2019 december 9 - hétfő

2.4.7.1. Az üzemanyag cella története

Mielőtt az üzemanyag cellák működési elvével megismerkednénk, röviden nézzük át a történetét.

Sir William Grove fejlesztette ki az első üzemanyag cellát 1839-ben Angliában. Az ezidőtájt végzett elektrolízises kísérletei vezettek ahhoz a készülékhez, amit később "üzemanyag cella"-ként ismert meg a világ.

Grove úgy gondolta, hogy ha az elektromos áram segítségével a vizet hidrogénra és oxigénra lehet bontani, akkor ennek a reakciónak a fordítottjával, azaz az oxigén és hidrogén egyesítésével valószínűleg áramot is lehet termelni. Ennek az elképzelésnek a letesztelésére két, egymástól hermetikusan lezárt üvegbe egy-egy platina csíkot helyezett. Az egyik üveg hidrogén, a másik pedig oxigén gázokat tartalmazott. Mikor ezeket a tartályokat híg sósavas oldatba merítette, áram kezdett folyni a két elektróda között, miközben víz képződött a gázokat tartalmazó üvegekben. A kapocsfeszültség megnövelésére Grove jó pár ilyen eszközt kötött sorba és létrehozta az un. "gázelem"-et.

inzelt04081 2.4.7.1. Az üzemanyag cella története

1. ábra. William Robert Grove és az üzemanyag cellája. A rajzon öt "gázelem" soros kapcsolása látható, amellyel vizet bont a különálló cellában.

Ludwig Mond és Charles Langer kémikusok nevezték el ezeket a cellákat "üzemanyag cellának", mikor 1889-ben megkísérelték megépíteni az első gyakorlatban is jól alkalmazható készüléket. A kísérleteik során levegőt és ipari szén gázt használtak.

A tudósok és mérnökök hamar megtanulták, hogy ennek az új technológiának a kereskedelmi hasznosítása sok akadályba ütközik. A XIX. század végére megjelentek a belsőégésű motorok és a fosszilis üzemanyagok széleskörű elterjedése az üzemanyag cellákat a tudományos kuriózum kategóriájába száműzte.

Dr. Francis Thomas Bacon, az angliai Cambridge Egyetem mérnöke írta meg az üzemanyag cellák történetének következő fejezetét. 1932-ben Bacon újraélesztette és jópár módosítást is végrehajtott az eredeti – Mond és Langer által kifejlesztett – készüléken. Ilyen módosítások voltak például, hogy a drága platina elektródákat jóval olcsóbb, nikkel réteggel bevont fémekkel helyettesítette, a kénsavas elektrolitot pedig az elektródákat kevésbé roncsoló KOH-val váltotta fel. Ez a készülék – mely a "Bacon cella" nevet kapta – volt az első alkáli üzemanyag cella (AFC). További 27 évnek kellett eltelnie, mire Bacon egy ténylegesen is működő üzemanyag cellát tudott készíteni. 1959-ben Bacon bemutatta a készülékét, mely 5 kW villamos energiát termelt. Ez elegendő volt egy hegesztő üzemeltetésére.

bacon 2.4.7.1. Az üzemanyag cella története

2. ábra. Dr. Francis Thomas Bacon az 5 kW-os üzemanyag cellájával

Egy amerikai mezőgazdasági gépeket gyártó cég, az Allis-Chalmers egyik alkalmazottja, Harry Karl Ihrig szintén elkezdett érdeklődni az üzemanyag cella technológiája iránt. Az áttörés 1959 végén következett be, mikor bemutatta az első üzemanyag cellás járművet. 1008 db. cellát kötött össze, mellyel 15 kW villamos energiát termelve egy 20 LE-s traktort hajtott meg.

A jelenlegi technológia

Az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején megújult az érdeklődés az üzemanyag cellák iránt. A NASA az akkoriban gyártandó ember vezette repülőgépek áramellátására keresett megoldásokat. A hagyomáyos akkumulátorok használatát már elvetették azok súlya miatt, a napenergia túl drága volt abban az időben, míg a nukleáris energiát túl kockázatosnak tartották. A NASA kutatói számára az üzemanyag cella tűnt a legjobb lehetőségnek, ezért szponzorálni kezdték a gyakorlatban is használható, jól működő üzemanyag cellák fejlesztését. Ezek az erőfeszítések vezettek az első protoncserélő membrános üzemanyag cellák (PEMFC) kifejlesztéséhez.

1955-ben, miközben a NASA a kutatásait végezte, a General Electric (GE) egyik tudósa módosította az eredeti üzemanyag cella konstrukciót. Willard Thomas Grubb perfluorozott polimer gyantás ioncserélő membránt használt elektrolitként. Három évvel később a GE egy másik kémikusa, Leonard Niedrach kieszelt egy módszert, amellyel erre a membránra platinát lehet diffundáltatni. Ez a készülék végül "Grubb-Niedrach üzemanyag cella" néven vált ismertté. A GE és a NASA együttesen fejlesztette ki ezt a technológiát a Gemini űrprogram keretén belül. Ez volt az üzemanyag cella első kereskedelmi alkalmazása.

Az 1960-as évek elején a repülőgép motorokat gyártó Pratt & Whitney cég megvásárolta a Bacon féle AFC szabadalom liszenszét. Azzal a céllal, hogy lecsökkentsék a súlyt és megnöveljék az üzemanyag cella élettartamát Pratt & Whitney tökéletesítette az eredeti Bacon féle kialakítást. Ennek eredményeként a cég megnyerta a NASA versenytárgyalását és ők szállították le az Apollo űrhajó számára az üzemanyag cellát. Az AFC-t azóta a legtöbb ember vezette űrprogramban széleskörűen használják.

Az 1970-es évek alatt az üzemanyag technológiát a földi rendszerekhez kezdték fejleszteni. Az 1973 és 1979 közötti olaj embargó elősegítette az üzemanyag cellák kutatását, mivel az amerikai kormány a petróleum importtól való függőség megszűntetését akarta elérni.

Számos cég és kormányzati szerv kezdett komoly kutatásokba az üzemanyag cellák hátrányos tulajdonságainak leküzdésére, hogy így a piacra dobhassanak megbízhatóan működő üzemanyag cellákat. Az 1970-es és 80-as évek alatt hatalmas erőkkel folytak a kutatások a szükséges anyagok kifejlesztésére, az optimális üzemanyag források meghatározására és a technológia árának drasztikus csökkentésére.

Az 1980-as évek alatt az üzemanyag cella technológiája különböző alkalmazási területeken, pl. az autógyártásban lett tesztelve. Az évtized technikai áttörését az jelentette, mikor 1993-ban egy kanadai cég, a Ballard üzemanyag celláját alkalmazták egy járműben.

Az utóbbi pár évben kórházakban és iskolákban is telepítettek üzemanyag cellákat. Az Amerikai Védelmi Minisztérium 30 PAFC rendszer telepítését támogatta, mely rendszer minden eleme 200-200 kW villamos energiát termel, ezzel demonstrálva a technológia működőképességét valós körülmények között. Ezen kívül a legtöbb autógyár bemutatta az üzemanyag cellával ellátott autóit. Az első üzemanyag cellával ellátott buszok Chicagóban és Vancouverben lettek forgalomba állítva, miközben a többi Észak Amerikai és Európai városban a közeljövőben tervezik hasonló járművek üzembe helyezését.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás