاً می توان از انرژی شیمیایی برای تولید برق استفاده کرد. موضوع این است که در طی واکنش های ردوکس، الکترون ها بین دو یون مختلف منتقل می شوند. اگر دو نیمه واکنش شیمیاییبا فاصله در فضا به طوری که اکسیداسیون و کاهش جدا از یکدیگر انجام شود، سپس می توان مطمئن شد که الکترونی که از یک یون جدا می شود بلافاصله روی یون دوم نمی افتد، بلکه ابتدا از مسیری که از قبل برای آن تعیین شده است عبور می کند. از این واکنش می توان به عنوان منبع جریان الکتریکی استفاده کرد.

این مفهوم برای اولین بار در قرن 18 توسط فیزیولوژیست ایتالیایی لوئیجی گالوانی اجرا شد. عمل یک سلول گالوانیکی سنتی بر اساس واکنش های احیا و اکسیداسیون فلزات با فعالیت های مختلف است. به عنوان مثال، یک سلول کلاسیک یک سلول گالوانیکی است که در آن روی اکسید شده و مس احیا می شود. واکنش های احیا و اکسیداسیون به ترتیب در کاتد و آند انجام می شود. و برای جلوگیری از ورود یون‌های مس و روی به «منطقه خارجی»، جایی که می‌توانند مستقیماً با یکدیگر واکنش نشان دهند، معمولاً یک غشاء خاص بین آند و کاتد قرار می‌گیرد. در نتیجه، اختلاف پتانسیل بین الکترودها ایجاد می شود. اگر الکترودها را مثلاً به یک لامپ وصل کنید، جریان در مدار الکتریکی حاصل شروع به جریان می کند و لامپ روشن می شود.

نمودار سلول گالوانیکی

اشتراکات ویکی مدیا

علاوه بر مواد آند و کاتد، جزء مهم منبع جریان شیمیایی، الکترولیت است که یون ها در داخل آن حرکت می کنند و در مرز آن، تمام واکنش های الکتروشیمیایی با الکترودها انجام می شود. در این مورد، الکترولیت لازم نیست مایع باشد - می تواند یک ماده پلیمری یا سرامیکی باشد.

عیب اصلی سلول گالوانیکی زمان کار محدود آن است. به محض اینکه واکنش کامل شود (یعنی کل آند به تدریج در حال حل شدن کاملاً مصرف شود) چنین عنصری به سادگی از کار می افتد.

باتری های قلیایی AA

قابل شارژ

اولین قدم برای گسترش قابلیت‌های منابع جریان شیمیایی، ایجاد باتری بود - منبع جریانی که می‌توان آن را دوباره شارژ کرد و در نتیجه دوباره از آن استفاده کرد. برای انجام این کار، دانشمندان به سادگی استفاده از واکنش های شیمیایی برگشت پذیر را پیشنهاد کردند. پس از تخلیه کامل باتری برای اولین بار، با استفاده از یک منبع جریان خارجی، می توان واکنشی را که در آن اتفاق افتاد در جهت مخالف شروع کرد. با این کار آن را به حالت اولیه باز می گرداند تا پس از شارژ مجدد، باتری دوباره مورد استفاده قرار گیرد.

باتری سرب اسید خودرو

امروزه انواع مختلفی از باتری ها ساخته شده اند که در نوع واکنش شیمیایی که در آنها رخ می دهد با هم تفاوت دارند. متداول ترین نوع باتری ها باتری های سرب اسیدی (یا به سادگی سرب) هستند که بر اساس واکنش اکسیداسیون و کاهش سرب هستند. چنین دستگاه هایی عمر مفید نسبتاً طولانی دارند و شدت انرژی آنها تا 60 وات ساعت بر کیلوگرم است. حتی اخیراً باتری‌های لیتیوم یونی بر اساس واکنش کاهش اکسیداسیون لیتیوم محبوب‌تر هستند. شدت انرژی باتری های لیتیوم یون مدرن اکنون از 250 وات ساعت بر کیلوگرم فراتر رفته است.

باتری لیتیوم یون برای تلفن همراه

مشکلات اصلی باتری های لیتیوم یونی، راندمان پایین آنها در دمای پایین، پیری سریع و افزایش خطر انفجار است. و با توجه به این واقعیت که فلز لیتیوم به طور بسیار فعال با آب واکنش می دهد تا گاز هیدروژن را تشکیل دهد و با سوختن باتری اکسیژن آزاد می شود، احتراق خود به خود باتری لیتیوم یون با روش های اطفاء حریق سنتی بسیار دشوار است. به منظور افزایش ایمنی چنین باتری و سرعت بخشیدن به زمان شارژ شدن آن، دانشمندان ماده کاتدی را پیشنهاد می کنند که از تشکیل ساختارهای لیتیومی دندریتی جلوگیری می کند و موادی را به الکترولیت اضافه می کند که باعث تشکیل ساختارهای انفجاری و اجزای مشتعل می شود. مراحل اولیه.

الکترولیت جامد

به عنوان دیگری کمتر راه آشکاربرای بهبود کارایی و ایمنی باتری ها، شیمیدانان پیشنهاد کردند که خود را به الکترولیت های مایع در منابع جریان شیمیایی محدود نکنند، بلکه یک منبع جریان کاملاً جامد ایجاد کنند. در چنین دستگاه هایی به هیچ وجه اجزای مایع وجود ندارد، بلکه ساختار لایه ای از یک آند جامد، یک کاتد جامد و یک الکترولیت جامد بین آنها وجود دارد. الکترولیت به طور همزمان عملکرد یک غشا را انجام می دهد. حامل های بار در یک الکترولیت جامد بسته به ترکیب آن و واکنش هایی که در آند و کاتد انجام می شود، می توانند یون های مختلفی باشند. اما آنها همیشه یونهای به اندازه کافی کوچک هستند که می توانند نسبتا آزادانه در سراسر کریستال حرکت کنند، به عنوان مثال پروتون های H +، یون های لیتیوم Li + یا یون های اکسیژن O 2-.

پیل های سوختی هیدروژنی

قابلیت شارژ مجدد و اقدامات ایمنی ویژه باعث می‌شود باتری‌ها نسبت به باتری‌های معمولی منابع جریان بسیار امیدوارکننده‌تری داشته باشند، اما همچنان هر باتری حاوی مقدار محدودی معرف و در نتیجه منبع محدودی از انرژی است و هر بار باتری باید دوباره شارژ شود تا دوباره به حالت اولیه بازگردد. عملکرد.

برای ایجاد یک باتری "بی پایان"، می توانید از موادی که در داخل سلول هستند، بلکه از سوختی که مخصوصاً از طریق آن پمپ می شود، به عنوان منبع انرژی استفاده کنید. بهترین انتخاب برای چنین سوختی، ماده ای است که تا حد امکان از نظر ترکیب ساده، سازگار با محیط زیست و به وفور در زمین موجود باشد.

مناسب ترین ماده از این نوع گاز هیدروژن است. اکسیداسیون آن توسط اکسیژن اتمسفر برای تشکیل آب (طبق واکنش 2H 2 + O 2 → 2H 2 O) یک واکنش ردوکس ساده است و انتقال الکترون ها بین یون ها نیز می تواند به عنوان منبع جریان مورد استفاده قرار گیرد. واکنشی که رخ می دهد نوعی واکنش معکوس به الکترولیز آب است (که در آن آب تحت تأثیر جریان الکتریکی به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می شود) و چنین طرحی برای اولین بار در اواسط قرن نوزدهم ارائه شد. .

اما با وجود این واقعیت که مدار بسیار ساده به نظر می رسد، ایجاد یک دستگاه کارآمد بر اساس این اصل به هیچ وجه کار بی اهمیتی نیست. برای انجام این کار، لازم است جریان های اکسیژن و هیدروژن در فضا جدا شود، از انتقال یون های لازم از طریق الکترولیت اطمینان حاصل شود و کاهش یابد. ضررهای احتمالیانرژی در تمام مراحل کار

نمودار شماتیکعملکرد پیل سوختی هیدروژنی

مدار یک پیل سوختی هیدروژنی در حال کار بسیار شبیه مدار منبع جریان شیمیایی است، اما حاوی کانال های اضافی برای تامین سوخت و اکسید کننده و حذف محصولات واکنش و گازهای اضافی عرضه شده است. الکترودهای موجود در چنین عنصری کاتالیزورهای رسانای متخلخل هستند. یک سوخت گازی (هیدروژن) به آند و یک عامل اکسید کننده (اکسیژن از هوا) به کاتد می رسد و در مرز هر الکترود با الکترولیت، نیمه واکنش خود را انجام می دهد (اکسایش هیدروژن و کاهش اکسیژن، به ترتیب). در این حالت بسته به نوع پیل سوختی و نوع الکترولیت، تشکیل آب خود می تواند یا در آند یا در فضای کاتد رخ دهد.

پیل سوختی هیدروژنی تویوتا

جوزف برنت / فلیکر

اگر الکترولیت یک پلیمر رسانای پروتون یا غشای سرامیکی، محلول اسیدی یا قلیایی باشد، حامل بار در الکترولیت یون های هیدروژن است. در این حالت، در آند، هیدروژن مولکولی به یون های هیدروژن اکسید می شود که از الکترولیت عبور می کند و با اکسیژن در آنجا واکنش می دهد. اگر حامل بار یون اکسیژن O 2- باشد، مانند الکترولیت اکسید جامد، اکسیژن در کاتد به یون کاهش می یابد، این یون از الکترولیت عبور می کند و هیدروژن را در آند اکسید می کند تا آب و آزاد شود. الکترون ها

علاوه بر واکنش اکسیداسیون هیدروژن، استفاده از انواع دیگر واکنش ها برای پیل های سوختی پیشنهاد شده است. به عنوان مثال، به جای هیدروژن، سوخت کاهنده می تواند متانول باشد که توسط اکسیژن به دی اکسید کربن و آب اکسید می شود.

کارایی پیل سوختی

علیرغم تمام مزایای پیل های سوختی هیدروژنی (مانند سازگاری با محیط زیست، راندمان تقریبا نامحدود، اندازه فشرده و شدت انرژی بالا)، آنها همچنین دارای معایبی هستند. اینها، اول از همه، پیری تدریجی اجزا و مشکلات در ذخیره سازی هیدروژن است. این دقیقاً چگونگی از بین بردن این کاستی ها است که امروزه دانشمندان روی آن کار می کنند.

در حال حاضر پیشنهاد می شود با تغییر ترکیب الکترولیت، خواص الکترود کاتالیزور و هندسه سیستم (که تامین گازهای سوختی به نقطه مورد نظر را تضمین می کند و عوارض جانبی را کاهش می دهد) راندمان پیل های سوختی افزایش یابد. برای حل مشکل ذخیره گاز هیدروژن، از مواد حاوی پلاتین استفاده می شود که برای اشباع آن، به عنوان مثال، غشاهای گرافن.

در نتیجه می توان پایداری پیل سوختی و طول عمر اجزای جداگانه آن را افزایش داد. اکنون ضریب تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی در چنین عناصری به 80 درصد می رسد و در شرایط خاص می تواند از این هم بیشتر شود.

چشم انداز عظیم انرژی هیدروژن با امکان ترکیب سلول های سوختی به باتری های کامل و تبدیل آنها به ژنراتورهای الکتریکی با قدرت بالا مرتبط است. در حال حاضر، ژنراتورهای الکتریکی که با پیل‌های سوختی هیدروژنی کار می‌کنند، تا چند صد کیلووات قدرت دارند و به عنوان منبع انرژی برای وسایل نقلیه استفاده می‌شوند.

ذخیره سازی الکتروشیمیایی جایگزین

علاوه بر منابع جریان الکتروشیمیایی کلاسیک، سیستم‌های غیرمعمول تری نیز به عنوان وسایل ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند. یکی از این سیستم ها یک ابرخازن (یا یونیستور) است - دستگاهی که در آن جداسازی و تجمع بار به دلیل تشکیل یک لایه دوگانه در نزدیکی یک سطح باردار اتفاق می افتد. در رابط الکترود-الکترولیت در چنین دستگاهی، یون های علائم مختلف در دو لایه، به اصطلاح "لایه الکتریکی مضاعف" ردیف می شوند و نوعی خازن بسیار نازک را تشکیل می دهند. ظرفیت چنین خازن، یعنی مقدار بار انباشته شده، با سطح ویژه مواد الکترود تعیین می شود، بنابراین، استفاده از مواد متخلخل با حداکثر سطح ویژه به عنوان ماده ای مفید است. ابرخازنها.

یونیستورها از نظر سرعت شارژ در بین منابع جریان شیمیایی شارژ-دشارژ رکورددار هستند که مزیت بدون شک این نوع دستگاه ها می باشد. متاسفانه آنها رکورد سرعت تخلیه را نیز دارند. چگالی انرژی یونیستورها هشت برابر کمتر از باتری‌های سرب و ۲۵ برابر کمتر از باتری‌های لیتیوم یون است. یونیستورهای کلاسیک "دولایه" از واکنش الکتروشیمیایی به عنوان پایه خود استفاده نمی کنند و اصطلاح "خازن" با دقت بیشتری برای آنها به کار می رود. با این حال، در نسخه‌هایی از یونیستورها که مبتنی بر واکنش الکتروشیمیایی هستند و تجمع بار تا عمق الکترود گسترش می‌یابد، می‌توان با حفظ نرخ شارژ سریع، به زمان‌های تخلیه بالاتری دست یافت. تلاش توسعه دهندگان ابرخازن ها با هدف ایجاد دستگاه های هیبریدی با باتری هایی است که مزایای ابرخازن ها، در درجه اول سرعت شارژ بالا، و مزایای باتری ها - شدت انرژی بالا و زمان تخلیه طولانی را ترکیب می کند. در آینده ای نزدیک یک یونیستور باتری را تصور کنید که ظرف چند دقیقه شارژ می شود و یک لپ تاپ یا تلفن هوشمند را برای یک روز یا بیشتر تغذیه می کند!

علیرغم این واقعیت که اکنون چگالی انرژی ابرخازن ها هنوز چندین برابر چگالی انرژی باتری ها است، آنها در لوازم الکترونیکی مصرفی و برای موتورهای وسایل نقلیه مختلف از جمله بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

* * *

بنابراین، امروزه تعداد زیادی دستگاه الکتروشیمیایی وجود دارد که هر کدام برای کاربردهای خاص خود امیدوارکننده هستند. برای بهبود کارایی این دستگاه‌ها، دانشمندان نیاز به حل تعدادی از مشکلات اساسی و فنی دارند. اکثر این وظایف در چارچوب یکی از پروژه های پیشرفت در دانشگاه فدرال اورال انجام می شود، بنابراین ما از ماکسیم آنیف، مدیر موسسه الکتروشیمی دمای بالا شعبه اورال آکادمی علوم روسیه، پروفسور پرسیدیم. از گروه فناوری تولید الکتروشیمیایی مؤسسه فناوری شیمیایی دانشگاه فدرال اورال، برای صحبت در مورد برنامه‌های فوری و چشم‌انداز توسعه سلول‌های سوختی مدرن.

N+1: آیا جایگزینی برای محبوب ترین باتری های لیتیوم یون در حال حاضر در آینده نزدیک وجود دارد؟

ماکسیم آنانیف:تلاش های مدرن توسعه دهندگان باتری در جهت جایگزینی نوع حامل بار در الکترولیت از لیتیوم به سدیم، پتاسیم و آلومینیوم است. در نتیجه جایگزینی لیتیوم، کاهش هزینه باتری امکان پذیر خواهد بود، اگرچه ویژگی های وزن و اندازه به نسبت افزایش می یابد. به عبارت دیگر، با همان مشخصات الکتریکی، یک باتری سدیم یونی در مقایسه با باتری لیتیوم یونی بزرگتر و سنگین تر خواهد بود.

علاوه بر این، یکی از زمینه‌های در حال توسعه امیدوارکننده برای بهبود باتری‌ها، ایجاد منابع انرژی شیمیایی ترکیبی مبتنی بر ترکیب باتری‌های یون فلزی با الکترود هوا، مانند سلول‌های سوختی است. به طور کلی، جهت ایجاد سیستم های هیبریدی، همانطور که قبلاً با مثال ابرخازن ها نشان داده شد، ظاهراً در آینده نزدیک امکان مشاهده منابع انرژی شیمیایی در بازار با ویژگی های مصرف کننده بالا را فراهم خواهد کرد.

دانشگاه فدرال اورال، همراه با شرکای دانشگاهی و صنعتی در روسیه و جهان، امروز شش پروژه بزرگ را اجرا می‌کند که بر حوزه‌های پیشرفت متمرکز است. تحقیق علمی. یکی از این پروژه‌ها «فناوری‌های پیشرفته انرژی الکتروشیمیایی از طراحی شیمیایی مواد جدید تا دستگاه‌های الکتروشیمیایی نسل جدید برای حفظ و تبدیل انرژی» است.

گروهی از دانشمندان واحد دانشگاهی استراتژیک (SAE) دانشکده علوم طبیعی و ریاضی UrFU، که شامل ماکسیم آنایف است، در طراحی و توسعه مواد و فناوری‌های جدید، از جمله سلول‌های سوختی، سلول‌های الکترولیتی، فلز-گرافن مشغول هستند. باتری ها، سیستم های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی و ابرخازن ها.

تحقیقات و کارهای علمی با همکاری دائمی با موسسه الکتروشیمی دمای بالا شعبه اورال آکادمی علوم روسیه و با حمایت شرکا انجام می شود.

کدام سلول های سوختی در حال حاضر در حال توسعه هستند و بیشترین پتانسیل را دارند؟

یکی از امیدوارکننده‌ترین انواع پیل‌های سوختی، عناصر پروتون-سرامیکی هستند. آنها نسبت به سلول های سوختی پلیمری با غشای تبادل پروتون و عناصر اکسید جامد برتری دارند، زیرا می توانند با تامین مستقیم سوخت هیدروکربنی کار کنند. این به طور قابل توجهی طراحی یک نیروگاه مبتنی بر سلول های سوختی پروتون-سرامیکی و سیستم کنترل را ساده می کند و بنابراین قابلیت اطمینان عملیاتی را افزایش می دهد. درست است، این نوع پیل سوختی در حال حاضر از نظر تاریخی کمتر توسعه یافته است، اما تحقیقات علمی مدرن به ما اجازه می دهد تا به پتانسیل بالای این فناوری در آینده امیدوار باشیم.

در حال حاضر در دانشگاه فدرال اورال به چه مشکلاتی مربوط به پیل های سوختی رسیدگی می شود؟

اکنون دانشمندان UrFU، همراه با مؤسسه الکتروشیمی با دمای بالا (IVTE) شعبه اورال آکادمی علوم روسیه، در حال کار بر روی ایجاد دستگاه‌های الکتروشیمیایی بسیار کارآمد و ژنراتورهای برق مستقل برای کاربرد در انرژی توزیع شده هستند. ایجاد نیروگاه برای انرژی توزیع شده در ابتدا مستلزم توسعه سیستم های هیبریدی مبتنی بر یک ژنراتور برق و یک دستگاه ذخیره سازی است که باتری ها هستند. در عین حال، پیل سوختی به طور مداوم کار می کند و بار را در ساعات اوج بار تأمین می کند و در حالت بیکار باتری را شارژ می کند که خود می تواند هم در صورت مصرف انرژی بالا و هم در مواقع اضطراری به عنوان یک ذخیره عمل کند.

بزرگترین موفقیت های شیمیدانان UrFU و IVTE در توسعه سلول های سوختی اکسید جامد و پروتون سرامیکی به دست آمده است. از سال 2016، در اورال، همراه با شرکت دولتی Rosatom، اولین تولید نیروگاه در روسیه بر اساس سلول های سوختی اکسید جامد ایجاد شده است. توسعه دانشمندان Ural قبلاً آزمایش‌های "تمام مقیاس" را در ایستگاه حفاظت کاتدی خط لوله گاز در سایت آزمایشی Uraltransgaz LLC گذرانده است. نیروگاه با توان نامی 1.5 کیلووات بیش از 10 هزار ساعت کار کرد و پتانسیل بالایی را برای استفاده از چنین وسایلی نشان داد.

در چارچوب آزمایشگاه مشترک UrFU و IVTE، توسعه دستگاه های الکتروشیمیایی مبتنی بر غشای سرامیکی رسانای پروتون در حال انجام است. این امر در آینده نزدیک کاهش دمای عملیاتی پیل‌های سوختی اکسید جامد را از 900 به 500 درجه سانتیگراد و کنار گذاشتن اصلاح اولیه سوخت‌های هیدروکربنی ممکن می‌سازد، در نتیجه ژنراتورهای الکتروشیمیایی مقرون به صرفه ایجاد می‌کند که قادر به کار در شرایط توسعه‌یافته هستند. زیرساخت های تامین گاز در روسیه

الکساندر دوبوف

لوازم الکترونیکی سیار هر سال، اگر نگوییم ماهانه، در دسترس تر و گسترده تر می شوند. در اینجا لپ تاپ ها، رایانه های شخصی، دوربین های دیجیتال، تلفن های همراه و انبوهی از دستگاه های مفید و نه چندان کاربردی دیگر را خواهید یافت. و همه این دستگاه‌ها دائماً ویژگی‌های جدید، پردازنده‌های قوی‌تر، صفحه‌نمایش‌های رنگی بزرگ‌تر، ارتباطات بی‌سیم را به دست می‌آورند، در حالی که در عین حال اندازه آنها کاهش می‌یابد. اما، بر خلاف فن‌آوری‌های نیمه‌رسانا، فناوری‌های قدرت برای کل این انبار سیار با سرعتی جهشی پیشرفت نمی‌کنند.

باتری‌های معمولی و باتری‌های قابل شارژ به وضوح برای تامین انرژی آخرین پیشرفت‌ها در صنعت الکترونیک برای هر دوره زمانی قابل توجهی ناکافی هستند. و بدون باتری های قابل اعتماد و بزرگ، تمام نقطه حرکت و بی سیم از بین می رود. بنابراین صنعت کامپیوتر بیشتر و بیشتر فعالانه روی این مشکل کار می کند منابع انرژی جایگزین. و امیدوار کننده ترین جهت امروز اینجاست سلول های سوختی.

اصل اصلی عملکرد سلول های سوختی توسط دانشمند بریتانیایی سر ویلیام گرو در سال 1839 کشف شد. او به عنوان پدر «پیل سوختی» شناخته می شود. ویلیام گروو با تغییر برای استخراج هیدروژن و اکسیژن، الکتریسیته تولید کرد. پس از جدا کردن باتری از سلول الکترولیتی، گرو با شگفتی متوجه شد که الکترودها شروع به جذب گاز آزاد شده و تولید جریان کردند. باز کردن یک فرآیند احتراق "سرد" الکتروشیمیایی هیدروژنبه یک رویداد مهم در صنعت انرژی تبدیل شد و متعاقباً الکتروشیمیدانان مشهوری مانند استوالد و نرنست نقش عمده ای در توسعه مبانی نظری و اجرای عملی پیل های سوختی ایفا کردند و آینده بزرگی را برای آنها پیش بینی کردند.

خودم اصطلاح "پیل سوختی"بعداً ظاهر شد - در سال 1889 توسط لودویگ موند و چارلز لانگر پیشنهاد شد که در تلاش بودند دستگاهی برای تولید برق از هوا و گاز زغال سنگ ایجاد کنند.

در طی احتراق طبیعی در اکسیژن، اکسیداسیون سوخت آلی رخ می دهد و انرژی شیمیایی سوخت به طور غیر موثر به انرژی حرارتی. اما معلوم شد که انجام واکنش اکسیداسیون، به عنوان مثال، هیدروژن با اکسیژن، در یک محیط الکترولیت و در حضور الکترودها، برای به دست آوردن جریان الکتریکی امکان پذیر است. به عنوان مثال، با تامین هیدروژن به یک الکترود واقع در محیط قلیایی، الکترون می گیریم:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

که با عبور از مدار خارجی، به الکترود مقابل می رسند، که اکسیژن به آن جریان می یابد و واکنش در آنجا انجام می شود: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

می توان مشاهده کرد که واکنش حاصله 2H2 + O2 → H2O مانند احتراق معمولی است، اما در یک سلول سوختی، یا در غیر این صورت - در ژنراتور الکتروشیمیایینتیجه جریان الکتریکی با راندمان بالا و حرارت جزئی است. توجه داشته باشید که پیل های سوختی همچنین می توانند از زغال سنگ، مونوکسید کربن، الکل ها، هیدرازین و سایر مواد آلی به عنوان سوخت و هوا، پراکسید هیدروژن، کلر، برم، اسید نیتریک و غیره به عنوان عوامل اکسید کننده استفاده کنند.

توسعه پیل های سوختی هم در خارج از کشور و هم در روسیه و سپس در اتحاد جماهیر شوروی به شدت ادامه یافت. در میان دانشمندانی که سهم بزرگی در مطالعه پیل های سوختی داشتند، ما به V. Jaco، P. Yablochkov، F. Bacon، E. Bauer، E. Justi، K. Cordesh اشاره می کنیم. در اواسط قرن گذشته، حمله جدیدی به مشکلات پیل سوختی آغاز شد. این تا حدی به دلیل ظهور ایده ها، مواد و فناوری های جدید در نتیجه تحقیقات دفاعی است.

یکی از دانشمندانی که گام بزرگی در توسعه سلول های سوختی برداشت، P. M. Spiridonov بود. عناصر هیدروژن-اکسیژن Spiridonovچگالی جریان 30 میلی آمپر بر سانتی‌متر مربع را داد که در آن زمان یک دستاورد بزرگ در نظر گرفته شد. در دهه چهل، O. Davtyan یک تاسیسات برای احتراق الکتروشیمیایی گاز ژنراتور به دست آمده از گاز سازی زغال سنگ ایجاد کرد. داوتیان به ازای هر متر مکعب حجم المنت 5 کیلووات برق دریافت می کرد.

بود اولین پیل سوختی الکترولیت جامد. بازده بالایی داشت اما به مرور زمان الکترولیت غیرقابل استفاده شد و نیاز به تعویض داشت. متعاقباً، داوتیان، در اواخر دهه پنجاه، یک تأسیسات قدرتمند ایجاد کرد که تراکتور را به حرکت در می آورد. در همان سال‌ها، مهندس انگلیسی تی بیکن، باتری پیل‌های سوختی را با قدرت کل 6 کیلووات و بازده 80 درصد طراحی و ساخت که با هیدروژن و اکسیژن خالص کار می‌کرد، اما نسبت قدرت به وزن باتری خیلی کوچک بود - چنین عناصری برای آنها نامناسب بودند کاربرد عملیو خیلی گران است

در سال های بعد، زمان تنهایی ها گذشت. سازندگان فضاپیماها به سلول های سوختی علاقه مند شدند. از اواسط دهه 60 میلیون ها دلار در تحقیقات پیل سوختی سرمایه گذاری شده است. کار هزاران دانشمند و مهندس به ما اجازه داد تا به سطح جدیدی برسیم و در سال 1965م. سلول های سوختی در ایالات متحده بر روی فضاپیمای جمینی 5 و بعداً در فضاپیمای آپولو برای پرواز به ماه و تحت برنامه شاتل آزمایش شدند.

در اتحاد جماهیر شوروی، سلول های سوختی در NPO Kvant توسعه یافتند، همچنین برای استفاده در فضا. در آن سالها ، مواد جدید قبلاً ظاهر شده بود - الکترولیت های پلیمری جامد بر اساس غشاهای تبادل یونی, انواع جدید کاتالیزور, الکترود. با این حال، چگالی جریان عملیاتی کوچک بود - در محدوده 100-200 میلی آمپر بر سانتی متر مربع، و محتوای پلاتین روی الکترودها چندین گرم در سانتی متر مربع بود. مشکلات زیادی در رابطه با دوام، پایداری و ایمنی وجود داشت.

مرحله بعدی توسعه سریع سلول های سوختی در دهه 90 آغاز شد. قرن گذشته و تا امروز ادامه دارد. این امر ناشی از نیاز به منابع انرژی کارآمد جدید در ارتباط، از یک سو، با جهانی است مشکل زیست محیطیافزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی و از سوی دیگر، کاهش ذخایر این سوخت‌ها. از آنجایی که در یک پیل سوختی محصول نهایی احتراق هیدروژن آب است، از نظر اثرات زیست محیطی تمیزترین آنها محسوب می شوند. مشکل اصلی فقط یافتن راهی موثر و ارزان برای تولید هیدروژن است.

میلیاردها دلار سرمایه گذاری مالی در توسعه سلول های سوختی و ژنراتورهای هیدروژنی باید به یک پیشرفت فناوری منجر شود و استفاده از آنها در زندگی روزمره را به واقعیت تبدیل کند: در سلول های تلفن های همراه، در اتومبیل ها، در نیروگاه ها. در حال حاضر، غول های خودرویی مانند بالارد، هوندا، دایملر کرایسلر و جنرال موتورز در حال نمایش هستند. ماشین هاو اتوبوس هایی که با پیل سوختی 50 کیلوواتی کار می کنند. تعدادی از شرکت ها توسعه یافته اند نیروگاه های نمایشی با استفاده از پیل های سوختی با الکترولیت اکسید جامد تا توان 500 کیلووات. اما، با وجود پیشرفت قابل توجهی در بهبود ویژگی های پیل های سوختی، بسیاری از مشکلات مربوط به هزینه، قابلیت اطمینان و ایمنی آنها هنوز باید حل شود.

در پیل سوختی، برخلاف باتری ها و آکومولاتورها، هم سوخت و هم اکسیدکننده از بیرون به آن عرضه می شود. پیل سوختی فقط واسطه واکنش است و در شرایط ایده آل می تواند عملا برای همیشه کار کند. زیبایی این فناوری این است که سلول در واقع سوخت را می سوزاند و مستقیماً انرژی آزاد شده را به الکتریسیته تبدیل می کند. هنگامی که سوخت مستقیماً می سوزد، توسط اکسیژن اکسید می شود و گرمای آزاد شده برای انجام کارهای مفید استفاده می شود.

در یک پیل سوختی، مانند باتری‌ها، واکنش‌های اکسیداسیون سوخت و کاهش اکسیژن از نظر مکانی از هم جدا می‌شوند و فرآیند "احتراق" تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که سلول جریان را به بار برساند. درست مثل این است دیزل ژنراتور برق، فقط بدون دیزل و ژنراتور. و همچنین بدون دود، سر و صدا، گرمای بیش از حد و با موارد دیگر بازدهی بالا. مورد دوم با این واقعیت توضیح داده می شود که اولاً هیچ وسیله مکانیکی میانی وجود ندارد و ثانیاً پیل سوختی موتور حرارتی نیست و در نتیجه از قانون کارنو تبعیت نمی کند (یعنی کارایی آن توسط آن تعیین نمی شود. اختلاف دما).

اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده در سلول های سوختی استفاده می شود. علاوه بر این، از آنجایی که اکسیژن کافی در هوا وجود دارد، نیازی به نگرانی در مورد تامین یک عامل اکسید کننده نیست. در مورد سوخت، هیدروژن است. بنابراین، واکنش در پیل سوختی انجام می شود:

2H2 + O2 → 2H2O + برق + گرما.

نتیجه انرژی مفید و بخار آب است. ساده ترین در طراحی آن است پیل سوختی غشای تبادل پروتون(شکل 1 را ببینید). این کار به شرح زیر است: هیدروژن وارد شده به عنصر تحت عمل یک کاتالیزور به الکترون ها و یون های هیدروژن با بار مثبت H+ تجزیه می شود. سپس یک غشاء خاص وارد بازی می شود که نقش یک الکترولیت را در یک باتری معمولی بازی می کند. با توجه به آن ترکیب شیمیاییبه پروتون ها اجازه عبور می دهد اما الکترون ها را حفظ می کند. بنابراین، الکترون‌های انباشته شده روی آند یک بار منفی اضافی ایجاد می‌کنند و یون‌های هیدروژن یک بار مثبت روی کاتد ایجاد می‌کنند (ولتاژ در سراسر عنصر حدود 1 ولت است).

برای ایجاد توان بالا، یک پیل سوختی از سلول های زیادی مونتاژ می شود. اگر یک عنصر را به یک بار متصل کنید، الکترون ها از طریق آن به کاتد جریان می یابند و جریانی ایجاد می کنند و فرآیند اکسیداسیون هیدروژن با اکسیژن را تکمیل می کنند. ریزذرات پلاتین که روی فیبر کربن رسوب می‌کنند معمولاً به عنوان کاتالیزور در چنین پیل‌های سوختی استفاده می‌شوند. با توجه به ساختار خود، چنین کاتالیزوری اجازه می دهد تا گاز و الکتریسیته به خوبی از آن عبور کنند. این غشاء معمولاً از پلیمر حاوی گوگرد Nafion ساخته می شود. ضخامت غشا یک دهم میلی متر است. در طول واکنش، البته گرما نیز آزاد می شود، اما نه چندان، بنابراین دمای عملیاتی در منطقه 40-80 درجه سانتیگراد حفظ می شود.

عکس. 1. اصل عملکرد پیل سوختی

انواع دیگری از پیل های سوختی وجود دارد که عمدتاً در نوع الکترولیت مورد استفاده متفاوت است. تقریباً همه آنها به هیدروژن به عنوان سوخت نیاز دارند، بنابراین این سؤال منطقی مطرح می شود: از کجا می توان آن را تهیه کرد. البته، استفاده از هیدروژن فشرده از سیلندرها امکان پذیر است، اما مشکلاتی در ارتباط با حمل و نقل و ذخیره سازی این گاز بسیار قابل اشتعال تحت فشار بالا بلافاصله ایجاد می شود. البته، هیدروژن را می توان به شکل متصل شده مانند باتری های هیدرید فلزی استفاده کرد. اما وظیفه استخراج و انتقال آن همچنان باقی است، زیرا زیرساخت های سوخت گیری هیدروژنی وجود ندارد.

با این حال، یک راه حل نیز در اینجا وجود دارد - سوخت هیدروکربن مایع می تواند به عنوان منبع هیدروژن استفاده شود. مثلا اتیل یا متیل الکل. درست است، این به یک دستگاه اضافی خاص نیاز دارد - مبدل سوخت، زمانی که درجه حرارت بالا(برای متانول این دمای حدود 240 درجه سانتیگراد خواهد بود) الکل ها را به مخلوطی از گاز H2 و CO2 تبدیل می کند. اما در این مورد، در حال حاضر فکر کردن در مورد قابل حمل بودن دشوارتر است - چنین دستگاه هایی برای استفاده به عنوان ثابت یا خوب هستند، اما برای تجهیزات جمع و جور موبایل به چیزی کمتر حجیم نیاز دارید.

و در اینجا دقیقاً به دستگاهی می رسیم که تقریباً همه با نیروی وحشتناکی در حال توسعه آن هستند. بزرگترین تولید کنندگانالکترونیک - پیل سوختی متانول(شکل 2).

شکل 2. اصل عملکرد یک پیل سوختی متانول

تفاوت اساسی بین سلول های سوختی هیدروژن و متانول در کاتالیزور مورد استفاده است. کاتالیزور موجود در پیل سوختی متانول اجازه می دهد تا پروتون ها مستقیماً از مولکول الکل حذف شوند. بنابراین، مشکل سوخت حل شده است - متیل الکل به طور انبوه برای صنایع شیمیایی تولید می شود، ذخیره و حمل و نقل آن آسان است و برای شارژ یک سلول سوختی متانول کافی است به سادگی کارتریج سوخت را جایگزین کنید. درست است، یک نقطه ضعف قابل توجه وجود دارد - متانول سمی است. علاوه بر این، راندمان یک پیل سوختی متانولی به طور قابل توجهی کمتر از یک پیل هیدروژنی است.

برنج. 3. پیل سوختی متانول

وسوسه انگیزترین گزینه استفاده از الکل اتیلیک به عنوان سوخت است، زیرا تولید و توزیع مشروبات الکلی با هر ترکیب و قدرتی در سراسر جهان به خوبی تثبیت شده است. با این حال، متأسفانه راندمان پیل‌های سوختی اتانولی حتی از بازده متانولی نیز کمتر است.

همانطور که قبلاً در طی سالیان متمادی توسعه در زمینه سلول های سوختی ذکر شده است، انواع مختلفسلول های سوختی. سلول های سوختیطبقه بندی بر اساس الکترولیت و نوع سوخت.

1. الکترولیت هیدروژن-اکسیژن پلیمر جامد.

2. پیل سوختی متانول پلیمری جامد.

3. سلول های الکترولیت قلیایی.

4. پیل های سوختی اسید فسفریک.

5. عناصر سوخت بر اساس کربنات های مذاب.

6. پیل های سوختی اکسید جامد.

در حالت ایده‌آل، راندمان پیل‌های سوختی بسیار بالا است، اما در شرایط واقعی، تلفات مرتبط با فرآیندهای غیرتعادلی وجود دارد، مانند: تلفات اهمی ناشی از رسانایی خاص الکترولیت و الکترودها، قطبش فعال‌سازی و غلظت، و تلفات انتشار. در نتیجه بخشی از انرژی تولید شده در پیل های سوختی به گرما تبدیل می شود. تلاش متخصصان در جهت کاهش این تلفات است.

منبع اصلی تلفات اهمی و همچنین دلیل گرانی پیل های سوختی، غشاهای تبادل کاتیونی سولفونیک پرفلورینه هستند. اکنون جستجو برای پلیمرهای رسانای پروتون جایگزین و ارزان‌تر در حال انجام است. از آنجایی که رسانایی این غشاها (الکترولیت‌های جامد) تنها در حضور آب به مقدار قابل قبولی (10 اهم بر سانتی‌متر) می‌رسد، گازهای عرضه‌شده به پیل سوختی باید در دستگاه مخصوصی مرطوب شوند که این امر باعث افزایش هزینه‌ها نیز می‌شود. سیستم. الکترودهای انتشار گاز کاتالیزوری عمدتاً از پلاتین و برخی فلزات نجیب دیگر استفاده می کنند و تاکنون جایگزینی برای آنها پیدا نشده است. اگرچه محتوای پلاتین در سلول های سوختی چندین میلی گرم بر سانتی متر مربع است، اما برای باتری های بزرگ مقدار آن به ده ها گرم می رسد.

هنگام طراحی سلول های سوختی، توجه زیادی به سیستم حذف گرما می شود، زیرا در تراکم جریان بالا (تا 1A/cm2) سیستم خود گرم می شود. برای خنک کردن، از آب استفاده می شود که در سلول سوختی از طریق کانال های ویژه و در قدرت های کم - دمیدن هوا در گردش است.

بنابراین، سیستم مدرنیک ژنراتور الکتروشیمیایی، علاوه بر خود باتری پیل سوختی، با بسیاری از وسایل کمکی مانند: پمپ ها، کمپرسور برای تامین هوا، تزریق هیدروژن، مرطوب کننده گاز، واحد خنک کننده، سیستم نظارت بر نشت گاز، "بیش از حد رشد" دارد. یک مبدل DC-AC، یک پردازنده کنترل و غیره. همه اینها منجر به این واقعیت می شود که هزینه یک سیستم پیل سوختی در سال 2004-2005 2-3 هزار دلار در کیلووات بود. به گفته کارشناسان، سلول های سوختی برای استفاده در نیروگاه های حمل و نقل و ثابت با قیمت 50 تا 100 دلار در هر کیلووات در دسترس خواهند بود.

برای معرفی پیل های سوختی به زندگی روزمرهدر کنار اجزای ارزان‌تر، باید منتظر ایده‌ها و رویکردهای جدید باشیم. به خصوص، امیدهای بزرگمرتبط با استفاده از نانومواد و فناوری نانو. به عنوان مثال، چندین شرکت اخیراً اعلام کرده‌اند که کاتالیزورهای فوق‌العاده کارآمد، به‌ویژه برای الکترودهای اکسیژن، بر اساس خوشه‌هایی از نانوذرات از فلزات مختلف ایجاد کرده‌اند. علاوه بر این، گزارش هایی از طرح های پیل سوختی بدون غشاء وجود دارد که در آن سوخت مایع(به عنوان مثال، متانول) همراه با اکسید کننده به پیل سوختی عرضه می شود. همچنین مفهوم در حال توسعه سلول‌های سوخت زیستی که در آب‌های آلوده کار می‌کنند و اکسیژن محلول هوا را به عنوان اکسیدکننده و ناخالصی‌های آلی را به عنوان سوخت مصرف می‌کنند، جالب است.

به گفته کارشناسان، سلول های سوختی در سال های آینده وارد بازار انبوه خواهند شد. در واقع، توسعه دهندگان یکی پس از دیگری بر مشکلات فنی غلبه می کنند، موفقیت ها را گزارش می دهند و نمونه های اولیه سلول های سوختی را ارائه می دهند. به عنوان مثال، توشیبا یک نمونه اولیه از پیل سوختی متانول را به نمایش گذاشت. اندازه آن 22x56x4.5mm است و توانی در حدود 100mW تولید می کند. یک بار مجدد 2 مکعب متانول غلیظ (99.5%) برای 20 ساعت کارکرد دستگاه پخش MP3 کافی است. توشیبا یک پیل سوختی تجاری برای تامین انرژی تلفن های همراه منتشر کرده است. باز هم، همان توشیبا سلولی را برای تغذیه لپ‌تاپ‌هایی با ابعاد 275x75x40 میلی‌متر نشان داد که به کامپیوتر اجازه می‌دهد با یک بار شارژ به مدت 5 ساعت کار کند.

یکی دیگر از شرکت های ژاپنی، فوجیتسو، فاصله چندانی با توشیبا ندارد. در سال 2004، او همچنین عنصری را معرفی کرد که در محلول آبی 30 درصد متانول عمل می کند. این پیل سوختی با یک بار شارژ 300 میلی لیتری به مدت 10 ساعت کار می کرد و توان 15 وات تولید می کرد.

کاسیو در حال توسعه یک پیل سوختی است که در آن متانول ابتدا به مخلوطی از گازهای H2 و CO2 در یک مبدل سوخت مینیاتوری تبدیل می شود و سپس به پیل سوختی وارد می شود. در طول نمایش، نمونه اولیه کاسیو یک لپ تاپ را به مدت 20 ساعت تغذیه کرد.

سامسونگ در زمینه سلول های سوختی نیز نشان خود را نشان داد - در سال 2004، نمونه اولیه 12 واتی خود را که برای تامین انرژی یک لپ تاپ طراحی شده بود، به نمایش گذاشت. به طور کلی، سامسونگ قصد دارد از سلول های سوختی عمدتاً در گوشی های هوشمند نسل چهارم استفاده کند.

باید گفت که شرکت های ژاپنی به طور کلی رویکرد بسیار دقیقی برای توسعه سلول های سوختی داشتند. در سال 2003، شرکت‌هایی مانند کانن، کاسیو، فوجیتسو، هیتاچی، سانیو، شارپ، سونی و توشیبا برای توسعه یک استاندارد سلول سوختی واحد برای لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و غیره متحد شدند. لوازم برقی. شرکت های آمریکایی که تعداد زیادی از آنها نیز در این بازار وجود دارد، بیشتر تحت قرارداد با ارتش کار می کنند و سلول های سوختی را برای برقی سازی سربازان آمریکایی توسعه می دهند.

آلمانی ها خیلی عقب نیستند - شرکت Smart Fuel Cell سلول های سوختی را برای تامین انرژی یک دفتر سیار می فروشد. این دستگاه Smart Fuel Cell C25 نام دارد و دارای ابعاد 150x112x65 میلی متر است و می تواند تا 140 وات ساعت در هر پر شود. این مقدار برای تامین انرژی لپ تاپ به مدت تقریبی 7 ساعت کافی است. سپس کارتریج را می توان تعویض کرد و می توانید به کار خود ادامه دهید. اندازه کارتریج متانول 99x63x27 میلی متر و وزن آن 150 گرم است. وزن این سیستم 1.1 کیلوگرم است، بنابراین نمی توان آن را کاملاً قابل حمل نامید، اما هنوز کاملاً کامل است و دستگاه مناسب. این شرکت همچنین در حال توسعه یک ماژول سوخت برای تامین انرژی دوربین های فیلمبرداری حرفه ای است.

به طور کلی، پیل های سوختی تقریباً وارد بازار الکترونیک موبایل شده اند. سازندگان هنوز باید آخرین مشکلات فنی را قبل از شروع تولید انبوه حل کنند.

ابتدا باید مسئله کوچک سازی سلول های سوختی حل شود. از این گذشته، هرچه پیل سوختی کوچکتر باشد، توان کمتری تولید می کند - بنابراین کاتالیزورها و الکترودهای جدیدی دائما در حال توسعه هستند که امکان به حداکثر رساندن سطح کار را با اندازه های کوچک فراهم می کند. اینجاست که آخرین پیشرفت ها در زمینه نانوتکنولوژی و نانومواد (مثلاً نانولوله ها) بسیار مفید است. دوباره، برای کوچک کردن لوله‌کشی عناصر (پمپ‌های سوخت و آب، سیستم‌های خنک‌کننده و تبدیل سوخت)، دستاوردهای میکروالکترومکانیک به طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دومین مشکل مهمی که باید برطرف شود قیمت است. از این گذشته، پلاتین بسیار گران قیمت به عنوان کاتالیزور در بیشتر پیل های سوختی استفاده می شود. باز هم، برخی از تولیدکنندگان در تلاش هستند تا از فناوری‌های سیلیکونی به خوبی تثبیت شده استفاده کنند.

در مورد سایر زمینه‌های استفاده از پیل‌های سوختی، سلول‌های سوختی در حال حاضر کاملاً در آنجا مستقر شده‌اند، اگرچه هنوز در بخش انرژی یا حمل‌ونقل به جریان اصلی تبدیل نشده‌اند. در حال حاضر، بسیاری از خودروسازان خودروهای مفهومی خود را با سلول های سوختی ارائه کرده اند. اتوبوس های پیل سوختی در چندین شهر در سراسر جهان در حال تردد هستند. Canadian Ballard Power Systems طیف وسیعی از ژنراتورهای ثابت را با ظرفیت 1 تا 250 کیلو وات تولید می کند. در عین حال، ژنراتورهای کیلوواتی برای تامین فوری یک آپارتمان با برق، گرما و آب گرم طراحی شده اند.

اخیراً موضوع پیل سوختی بر سر زبان ها افتاده است. و این تعجب آور نیست؛ با ظهور این فناوری در دنیای الکترونیک، تولد جدیدی پیدا کرده است. رهبران جهانی در زمینه میکروالکترونیک در حال رقابت برای ارائه نمونه های اولیه محصولات آینده خود هستند که نیروگاه های کوچک خود را یکپارچه خواهند کرد. این باید از یک طرف، اتصال را شل کند دستگاه های تلفن همراهبه "سوکت"، و از سوی دیگر عمر خود را افزایش دهند عمر باتری.

علاوه بر این، برخی از آنها بر اساس اتانول کار می کنند، بنابراین توسعه این فناوری ها به نفع تولید کنندگان مشروبات الکلی است - پس از ده ها سال، صف هایی از "متخصصان فناوری اطلاعات" در کارخانه شراب سازی صف می کشند. "دوز" بعدی برای لپ تاپ آنها.

ما نمی‌توانیم از «تب» سلول‌سوختی که صنعت Hi-Tech را فراگرفته است دور بمانیم، و سعی خواهیم کرد بفهمیم که این فناوری چه نوع جانوری است، با چه چیزی خورده می‌شود و چه زمانی می‌توانیم انتظار داشته باشیم که وارد شود. "پذیرایی عمومی." در این مطلب به مسیر پیل‌های سوختی از کشف این فناوری تا به امروز نگاه خواهیم کرد. ما همچنین سعی خواهیم کرد چشم انداز اجرا و توسعه آنها را در آینده ارزیابی کنیم.

چطور بود

اصل پیل سوختی اولین بار در سال 1838 توسط کریستین فردریش شونبین توصیف شد و یک سال بعد مجله فلسفی مقاله او را در این زمینه منتشر کرد. با این حال، اینها فقط مطالعات نظری بودند. اولین پیل سوختی فعال در سال 1843 در آزمایشگاه دانشمند ولزی سر ویلیام رابرت گروو تولید شد. هنگام ایجاد آن، مخترع از موادی مشابه آنچه در باتری های اسید فسفریک مدرن استفاده می شود استفاده کرد. پیل سوختی Sir Grove متعاقبا توسط W. Thomas Grub بهبود یافت. در سال 1955، این شیمیدان که برای شرکت افسانه ای جنرال الکتریک کار می کرد، از یک غشای تبادل یونی پلی استایرن سولفونه شده به عنوان الکترولیت در یک پیل سوختی استفاده کرد. تنها سه سال بعد، همکارش لئونارد نیدراخ، فناوری قرار دادن پلاتین روی غشاء را پیشنهاد کرد که به عنوان یک کاتالیزور در فرآیند اکسیداسیون هیدروژن و جذب اکسیژن عمل می کند.

"پدر" پیل های سوختی کریستین شونبین

این اصول پایه و اساس نسل جدیدی از سلول های سوختی را تشکیل دادند که به نام سازندگان آنها سلول های Grub-Nidrach نامیده می شوند. جنرال الکتریک به توسعه در این مسیر ادامه داد، که در چارچوب آن، با کمک ناسا و غول هوانوردی McDonnell Aircraft، اولین پیل سوختی تجاری ایجاد شد. فناوری جدید توجه خارج از کشور را به خود جلب کرد. و قبلاً در سال 1959 ، فرانسیس توماس بیکن بریتانیایی یک پیل سوختی ثابت با قدرت 5 کیلو وات معرفی کرد. پیشرفت های ثبت شده او متعاقباً توسط آمریکایی ها مجوز گرفت و در فضاپیمای ناسا در سیستم های برق و آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفت. در همان سال، هری ایریگ آمریکایی اولین تراکتور پیل سوختی (قدرت کل 15 کیلووات) را ساخت. هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت در باتری ها و هیدروژن و اکسیژن فشرده به عنوان معرف استفاده شد.

برای اولین بار، تولید پیل های سوختی ثابت برای اهداف تجاری توسط شرکت UTC Power راه اندازی شد که سیستم های منبع تغذیه پشتیبان را برای بیمارستان ها، دانشگاه ها و مراکز تجاری ارائه می کرد. این شرکت که پیشرو جهانی در این زمینه است، هنوز هم راه حل های مشابه با توان تا 200 کیلووات تولید می کند. همچنین تامین کننده اصلی سلول های سوختی ناسا است. محصولات آن به طور گسترده در طول برنامه فضایی آپولو مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم در برنامه شاتل فضایی مورد تقاضا هستند. UTC Power همچنین سلول های سوختی "کالا" را ارائه می دهد که به طور گسترده در وسایل نقلیه استفاده می شود. او اولین کسی بود که پیل سوختی ایجاد کرد که امکان تولید جریان را در دمای زیر صفر از طریق استفاده از غشای مبادله پروتون فراهم می کرد.

چگونه کار می کند

محققان مواد مختلفی را به عنوان معرف آزمایش کردند. با این حال، اصول اساسی عملکرد سلول های سوختی، با وجود ویژگی های عملیاتی بسیار متفاوت، بدون تغییر باقی می مانند. هر پیل سوختی وسیله ای برای تبدیل انرژی الکتروشیمیایی است. از مقدار مشخصی سوخت (در سمت آند) و یک اکسید کننده (در سمت کاتد) الکتریسیته تولید می کند. این واکنش در حضور یک الکترولیت (ماده‌ای حاوی یون‌های آزاد و رفتار رسانای الکتریکی) رخ می‌دهد. اصولاً در هر دستگاهی، معرف‌های خاصی وارد آن می‌شوند و محصولات واکنش آن‌ها پس از انجام واکنش الکتروشیمیایی حذف می‌شوند. الکترولیت در در این موردفقط به عنوان واسطه ای برای برهمکنش معرف ها عمل می کند و در پیل سوختی تغییر نمی کند. بر اساس این طرح، یک پیل سوختی ایده آل باید تا زمانی کار کند که مواد لازم برای واکنش وجود داشته باشد.

در اینجا پیل های سوختی نباید با باتری های معمولی اشتباه گرفته شوند. در حالت اول ، برای تولید برق ، "سوخت" خاصی مصرف می شود که متعاقباً نیاز به سوخت گیری مجدد دارد. در مورد سلول های گالوانیکی، الکتریسیته در یک سیستم شیمیایی بسته ذخیره می شود. در مورد باتری ها، اعمال جریان اجازه می دهد تا واکنش الکتروشیمیایی معکوس رخ دهد و واکنش دهنده ها را به حالت اولیه خود بازگرداند (یعنی آن را شارژ کنید). ترکیبات مختلفی از سوخت و اکسید کننده امکان پذیر است. به عنوان مثال، یک سلول سوختی هیدروژنی از هیدروژن و اکسیژن (یک اکسید کننده) به عنوان واکنش دهنده استفاده می کند. هیدروکربنات ها و الکل ها اغلب به عنوان سوخت استفاده می شوند و هوا، کلر و دی اکسید کلر به عنوان اکسیدان عمل می کنند.

واکنش کاتالیزوری که در پیل سوختی انجام می‌شود، الکترون‌ها و پروتون‌ها را از سوخت خارج می‌کند و الکترون‌های متحرک جریان الکتریکی تشکیل می‌دهند. پلاتین یا آلیاژهای آن معمولاً به عنوان کاتالیزوری استفاده می شود که واکنش را در پیل های سوختی تسریع می کند. یکی دیگر از فرآیندهای کاتالیزوری، الکترون‌ها را برمی‌گرداند و آنها را با پروتون‌ها و یک عامل اکسیدکننده ترکیب می‌کند و در نتیجه محصولات واکنش (انتشار) ایجاد می‌کند. به طور معمول، این انتشارات مواد ساده هستند: آب و دی اکسید کربن.

در یک پیل سوختی سنتی غشای تبادل پروتون (PEMFC)، یک غشای پلیمری رسانای پروتون، دو طرف آند و کاتد را جدا می‌کند. از سمت کاتد، هیدروژن به کاتالیزور آند منتشر می شود، جایی که الکترون ها و پروتون ها متعاقباً از آن آزاد می شوند. سپس پروتون ها از طریق غشاء به کاتد می روند و الکترون هایی که قادر به دنبال کردن پروتون ها نیستند (غشا از نظر الکتریکی جدا شده است) از طریق مدار بار خارجی (سیستم منبع تغذیه) هدایت می شوند. در سمت کاتالیزور کاتدی، اکسیژن با پروتون هایی که از غشا عبور می کنند و الکترون هایی که از مدار بار خارجی وارد می شوند واکنش می دهد. این واکنش آب (به شکل بخار یا مایع) تولید می کند. به عنوان مثال، محصولات واکنش در سلول های سوختی با استفاده از سوخت های هیدروکربنی (متانول، سوخت دیزل) آب و دی اکسید کربن هستند.

پیل‌های سوختی تقریباً همه از تلفات الکتریکی رنج می‌برند که هم به دلیل مقاومت طبیعی کنتاکت‌ها و عناصر پیل سوختی و هم به دلیل اضافه ولتاژ الکتریکی (انرژی اضافی مورد نیاز برای انجام واکنش اولیه) ایجاد می‌شود. در برخی موارد، نمی توان به طور کامل از این ضررها جلوگیری کرد و گاهی اوقات "بازی ارزش شمع را ندارد"، اما اغلب می توان آنها را به حداقل قابل قبول کاهش داد. یک گزینه برای حل این مشکل استفاده از مجموعه هایی از این دستگاه ها است که در آنها سلول های سوختی بسته به نیاز سیستم منبع تغذیه، می توانند به صورت موازی (جریان بالاتر) یا سری (ولتاژ بالاتر) متصل شوند.

انواع پیل سوختی

انواع زیادی از پیل های سوختی وجود دارد، اما ما سعی خواهیم کرد به طور خلاصه به رایج ترین آنها بپردازیم.

سلول های سوختی قلیایی (AFC)

پیل‌های سوختی قلیایی یا قلیایی که به نام «پدر بریتانیایی» سلول‌های بیکن نیز نامیده می‌شوند، یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های پیل سوختی هستند. همین وسایل بود که به انسان کمک کرد پا بر روی ماه بگذارد. به طور کلی، ناسا از اواسط دهه 60 قرن گذشته از پیل های سوختی از این نوع استفاده می کند. AFC ها هیدروژن و اکسیژن خالص را مصرف می کنند و آب آشامیدنی، گرما و برق تولید می کنند. تا حد زیادی با توجه به این واقعیت که این فناوری به خوبی توسعه یافته است، یکی از بالاترین شاخص های کارایی را در بین سیستم های مشابه دارد (پتانسیل حدود 70٪).

با این حال، این فناوری معایبی نیز دارد. با توجه به ویژگی استفاده از یک ماده قلیایی مایع به عنوان الکترولیت که دی اکسید کربن را مسدود نمی کند، امکان واکنش هیدروکسید پتاسیم (یکی از گزینه های الکترولیت مورد استفاده) با این جزء هوای معمولی وجود دارد. نتیجه می تواند یک ترکیب سمی به نام کربنات پتاسیم باشد. برای جلوگیری از این امر، استفاده از اکسیژن خالص یا تصفیه هوا از دی اکسید کربن ضروری است. طبیعتاً این روی هزینه چنین دستگاه هایی تأثیر می گذارد. با این وجود، AFCها ارزان‌ترین پیل‌های سوختی هستند که امروزه تولید می‌شوند.

پیل های سوختی بوروهیدرید مستقیم (DBFC)

این زیرگروه از پیل های سوختی قلیایی از بوروهیدرید سدیم به عنوان سوخت استفاده می کند. با این حال، بر خلاف AFC های متداول مبتنی بر هیدروژن، این فناوری یک مزیت قابل توجه دارد - هیچ خطری برای تولید ترکیبات سمی پس از تماس با دی اکسید کربن. اما محصول واکنش آن ماده بوراکس است که به طور گسترده در مواد شوینده و صابون استفاده می شود. بوراکس نسبتا غیر سمی است.

DBFC ها را می توان حتی ارزان تر از پیل های سوختی سنتی ساخت زیرا به کاتالیزورهای پلاتین گران قیمت نیاز ندارند. علاوه بر این، چگالی انرژی بیشتری دارند. تخمین زده می شود که تولید یک کیلوگرم سدیم بوروهیدرید 50 دلار هزینه داشته باشد، اما اگر تولید انبوه آن را سازماندهی کنیم و فرآوری بوراکس را سازماندهی کنیم، می توان این سطح را 50 برابر کاهش داد.

سلول های سوختی هیدرید فلزی (MHFC)

این زیر کلاس از سلول های سوختی قلیایی در حال حاضر به طور فعال در حال مطالعه است. ویژگی خاص این دستگاه ها قابلیت ذخیره شیمیایی هیدروژن در داخل پیل سوختی است. پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم نیز همین توانایی را دارد، اما برخلاف آن، MHFC با هیدروژن خالص پر شده است.

از جمله ویژگی های متمایز این پیل های سوختی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• توانایی شارژ مجدد از انرژی الکتریکی؛
• کار در دمای پایین - تا -20 درجه سانتیگراد؛
• بلند مدتذخیره سازی؛
• شروع سریع "سرد"؛
• توانایی کار برای مدتی بدون منبع خارجی هیدروژن (در هنگام تعویض سوخت).

با وجود این واقعیت که بسیاری از شرکت ها در حال کار بر روی ایجاد MHFC های انبوه هستند، کارایی نمونه های اولیه در مقایسه با فناوری های رقیب به اندازه کافی بالا نیست. یکی از بهترین چگالی جریان برای این پیل‌های سوختی 250 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع است، در حالی که پیل‌های سوختی PEMFC معمولی چگالی جریان 1 آمپر بر سانتی‌متر مربع را ارائه می‌کنند.

سلول های سوختی الکترو گالوانیکی (EGFC)

واکنش شیمیایی در EGFC شامل هیدروکسید پتاسیم و اکسیژن است. این یک جریان الکتریکی بین آند سرب و کاتد با روکش طلا ایجاد می کند. ولتاژ تولید شده توسط پیل سوختی الکتروگالوانیکی با مقدار اکسیژن نسبت مستقیم دارد. این ویژگی به EGFC ها اجازه می دهد تا به عنوان دستگاه های تست غلظت اکسیژن در تجهیزات غواصی و تجهیزات پزشکی استفاده گسترده ای پیدا کنند. اما دقیقاً به دلیل این وابستگی، پیل های سوختی هیدروکسید پتاسیم دارای دوره بسیار محدودی از عملکرد موثر هستند (در حالی که غلظت اکسیژن بالا است).

اولین دستگاه های تایید شده برای بررسی غلظت اکسیژن در EGFC در سال 2005 به طور گسترده در دسترس قرار گرفت، اما در آن زمان محبوبیت زیادی به دست نیاورد. دو سال بعد عرضه شد، یک مدل به طور قابل توجهی اصلاح شده بسیار موفق تر بود و حتی جایزه ای برای "نوآوری" در یک نمایشگاه تخصصی غواصی در فلوریدا دریافت کرد. آنها در حال حاضر توسط سازمان هایی مانند NOAA (اداره ملی اقیانوسی و جوی) و DDRC (مرکز تحقیقات بیماری های غواصی) استفاده می شوند.

پیل های سوختی مستقیم اسید فرمیک (DFAFC)

این پیل‌های سوختی زیرگروهی از دستگاه‌های PEMFC با تزریق مستقیم اسید فرمیک هستند. این پیل‌های سوختی با توجه به ویژگی‌های خاص خود، شانس زیادی برای تبدیل شدن به ابزار اصلی تامین انرژی الکترونیکی قابل حمل مانند لپ‌تاپ، تلفن همراه و غیره در آینده دارند.

مانند متانول، اسید فرمیک مستقیماً بدون مرحله خالص سازی به پیل سوختی وارد می شود. ذخیره سازی این ماده نیز بسیار ایمن تر از مثلاً هیدروژن است و نیازی به شرایط نگهداری خاصی ندارد: اسید فرمیک مایعی در دمای معمولی است. علاوه بر این، این فناوری دو مزیت غیرقابل انکار نسبت به سلول های سوختی مستقیم متانول دارد. اول، برخلاف متانول، اسید فرمیک از طریق غشاء نشت نمی کند. بنابراین، راندمان DFAFC طبق تعریف باید بالاتر باشد. ثانیاً در صورت کاهش فشار، اسید فرمیک چندان خطرناک نیست (متانول می تواند باعث کوری شود و در دوزهای بالا باعث مرگ می شود).

جالب اینجاست که تا همین اواخر، بسیاری از دانشمندان این فناوری را دارای آینده عملی نمی دانستند. دلیلی که محققان را بر آن داشت تا سال‌ها به اسید فرمیک پایان دهند، ولتاژ بالای الکتروشیمیایی بود که منجر به تلفات الکتریکی قابل توجهی شد. اما آزمایش های اخیر نشان داده است که دلیل این ناکارآمدی استفاده از پلاتین به عنوان کاتالیزور بوده است که به طور سنتی برای این منظور در پیل های سوختی بسیار استفاده می شده است. پس از انجام یک سری آزمایشات توسط دانشمندان دانشگاه ایلینویز با مواد دیگر، مشخص شد که هنگام استفاده از پالادیوم به عنوان کاتالیزور، عملکرد DFAFC بالاتر از سلول های سوختی متانول مستقیم است. در حال حاضر، حقوق این فناوری متعلق به شرکت آمریکایی Tekion است که خط تولید محصولات Formira Power Pack خود را برای دستگاه های میکروالکترونیک ارائه می دهد. این سیستم یک "دوبلکس" متشکل از باتریو خود پیل سوختی پس از اتمام عرضه معرف های موجود در کارتریج که باتری را شارژ می کند، کاربر به سادگی آن را با یک باتری جدید جایگزین می کند. بنابراین، کاملاً از "خروجی" مستقل می شود. با توجه به وعده های سازنده، زمان بین شارژ دو برابر می شود، با وجود این واقعیت که این فناوری تنها 10-15٪ بیشتر از باتری های معمولی هزینه دارد. تنها مانع اصلی این فناوری ممکن است پشتیبانی شرکت از آن باشد متوسطو به سادگی می تواند توسط رقبای در مقیاس بزرگتر که فناوری های خود را ارائه می دهند، که حتی ممکن است در تعدادی از پارامترها از DFAFC پایین تر باشد، "غرق" شود.

سلول های سوختی مستقیم متانول (DMFC)

این سلول های سوختی زیرمجموعه ای از دستگاه های غشای تبادل پروتون هستند. آنها از متانول استفاده می کنند که بدون تصفیه اضافی در پیل سوختی پر می شود. با این حال، متیل الکل بسیار راحت تر ذخیره می شود و قابل انفجار نیست (اگرچه قابل اشتعال است و می تواند باعث کوری شود). در عین حال، متانول ظرفیت انرژی به طور قابل توجهی بالاتر از هیدروژن فشرده است.

با این حال، به دلیل توانایی متانول برای نشت از طریق غشاء، راندمان DMFC در حجم های بزرگ سوخت پایین است. و اگرچه به همین دلیل برای حمل و نقل و نصب بزرگ مناسب نیستند، اما این دستگاه ها به عنوان باتری های جایگزین برای دستگاه های تلفن همراه عالی هستند.

سلول های سوختی متانول تصفیه شده (RMFC)

تفاوت پیل های سوختی متانول فرآوری شده با DMFC ها تنها در این است که متانول را قبل از تولید الکتریسیته به هیدروژن و دی اکسید کربن تبدیل می کنند. این اتفاق در دستگاه خاصی به نام پردازنده سوخت رخ می دهد. پس از این مرحله مقدماتی (واکنش در دمای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد انجام می شود)، هیدروژن تحت یک واکنش اکسیداسیون قرار می گیرد که منجر به تشکیل آب و تولید الکتریسیته می شود.

استفاده از متانول در RMFC به این دلیل است که حامل طبیعی هیدروژن است و در دمای به اندازه کافی پایین (در مقایسه با سایر مواد) می تواند به هیدروژن و دی اکسید کربن تجزیه شود. بنابراین، این فناوری از DMFC پیشرفته تر است. سلول‌های سوختی متانول تصفیه‌شده، کارایی، فشردگی و عملکرد زیر صفر را ممکن می‌سازد.

پیل های سوختی مستقیم اتانول (DEFC)

نماینده دیگری از کلاس سلول های سوختی با شبکه تبادل پروتون. همانطور که از نام آن پیداست، اتانول بدون تصفیه یا تجزیه اضافی به مواد ساده‌تر وارد پیل سوختی می‌شود. اولین مزیت این دستگاه ها استفاده از الکل اتیلیک به جای متانول سمی است. این بدان معناست که برای توسعه این سوخت نیازی به سرمایه گذاری زیادی ندارید.

چگالی انرژی الکل تقریبا 30 درصد بیشتر از متانول است. علاوه بر این، می توان آن را در مقادیر زیاداز زیست توده به منظور کاهش هزینه سلول های سوختی اتانول، جستجو برای یک ماده کاتالیزور جایگزین به طور فعال دنبال می شود. پلاتین، که به طور سنتی در سلول های سوختی برای این اهداف استفاده می شود، بسیار گران است و مانع مهمی برای پذیرش انبوه این فناوری ها است. راه حل این مشکل می تواند کاتالیزورهای ساخته شده از مخلوط آهن، مس و نیکل باشد که نتایج چشمگیری را در سیستم های آزمایشی نشان می دهد.

سلول های سوختی هوا روی (ZAFC)

ZAFC از اکسیداسیون روی با اکسیژن هوا برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می کند. تولید این پیل‌های سوختی ارزان است و چگالی انرژی نسبتاً بالایی ارائه می‌کند. آنها در حال حاضر در سمعک ها و ماشین های الکتریکی آزمایشی استفاده می شوند.

در سمت آند مخلوطی از ذرات روی با یک الکترولیت و در سمت کاتد آب و اکسیژن هوا وجود دارد که با یکدیگر واکنش داده و هیدروکسیل (مولکول آن یک اتم اکسیژن و یک اتم هیدروژن است، بین که یک پیوند کووالانسی وجود دارد). در نتیجه واکنش هیدروکسیل با مخلوط روی، الکترون هایی آزاد می شوند که به کاتد می روند. حداکثر ولتاژ تولید شده توسط چنین پیل های سوختی 1.65 ولت است، اما، به عنوان یک قاعده، این به طور مصنوعی به 1.4-1.35 V کاهش می یابد و دسترسی هوا به سیستم را محدود می کند. محصولات نهایی این واکنش الکتروشیمیایی اکسید روی و آب است.

استفاده از این فناوری هم در باتری ها (بدون شارژ مجدد) و هم در پیل های سوختی امکان پذیر است. در حالت دوم، محفظه سمت آند تمیز می شود و دوباره با خمیر روی پر می شود. به طور کلی، فناوری ZAFC ثابت کرده است که یک باتری ساده و قابل اعتماد است. مزیت غیرقابل انکار آنها توانایی کنترل واکنش تنها با تنظیم جریان هوا به پیل سوختی است. بسیاری از محققان پیل های سوختی روی-هوا را به عنوان منبع اصلی انرژی در آینده برای وسایل نقلیه الکتریکی در نظر می گیرند.

سلول های سوختی میکروبی (MFC)

ایده استفاده از باکتری ها به نفع بشریت جدید نیست، اگرچه اجرای این ایده ها اخیراً به نتیجه رسیده است. در حال حاضر، موضوع استفاده تجاری از بیوتکنولوژی برای تولید محصولات مختلف (به عنوان مثال، تولید هیدروژن از زیست توده)، خنثی سازی مواد مضرو تولید برق پیل‌های سوختی میکروبی که سلول‌های سوختی بیولوژیکی نیز نامیده می‌شوند، یک سیستم الکتروشیمیایی بیولوژیکی هستند که با استفاده از باکتری‌ها جریان الکتریکی تولید می‌کنند. این فناوری بر پایه کاتابولیسم (تجزیه یک مولکول پیچیده به یک مولکول ساده تر با آزاد شدن انرژی) موادی مانند گلوکز، استات (نمک اسید استیک)، بوتیرات (نمک بوتیرات) یا فاضلاب است. در اثر اکسید شدن آنها، الکترون ها آزاد می شوند که به آند منتقل می شوند و پس از آن جریان الکتریکی تولید شده از طریق هادی به کاتد می گذرد.

چنین پیل های سوختی معمولاً از واسطه هایی استفاده می کنند که جریان الکترون ها را بهبود می بخشد. مشکل این است که موادی که نقش واسطه را بازی می کنند گران و سمی هستند. اما در صورت استفاده از باکتری های فعال الکتروشیمیایی، نیاز به واسطه ها از بین می رود. چنین پیل‌های سوختی میکروبی "بدون واسطه" اخیراً شروع به ایجاد کردند و بنابراین همه خواص آنها به خوبی مطالعه نشده است.

علیرغم موانعی که MFC هنوز بر آنها غلبه نکرده است، این فناوری پتانسیل بسیار زیادی دارد. اولاً، یافتن "سوخت" چندان دشوار نیست. و علاوه بر این، امروز مسئله تمیز کردن است فاضلابو دفع بسیاری از زباله ها بسیار دشوار است. استفاده از این فناوری می تواند هر دوی این مشکلات را حل کند. ثانیا، از نظر تئوری اثربخشی آن می تواند بسیار بالا باشد. مشکل اصلیبرای مهندسان سلول های سوختی میکروبی هستند، و در واقع عامل ضروریاز این دستگاه، میکروب ها. و در حالی که میکروبیولوژیست ها، که کمک هزینه های تحقیقاتی متعددی دریافت می کنند، خوشحال هستند، نویسندگان داستان های علمی تخیلی نیز دست های خود را می مالند و موفقیت کتاب هایی را که به عواقب "آزاد شدن" میکروارگانیسم های اشتباه اختصاص داده شده اند، پیش بینی می کنند. به طور طبیعی، خطر ایجاد چیزی وجود دارد که نه تنها زباله های غیر ضروری را "هضم" می کند، بلکه چیز ارزشمندی را نیز به همراه دارد. بنابراین، در اصل، مانند هر بیوتکنولوژی جدید، مردم نسبت به ایده حمل جعبه آلوده به باکتری در جیب خود محتاط هستند.

کاربرد

نیروگاه های ثابت خانگی و صنعتی

پیل های سوختی به طور گسترده ای به عنوان منبع انرژی در انواع سیستم های خودمختار مانند سفینه های فضایی، ایستگاه های هواشناسی از راه دور، تاسیسات نظامی و غیره. مزیت اصلی چنین سیستم منبع تغذیه، قابلیت اطمینان بسیار بالای آن در مقایسه با سایر فناوری ها است. به دلیل عدم وجود قطعات متحرک و هر گونه مکانیزم در پیل های سوختی، قابلیت اطمینان سیستم های منبع تغذیه می تواند به 99.99٪ برسد. ضمناً در صورت استفاده از هیدروژن به عنوان معرف می توان به وزن بسیار کم دست یافت که در مورد تجهیزات فضایی یکی از مهمترین معیارها می باشد.

اخیراً نیروگاه های ترکیبی حرارت و نیروگاه به طور گسترده ای در ساختمان های مسکونیو دفاتر ویژگی این سیستم ها این است که دائماً برق تولید می کنند که اگر بلافاصله مصرف نشود برای گرم کردن آب و هوا استفاده می شود. علیرغم این واقعیت که راندمان الکتریکی چنین تأسیساتی تنها 15-20٪ است، این نقطه ضعف با این واقعیت جبران می شود که از برق استفاده نشده برای تولید گرما استفاده می شود. به طور کلی راندمان انرژی چنین سیستم های ترکیبی حدود 80 درصد است. یکی از بهترین معرف ها برای چنین پیل های سوختی اسید فسفریک است. این تاسیسات بازده انرژی 90٪ (35-50٪ برق و مابقی انرژی حرارتی) را ارائه می دهند.

حمل و نقل

سیستم های انرژی مبتنی بر پیل های سوختی نیز به طور گسترده ای در حمل و نقل استفاده می شود. به هر حال، آلمانی ها جزو اولین کسانی بودند که پیل سوختی را روی وسایل نقلیه نصب کردند. بنابراین اولین قایق تجاری جهان مجهز به چنین نصبی هشت سال پیش آغاز به کار کرد. این کشتی کوچک که "Hydra" نامگذاری شده و برای حمل حداکثر 22 مسافر طراحی شده است، در ژوئن 2000 در نزدیکی پایتخت سابق آلمان به آب انداخته شد. هیدروژن (پیل سوختی قلیایی) به عنوان یک معرف حامل انرژی عمل می کند. به لطف استفاده از پیل‌های سوختی قلیایی (قلیایی)، این دستگاه قادر به تولید جریان در دماهای تا -10 درجه سانتیگراد است و از آب نمک "ترس" ندارد. قایق Hydra که توسط یک موتور الکتریکی 5 کیلوواتی هدایت می شود، می تواند تا 6 گره (حدود 12 کیلومتر در ساعت) سرعت داشته باشد.

قایق "هیدرا"

سلول های سوختی (به ویژه هیدروژن) در حمل و نقل زمینی بسیار گسترده تر شده اند. به طور کلی، هیدروژن برای مدت طولانی به عنوان سوخت برای موتورهای خودرو مورد استفاده قرار گرفته است و در اصل، یک موتور احتراق داخلی معمولی را می توان به راحتی برای استفاده از این نوع سوخت جایگزین تبدیل کرد. با این حال، احتراق هیدروژن سنتی کمتر از تولید الکتریسیته از طریق واکنش شیمیایی بین هیدروژن و اکسیژن است. و در حالت ایده آل، هیدروژن، اگر در سلول های سوختی استفاده شود، برای طبیعت کاملاً ایمن خواهد بود یا به قول آنها "دوستانه با محیط زیست" است، زیرا واکنش شیمیایی دی اکسید کربن یا سایر موادی را که به "گلخانه" کمک می کند آزاد نمی کند. اثر.”

درست است، همانطور که انتظار می رود، در اینجا چندین "اما" بزرگ وجود دارد. واقعیت این است که بسیاری از فن‌آوری‌های تولید هیدروژن از منابع تجدید ناپذیر (گاز طبیعی، زغال سنگ، فرآورده‌های نفتی) چندان سازگار با محیط زیست نیستند، زیرا فرآیند آنها مقدار زیادی دی اکسید کربن آزاد می‌کند. از نظر تئوری، اگر از منابع تجدیدپذیر برای به دست آوردن آن استفاده کنید، اصلاً انتشار مضری وجود نخواهد داشت. با این حال، در این مورد هزینه به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به گفته بسیاری از کارشناسان، به این دلایل، پتانسیل هیدروژن به عنوان جایگزینی برای بنزین یا گاز طبیعیبسیار محدود. در حال حاضر جایگزین های ارزان تری وجود دارد و به احتمال زیاد، سلول های سوختی بر اساس اولین عنصر جدول تناوبی هرگز موفق به تبدیل شدن به یک پدیده انبوه در وسایل نقلیه نمی شوند.

خودروسازان کاملاً فعالانه با هیدروژن به عنوان منبع انرژی آزمایش می کنند. و دلیل اصلی این امر موضع نسبتاً سخت اتحادیه اروپا در مورد انتشارات مضر در جو است. شرکت دایملر AG، فیات و فورد موتور، با تحریک محدودیت‌های شدیدتر در اروپا، چشم‌انداز آینده پیل‌های سوختی در صنعت خودروسازی را معرفی کرده‌اند. نیروگاه هامدل های پایه آنها یکی دیگر از غول های خودروسازی اروپایی، فولکس واگن، هم اکنون در حال آماده سازی خودروی پیل سوختی خود است. شرکت های ژاپنی و کره جنوبی هم از آنها عقب نیستند. با این حال، همه روی این فناوری شرط بندی نمی کنند. بسیاری از مردم ترجیح می دهند موتورهای احتراق داخلی را تغییر دهند یا آنها را با موتورهای الکتریکی که از باتری کار می کنند ترکیب کنند. تویوتا، مزدا و بی ام و این مسیر را طی کردند. با توجه به شرکت های آمریکایی، سپس علاوه بر فورد با مدل فوکوس خود، جنرال موتورز چندین خودروی پیل سوختی را نیز ارائه کرد. همه این تعهدات به طور فعال توسط بسیاری از دولت ها تشویق می شوند. به عنوان مثال، در ایالات متحده قانونی وجود دارد که طبق آن یک خودروی هیبریدی جدید که وارد بازار می شود از مالیات معاف است که می تواند مبلغ بسیار مناسبی باشد، زیرا به عنوان یک قاعده، چنین خودروهایی گران تر از همتایان خود با داخلی سنتی هستند. موتورهای احتراقی این امر باعث می شود که هیبریدی ها در خرید جذاب تر شوند. درست است، در حال حاضر این قانون فقط برای مدل هایی که وارد بازار می شوند اعمال می شود تا زمانی که فروش به 60000 خودرو برسد، پس از آن سود به طور خودکار لغو می شود.

الکترونیک

اخیراً پیل‌های سوختی در لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌های الکترونیکی سیار کاربرد فزاینده‌ای پیدا کرده‌اند. دلیل این امر افزایش سریع پرخوری دستگاه هایی بود که برای عمر طولانی مدت باتری طراحی شده بودند. در نتیجه استفاده از صفحه نمایش های لمسی بزرگ در گوشی ها، قابلیت های صوتی قدرتمند و ارائه پشتیبانی از Wi-Fi، بلوتوث و سایر پروتکل های ارتباط بی سیم فرکانس بالا، الزامات ظرفیت باتری نیز تغییر کرده است. و اگرچه باتری‌ها از زمان اولین تلفن‌های همراه راه زیادی را طی کرده‌اند، اما از نظر ظرفیت و فشردگی (در غیر این صورت امروزه هواداران با این سلاح‌های دارای عملکرد ارتباطی اجازه ورود به استادیوم‌ها را نداشتند)، هنوز هم نمی‌توانند با هر یک از آنها هماهنگی داشته باشند. کوچک سازی مدارهای الکترونیکی یا تمایل تولیدکنندگان عملکردهای بیشتری را در محصولات خود ادغام می کنند. یکی دیگر از اشکالات قابل توجه باتری های قابل شارژ فعلی آنها است بلند مدتشارژ کردن همه چیز به این واقعیت منجر می شود که هرچه یک دستگاه پخش چند رسانه ای تلفن یا جیبی دارای قابلیت های بیشتری باشد که برای افزایش استقلال صاحب آن طراحی شده است (اینترنت بی سیم، سیستم های ناوبری و غیره)، این دستگاه بیشتر به "خروجی" وابسته می شود.

در مورد لپ تاپ هایی که بسیار کوچکتر از لپ تاپ هایی هستند که در حداکثر اندازه محدود هستند، چیزی برای گفتن وجود ندارد. مدتی است که یک طاقچه برای لپ تاپ های فوق کارآمد که به هیچ وجه برای عملکرد مستقل در نظر گرفته نشده اند، به جز انتقال از یک دفتر به دفتر دیگر، ایجاد شده است. و حتی مقرون به صرفه ترین نمایندگان دنیای لپ تاپ به سختی می توانند یک روز کامل عمر باتری را تأمین کنند. بنابراین، مسئله یافتن جایگزینی برای باتری‌های سنتی، که نه گران‌تر، بلکه بسیار کارآمدتر باشد، بسیار ضروری است. و نمایندگان برجسته صنعت اخیراً روی حل این مشکل کار کرده اند. چندی پیش، پیل‌های سوختی متانول تجاری معرفی شدند که تحویل انبوه آن‌ها می‌تواند از اوایل سال آینده آغاز شود.

محققان بنا به دلایلی متانول را به جای هیدروژن انتخاب کردند. ذخیره متانول بسیار ساده تر است، زیرا نیازی به فشار بالا یا خاصی ندارد رژیم دما. متیل الکل یک مایع در دمای بین -97.0 تا 64.7 درجه سانتیگراد است. علاوه بر این، انرژی ویژه موجود در حجم N ام متانول یک مرتبه بزرگتر از همان حجم هیدروژن تحت فشار بالا است. فناوری پیل سوختی متانول مستقیم، که به طور گسترده در دستگاه های الکترونیکی متحرک استفاده می شود، شامل استفاده از متیل الکل پس از پر کردن مخزن سلول سوختی، دور زدن فرآیند تبدیل کاتالیزوری (از این رو نام "متانول مستقیم" است). این نیز مزیت اصلی این فناوری است.

با این حال، همانطور که انتظار می رود، همه این مزایا دارای معایبی بودند که به طور قابل توجهی دامنه کاربرد آن را محدود می کرد. با توجه به این واقعیت که این فناوری هنوز به طور کامل توسعه نیافته است، مشکل راندمان پایین چنین سلول های سوختی ناشی از "نشت" متانول از طریق مواد غشایی حل نشده باقی می ماند. علاوه بر این، ویژگی های دینامیکی آنها چشمگیر نیست. حل این مشکل آسان نیست و با دی اکسید کربن تولید شده در آند چه باید کرد. دستگاه های مدرن DMFC قادر به تولید مقادیر زیادی انرژی نیستند، اما ظرفیت انرژی بالایی برای حجم کمی از مواد دارند. این بدان معناست که اگرچه هنوز انرژی زیادی در دسترس نیست، سلول های سوختی متانول مستقیم می توانند آن را برای مدت طولانی تولید کنند. به دلیل قدرت کم آنها این امکان را به آنها نمی دهد که مستقیماً در وسایل نقلیه استفاده کنند، اما آنها را تقریباً می کند راه حل ایده آلبرای دستگاه های تلفن همراه که عمر باتری برای آنها حیاتی است.

آخرین روندها

اگرچه سلول های سوختی برای وسایل نقلیه برای مدت طولانی تولید شده اند، اما این راه حل ها هنوز فراگیر نشده اند. دلایل زیادی برای این وجود دارد. و اصلی ترین آنها عدم مصلحت اقتصادی و عدم تمایل تولیدکنندگان به تولید سوخت مقرون به صرفه است. تلاش برای سرعت بخشیدن به روند طبیعی انتقال به منابع انرژی تجدید پذیر، همانطور که می توان انتظار داشت، به هیچ چیز خوبی منجر نشد. البته دلیل افزایش شدید قیمت محصولات کشاورزی نه در این واقعیت پنهان است که آنها به طور انبوه به سوخت زیستی تبدیل شدند، بلکه در این واقعیت پنهان است که بسیاری از کشورهای آفریقایی و آسیایی قادر به تولید محصولات کافی حتی به میزان کافی نیستند. پاسخگویی به تقاضای داخلی برای محصولات

بدیهی است که ترک استفاده از سوخت زیستی منجر به بهبود قابل توجهی در وضعیت بازار جهانی مواد غذایی نخواهد شد، بلکه برعکس، ممکن است ضربه ای به کشاورزان اروپایی و آمریکایی وارد کند که برای اولین بار پس از چندین سال فرصتی برای کسب درآمد خوب اما جنبه اخلاقی این موضوع را نمی‌توان نادیده گرفت؛ وقتی میلیون‌ها نفر از گرسنگی می‌میرند، گذاشتن «نان» در تانک‌ها زشت است. بنابراین، به ویژه، سیاستمداران اروپایی اکنون نگرش سردتری نسبت به بیوتکنولوژی خواهند داشت، که قبلاً با تجدید نظر در استراتژی انتقال به منابع انرژی تجدیدپذیر تأیید شده است.

در این شرایط، امیدوارکننده ترین حوزه کاربرد پیل های سوختی باید میکروالکترونیک باشد. این جایی است که سلول های سوختی بیشترین شانس را برای به دست آوردن جای پایی دارند. اولاً، افرادی که تلفن همراه می خرند، بیشتر از مثلاً خریداران اتومبیل، مایل به آزمایش هستند. و ثانیاً ، آنها آماده اند پول خرج کنند و به عنوان یک قاعده ، از "نجات جهان" مخالف نیستند. این را می توان با موفقیت خیره کننده نسخه قرمز "Bono" پخش کننده iPod Nano تأیید کرد که بخشی از پول حاصل از فروش آن به حساب صلیب سرخ رفت.

نسخه "بونو" پخش کننده اپل آی پاد نانو

در میان کسانی که توجه خود را به سلول‌های سوختی برای وسایل الکترونیکی قابل حمل معطوف کرده‌اند، شرکت‌هایی هستند که قبلاً در ایجاد سلول‌های سوختی تخصص داشتند و اکنون به سادگی حوزه جدیدی از کاربرد خود را کشف کرده‌اند و همچنین تولیدکنندگان پیشرو میکروالکترونیک. به عنوان مثال، اخیرا MTI Micro که تجارت خود را برای تولید سلول های سوختی متانول برای دستگاه های الکترونیکی متحرک تغییر داده است، اعلام کرد که تولید انبوه خود را در سال 2009 آغاز خواهد کرد. او همچنین اولین دستگاه GPS جهان را با استفاده از سلول های سوختی متانول ارائه کرد. به گفته نمایندگان این شرکت، در آینده نزدیک محصولات آن به طور کامل جایگزین باتری های لیتیوم یونی سنتی خواهد شد. درست است که در ابتدا ارزان نخواهند بود، اما این مشکل با هر فناوری جدید همراه است.

برای شرکتی مانند سونی که اخیراً نسخه DMFC دستگاه خود را به نمایش گذاشته است که سیستم چندرسانه‌ای را تقویت می‌کند، این فناوری‌ها جدید هستند، اما در مورد گم نشدن در بازار امیدوارکننده جدید جدی هستند. به نوبه خود، شارپ از این هم فراتر رفت و با کمک نمونه اولیه پیل سوختی خود، اخیراً رکورد جهانی ظرفیت انرژی ویژه 0.3 وات برای یک سانتی متر مکعب متیل الکل را به ثبت رساند. حتی دولت های بسیاری از کشورها با شرکت های تولید کننده این پیل های سوختی موافقت کردند. بنابراین، فرودگاه های ایالات متحده آمریکا، کانادا، بریتانیا، ژاپن و چین، علیرغم سمی بودن و اشتعال پذیری متانول، محدودیت های قبلی را برای حمل و نقل آن در کابین هواپیما لغو کرده اند. البته این فقط برای پیل های سوختی تایید شده با ظرفیت حداکثر 200 میلی لیتر مجاز است. با این وجود، این یک بار دیگر علاقه نه تنها علاقه مندان، بلکه دولت ها را به این تحولات تأیید می کند.

درست است، سازندگان همچنان در تلاش هستند تا آن را ایمن کنند و سلول های سوختی را عمدتاً به عنوان یک سیستم قدرت پشتیبان ارائه دهند. یکی از این راه حل ها ترکیب پیل سوختی و باتری است: تا زمانی که سوخت وجود دارد، باتری را دائما شارژ می کند و وقتی تمام شد، کاربر به سادگی کارتریج خالی را با یک ظرف جدید متانول جایگزین می کند. یکی بیشتر مقصد محبوبایجاد شارژرهای پیل سوختی است. آنها را می توان در حال حرکت استفاده کرد. در عین حال می توانند باتری ها را خیلی سریع شارژ کنند. به عبارت دیگر، در آینده، شاید همه چنین "سوکتی" را در جیب خود حمل کنند. این رویکرد ممکن است به ویژه در مورد تلفن های همراه. به نوبه خود، لپ‌تاپ‌ها ممکن است در آینده‌ای قابل پیش‌بینی پیل‌های سوختی داخلی را به دست آورند، که اگر به طور کامل جایگزین شارژ از پریز دیواری نشوند، حداقل جایگزینی جدی برای آن خواهند شد.

بنابراین، بر اساس پیش بینی بزرگترین شرکت شیمیایی آلمان BASF که اخیراً از آغاز ساخت مرکز توسعه پیل سوختی خود در ژاپن خبر داده است، تا سال 2010 بازار این دستگاه ها به یک میلیارد دلار خواهد رسید. در عین حال، تحلیلگران آن رشد بازار پیل سوختی را به 20 میلیارد دلار تا سال 2020 پیش بینی می کنند. به هر حال، در این مرکز BASF قصد دارد سلول های سوختی را برای وسایل الکترونیکی قابل حمل (به ویژه لپ تاپ ها) و سیستم های انرژی ثابت توسعه دهد. مکان برای این شرکت تصادفی انتخاب نشده است؛ شرکت آلمانی شرکت های داخلی را خریداران اصلی این فناوری ها می داند.

به جای نتیجه گیری

البته، نباید انتظار داشته باشید که سلول های سوختی جایگزین سیستم تامین انرژی موجود شوند. حداقل برای آینده قابل پیش بینی. این یک شمشیر دولبه است: نیروگاه های قابل حمل به دلیل عدم تلفات مربوط به تحویل برق به مصرف کننده، البته کارآمدتر هستند، اما باید در نظر داشت که آنها می توانند به رقیبی جدی برای انرژی متمرکز تبدیل شوند. سیستم تامین تنها در صورتی که یک سیستم تامین سوخت متمرکز برای این تاسیسات ایجاد شود. یعنی "سوکت" در نهایت باید با یک لوله خاص جایگزین شود که معرف های لازم را برای هر خانه و هر گوشه ای تامین می کند. و این کاملاً آزادی و استقلال از منابع قدرت خارجی نیست که سازندگان پیل سوختی در مورد آن صحبت می کنند.

این دستگاه ها از نظر سرعت شارژ یک مزیت غیرقابل انکار دارند - من به سادگی کارتریج متانول را در دوربین عوض کردم (در موارد شدید، جایزه جک دانیل را باز کردم) و دوباره از پله های لوور پرش کردم. از طرف دیگر، اگر مثلاً یک تلفن معمولی دو ساعت شارژ می شود و هر 2-3 روز یکبار نیاز به شارژ مجدد دارد ، پس بعید است که جایگزینی به شکل تعویض کارتریج که فقط در فروشگاه های تخصصی فروخته می شود حتی هر دو هفته یک بار عالی باشد. تقاضای مصرف کننده انبوه. و البته، در حالی که اینها در یک گاوصندوق مخفی هستند، یک ظرف در بسته با چند صد میلی لیتر سوخت به دست مصرف کننده نهایی می رسد، قیمت آن زمان افزایش قابل توجهی خواهد داشت. این افزایش قیمت فقط با مقیاس تولید مبارزه می شود، اما آیا این مقیاس در بازار تقاضا دارد؟ و هنوز انتخاب نشده است. نمای بهینهسوخت، حل این مشکل بسیار مشکل ساز خواهد بود.

از سوی دیگر، ترکیبی از شارژ سنتی از یک پریز، سلول‌های سوختی و دیگر سیستم‌های تامین انرژی جایگزین (به عنوان مثال، پنل‌های خورشیدی) می‌تواند راه‌حلی برای مشکل تنوع بخشیدن به منابع برق و تغییر به انواع سازگار با محیط‌زیست باشد. با این حال، سلول های سوختی می توانند کاربرد گسترده ای در گروه خاصی از محصولات الکترونیکی پیدا کنند. این امر با این واقعیت تأیید می شود که کانن اخیراً پیل سوختی خود را برای دوربین های دیجیتال ثبت کرده و استراتژی را برای معرفی این فناوری ها در راه حل های خود اعلام کرده است. در مورد لپ‌تاپ‌ها، اگر سلول‌های سوختی در آینده نزدیک به آنها برسند، به احتمال زیاد فقط به عنوان یک سیستم قدرت پشتیبان خواهند بود. اکنون، به عنوان مثال، ما عمدتاً فقط در مورد ماژول های شارژ خارجی صحبت می کنیم که علاوه بر این به لپ تاپ متصل هستند.

اما این فناوری‌ها چشم‌انداز بسیار خوبی برای توسعه دارند بلند مدت. به ویژه با توجه به خطر قحطی نفتی که ممکن است در چند دهه آینده رخ دهد. در این شرایط مهم‌تر این نیست که تولید پیل‌های سوختی چقدر ارزان خواهد بود، بلکه این است که تولید سوخت برای آنها چقدر از صنعت پتروشیمی مستقل خواهد بود و آیا می‌تواند نیاز آن را پوشش دهد یا خیر.

به زودی پس از شروع سفر، آلوی با پناهگاه Forerunner روبرو می شود که بسیار نزدیک به سرزمین های قبیله نورا قرار دارد. در داخل پناهگاه، پشت دری قدرتمند، نوعی زره ​​وجود دارد که از دور بسیار جذاب به نظر می رسد.

تلگراف

توییت

به زودی پس از شروع سفر، آلوی با پناهگاه Forerunner روبرو می شود که بسیار نزدیک به سرزمین های قبیله نورا قرار دارد. در داخل پناهگاه، پشت دری قدرتمند، نوعی زره ​​وجود دارد که از دور بسیار جذاب به نظر می رسد.

این شیلد ویور در واقع بهترین تجهیزات بازی است. چگونه به آنجا برسیم؟ برای باز کردن درب پناهگاه مهر و موم شده و به دست آوردن شیلد ویور، باید پنج پیل سوختی را پیدا کنید که در سراسر آن پراکنده شده اند. دنیای بازی.

در زیر به شما خواهیم گفت که کجا به دنبال پیل سوختی بگردید و چگونه در حین جستجو و در Arsenal باستانی معماها را حل کنید.

پیل سوختی شماره 1 - قلب مادر (جستجوی رحم مادر)

آلوی اولین پیل سوختی را قبل از ورود به دنیای کاملاً باز پیدا می کند. پس از Initiation، قهرمان ما خود را در قلب مادر، مکان مقدس قبیله نورا و اقامتگاه Matriarchs خواهد یافت.

آلوی که از رختخواب بلند می شود، به طور متوالی از چندین اتاق عبور می کند و در یکی از آنها با دری مهر و موم شده روبرو می شود که باز نمی شود. به اطراف نگاه کنید - در نزدیکی یک محور تهویه تزئین شده با شمع های سوزان وجود خواهد داشت. شما باید به آنجا بروید.

پس از عبور از شفت، خود را پشت یک در قفل شده خواهید دید. با هدفی مرموز به زمین در کنار شمع ها و بلوک دیوار نگاه کنید - اینجا یک سلول سوختی وجود دارد.

مهم: اگر اکنون این پیل سوختی را بردارید، تنها در مراحل بعدی بازی، پس از انجام ماموریت «قلب نورا»، می‌توانید دوباره به این مکان برسید.

پیل سوختی شماره 2 - خرابه

آلوی قبلاً به این ویرانه‌ها رفته است - او در کودکی از اینجا افتاد. پس از اتمام شروع، ارزش آن را دارد که دوران کودکی خود را به یاد بیاورید و دوباره به اینجا برگردید تا سلول سوختی دوم را بردارید.

ورودی خرابه ها به این شکل است، جسورانه بپرید.

به سطح اول خرابه ها نیاز دارید، قسمت پایین سمت راست که با رنگ بنفش بر روی نقشه مشخص شده است. اینجا دری هست که آلوی با نیزه اش باز می کند.

پس از عبور از در، از پله‌ها بالا بروید و به راست بپیچید - آلوی در جوانی نمی‌توانست از این استالاکتیت‌ها عبور کند، اما اکنون او بحث می‌کند. دوباره نیزه را بیرون بیاورید و استالاکتیت ها را بشکنید - مسیر روشن است، تنها چیزی که باقی می ماند این است که عنصر سوخت را که روی میز قرار دارد بردارید.

پیل سوختی شماره 3 - حد استاد (جستجوی حد استاد)

بریم شمال در طول جستجوی داستان Master's Reach، آلوی خرابه های غول پیکر Forerunner را بررسی می کند. پیل سوختی دیگری در طبقه دوازدهم خرابه پنهان شده است.

شما باید نه تنها به سطح بالای خرابه ها صعود کنید، بلکه باید کمی بالاتر هم بروید. در امتداد بخش باقی مانده از ساختمان بالا بروید تا زمانی که خود را بر روی یک سکوی کوچکی که در برابر همه بادها باز است، بیابید.

این همان جایی است که سومین سلول سوختی قرار دارد. تنها چیزی که باقی می ماند پایین رفتن است.

پیل سوختی شماره 4 - گنج مرگ (جستجوی گنج مرگ)

این پیل سوختی نیز در قسمت شمالی نقشه پنهان است، اما به سرزمین های قبیله نورا بسیار نزدیکتر است. Aloy همچنین در طول ماموریت داستانی به اینجا خواهد آمد.

برای رسیدن به عنصر، آلوی باید برق را به درب مهر و موم شده واقع در سطح سوم محل بازگرداند.

برای انجام این کار، شما باید یک پازل کوچک را حل کنید - در سطح زیر درب دو بلوک از چهار تنظیم کننده وجود دارد.

ابتدا اجازه دهید به بلوک چپ تنظیم کننده بپردازیم. تنظیم کننده اول باید به بالا "نگاه کند" ، دومی "به راست" ، سومی "به سمت چپ" و چهارمی "پایین".

بیایید به سمت بلوک سمت راست حرکت کنیم. شما به دو رگولاتور اول دست نزنید، رگولاتور سوم و چهارم باید به پایین نگاه کنند.

ما یک سطح بالا می رویم - اینجا آخرین بلوک تنظیم کننده است. سفارش صحیحعبارت است از: بالا، پایین، چپ، راست.

اگر همه کارها را به درستی انجام دهید، رنگ تمام کنترل ها به فیروزه ای تغییر می کند و منبع تغذیه بازیابی می شود. به سمت در بروید و آن را باز کنید - اینجا یک پیل سوختی دیگر است.

پیل سوختی شماره 5 - GAIA Prime (ماموریت کوه سقوط کرده)

در نهایت، آخرین پیل سوختی - و دوباره طبق وظیفه طرح. آلوی به خرابه های GAIA Prime سفر می کند.

زمانی که به سطح سوم می رسید مراقب باشید. در نقطه ای، در مقابل Aloy یک پرتگاه جذاب وجود خواهد داشت که می توانید با طناب در آن فرود بیایید - باید به آنجا بروید نیازی نیست.

بهتر است به چپ بپیچید و غار پنهان را کاوش کنید، اگر با دقت از دامنه کوه پایین بروید، می توانید وارد آن شوید.

برو داخل و تا انتها جلو برو. که در اتاق آخردر سمت راست قفسه ای وجود دارد که آخرین پیل سوختی روی آن قرار دارد. توانجامش دادی!

راه خود را به آرسنال باستانی طی می کنیم

تنها چیزی که باقی می ماند بازگشت به آرسنال باستانی و دریافت پاداش شایسته است. مختصات زرادخانه را به خاطر دارید، درست است؟ اگر نه، این نقشه است.

به پایین بروید و سلول های سوختی را در سلول های خالی قرار دهید. تنظیم کننده ها روشن شده اند، اکنون باید معما را حل کنید تا در را باز کنید.

تنظیم کننده اول باید به بالا نگاه کند، دومی به سمت راست، سومی به پایین، چهارمی به چپ، پنجمی به بالا. آماده است، در باز است - اما هنوز تمام نشده است.

اکنون باید قفل پایه‌های زره ​​را باز کنید - یک پازل تنظیم‌کننده دیگر که در آن سلول‌های سوختی باقی‌مانده مفید خواهند بود. در اینجا اولین تنظیم کننده باید به سمت راست، دومی به چپ، سومی به بالا، چهارمی به راست، پنجمی به چپ نگاه کند.

بالاخره بعد از این همه عذاب، زره باستانی را تصاحب کردی. این Shield Weaver است، یک قطعه بسیار جالب از تجهیزات که Aloy را برای مدتی عملاً آسیب ناپذیر می کند.

نکته اصلی این است که رنگ زره را با دقت کنترل کنید: اگر سفید سوسو بزند، همه چیز مرتب است. اگر قرمز باشد، دیگر محافظتی وجود ندارد.

همانطور که در Horizon: Zero Dawn پیش می روید، ممکن است به طور تصادفی به سلول های سوختی که در اقلام ویژه موجودی ظاهر می شوند، برخورد کرده باشید. اما آنها برای چه هستند و باید آنها را به چه کسی بفروشند؟ در واقع هیچ کس نیازی به فروش آنها ندارد. سلول های سوختی برای فعال کردن ورودی اسلحه خانه باستانی که بهترین زره های بازی را در خود دارد، مورد نیاز است. بنابراین، بیایید در مورد مکان جستجوی عناصر و نحوه ورود به زرادخانه باستانی صحبت کنیم:

کجا پیل های سوختی پیدا کنیم

• ما می توانیم سومین سلول سوختی را در کار "محدودیت استاد" پیدا کنیم. پیدا کردن آیتم بعداً امکان پذیر خواهد بود، اما از آنجایی که تاریخچه بازی ما را به اینجا رسانده است، گرفتن ارزش در حال حاضر گناه نیست. علاوه بر این، مسیر به جایی که عنصر در آن قرار دارد به هیچ وجه نزدیک نیست.

  بنابراین، با دریافت وظیفه "محدودیت استاد"، آلوی باید به شمال نقشه، به خرابه های یک تمدن باستانی برود.

  

  بیشتر ماموریت در داخل ساختمان انجام می شود، جایی که ما باید از طریق راهروهای دشوار بدویم و در امتداد چاه آسانسور به سمت بالا صعود کنیم. در اینجا ما به سادگی در مسیری حرکت می کنیم که بازی دقیقاً به ما ارائه می دهد تا زمانی که Aloy خارج شود. در طرح، ما باید دستگاه مبتکرانه را مطالعه کنیم، اما مدتی صبر می کنیم.

  

  بهتر است به مناره مرتفعی توجه کنید که روی آن می توانید عناصر زرد رنگی را ببینید که آلوی می تواند از آنها بالا برود.

  

  ما به بالای آن صعود می کنیم، جایی که یک سلول سوختی گرانبها روی یک سکوی کوچک منتظر ما خواهد بود.

  

  شما باید با استفاده از طناب متصل به سکو به پایین بروید. و سپس می توانید با خیال راحت در امتداد طرح تا انجام وظیفه "گنج مرگ" حرکت کنید.

• آخرین پیل سوختی پنجم را می توان دوباره در خرابه های شمال در ماموریت داستانی "کوه سقوط کرده" پیدا کرد.

  

  پس از دریافت وظیفه، به سمت خرابه های GAIA Prime می رویم. ما شجاعانه به سمتی حرکت می کنیم که بازی ما را هدایت می کند تا به این مکان برسیم:

  

  حتی به پریدن از این پرتو به پایین فکر نکنید! در اینجا باید به چپ بپیچیم. در آنجا یک فرورفتگی کوچک در سنگ خواهیم دید، جایی که باید برویم.