Funcionament d'un vehicle d'hidrogen (pila de combustible)
Contingut
Una altra alternativa per al funcionament de vehicles elèctrics, la solució d'hidrogen, ha estat estudiada durant molt de temps per alemanys i japonesos. Europa, que Tesla considera inestable, decideix, tanmateix, posar un paquet sobre aquesta tecnologia (a nivell mundial, no amb l'únic propòsit de propulsar cotxes). Per tant, fem una ullada a com funciona el cotxe d'hidrogen, que per tant només és una variant del cotxe elèctric.
Veure també:
- És viable un cotxe d'hidrogen?
- Quins són els avantatges i els inconvenients d'una pila de combustible
Diversos tipus de cotxes d'hidrogen
Tot i que la tecnologia actual és per als cotxes que utilitzen piles de combustible per alimentar els seus motors elèctrics, l'hidrogen també es pot utilitzar en vehicles de combustió interna alternatius. De fet, és un gas que es pot utilitzar de la mateixa manera que el GLP i el GNC que ja s'utilitzen als nostres vehicles. No obstant això, aquesta idea es va abandonar, el motor de pistons està realment més en línia amb el temps ...
Aquí teniu un Toyota Mirai que funciona amb hidrogen. Es ven als EUA, no és a França, perquè no hi ha punt de distribució d'hidrogen... Havent fet tard amb els terminals elèctrics, ja estem endarrerits en hidrogen!
Principi de funcionament
Si haguéssim de resumir el sistema en una frase, ho diriaaquest motor elèctric amb qui camina carburant no contaminant (en funcionament, no en producció). En comptes de carregar la bateria amb un endoll i per tant l'electricitat, l'omplim de líquid. És per això que anomenem sistema de pila de combustible (és
acumular
que funciona amb combustible que
consumit
et
desapareix del dipòsit
). De fet, l'única diferència amb el motor elèctric és l'emmagatzematge d'energia, aquí en forma líquida, no química.
Per tant, cal tenir en compte que la bateria s'està descarregant, a diferència d'una bateria de liti o fins i tot de plom-àcid (vegeu els enllaços per saber com funcionen).
Mapa de processos
Hidrogen = híbrid?
Gairebé... De fet, tenen sistemàticament una bateria de liti addicional, la utilitat de la qual explicaré a continuació. Per tant, és possible funcionar només amb hidrogen, només utilitzant una bateria convencional, o fins i tot ambdues alhora.
Components
Dipòsit d'hidrogen
Tenim un dipòsit que pot emmagatzemar de 5 a 10 kg d'hidrogen, sabent que cada quilogram conté 33.3 kWh d'energia (en comparació amb els vehicles elèctrics, que tenen entre 35 i 100 kWh). El dipòsit està especialment dissenyat i robust per suportar una pressió interna de 350 a 700 bar.
Pila de combustible
La pila de combustible proporcionarà energia al motor elèctric del cotxe, igual que una bateria de liti convencional. Tanmateix, necessita combustible, és a dir, hidrogen del dipòsit. Està feta de platí molt car, però en les versions més modernes en fa sense.
Bateria tampon
Això no és obligatori, però és l'estàndard per als vehicles d'hidrogen. De fet, serveix com a bateria de reserva, un amplificador de potència (pot funcionar en paral·lel amb una pila de combustible), però també i sobretot, serveix per restaurar l'energia cinètica durant la desacceleració i la frenada.
Electrònica de potència
No figura al meu diagrama superior, l'electrònica de potència controla, interromp i rectifica (convertint entre corrents AC i DC) els diferents corrents que circulen pels diferents components del cotxe.
Avituallament
Funcionament de la pila de combustible: catàlisi
L'objectiu és extreure electrons (electricitat) de l'hidrogen per enviar-los a un motor elèctric. Tot això es fa mitjançant una reacció electroquímica controlada que separa els electrons d'un costat (cap al motor) i els protons de l'altre (a la pila de combustible). Tota la reunió acaba al càtode, on acaba la reacció: la "mescla" final dóna aigua, que es bombeja fora del sistema (escapament).
Aquí teniu un diagrama de catàlisi, que és l'extracció d'electricitat de l'hidrogen (electròlisi inversa).
Aquí veiem el funcionament de la pila de combustible, és a dir, el fenomen de la catàlisi.
L'hidrogen H2 (és a dir, dos àtoms d'hidrogen H enganxats: dihidrogen) va d'esquerra a dreta. A mesura que s'acosta a l'ànode, perd el seu nucli (protó), que serà succionat (a causa del fenomen d'oxidació). Aleshores, els electrons continuaran el seu camí cap a la dreta per utilitzar posteriorment el motor elèctric.
Al seu torn, ho estem remuntant tot injectant O2 (oxigen de l'aire gràcies al compressor) pel costat del càtode, que permetrà de manera natural la formació d'una molècula d'aigua (que catalitzarà tots els elements en un sol tot). una molècula que és una col·lecció de Hs i Os).
Resum de reaccions químiques/físiques
ANOD : a l'ànode, l'àtom d'hidrogen es "talla" per la meitat (H2 = 2e- + 2H+). El nucli (ió H +) baixa cap al càtode, mentre que els electrons (e-) segueixen el seu camí per la seva incapacitat de passar per l'electròlit (l'espai entre l'ànode i el càtode).
CÀTODE: al càtode veiem ions inversos (de diferents maneres) electrons H + i e-. Aleshores n'hi ha prou d'introduir àtoms d'oxigen perquè tots aquests elements es vulguin recollir, la qual cosa condueix a la creació d'una molècula d'aigua formada per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. O la fórmula: 2e- + 2H+ + O2 = H2O
Collita?
Si considerem només el cotxe en si, és a dir, l'eficiència del dipòsit fins al final de les rodes (transformació de material / reforç mecànic), estem aquí una mica per sota del 50%. De fet, la bateria té una eficiència d'aproximadament el 50% i el motor elèctric - al voltant del 90%. Per tant, primer tenim un 50% de filtrat i després un 10%.
Si tenim en compte l'eficiència d'una central que genera energia, aleshores abans de la producció d'hidrogen o fins i tot de la distribució d'electricitat (en el cas del liti) tenim un 25% per a l'hidrogen i un 70% per a l'electricitat (aproximadament de mitjana, òbviament). ).
Més informació sobre la rendibilitat aquí.
Diferència entre un cotxe d'hidrogen i un cotxe elèctric amb bateria de liti?
Els cotxes són exactament els mateixos, excepte pel seu "dipòsit d'energia". Per tant, es tracta de vehicles elèctrics que utilitzen motors rotor-estator (inducció, imants permanents, o fins i tot reactius).
Si una bateria de liti també funciona gràcies a una reacció química al seu interior (una reacció que produeix electricitat de manera natural: més precisament, electrons), no en surt res, només hi ha una transformació interna. Per tornar al seu estat original (recàrrega), n'hi ha prou amb passar el corrent (connectar al sector) i la reacció química tornarà a començar en sentit contrari. El problema és que es necessita temps, fins i tot amb sobrealimentadors.
Per a un motor d'hidrogen, que és un motor elèctric clàssic que funciona amb una pila de combustible (és a dir, hidrogen), la bateria consumeix hidrogen durant una reacció química. Es buida per un tub d'escapament que elimina el vapor d'aigua (resultat d'una reacció química).
Per tant, des d'un punt de vista lògic, podríem adaptar qualsevol cotxe elèctric a un cotxe d'hidrogen, n'hi ha prou amb substituir la bateria de liti per una pila de combustible. Per tant, en la vostra comprensió del "motor d'hidrogen" s'ha de considerar principalment com un motor elèctric (vegeu com funciona aquí). S'està acostant necessàriament a ell, no perquè s'aprovi com a entitat.
Es produeix la reacció química a la base d'aquesta pastilla Calord' electricitat (el que necessitem per al motor elèctric) i aigua.
Per què no a tot arreu?
El principal problema tècnic de l'hidrogen està relacionat amb la seguretat de l'emmagatzematge. De fet, com el GLP, aquest combustible és perillós perquè es torna inflamable en contacte amb l'aire (i això no és tot). Per tant, el problema no és només omplir el cotxe amb combustible, sinó també tenir un dipòsit prou fort com per suportar qualsevol accident. Per descomptat, el cost afegit també és un gran arrossegament i sembla menys viable que una bateria d'ions de liti, que està baixant de cost.
Finalment, la xarxa de producció i distribució al món està molt poc desenvolupada, i els governs volen produir hidrogen per electròlisi utilitzant fonts d'energia renovables (molts experts parlen d'un esquema utòpic que no es pot fer realitat en la nostra realitat "sobtada").
En última instància, hi ha més possibilitats que l'electricitat convencional sigui la solució preferida per al futur, en lloc de l'hidrogen, que s'utilitzarà per a una sèrie d'aplicacions més enllà de la mobilitat individual.
Tots els comentaris i reaccions
passat comentari publicat:
Bernard (Data: 2021, 09:23:14)
Hola
Gràcies per aquestes idees fortes i interessants. Deixaré el lloc amb una nova cuca al meu vell cervell.
Personalment, em sorprèn que, a part del que sé dels submarins nuclears, ningú no hagi desenvolupat un motor perfecte per a la carretera. De fet, va ser el que Philips va presentar al Saló de l'Automòbil de Brussel·les de 1971, amb 200 CV. sobre dos pistons.
Philips va començar a operar el 1937-1938 i es va reprendre el 1948.
El 1971, van reclamar diversos centenars de cavalls per pistó. Des de llavors no he trobat res... Per descomptat, Defensa Secreta.
Què passa amb els motors de turbina de gas?
Els vostres fanals poden afegir una mica d'aigua al meu molí pensant.
Gràcies pel teu coneixement i divulgació.
Il J. 1 reacció (s) a aquest comentari:
- Administrador ADMINISTRADOR DEL LLOC (2021/09/27 11:40:25): És molt divertit de llegir, gràcies.
No en conec prou sobre aquest tipus de motor per jutjar, probablement per cost, mida, manteniment difícil, eficiència mitjana?
Tenint en compte que cal disposar d'una solució que permeti escalfar el gas, i per tant la seva aplicació en un cotxe públic normal és potencialment perillosa (i que serà constant en el temps).
En resum, sospito que esperaves una resposta més precisa i segura... Ho sento.
(La vostra publicació serà visible al comentari després de la verificació)
Escriure un comentari
Utilitzant la fórmula elèctrica E, trobareu que:
