Funcionamento dun vehículo de hidróxeno (pila de combustible)
Contido
Outra alternativa para o funcionamento de vehículos eléctricos, a solución de hidróxeno, foi estudada durante moito tempo polos alemáns e xaponeses. Europa, que Tesla considera inestable, decide con todo poñerlle un paquete a esta tecnoloxía (a escala global, non co único propósito de impulsar coches). Entón, vexamos como funciona o coche de hidróxeno, que é polo tanto só unha variante do coche eléctrico.
Vexa tamén:
- ¿É viable un coche de hidróxeno?
- Cales son as vantaxes e os inconvenientes dunha pila de combustible
Varios tipos de coches de hidróxeno
Aínda que a tecnoloxía actual é para coches que usan pilas de combustible para alimentar os seus motores eléctricos, o hidróxeno tamén se pode usar en vehículos de combustión interna alternativos. De feito, é un gas que se pode utilizar do mesmo xeito que o GLP e o GNC que xa se usan nos nosos vehículos. Non obstante, esta idea foi abandonada, o motor de pistóns está realmente máis acorde co tempo...
Aquí tes un Toyota Mirai propulsado por hidróxeno. Véndese en EE.UU., non está en Francia, porque non hai punto de distribución de hidróxeno... Despois de chegar tarde cos terminais eléctricos, xa estamos atrasados no hidróxeno!
Principio de funcionamento
Se tivésemos que resumir o sistema nunha frase, diríaoeste motor eléctrico con quen anda carburant non contaminante (en funcionamento, non en produción). En lugar de cargar a batería cun enchufe e polo tanto electricidade, enchémola de líquido. É por iso que chamamos sistema de pila de combustible (é
acumular
que funciona con combustible que
consumido
et
desaparece do tanque
). De feito, a única diferenza cun motor eléctrico é o almacenamento de enerxía, aquí nun líquido, non nunha forma química.
Polo tanto, hai que ter en conta que a batería estase descargando, a diferenza dunha batería de litio ou incluso de chumbo-ácido (consulta as ligazóns para saber como funcionan).
Mapa de procesos
Hidróxeno = híbrido?
Case ... De feito, teñen sistemáticamente unha batería de litio extra, cuxa utilidade explicarei a continuación. Polo tanto, é posible funcionar só con hidróxeno, utilizando só unha batería convencional, ou mesmo as dúas cousas ao mesmo tempo.
Compoñentes
Tanque de hidróxeno
Temos un depósito que pode almacenar de 5 a 10 kg de hidróxeno, sabendo que cada quilogramo contén 33.3 kWh de enerxía (en comparación cos vehículos eléctricos, que teñen entre 35 e 100 kWh). O tanque está especialmente deseñado e robusto para soportar unha presión interna de 350 a 700 bar.
Pila de combustible
A pila de combustible proporcionará enerxía ao motor eléctrico do coche, do mesmo xeito que unha batería de litio convencional. Non obstante, necesita combustible, é dicir, hidróxeno do tanque. Está feito de platino moi caro, pero nas versións máis modernas prescinde del.
Batería tampón
Isto non é necesario, pero é o estándar para os vehículos de hidróxeno. De feito, serve de batería de respaldo, de amplificador de potencia (pode funcionar en paralelo cunha pila de combustible), pero tamén e sobre todo, serve para restaurar a enerxía cinética durante a desaceleración e a freada.
Electrónica de potencia
Non aparece no meu diagrama superior, a electrónica de potencia controla, interrompe e rectifica (convertendo entre correntes AC e DC) as distintas correntes que flúen polos distintos compoñentes do coche.
Reabastecemento de combustible
Funcionamento da pila de combustible: catálise
O obxectivo é extraer electróns (electricidade) do hidróxeno para envialos a un motor eléctrico. Todo isto faise mediante unha reacción electroquímica controlada que separa os electróns por un lado (cara ao motor) e os protóns por outro (na pila de combustible). Toda a reunión remata no cátodo, onde remata a reacción: a "mestura" final dá auga, que é bombeada fóra do sistema (escape).
Aquí tes un diagrama de catálise, que é a extracción de electricidade do hidróxeno (electrólise inversa).
Aquí vemos o funcionamento da pila de combustible, é dicir, o fenómeno da catálise.
O hidróxeno H2 (é dicir, dous átomos de hidróxeno H unidos: dihidróxeno) vai de esquerda a dereita. Cando se achega ao ánodo, perde o seu núcleo (protón), que será aspirado (debido ao fenómeno da oxidación). Os electróns seguirán entón o seu camiño cara á dereita para utilizar posteriormente o motor eléctrico.
Á súa vez, estamos a montar todo inxectando O2 (osíxeno do aire grazas ao compresor) polo lado do cátodo, o que permitirá naturalmente a formación dunha molécula de auga (que catalizará todos os elementos nun único todo). unha molécula que é unha colección de Hs e Os).
Resumo de reaccións químicas/físicas
ANOD : no ánodo, o átomo de hidróxeno é "cortado" á metade (H2 = 2e- + 2H+). O núcleo (ión H +) descende cara ao cátodo, mentres que os electróns (e-) continúan o seu camiño debido á súa incapacidade para atravesar o electrólito (o espazo entre o ánodo e o cátodo).
CATODO: no cátodo vemos ións inversos (de diferentes xeitos) electróns H + e e-. Despois abonda con introducir átomos de osíxeno para que todos estes elementos queiran recollerse, o que leva entón á creación dunha molécula de auga formada por dous átomos de hidróxeno e un de osíxeno. Ou a fórmula: 2e- + 2H+ + O2 = H2O
Colleita?
Se consideramos só o propio coche, é dicir, a eficiencia do tanque ata o final das rodas (transformación de material / reforzo mecánico), aquí estamos un pouco por debaixo do 50%. De feito, a batería ten unha eficiencia de preto do 50% e o motor eléctrico - preto do 90%. Polo tanto, primeiro temos un 50% de filtrado e despois un 10%.
Se temos en conta a eficiencia dunha central que xera enerxía, entón antes da produción de hidróxeno ou mesmo da distribución de electricidade (no caso do litio) temos un 25% para o hidróxeno e un 70% para a electricidade (aproximadamente de media, obviamente). ).
Lea máis sobre a rendibilidade aquí.
Diferenzas entre un coche de hidróxeno e un coche eléctrico con batería de litio?
Os coches son exactamente iguais, excepto polo seu "tanque de enerxía". Polo tanto, trátase de vehículos eléctricos que utilizan motores rotor-estator (de indución, imáns permanentes ou mesmo reactivos).
Se unha batería de litio tamén funciona grazas a unha reacción química no seu interior (reacción que produce electricidade de forma natural: máis precisamente, electróns), dela non sae nada, só hai unha transformación interna. Para volver ao seu estado orixinal (recarga), abonda con pasar a corrente (conectar ao sector) e a reacción química comezará de novo en sentido contrario. O problema é que leva tempo, mesmo con sobrecargadores.
Para un motor de hidróxeno, que é un motor eléctrico clásico que funciona cunha pila de combustible (é dicir, hidróxeno), a batería consome hidróxeno durante unha reacción química. Balírase a través dun escape que elimina o vapor de auga (o resultado dunha reacción química).
Polo tanto, dende o punto de vista lóxico, poderiamos adaptar calquera coche eléctrico a un coche de hidróxeno, abonda con substituír a batería de litio por unha pila de combustible. Polo tanto, ao teu entender, o "motor de hidróxeno" debería considerarse principalmente como un motor eléctrico (vexa como funciona aquí). Necesariamente achégase a el, non porque estea repostado como entidade.
A reacción química na base deste comprimido produce Calorde electricidade (o que necesitamos para o motor eléctrico) e auga.
Por que non en todas partes?
O principal problema técnico do hidróxeno está relacionado coa seguridade do almacenamento. De feito, como o GLP, este combustible é perigoso porque se fai inflamable ao entrar en contacto co aire (e iso non é todo). Así que o problema non é só encher o coche de combustible, senón tamén ter un tanque o suficientemente forte como para soportar calquera accidente. Por suposto, o custo engadido tamén é un gran lastre, e parece menos viable que unha batería de ión-litio, que está a baixar de custo.
Finalmente, a rede de produción e distribución no mundo está moi pouco desenvolvida, e os gobernos queren producir hidróxeno por electrólise utilizando fontes de enerxía renovables (moitos expertos falan dun esquema utópico que non se pode realizar na nosa realidade “súbita”).
En definitiva, hai máis posibilidades de que a electricidade convencional sexa a solución preferida para o futuro, en lugar do hidróxeno, que se utilizará para unha serie de aplicacións máis aló da mobilidade individual.
Todos os comentarios e reaccións
pasado comentario publicado:
Bernard (Data: 2021, 09:23:14)
Ola
Grazas por estas ideas fortes e interesantes. Deixarei o sitio cun novo vagalume no meu vello cerebro.
Persoalmente, sorpréndeme que, ademais do que sei sobre submarinos nucleares, ninguén desenvolvese un motor perfecto para a estrada. De feito, foi o que Philips presentou no Salón do Automóbil de Bruxelas de 1971, con 200 CV. en dous pistóns.
Philips comezou a operar entre 1937 e 1938 e retomouse en 1948.
En 1971, reclamaron varios centos de cabalos por pistón. Dende entón non atopo nada... Por suposto, Defensa Secreta.
Que pasa cos motores de turbina de gas?
As túas lanternas poden engadir un pouco de auga ao meu muíño pensante.
Grazas polo teu coñecemento e divulgación.
Il J. 1 reacción (s) a este comentario:
- Administrador ADMINISTRADOR DO SITIO (2021-09-27 11:40:25): É moi divertido de ler, grazas.
Non sei o suficiente sobre este tipo de motor para xulgar, probablemente polo custo, tamaño, mantemento difícil, eficiencia media?
Tendo en conta que é necesario contar cunha solución que permita quentar o gas, polo que a súa aplicación nun coche público normal é potencialmente perigosa (e que será constante no tempo).
En resumo, sospeito que esperabas unha resposta máis precisa e segura... Perdón.
(A túa publicación será visible no comentario despois da verificación)
Escribe un comentario
Usando a fórmula eléctrica E, atoparás que:
