Polttoainekenno - Fuel cell

Esittelymalli suorassa metanolipolttokennossa (musta kerroskuutio) kotelossaan.
Protonia johtavan polttokennon kaavio

Polttokenno on sähkökemiallinen kenno , joka muuntaa kemiallista energiaa polttoaineen (usein vety ) ja hapettavaa ainetta (usein happi) sähköksi parin läpi redox- reaktioita. Polttokennot eroavat useimmista akuista siten, että ne tarvitsevat jatkuvaa polttoaineen ja hapen (yleensä ilmasta) ylläpitääkseen kemiallisen reaktion, kun taas akussa kemiallinen energia tulee yleensä metalleista ja niiden ioneista tai oksideista, joita tavallisesti esiintyy akku, paitsi virta -paristoissa . Polttokennot voivat tuottaa sähköä jatkuvasti niin kauan kuin polttoainetta ja happea toimitetaan.

Ensimmäiset polttokennot keksi Sir William Grove vuonna 1838. Polttokennojen ensimmäinen kaupallinen käyttö tuli yli sata vuotta myöhemmin, kun Francis Thomas Bacon keksi vety -happipolttokennon vuonna 1932. Alkalinen polttokenno , joka tunnetaan myös Bacon-polttokennona keksijänsä jälkeen, ja sitä on käytetty NASAn avaruusohjelmissa 1960-luvun puolivälistä lähtien sähkön tuottamiseksi satelliiteille ja avaruuskapseleille . Siitä lähtien polttokennoja on käytetty monissa muissa sovelluksissa. Polttokennoja käytetään ensiö- ja varavirtalähteenä liike-, teollisuus- ja asuinrakennuksissa sekä syrjäisillä tai vaikeapääsyisillä alueilla. Niitä käytetään myös polttokennoajoneuvojen , mukaan lukien trukkien, autojen, linja -autojen, veneiden, moottoripyörien ja sukellusveneiden, käyttämiseen.

Polttokennoja on monenlaisia, mutta ne kaikki koostuvat anodista , katodista ja elektrolyytistä, joka mahdollistaa ionien, usein positiivisesti varautuneiden vetyionien (protonien), liikkumisen polttokennon kahden puolen välillä. Anodissa katalyytti aiheuttaa polttoaineen hapettumisreaktioiden, jotka tuottavat ioneja (usein positiivisesti varautuneita vetyioneja) ja elektroneja. Ionit siirtyvät anodista katodiin elektrolyytin kautta. Samaan aikaan elektronit virtaavat anodista katodiin ulkoisen piirin kautta ja tuottavat tasavirtasähköä . Katodissa toinen katalyytti saa ionit, elektronit ja hapen reagoimaan muodostaen vettä ja mahdollisesti muita tuotteita. Polttokennot luokitellaan käyttämänsä elektrolyytin tyypin mukaan ja niiden käynnistymisajan erot vaihtelevat 1 sekunnista protoninvaihtomembraanipolttokennoissa (PEM-polttokennot tai PEMFC) 10 minuuttiin kiinteiden oksidipolttokennojen (SOFC) osalta. Tähän liittyvä tekniikka on virtausakut , joissa polttoaine voidaan regeneroida lataamalla. Yksittäiset polttokennot tuottavat suhteellisen pieniä sähköpotentiaaleja, noin 0,7 volttia, joten kennot "pinotaan" tai sijoitetaan sarjaan riittävän jännitteen luomiseksi sovelluksen vaatimusten täyttämiseksi. Sähkön lisäksi polttokennot tuottavat vettä, lämpöä ja polttoaineen lähteestä riippuen hyvin pieniä määriä typpidioksidia ja muita päästöjä. Polttokennon energiatehokkuus on yleensä 40-60%; kuitenkin, jos hukkalämpö otetaan talteen yhteistuotantojärjestelmässä , voidaan saavuttaa jopa 85% hyötysuhde.

Historia

Luonnos Sir William Groven vuoden 1839 polttokennosta

Ensimmäiset viittaukset vetypolttokennoihin ilmestyivät vuonna 1838. Lokakuun 1838 päivätyssä kirjeessä, joka julkaistiin joulukuussa 1838 The London and Edinburgh Philosophical Magazine and Journal of Science -lehdessä , Walesin fyysikko ja asianajaja Sir William Grove kirjoitti ensimmäisen kehityksestään. raaka polttokennot. Hän käytti rauta-, kupari- ja posliinilevyjen yhdistelmää sekä kuparisulfaatin ja laimennetun hapon liuosta. Saksalainen fyysikko Christian Friedrich Schönbein keskusteli joulukuussa 1838 kirjoitetussa, mutta kesäkuussa 1839 julkaistussa kirjeessä samaan julkaisuun ensimmäisestä keksimästään raakapolttokennosta. Hänen kirjeessään käsiteltiin vedestä ja veteen liuotetusta hapesta syntyvää virtaa. Grove piirsi myöhemmin suunnittelunsa vuonna 1842 samassa lehdessä. Hänen valmistamassaan polttokennossa käytettiin samanlaisia ​​materiaaleja kuin nykypäivän fosforihappopolttokennossa .

Vuonna 1932 Francis Thomas Bacon keksi polttokennon, joka sai voiman vedystä ja hapesta. NASA käytti tätä valojen, ilmastoinnin ja viestinnän virtalähteenä.

Britit, jotka tukivat Kuuhun laskeutumista, BBC Archives .

Vuonna 1932 englantilainen insinööri Francis Thomas Bacon kehitti onnistuneesti 5 kW: n kiinteän polttokennon. Alkalinen polttokenno (AFC), joka tunnetaan myös nimellä Bacon polttokennon jälkeen keksijä, on yksi kehittyneiden polttokenno teknologioita, joita NASA on käytetty vuodesta 1960-luvun puolivälissä.

Vuonna 1955 General Electric Companyn (GE) kemisti W. Thomas Grubb muutti entisestään alkuperäistä polttokennomallia käyttämällä elektrolyyttinä sulfonoitua polystyreeni-ioninvaihtokalvoa. Kolme vuotta myöhemmin toinen GE -kemisti Leonard Niedrach kehitti tavan levittää platinaa kalvolle, joka toimi katalysaattorina tarvittavassa vedyn hapetuksessa ja hapen pelkistysreaktioissa. Tämä tuli tunnetuksi "Grubb-Niedrach-polttokennona". GE kehitti tätä tekniikkaa yhdessä NASAn ja McDonnell Aircraftin kanssa, mikä johti sen käyttöön Gemini -projektin aikana . Tämä oli ensimmäinen polttokennon kaupallinen käyttö. Vuonna 1959 Harry Ihrigin johtama tiimi rakensi Allis-Chalmersille 15 kW: n polttokennotraktorin , joka esiteltiin Yhdysvaltain osavaltion messuilla. Tämä järjestelmä käytti kaliumhydroksidia elektrolyyttinä ja puristettua vetyä ja happea reagoivina aineina. Myöhemmin vuonna 1959 Bacon ja hänen kollegansa esittivät käytännöllisen viiden kilowatin yksikön, joka pystyy käyttämään hitsauslaitetta. 1960 -luvulla Pratt & Whitney lisensoi Baconin Yhdysvaltain patentit käytettäväksi Yhdysvaltain avaruusohjelmassa sähkön ja juomaveden toimittamiseksi (vetyä ja happea on helposti saatavilla avaruusalusten säiliöistä). Vuonna 1991 Roger Billings kehitti ensimmäisen vetypolttokennoauton .

UTC Power oli ensimmäinen yritys, joka valmisti ja kaupallisti suuren kiinteän polttokennojärjestelmän käytettäväksi yhteistuotantovoimalaitoksena sairaaloissa, yliopistoissa ja suurissa toimistorakennuksissa.

Tunnustuksena polttokennoteollisuudesta ja Amerikan roolista polttokennojen kehittämisessä Yhdysvaltain senaatti tunnusti 8. lokakuuta 2015 kansalliseksi vety- ja polttokennopäiväksi , läpäisi S. RES 217. Päivämäärä valittiin vedyn atomipainon (1.008) perusteella ).

Polttokennotyypit; design

Polttokennoja on monenlaisia; ne toimivat kuitenkin samalla yleisellä tavalla. Ne koostuvat kolmesta vierekkäisestä segmentistä: anodi , elektrolyytti ja katodi . Kolmen eri segmentin rajapinnoissa tapahtuu kaksi kemiallista reaktiota. Näiden kahden reaktion nettotulos on polttoaineen kulutus, veden tai hiilidioksidin syntyminen ja sähkövirta, jota voidaan käyttää sähkölaitteiden, tavallisesti kuorman, käyttämiseen.

Anodissa katalyytti hapettaa polttoaineen, yleensä vedyn, muuttamalla polttoaineen positiivisesti varautuneeksi ioniksi ja negatiivisesti varautuneeksi elektroniksi. Elektrolyytti on aine, joka on erityisesti suunniteltu siten, että ionit voivat kulkea sen läpi, mutta elektronit eivät. Vapautuneet elektronit kulkevat langan läpi, jolloin syntyy sähkövirta. Ionit kulkevat elektrolyytin läpi katodille. Katodin saavutettuaan ionit yhdistyvät elektronien kanssa ja kaksi reagoivat kolmannen kemikaalin, tavallisesti hapen, kanssa muodostaen vettä tai hiilidioksidia.

Polttokennon lohkokaavio

Polttokennon suunnitteluominaisuuksia ovat:

  • Elektrolyyttiaine, joka yleensä määrittää polttokennon tyypin , ja se voidaan valmistaa useista aineista, kuten kaliumhydroksidi, suolakarbonaatit ja fosforihappo.
  • Käytetty polttoaine. Yleisin polttoaine on vety.
  • Anodikatalyytti, yleensä hieno platinajauhe, hajottaa polttoaineen elektroneiksi ja ioneiksi.
  • Katodikatalyytti, usein nikkeli, muuntaa ionit jätekemikaaleiksi, ja vesi on yleisin jätetyyppi.
  • Kaasun diffuusiokerrokset, jotka on suunniteltu kestämään hapettumista.

Tyypillinen polttokenno tuottaa jännitteen 0,6 - 0,7 V täydellä nimelliskuormalla. Jännite laskee virran kasvaessa useista tekijöistä johtuen:

  • Aktivoinnin menetys
  • Ohminen häviö ( jännitehäviö kennon osien ja yhteenliitäntöjen vastuksen vuoksi)
  • Massankuljetushäviö (reagenssien ehtyminen katalyyttipaikoilla suurilla kuormituksilla, mikä aiheuttaa nopean jännitteen menetyksen).

Halutun energian tuottamiseksi polttokennot voidaan yhdistää sarjaan korkeamman jännitteen tuottamiseksi ja rinnakkain suuremman virran syöttämiseksi. Tällaista rakennetta kutsutaan polttokennopinoksi . Kennon pinta -alaa voidaan myös suurentaa, jotta kustakin solusta saadaan suurempi virta.

Protoninvaihtokalvon polttokennot (PEMFC)

Korkean lämpötilan PEMFC : Bipolaarinen levy elektrodina, jossa on jyrsitty kaasukanavarakenne, valmistettu johtavista komposiiteista (parannettu grafiitilla , hiilimustalla , hiilikuidulla ja/tai hiilinanoputkilla johtavuuden lisäämiseksi); Huokoiset hiilipaperit; reaktiivinen kerros, yleensä levitetylle polymeerikalvolle ; polymeerikalvo.
PEMFC: n tuottaman veden tiivistyminen ilmakanavan seinälle. Kennon ympärillä oleva kultalanka varmistaa sähkövirran keräämisen.
SEM-mikrokuva PEMFC MEA -poikkileikkauksesta, jossa ei-jalometallikatalyyttikatodi ja Pt/C-anodi. Väärät värit hakevat selvyyttä.

Arkkityyppisessä vety-oksidi- protoninvaihtomembraanipolttokennomallissa protonia johtava polymeerikalvo (tyypillisesti nafion ) sisältää elektrolyyttiliuoksen , joka erottaa anodin ja katodin puolet. Tätä kutsuttiin kiinteäksi polymeerielektrolyyttipolttokennoksi ( SPEFC ) 1970-luvun alussa, ennen kuin protoninvaihtomekanismi ymmärrettiin hyvin. (Huomaa, että synonyymit polymeerielektrolyyttikalvo ja protoninvaihtomekanismi johtavat samaan lyhenteeseen .)

Anodipuolella vety diffundoituu anodikatalyyttiin, jossa se myöhemmin hajoaa protoneiksi ja elektroneiksi. Nämä protonit reagoivat usein hapettimien kanssa aiheuttaen niistä sellaisia, joita kutsutaan yleisesti monifilamenttisiksi protonikalvoiksi. Protonit johdetaan kalvon läpi katodille, mutta elektronit joutuvat kulkemaan ulkoisessa piirissä (syöttövirta), koska kalvo on sähköeristävä. Katodille katalyytti, happi molekyylit reagoivat elektronit (joka on kulkenut läpi ulkoinen piiri) ja protonien muodossa veteen.

Tämän puhtaan vetylajin lisäksi polttokennoille on hiilivetypolttoaineita , mukaan lukien diesel , metanoli ( ks. Suorametanoliset polttokennot ja epäsuorat metanolipolttokennot ) ja kemialliset hydridit. Tämän tyyppisten polttoaineiden jätteet ovat hiilidioksidi ja vesi. Kun käytetään vetyä, CO 2 vapautetaan, kun metaania maakaasusta yhdistetään höyryn, prosessissa, jota kutsutaan höyry metaani uudistaminen , vedyn tuottamiseen. Tämä voi tapahtua eri paikassa kuin polttokenno, jolloin vetypolttokennoa voidaan mahdollisesti käyttää sisätiloissa - esimerkiksi haarukkatrukkeissa.

PEMFC: n eri komponentit ovat

  1. bipolaariset levyt,
  2. elektrodit ,
  3. katalyytti ,
  4. kalvo ja
  5. tarvittavat laitteet, kuten virrankeräimet ja tiivisteet.

Polttokennojen eri osissa käytetyt materiaalit vaihtelevat tyypin mukaan. Kaksinapainen levyt voidaan valmistaa eri tyyppisiä materiaaleja, kuten metallia, päällystettyä metallia, grafiitti , joustava grafiitti, C-C- komposiitti , hiili - polymeeri komposiitit jne kalvoelektrodikokoonpanon (MEA) kutsutaan sydämessä PEMFC ja on yleensä valmistettu protoninvaihtoelektrolyytti kalvo on kerrostettu kahden katalyytin päällystettyjä HIILIPAPERI . Platinaa ja/tai vastaavaa jalometallityyppiä käytetään yleensä PEMFC: n katalyyttinä. Elektrolyytti voi olla polymeeri kalvo .

Protoninvaihtokalvon polttokennojen suunnitteluongelmat

Kustannus
Vuonna 2013 energiaministeriö arvioi, että 80 kW: n autojen polttokennojärjestelmän kustannukset 67 dollaria kilowatilta voitaisiin saavuttaa olettaen, että volyymituotanto olisi 100 000 autoyksikköä vuodessa ja 55 dollaria kilowattia kohden, mikäli oletetaan 500 000 yksikön volyymituotanto vuodessa. Monet yritykset kehittävät tekniikoita kustannusten alentamiseksi monin eri tavoin, mukaan lukien kullekin yksittäiselle solulle tarvittavan platinan määrän vähentäminen. Ballard Power Systems on kokeillut hiilisilkillä parannettua katalyyttiä, joka mahdollistaa 30%: n vähennyksen (1,0–0,7 mg/cm 2 ) platinan käytössä ilman suorituskyvyn heikkenemistä. Monash University , Melbourne käyttää PEDOTia kuin katodi . Vuonna 2011 julkaistussa tutkimuksessa dokumentoitiin ensimmäinen metalliton sähkökatalyytti, joka käytti suhteellisen edullisia seostettuja hiilinanoputkia , jotka ovat alle 1% platinan hinnasta ja joiden suorituskyky on sama tai parempi. Äskettäin julkaistu artikkeli osoitti, miten ympäristörasitukset muuttuvat, kun hiilinanoputkia käytetään platinan hiilialustana.
Veden ja ilman hallinta (PEMFC -laitteissa)
Tämän tyyppisissä polttokennoissa kalvon on oltava nesteytetty, jolloin vesi haihdutetaan täsmälleen samalla nopeudella kuin se tuotetaan. Jos vesi haihtuu liian nopeasti, kalvo kuivuu, sen vastus kasvaa ja lopulta se halkeilee muodostaen kaasun "oikosulun", jossa vety ja happi yhdistyvät suoraan ja tuottavat lämpöä, joka vahingoittaa polttokennoa. Jos vesi haihdutetaan liian hitaasti, elektrodit täyttyvät, mikä estää reagensseja pääsemästä katalyyttiin ja pysäyttämästä reaktion. Kehitetään menetelmiä veden hallitsemiseksi kennoissa, kuten sähköosmoottisia pumppuja, jotka keskittyvät virtauksen säätöön. Aivan kuten polttomoottorissa, tarvitaan tasainen suhde reagenssin ja hapen välillä, jotta polttokenno toimii tehokkaasti.
Lämpötilan hallinta
Sama lämpötila on pidettävä koko kennossa, jotta estetään kennon tuhoutuminen lämpökuormituksella . Tämä on erityisen haastava, kun 2H 2 + O 2 → 2H 2 O reaktio on erittäin eksoterminen, joten suuri määrä lämpöä sisällä polttokenno.
Kestävyys, käyttöikä ja erityisvaatimukset tietyntyyppisille kennoille
Kiinteät polttokennosovellukset vaativat tyypillisesti yli 40 000 tuntia luotettavaa toimintaa lämpötilassa -35 ° C-40 ° C (-31 ° F-104 ° F), kun taas autojen polttokennot vaativat 5000 tunnin käyttöiän (vastaa 240 000 km (150 000 mailia) äärimmäisissä lämpötiloissa. Nykyinen käyttöikä on 2 500 tuntia (noin 75 000 mailia). Automoottorien on myös voitava käynnistyä luotettavasti -30 ° C: ssa (-22 ° F) ja niillä on oltava korkea teho-tilavuus-suhde (tyypillisesti 2,5 kW/L).
Rajoitettu hiilimonoksidi toleranssi joidenkin (ei-PEDOT) katodien

Fosforihapon polttokenno (PAFC)

Fosforihappopolttokennot (PAFC) suunnittelivat ja esittivät ensimmäisen kerran vuonna 1961 GV Elmore ja HA Tanner . Näissä soluissa fosforihappoa käytetään johtamattomana elektrolyyttinä positiivisten vetyionien siirtämiseksi anodilta katodille. Nämä solut toimivat yleensä 150-200 asteen lämpötiloissa. Tämä korkea lämpötila aiheuttaa lämpö- ja energiahäviöitä, jos lämpöä ei poisteta ja käytetä oikein. Tätä lämpöä voidaan käyttää höyryn tuottamiseen ilmastointijärjestelmiin tai muihin lämpöenergiaa kuluttaviin järjestelmiin. Tämän lämmön käyttäminen yhteistuotannossa voi parantaa fosforihappopolttokennojen tehokkuutta 40-50%: sta noin 80%: iin. Fosforihappo, PAFC-yhdisteissä käytetty elektrolyytti, on johtamaton nestehappo, joka pakottaa elektronit kulkemaan anodista katodiin ulkoisen sähköpiirin läpi. Koska vetyionien tuotantonopeus anodilla on pieni, platinaa käytetään katalyyttinä tämän ionisaationopeuden lisäämiseksi. Näiden kennojen keskeinen haitta on hapan elektrolyytin käyttö. Tämä lisää fosforihapolle altistuvien komponenttien korroosiota tai hapettumista.

Kiinteä happo polttokenno (SAFC)

Kiinteille hapoille polttokennoille (SAFC) on ominaista kiinteän happomateriaalin käyttö elektrolyyttinä. Alhaisissa lämpötiloissa kiinteillä hapoilla on järjestetty molekyylirakenne, kuten useimmilla suoloilla. Lämpimissä lämpötiloissa (välillä 140–150  ° C CsHSO 4: lle ) jotkin kiinteät hapot käyvät läpi vaihesiirtymän, jolloin niistä tulee erittäin epäjärjestyksellisiä ”superprotonisia” rakenteita, mikä lisää johtavuutta usealla suuruusluokalla. Ensimmäiset konseptitodisteet kehitettiin vuonna 2000 käyttäen cesiumvetysulfaattia (CsHSO 4 ). Nykyiset SAFC -järjestelmät käyttävät cesiumdivetyfosfaattia (CsH 2 PO 4 ), ja niiden käyttöikä on osoittanut tuhansia tunteja.

Alkalinen polttokenno (AFC)

Alkalipolttokennon tai vety-happipolttokennon suunnitteli ja esitteli ensimmäisen kerran julkisesti Francis Thomas Bacon vuonna 1959. Sitä käytettiin ensisijaisena sähköenergian lähteenä Apollo-avaruusohjelmassa. Kenno koostuu kahdesta huokoisesta hiilielektrodista, jotka on kyllästetty sopivalla katalyytillä, kuten Pt, Ag, CoO jne. Kahden elektrodin välinen tila täytetään väkevällä KOH- tai NaOH -liuoksella, joka toimii elektrolyyttinä. H 2 kaasu ja O 2 kuplitetaan elektrolyyttiin läpi huokoisen hiilielektrodit. Siten koko reaktio käsittää vetykaasun ja happikaasun yhdistelmän veden muodostamiseksi. Kenno toimii jatkuvasti, kunnes reagenssin syöttö on käytetty loppuun. Tämän tyyppinen kenno toimii tehokkaasti lämpötila-alueella 343-413  K ja tarjoaa potentiaalin noin 0,9  V. AAEMFC on eräänlainen AFC jossa käytetään kiinteä polymeerielektrolyytti sijasta kaliumhydroksidin vesiliuosta (KOH), ja se on ylivoimainen vesipitoinen AFC .

Korkean lämpötilan polttokennot

Kiinteän oksidin polttokenno

Kiinteät oksidipolttokennot (SOFC) käyttävät elektrolyyttinä kiinteää materiaalia, yleisimmin keraamista materiaalia, jota kutsutaan yttria-stabiloiduksi zirkoniumoksidiksi (YSZ) . Koska SOFC: t on valmistettu kokonaan kiinteistä materiaaleista, ne eivät rajoitu muun tyyppisten polttokennojen litteään kokoonpanoon ja ne on usein suunniteltu valssattuina putkina. Ne vaativat korkeita käyttölämpötiloja (800–1000 ° C) ja niitä voidaan käyttää erilaisilla polttoaineilla, mukaan lukien maakaasu.

SOFC: t ovat ainutlaatuisia, koska niissä negatiivisesti varautuneet happi -ionit kulkevat katodilta (polttokennon positiiviselta puolelta) anodille (polttokennon negatiivinen puoli) positiivisesti varautuneiden vetyionien sijaan, jotka kulkevat anodilta katodille, kuten on Tämä koskee kaikkia muita polttokennotyyppejä. Happikaasua syötetään katodin läpi, missä se absorboi elektroneja happi -ionien muodostamiseksi. Happi -ionit kulkevat sitten elektrolyytin läpi reagoidakseen vetykaasun kanssa anodilla. Anodin reaktio tuottaa sähköä ja vettä sivutuotteina. Hiilidioksidi voi myös olla sivutuote polttoaineesta riippuen, mutta SOFC-järjestelmän hiilidioksidipäästöt ovat pienemmät kuin fossiilisten polttoaineiden polttolaitoksen päästöt. SOFC -järjestelmän kemialliset reaktiot voidaan ilmaista seuraavasti:

Anodireaktio : 2H 2 + 2O 2− → 2H 2 O + 4e -
Katodireaktio : O 2 + 4e - → 2O 2−
Kaiken solu reaktio : 2H 2 + O 2 → 2H 2 O

SOFC -järjestelmät voivat käyttää muita polttoaineita kuin puhdasta vetykaasua. Koska vety on kuitenkin välttämätön yllä luetelluille reaktioille, valitun polttoaineen on sisällettävä vetyatomeja. Jotta polttokenno toimisi, polttoaine on muutettava puhtaana vetykaasuksi. SOFC: t kykenevät reformoimaan sisäisesti kevyitä hiilivetyjä, kuten metaania (maakaasua), propaania ja butaania. Nämä polttokennot ovat kehitysvaiheessa.

SOFC -järjestelmissä on haasteita niiden korkeiden käyttölämpötilojen vuoksi. Yksi tällainen haaste on hiilipölyn mahdollisuus kerääntyä anodille, mikä hidastaa sisäistä uudistusprosessia. Pennsylvanian yliopistossa tehdyt tutkimukset tämän "hiilen koksaamisen" käsittelemiseksi ovat osoittaneet, että kuparipohjaisen kermetin (lämmönkestävät keraamiset ja metalliset materiaalit) käyttö voi vähentää koksausta ja suorituskyvyn heikkenemistä. Toinen SOFC-järjestelmien haittapuoli on hidas käynnistymisaika, mikä tekee SOFC-laitteista vähemmän hyödyllisiä mobiilisovelluksissa. Näistä haitoista huolimatta korkea käyttölämpötila tarjoaa edun poistamalla jalometallikatalyytin, kuten platinan, tarpeen, mikä vähentää kustannuksia. Lisäksi SOFC -järjestelmien hukkalämpöä voidaan kerätä ja käyttää uudelleen, mikä lisää teoreettista kokonaistehokkuutta jopa 80–85%.

Korkea käyttölämpötila johtuu suurelta osin YSZ -elektrolyytin fysikaalisista ominaisuuksista. Kun lämpötila laskee, myös YSZ: n ionijohtavuus laskee . Siksi polttokennon optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi vaaditaan korkea käyttölämpötila. Verkkosivustonsa mukaan brittiläinen SOFC -polttokennovalmistaja Ceres Power on kehittänyt menetelmän alentaa SOFC -järjestelmänsa käyttölämpötilan 500–600 celsiusasteeseen. He korvasivat yleisesti käytetyn YSZ -elektrolyytin CGO (cerium gadolinium oxide) elektrolyytillä. Alempi käyttölämpötila sallii niiden käyttää kennon substraattina ruostumatonta terästä keraamisen sijasta, mikä vähentää järjestelmän kustannuksia ja käynnistysaikaa.

Sulakarbonaattipolttokenno (MCFC)

Sulaneet karbonaattipolttokennot (MCFC) vaativat korkeaa käyttölämpötilaa, 650 ° C (1200 ° F), samanlaisia ​​kuin SOFC -polttoaineet . MCFC: t käyttävät litiumkaliumkarbonaattisuolaa elektrolyyttinä, ja tämä suola nesteytyy korkeissa lämpötiloissa, mikä mahdollistaa varauksen liikkeen kennon sisällä - tässä tapauksessa negatiiviset karbonaatti -ionit.

Kuten SOFC: t, myös MCFC: t kykenevät muuttamaan fossiilisen polttoaineen vetypitoiseksi kaasuksi anodissa, jolloin ei tarvitse tuottaa vetyä ulkoisesti. Uudistusprosessi luo CO: ta
2
päästöjä. MCFC-yhteensopivia polttoaineita ovat maakaasu, biokaasu ja hiilestä tuotettu kaasu. Kaasun vety reagoi elektrolyytin karbonaatti -ionien kanssa muodostaen vettä, hiilidioksidia, elektroneja ja pieniä määriä muita kemikaaleja. Elektronit kulkevat ulkoisen piirin läpi luoden sähköä ja palaavat katodiin. Siellä ilman happi ja anodista kierrätetty hiilidioksidi reagoivat elektronien kanssa muodostaen karbonaatti -ioneja, jotka täydentävät elektrolyyttiä ja täydentävät piirin. MCFC -järjestelmän kemialliset reaktiot voidaan ilmaista seuraavasti:

Anodireaktio : CO 3 2− + H 2 → H 2 O + CO 2 + 2e -
Katodi reaktio : CO 2 + ½O 2 + 2e - → CO 3 2-
Solun kokonaisreaktio : H 2 + ½ 0 2 → H 2 O

Kuten SOFC: t, myös MCFC: n haitat sisältävät hitaat käynnistysajat niiden korkean käyttölämpötilan vuoksi. Tämän vuoksi MCFC -järjestelmät eivät sovellu mobiilisovelluksiin, ja tätä tekniikkaa käytetään todennäköisesti kiinteisiin polttokennotarkoituksiin. MCFC -tekniikan suurin haaste on solujen lyhyt käyttöikä. Korkea lämpötila ja karbonaattielektrolyytti johtavat anodin ja katodin korroosioon. Nämä tekijät nopeuttavat MCFC -komponenttien hajoamista vähentäen niiden kestävyyttä ja kennojen käyttöikää. Tutkijat käsittelevät tätä ongelmaa tutkimalla osien korroosionkestäviä materiaaleja sekä polttokennomalleja, jotka voivat pidentää kennon käyttöikää heikentämättä suorituskykyä.

MCFC -yhdisteillä on useita etuja muihin polttokennotekniikoihin verrattuna, mukaan lukien niiden epäpuhtauksien kestävyys. Ne eivät ole alttiita "hiilen koksaamiselle", joka viittaa hiilen kertymiseen anodiin, mikä johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen hidastamalla polttoaineen sisäistä uudistusprosessia . Siksi hiilipitoiset polttoaineet, kuten hiilestä valmistetut kaasut, ovat yhteensopivia järjestelmän kanssa. Yhdysvaltain energiaministeriö väittää, että hiili itsessään voi jopa olla polttoainevaihtoehto tulevaisuudessa, jos järjestelmä voidaan tehdä kestäväksi epäpuhtauksille, kuten rikille ja hiukkasille, jotka johtuvat hiilen muuttamisesta vetyksi. MCFC: llä on myös suhteellisen korkea hyötysuhde. Ne voivat saavuttaa polttoaineen ja sähkön hyötysuhteen 50%, mikä on huomattavasti korkeampi kuin fosforihappopolttokennolaitoksen 37–42%: n hyötysuhde. Hyötysuhde voi olla jopa 65%, kun polttokenno on yhdistetty turbiiniin, ja 85%, jos lämpö otetaan talteen ja sitä käytetään yhdistetyssä lämmön ja sähkön yhteistuotantojärjestelmässä.

Connecticutissa toimiva polttokennojen valmistaja FuelCell Energy kehittää ja myy MCFC-polttokennoja. Yhtiö kertoo, että niiden MCFC -tuotteet vaihtelevat 300 kW: sta 2,8 MW: n järjestelmiin, jotka saavuttavat 47% sähköhyötysuhteen ja voivat käyttää CHP -tekniikkaa korkeamman kokonaistehokkuuden saavuttamiseksi. Yksi tuote, DFC-ERG, on yhdistetty kaasuturbiiniin, ja sen mukaan sen sähköhyötysuhde on 65%.

Sähköinen polttoainesäiliö

Säilytyspolttokenno on perinteinen akku, joka ladataan sähköteholla käyttäen tavanomaista sähkökemiallista vaikutusta. Kuitenkin akku sisältää lisäksi vedyn (ja hapen) tuloja akun vaihtoehtoiseen lataamiseen kemiallisesti.

Polttokennotyyppien vertailu

Polttokennon nimi Elektrolyytti Hyväksytty teho (W) Käyttölämpötila (° C) Tehokkuus Tila Hinta (USD/W)
Solu Järjestelmä
Metallihydridipolttokenno Vesipitoinen emäksinen liuos > −20
(50% P -huippu @ 0 ° C)
Kaupallinen / tutkimus
Sähkögalvaaninen polttokenno Emäksinen vesiliuos <40 Kaupallinen / tutkimus
Suora muurahaishappopolttokenno (DFAFC) Polymeerikalvo (ionomeeri) <50 W <40 Kaupallinen / tutkimus
Sinkki -ilma -akku Emäksinen vesiliuos <40 Massatuotanto
Mikrobinen polttokenno Polymeerikalvo tai humiinihappo <40 Tutkimus
Ylivirtausmikrobinen polttokenno (UMFC) <40 Tutkimus
Regeneratiivinen polttokenno Polymeerikalvo ( ionomeeri ) <50 Kaupallinen / tutkimus
Suora borohydridipolttokenno Emäksinen vesiliuos 70 Kaupallinen
Alkalinen polttokenno Emäksinen vesiliuos 10–200 kW <80 60–70% 62% Kaupallinen / tutkimus
Suora metanolipolttokenno Polymeerikalvo (ionomeeri) 100 mW - 1 kW 90–120 20–30% 10–25% Kaupallinen / tutkimus 125
Uudistettu metanolipolttokenno Polymeerikalvo (ionomeeri) 5 W - 100 kW 250–300 (uudistaja)
125–200 (PBI)
50–60% 25–40% Kaupallinen / tutkimus
Suora etanolipolttokenno Polymeerikalvo (ionomeeri) <140 mW/cm² > 25
? 90–120
Tutkimus
Protoninvaihtokalvon polttokenno Polymeerikalvo (ionomeeri) 1 W - 500 kW 50–100 (Nafion)
120–200 (PBI)
50–70% 30–50% Kaupallinen / tutkimus 50–100
Redox -polttokenno (RFC) Nestemäiset elektrolyytit, joissa on redoksisukkula ja polymeerikalvo (ionomeeri) 1 kW - 10 MW Tutkimus
Fosforihapon polttokenno Sula fosforihappo (H 3 PO 4 ) <10 MW 150–200 55% 40%
Co-gen: 90%
Kaupallinen / tutkimus 4.00–4.50
Kiinteä happo polttokenno H + -johtava oksianionisuola (kiinteä happo) 10 W - 1 kW 200–300 55–60% 40–45% Kaupallinen / tutkimus
Sula karbonaattipolttokenno Sula alkalinen karbonaatti 100 MW 600-650 55% 45–55% Kaupallinen / tutkimus
Putkimainen kiinteän oksidin polttokenno (TSOFC) O 2− johtava keraaminen oksidi <100 MW 850–1100 60–65% 55–60% Kaupallinen / tutkimus
Protoninen keraaminen polttokenno H + -johtava keraaminen oksidi 700 Tutkimus
Suora hiilipolttokenno Useita erilaisia 700–850 80% 70% Kaupallinen / tutkimus
Tasomainen kiinteän oksidin polttokenno O 2− johtava keraaminen oksidi <100 MW 500–1100 60–65% 55–60% Kaupallinen / tutkimus
Entsymaattiset biopolttokennot Mikä tahansa, joka ei denaturoi entsyymiä <40 Tutkimus
Magnesium-ilma-polttokenno Suolavesi -20-55 90% Kaupallinen / tutkimus

Termien sanasto taulukossa:

Anodi
Elektrodi, jossa hapettuminen (elektronien häviäminen) tapahtuu. Polttokennojen ja muiden galvaanisten kennojen tapauksessa anodi on negatiivinen napa; elektrolyysikennoissa (joissa tapahtuu elektrolyysi) anodi on positiivinen pää.
Vesiliuos
Veteen liittyvää tai vettä muistuttavaa
Valmistettu vedestä, vedestä tai vedestä.
Katalyytti
Kemiallinen aine, joka lisää reaktionopeutta ilman kulutusta; reaktion jälkeen se voidaan mahdollisesti ottaa talteen reaktioseoksesta ja on kemiallisesti muuttumaton. Katalyytti alentaa tarvittavaa aktivointienergiaa, jolloin reaktio etenee nopeammin tai alemmassa lämpötilassa. Polttokennossa katalyytti helpottaa hapen ja vedyn reaktiota. Se on yleensä valmistettu platinajauheesta, joka on hyvin ohuesti päällystetty hiilipaperille tai kankaalle. Katalyytti on karkea ja huokoinen, joten platinan suurin pinta -ala voidaan altistaa vedylle tai hapelle. Katalyytin platinapinnoitettu puoli osoittaa polttokennon kalvoa.
Katodi
Elektrodi, jossa pelkistys (elektronien vahvistus) tapahtuu. Polttokennojen ja muiden galvaanisten kennojen osalta katodi on positiivinen pääte; elektrolyyttisille kennoille (joissa tapahtuu elektrolyysi) katodi on negatiivinen terminaali.
Elektrolyytti
Aine, joka johtaa varautuneita ioneja elektrodista toiseen polttokennossa, akussa tai elektrolysaattorissa.
Polttokennopino
Yksittäiset polttokennot kytketty sarjaan. Polttokennot pinotaan jännitteen lisäämiseksi.
Matriisi
jotain sisällä tai josta jotain muuta on peräisin, kehittyy tai muotoutuu.
Kalvo
Polttokennon erotuskerros, joka toimii elektrolyyttinä (ioninvaihtimena), sekä suojakalvo, joka erottaa kaasut polttokennon anodi- ja katodiosastosta.
Sulakarbonaattipolttokenno (MCFC)
Polttokennotyyppi, joka sisältää sulan karbonaattielektrolyytin. Karbonaatti -ioneja (CO 3 2− ) kuljetetaan katodista anodiin. Käyttölämpötilat ovat tyypillisesti lähellä 650 ° C.
Fosforihapon polttokenno (PAFC)
Polttokennotyyppi, jossa elektrolyytti koostuu väkevästä fosforihaposta (H 3 PO 4 ). Protoneja (H+) kuljetetaan anodista katodiin. Käyttölämpötila -alue on yleensä 160–220 ° C.
Protoninvaihtokalvon polttokenno (PEM)
Polttokenno, joka sisältää kiinteää polymeerikalvoa ja jota käytetään sen elektrolyyttinä. Protoneja (H+) kuljetetaan anodista katodiin. Käyttölämpötila-alue on yleensä 60–100 ° C matalan lämpötilan protonivaihtomembraanipolttokennossa (LT-PEMFC). PEM-polttokennoa, jonka käyttölämpötila on 120-200 ° C, kutsutaan korkean lämpötilan protoninvaihtomembraanipolttokennoksi (HT-PEMFC).
Kiinteän oksidin polttokenno (SOFC)
Polttokennotyyppi, jossa elektrolyytti on kiinteä, ei -huokoinen metallioksidi, tyypillisesti zirkoniumoksidi (ZrO 2 ), joka on käsitelty Y 2 O 3 : lla ja O 2 -, kuljetetaan katodista anodiin. Kaikki reformatointikaasun CO hapetetaan CO 2 : ksi anodissa. Käyttölämpötilat ovat tyypillisesti 800-1000 ° C.
Ratkaisu
Toimi tai prosessi, jolla kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen aine sekoitetaan homogeenisesti nesteen tai joskus kaasun tai kiinteän aineen kanssa.
Tämä prosessi muodostaa homogeenisen seoksen; erityisesti: yksivaiheinen nestejärjestelmä.
Liukenemisen ehto.

Johtavien polttokennotyyppien tehokkuus

Suurin teoreettinen hyötysuhde

Energiaa muuntavan järjestelmän tai laitteen energiatehokkuutta mitataan järjestelmän käyttämän hyödyllisen energian määrän ("lähtöenergia") ja syötetyn energian kokonaismäärän ("syöttöenergia") suhteella. hyödyllisellä lähtöenergialla prosentteina kokonaispanoenergiasta. Polttokennojen tapauksessa hyödyllinen lähtöenergia mitataan järjestelmän tuottamassa sähköenergiassa . Syöttöenergia on polttoaineeseen varastoitua energiaa. Yhdysvaltain energiaministeriön mukaan polttokennot ovat yleensä 40–60% energiatehokkaita. Tämä on korkeampi kuin jotkut muut energiantuotantojärjestelmät. Esimerkiksi auton tyypillinen polttomoottori on noin 25% energiatehokas. Sähkön ja lämmön yhteistuotantojärjestelmissä polttokennon tuottama lämpö kerätään talteen ja otetaan käyttöön, mikä lisää järjestelmän hyötysuhdetta jopa 85–90 prosenttiin.

Minkä tahansa tyyppisen sähköntuotantojärjestelmän teoreettista suurinta hyötysuhdetta ei koskaan saavuteta käytännössä, eikä siinä oteta huomioon muita sähköntuotannon vaiheita, kuten polttoaineen tuotanto, kuljetus ja varastointi sekä sähkön muuntaminen mekaaniseksi voimaksi. Tämä laskelma mahdollistaa kuitenkin erilaisten sähköntuotantotyyppien vertailun. Polttokennon teoreettinen suurin hyötysuhde lähestyy 100%, kun taas polttomoottorien teoreettinen suurin hyötysuhde on noin 58%.

Käytännössä

On polttokenno ajoneuvon säiliön-to-wheel tehokkuus on suurempi kuin 45% pienillä kuormilla ja osoittaa keskimääräiset arvot noin 36%, kun ajosyklin kuten NEDC ( New European Driving Cycle ) käytetään testimenettelyä. Diesel -ajoneuvon vertailukelpoinen NEDC -arvo on 22%. Vuonna 2008 Honda julkaisi demonstratiivisen polttokennosähköajoneuvon ( Honda FCX Clarity ), jonka polttoainepino väittää 60%: n hyötysuhteen säiliöstä pyörään.

On myös tärkeää ottaa huomioon polttoaineen tuotannosta, kuljetuksesta ja varastoinnista johtuvat tappiot. Puristettua vetyä käyttävien polttokennoajoneuvojen hyötysuhde voimalaitoksesta pyörään voi olla 22%, jos vety varastoidaan korkeapainekaasuna, ja 17%, jos se varastoidaan nestemäisenä vedynä . Polttokennot eivät voi varastoida energiaa akun tavoin, paitsi vedynä, mutta joissakin sovelluksissa, kuten itsenäisissä voimalaitoksissa, jotka perustuvat epäjatkuviin lähteisiin, kuten aurinko- tai tuulivoimaan , ne yhdistetään elektrolysaattoreihin ja varastointijärjestelmiin energian varastointijärjestelmän muodostamiseksi . Vuodesta 2019 lähtien 90% vedystä käytettiin öljynjalostukseen, kemikaaleihin ja lannoitteiden tuotantoon, ja 98% vedystä tuotetaan höyrymetaanireformoinnilla , joka päästää hiilidioksidia. Tällaisten laitosten kokonaistehokkuus (sähköstä vedyksi ja takaisin sähköksi) (tunnetaan nimellä edestakainen hyötysuhde ) käyttäen puhdasta vetyä ja puhdasta happea voi olla "35-50 prosenttia" kaasutiheydestä ja muista olosuhteista riippuen. Elektrolysaattori/polttokennojärjestelmä voi varastoida rajoittamattomia määriä vetyä, joten se soveltuu pitkäaikaiseen varastointiin.

Kiinteäoksidiset polttokennot tuottavat lämpöä hapen ja vedyn yhdistelmästä. Keraaminen voi kuumeta jopa 800 astetta. Tämä lämpö voidaan kerätä ja käyttää veden lämmittämiseen mikro-lämmön ja sähkön (m-CHP) sovelluksessa. Kun lämpö otetaan talteen, kokonaistehokkuus voi saavuttaa 80–90% yksikössä, mutta se ei ota huomioon tuotanto- ja jakeluhäviöitä. CHP -yksiköitä kehitetään tänään Euroopan kotimarkkinoille.

Professori Jeremy P.Meyers kirjoitti Electrochemical Society -lehdessä Interface vuonna 2008, "Vaikka polttokennot ovat tehokkaita verrattuna polttomoottoreihin, ne eivät ole yhtä tehokkaita kuin paristot, pääasiassa hapen pelkistysreaktion tehottomuuden vuoksi (ja .. . hapen kehittymisreaktio, jos vety muodostuu veden elektrolyysillä) ... nopeat käynnistykset ... joissa nollapäästöjä vaaditaan, kuten suljetuissa tiloissa, kuten varastoissa, ja joissa vetyä pidetään hyväksyttävänä reagenssina, [PEM-polttokennosta] on tulossa yhä houkuttelevampi vaihtoehto [jos paristojen vaihtaminen on hankalaa] ". Vuonna 2013 sotilasjärjestöt arvioivat polttokennoja määrittääkseen, voisivatko ne vähentää merkittävästi sotilaiden kantamaa akun painoa.

Sovellukset

Tyypin 212 sukellusvene, jossa on Saksan laivaston polttokennokoneisto kuivatelakalla

Virta

Kiinteitä polttokennoja käytetään kaupallisiin, teollisiin ja kotitalouksien ensisijaisiin ja varavirtalähteisiin. Polttokennot ovat erittäin hyödyllisiä virtalähteinä syrjäisissä paikoissa, kuten avaruusaluksissa, etäsääasemilla, suurissa puistoissa, viestintäkeskuksissa, maaseudulla, mukaan lukien tutkimusasemat, ja tietyissä sotilaallisissa sovelluksissa. Vetyllä toimiva polttokennojärjestelmä voi olla kompakti ja kevyt, eikä siinä ole suuria liikkuvia osia. Koska polttokennoissa ei ole liikkuvia osia eikä niihin liity palamista, ne voivat saavuttaa ihanteellisissa olosuhteissa jopa 99,9999% luotettavuuden. Tämä vastaa alle minuutin seisokkeja kuuden vuoden aikana.

Koska polttokennoelektrolysaattorijärjestelmät eivät varastoi polttoainetta itsessään, vaan tukeutuvat pikemminkin ulkoisiin varastointiyksiköihin, niitä voidaan soveltaa menestyksekkäästi laajamittaisessa energian varastoinnissa, esimerkiksi maaseudulla. Kiinteitä polttokennoja on monia erilaisia, joten hyötysuhde vaihtelee, mutta useimmat ovat 40–60% energiatehokkaita. Kuitenkin, kun polttokennon hukkalämpöä käytetään rakennuksen lämmittämiseen yhteistuotantojärjestelmässä, tämä hyötysuhde voi nousta 85 prosenttiin. Tämä on huomattavasti tehokkaampaa kuin perinteiset hiilivoimalaitokset, jotka ovat vain noin kolmannes energiatehokkaista. Jos oletetaan laajamittaista tuotantoa, polttokennot voisivat säästää 20–40% energiakustannuksissa, kun niitä käytetään yhteistuotantojärjestelmissä. Polttokennot ovat myös paljon puhtaampia kuin perinteinen sähköntuotanto; polttokennovoimala, joka käyttää maakaasua vedyn lähteenä, saastaisi alle yhden unssin pilaantumista (muuta kuin hiilidioksidia)
2
) jokaista tuotettua 1000 kWh: ta kohden, verrattuna 25 kiloon perinteisten polttojärjestelmien tuottamista epäpuhtauksista. Polttokennot tuottavat myös 97% vähemmän typen oksidipäästöjä kuin perinteiset hiilivoimalaitokset.

Yksi tällainen pilottiohjelma toimii Stuart Islandilla Washingtonin osavaltiossa. Siellä Stuart Island Energy Initiative on rakentanut täydellisen suljetun silmukan järjestelmän: aurinkopaneelit käyttävät elektrolysaattoria, joka tuottaa vetyä. Vetyä säilytetään 1 900 litran (500 Yhdysvaltain gallona) säiliössä, jonka paino on 1400 kPa (200 kiloa neliötuumaa kohden), ja siinä on ReliOn-polttokenno, joka tarjoaa täyden sähköisen varmuuskopion verkon ulkopuolelle. Toinen suljettu järjestelmäpiiri paljastettiin vuoden 2011 lopulla Hempsteadissa, NY.

Polttokennoja voidaan käyttää kaatopaikoilta tai jätevedenpuhdistamoista saatavan heikkolaatuisen kaasun kanssa sähkön tuottamiseksi ja metaanipäästöjen vähentämiseksi . Kalifornian 2,8 MW: n polttokennotehtaan sanotaan olevan tämän tyyppinen suurin. Pienikokoisia (alle 5 kWh) polttokennoja kehitetään käytettäväksi kotitalouksien verkon ulkopuolella.

Yhteistuotanto

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto (CHP) -polttokennojärjestelmiä , mukaan lukien mikro -yhdistetty lämmön ja sähkön (MicroCHP) järjestelmät, käytetään tuottamaan sekä sähköä että lämpöä koteihin (ks. Kodin polttokenno ), toimistorakennuksiin ja tehtaisiin. Järjestelmä tuottaa jatkuvaa sähkövirtaa (myy ylimääräisen tehon takaisin verkkoon, kun sitä ei kuluteta) ja samalla tuottaa kuumaa ilmaa ja vettä hukkalämmöstä . Tämän seurauksena CHP -järjestelmät voivat säästää primäärienergiaa, koska ne voivat hyödyntää hukkalämpöä, jonka lämpöenergian muuntamisjärjestelmät yleensä hylkäävät. Kotitalouksien polttokennojen tyypillinen kapasiteettialue on 1–3 kW el , 4–8 kW th . Absorptiojäähdyttimiin liittyvät CHP -järjestelmät käyttävät hukkalämpönsä jäähdytykseen .

Polttokennojen hukkalämpö voidaan siirtää kesän aikana suoraan maahan, mikä lisää jäähdytystä, kun taas talvinen hukkalämpö voidaan pumpata suoraan rakennukseen. Minnesotan yliopisto omistaa tämän tyyppisen järjestelmän patenttioikeudet

Yhteistuotantojärjestelmät voivat saavuttaa 85%: n hyötysuhteen (40–60% sähköiset ja loput lämpötehoa). Fosforihappopolttokennot (PAFC) muodostavat suurimman segmentin olemassa olevista CHP-tuotteista maailmanlaajuisesti, ja ne voivat tuottaa yhdistettyä hyötysuhdetta lähes 90%. Sulakarbonaattia (MCFC) ja kiinteän oksidin polttokennoja (SOFC) käytetään myös lämmön ja sähkön yhteistuotantoon, ja niiden sähköenergiatehokkuus on noin 60%. Yhteistuotantojärjestelmien haittoja ovat hidas nousu- ja laskuhinnat, korkeat kustannukset ja lyhyt käyttöikä. Myös niiden tarve hankkia kuumavesisäiliö lämmöntuotannon tasoittamiseksi oli vakava haitta kotimarkkinoilla, joilla kotitalouksien tilat ovat arvokkaita.

Delta-ee-konsultit totesivat vuonna 2013, että 64%: lla maailmanlaajuisesta myynnistä polttokennojen mikro-yhdistetty lämpö ja sähkö läpäisi tavanomaiset myyntijärjestelmät vuonna 2012. Japanilainen ENE FARM -projekti ohittaa 100 000 FC mCHP -järjestelmää vuonna 2014, 34.213 PEMFC ja 2.224 SOFC asennettiin vuosina 2012–2014, 30000 yksikköä LNG: lle ja 6000 nestekaasulle .

Polttokennoiset sähköajoneuvot (FCEV)

Komponenttien konfigurointi polttokennoautossa
Element One polttokennoauto

Autot

Vuoden 2019 loppuun mennessä maailmanlaajuisesti oli vuokrattu tai myyty noin 18 000 FCEV-konetta. Kaupalliseen vuokraukseen ja myyntiin on otettu käyttöön kolme polttokennoajoneuvoa : Honda Clarity , Toyota Mirai ja Hyundai ix35 FCEV . Muita esittelymalleja ovat Honda FCX Clarity ja Mercedes-Benz F-Cell . Kesäkuussa 2011 mielenosoituksen FCEV: t olivat ajaneet yli 4 800 000 km (3 000 000 mailia) ja täyttäneet yli 27 000 tankkausta. Polttokennoisten sähköajoneuvojen keskimääräinen etäisyys tankkausten välillä on 314 mailia. Ne voidaan tankata alle 5 minuutissa. Yhdysvaltain energiaministeriön polttokennotekniikkaohjelmassa todetaan, että vuodesta 2011 lähtien polttokennot saavuttivat 53–59% tehokkuuden neljänneksen teholla ja 42–53% ajoneuvon hyötysuhteella täydellä teholla ja kestävyyden yli 120 000 km (75 000 mailia) ), jonka hajoaminen on alle 10%. General Motors ja sen kumppanit arvioivat vuonna 2017 Well-to-Wheels-simulaatioanalyysissä, jossa "ei käsitelty taloutta ja markkinarajoituksia", että polttoainekennoinen sähköajoneuvo, joka käyttää maakaasusta tuotettua kaasumaista vetyä, voisi käyttää noin 40% vähemmän energiaa ja 45% vähemmän kasvihuonekaasuja kuin polttomoottori.

Vuonna 2015 Toyota esitteli ensimmäisen polttokennoautonsa, Mirain, hintaan 57 000 dollaria. Hyundai esitteli vuokrasopimuksella rajoitetun valmistuksen Hyundai ix35 FCEV : n. Vuonna 2016 Honda aloitti Honda Clarity -polttokennon vuokraamisen. Vuonna 2020 Toyota esitteli Mirai -tuotemerkin toisen sukupolven, mikä parantaa polttoainetehokkuutta ja laajentaa valikoimaa alkuperäiseen Sedan 2014 -malliin verrattuna.

Kritiikki

Jotkut kommentaattorit uskovat, että vetypolttokennoautot eivät koskaan tule taloudellisesti kilpailukykyisiksi muiden tekniikoiden kanssa tai että niiden tuottaminen kestää vuosikymmeniä. Akku-sähköajoneuvojen valmistajan Tesla Motorsin toimitusjohtaja Elon Musk totesi vuonna 2015, että autojen polttokennot eivät tule koskaan olemaan kaupallisesti kannattavia, koska vedyn tuottaminen, kuljettaminen ja varastointi on tehotonta ja kaasun syttyvyys muun muassa.

Vuonna 2012 Lux Research, Inc. julkaisi raportin, jossa todettiin: "Unelma vetytaloudesta ... ei ole lähempänä". Siinä pääteltiin, että "Pääomakustannukset ... rajoittavat käyttöönoton vain 5,9 GW: iin" vuoteen 2030 mennessä ja tarjoavat "lähes ylittämättömän esteen adoptiolle, lukuun ottamatta kapeita sovelluksia". Analyysissä todettiin, että vuoteen 2030 mennessä PEM -kiinteiden markkinoiden arvo on miljardi dollaria, kun taas ajoneuvomarkkinoiden, mukaan lukien trukit, kokonaismäärä on 2 miljardia dollaria. Muut analyysit viittaavat siihen , että Yhdysvalloissa ei ole laajaa vetyinfrastruktuuria , mikä on jatkuva haaste polttokennosähköajoneuvojen kaupallistamiselle.

Vuonna 2014 The Hype About Hydrogen (2005) -kirjan kirjoittaja Joseph Romm sanoi, että FCV-autot eivät vieläkään ole voittaneet korkeita polttoainekustannuksia, polttoaineen toimitusinfrastruktuurin puutetta ja vedyn tuotannon aiheuttamaa saastumista. "Kaikkien näiden ongelmien voittaminen samanaikaisesti tulevina vuosikymmeninä vaatisi useita ihmeitä." Hän totesi, että uusiutuvaa energiaa ei voida taloudellisesti käyttää vedyn valmistamiseen FCV -laivastolle "nyt tai tulevaisuudessa". Greentech Median analyytikko päätyi samanlaisiin johtopäätöksiin vuonna 2014. Vuonna 2015 Clean Technica listasi joitain vetypolttokennoautojen haittoja. Samoin teki auton kaasuvipu .

Real Engineeringin vuonna 2019 julkaisemassa videossa todettiin, että vedystä käyttävien ajoneuvojen käyttöönotosta huolimatta vedyn käyttö autojen polttoaineena ei auta vähentämään kuljetusten hiilipäästöjä. 95% fossiilisista polttoaineista edelleen tuotetusta vedystä vapauttaa hiilidioksidia, ja vedyn tuottaminen vedestä on energiaa kuluttava prosessi. Vedyn varastointi vaatii enemmän energiaa joko jäähdyttämään nestemäiseen tilaan tai laittamaan sen säiliöihin korkeassa paineessa, ja vedyn toimittaminen huoltoasemille vaatii enemmän energiaa ja voi vapauttaa enemmän hiiltä. FCV: n siirtämiseen tarvittava vety kilometri maksaa noin 8 kertaa enemmän kuin BEV: n siirtämiseen tarvittava sähkö samalla etäisyydellä. Vuoden 2020 arvioinnissa todettiin, että vetyajoneuvot ovat edelleen vain 38% tehokkaita, kun taas akkuautot ovat 80% tehokkaita.

Bussit

Elokuussa 2011 ympäri maailmaa oli käytössä noin 100 polttokennobussia . Suurimman osan näistä valmistivat UTC Power , Toyota, Ballard, Hydrogenics ja Proton Motor. UTC -linja -autot olivat ajaneet yli 970 000 km (600 000 mailia) vuoteen 2011 mennessä. Polttokennobusseilla on 39–141% suurempi polttoainetalous kuin diesel- ja maakaasubusseilla.

Vuodesta 2019 lähtien NREL arvioi useita nykyisiä ja suunniteltuja polttokennobussihankkeita Yhdysvalloissa

Trukit

Polttokenno käytetyt (jota kutsutaan myös polttokennon trukin) on polttokenno-käyttöinen teollisuuden trukki käytetään hissin ja kuljetusvälineistä. Vuonna 2013 oli yli 4000 polttokenno trukkien käytetään materiaalinkäsittelyn USA, joista 500 sai rahoitusta DOE (2012). Polttokennokalustoa operoivat eri yritykset, mukaan lukien Sysco Foods, FedEx Freight, GENCO (Wegmansissa, Coca-Colassa, Kimberly Clarkissa ja Whole Foodsissa) ja HEB Grocers. Eurooppa esitteli 30 polttokennotrukkia Hyliftillä ja laajensi sitä HyLIFT-EUROPE-järjestelmällä 200 yksikköön muiden projektien kanssa Ranskassa ja Itävallassa . Pike Research ennusti vuonna 2011, että polttokennokäyttöiset trukit olisivat suurin vetypolttoaineiden kysyntä vuoteen 2020 mennessä.

Useimmat yritykset Euroopassa ja Yhdysvalloissa eivät käytä öljykäyttöisiä trukkeja, koska nämä ajoneuvot toimivat sisätiloissa, joissa päästöjä on hallittava, ja käyttävät sen sijaan sähkökäyttöisiä trukkeja. Polttokennokäyttöiset haarukkatrukit voivat tarjota etuja akkukäyttöisiin trukkeihin verrattuna, koska ne voidaan tankata 3 minuutissa ja niitä voidaan käyttää kylmävarastoissa, joissa niiden suorituskyky ei heikkene alhaisempien lämpötilojen vuoksi. FC-yksiköt on usein suunniteltu pudotettaviksi varaosiksi.

Moottoripyörät ja polkupyörät

Vuonna 2005 brittiläinen vedykäyttöisten polttokennojen valmistaja Intelligent Energy (IE) valmisti ensimmäisen toimivan vetykäyttöisen moottoripyörän nimeltä ENV (Emission Neutral Vehicle). Moottoripyörässä on tarpeeksi polttoainetta ajaa neljä tuntia ja ajaa 160 km (100 mailia) kaupunkialueella huippunopeudella 80 km/h (50 mph). Vuonna 2004 Honda kehitti polttokennomoottoripyörän, joka käytti Honda FC -pinoa.

Muita esimerkkejä vetypolttokennoja käyttävistä moottoripyöristä ja polkupyöristä ovat taiwanilaisen APFCT: n skootteri, joka käyttää Italian Acta SpA: n tankkausjärjestelmää, ja Suzuki Burgman -kootteri, jossa on IE -polttokenno, joka sai EU: n koko ajoneuvon tyyppihyväksynnän vuonna 2011. Suzuki Motor Corp. ja IE on ilmoittanut yhteisyrityksestä nopeuttaakseen päästöttömien ajoneuvojen kaupallistamista.

Lentokoneet

Vuonna 2003 lennettiin maailman ensimmäinen potkurikäyttöinen lentokone, joka oli täysin polttokennokäyttöinen. Polttokenno oli pinorakenne, joka mahdollisti polttokennon integroinnin koneen aerodynaamisiin pintoihin. Polttokennokäyttöiset miehittämättömät ilma-alukset (UAV) sisältävät Horizon- polttokenno-UAV: n, joka asetti ennätysmatkan pienelle UAV: ​​lle vuonna 2007. Boeing- tutkijat ja alan yhteistyökumppanit kaikkialla Euroopassa tekivät helmikuussa 2008 kokeellisia lentokokeita miehitetystä lentokoneesta polttokenno ja kevyet akut. Polttokennojen esittelylentokone, kuten sitä kutsuttiin, käytti PEM-polttokennon/ litiumioniakun hybridijärjestelmää sähkömoottorin virransyöttöön, joka oli kytketty tavanomaiseen potkuriin.

Vuonna 2009 Naval Research Laboratoryn (NRL: n) Ion Tiger käytti vedykäyttöistä polttokennoa ja lensi 23 tuntia ja 17 minuuttia. Polttokennoja testataan myös ja niiden katsotaan tarjoavan apuvoimaa lentokoneissa, ja ne korvaavat fossiilisten polttoaineiden generaattorit , joita aiemmin käytettiin moottorien käynnistämiseen ja sähkötarpeisiin, samalla kun vähennettiin hiilidioksidipäästöjä. Vuonna 2016 Raptor E1-drooni teki onnistuneen koelennon käyttämällä polttokennoa, joka oli kevyempi kuin sen vaihtama litiumioniakku . Lento kesti 10 minuuttia 80 metrin (260 jalan) korkeudessa, vaikka polttokennossa oli kuulemma tarpeeksi polttoainetta lentääkseen kaksi tuntia. Polttoaine sisälsi noin 100 kiinteää 1 neliösenttimetrin (0,16 neliömetrin) pellettiä, jotka koostuivat patentoidusta kemikaalista paineettomassa säiliössä. Pelletit ovat fyysisesti kestäviä ja toimivat jopa 50 ° C (122 ° F) lämpötiloissa. Solu oli Arcola Energyltä.

Lockheed Martin Skunk Works Stalker on sähköinen UAV, joka käyttää kiinteää oksidipolttokennoa.

Veneet

Maailman ensimmäinen sertifioitu polttokennovene ( HYDRA ), Leipzig /Saksa

Maailman ensimmäinen polttokennovene HYDRA käytti AFC -järjestelmää, jonka nettoteho oli 6,5 kW. Amsterdam esitteli polttokennokäyttöisiä veneitä, jotka kuljettavat ihmisiä kaupungin kanavien ympärille.

Sukellusveneet

Tyyppi 212 sukellusveneitä Saksan ja Italian merivoimat käyttävät polttokennot pysyä upoksissa viikkoja ilman tarvetta pintaan.

U212A on ei-ydinsukellusvene, jonka on kehittänyt saksalainen telakka Howaldtswerke Deutsche Werft. Järjestelmä koostuu yhdeksästä PEM -polttokennosta, joista kukin tuottaa 30–50 kW. Alus on hiljainen, mikä antaa sille edun muiden sukellusveneiden havaitsemisessa. Merivoimien paperissa on esitetty teoriaa ydinpolttokenno-hybridin mahdollisuudesta, jolla polttokennoa käytetään silloin, kun tarvitaan hiljaisia ​​toimintoja ja täydennetään sitten ydinreaktorista (ja vedestä).

Kannettavat sähköjärjestelmät

Kannettavat polttokennojärjestelmät luokitellaan yleensä alle 10 kg painaviksi ja niiden teho on alle 5 kW. Pienten polttokennojen potentiaalinen markkinakoko on melko suuri, jopa 40%: n vuotuinen kasvuvauhti ja noin 10 miljardin dollarin markkina -alue, mikä johtaa paljon tutkimukseen, joka on suunnattu kannettavien voimakennojen kehittämiseen. Näillä markkinoilla on tunnistettu kaksi ryhmää. Ensimmäinen on pienikokoisten elektronisten laitteiden 1-50 W: n mikropolttokennomarkkinat. Toinen on 1–5 kW: n generaattorivalikoima laajempaa sähköntuotantoa varten (esim. Armeijan esiasemat, syrjäiset öljykentät).

Mikropolttokennojen tarkoituksena on ensisijaisesti päästä puhelimien ja kannettavien tietokoneiden markkinoille. Tämä voi johtua ensisijaisesti polttoainekennojen litiumioniakun yli tarjoamasta edullisesta energiatiheydestä koko järjestelmälle. Akun osalta tämä järjestelmä sisältää laturin ja itse akun. Polttokennon osalta tämä järjestelmä sisältäisi kennon, tarvittavan polttoaineen ja oheislaitteet. Kun otetaan huomioon koko järjestelmä, polttokennojen on osoitettu tuottavan 530 Wh/kg verrattuna 44 Wh/kg litiumioniakkuihin. Polttokennojärjestelmien paino tarjoaa kuitenkin selvän edun, mutta nykyiset kustannukset eivät ole heidän edukseen. kun taas akkujärjestelmä maksaa yleensä noin 1,20 dollaria per Wh, polttokennojärjestelmät maksavat noin 5 dollaria per Wh, mikä asettaa ne huomattavaan epäedulliseen asemaan.

Matkapuhelimien tehontarpeen kasvaessa polttokennoista voisi tulla paljon houkuttelevampia vaihtoehtoja suuremmalle sähköntuotannolle. Kuluttajat vaativat usein puhelimien ja tietokoneiden pidempiaikaista kysyntää, jotta polttokennot voisivat alkaa edistyä kannettavien tietokoneiden ja matkapuhelimien markkinoilla. Hinta laskee edelleen, kun polttokennojen kehitys kiihtyy edelleen. Nykyiset strategiat mikropolttokennojen parantamiseksi ovat hiilinanoputkien käyttö . Sen esittivät Girishkumar et ai. että nanoputkien kerrostaminen elektrodipinnoille mahdollistaa huomattavasti suuremman pinta -alan lisäämällä hapen pelkistysnopeutta.

Polttokennot, joita käytetään laajemmassa mittakaavassa, ovat myös lupaavia. Polttokennoja käyttäviä kannettavia sähköjärjestelmiä voidaan käyttää vapaa -ajan alalla (esim. Matkailuautot, mökit, merenkulku), teollisuudessa (eli sähkö syrjäisiin paikkoihin, mukaan lukien kaasu/öljykaivot, tietoliikennetornit, turvallisuus, sääasemat) ja sotilaallinen ala. SFC Energy on saksalainen suoran metanolipolttokennojen valmistaja erilaisiin kannettaviin sähköjärjestelmiin. Ensol Systems Inc. on kannettavien sähköjärjestelmien integroija, joka käyttää SFC Energy DMFC: tä. Polttokennojen tärkein etu näillä markkinoilla on suuri sähköntuotanto painoa kohti. Vaikka polttokennot voivat olla kalliita, syrjäisissä paikoissa, joissa tarvitaan luotettavaa energiaa, polttokennot pitävät suurta voimaa. 72 tunnin retkellä painon vertailu on merkittävä, polttokenno painaa vain 15 kiloa verrattuna 29 kiloon akkuja, joita tarvitaan samaan energiaan.

Muut sovellukset

  • Virran tarjoaminen tukiasemille tai soluille
  • Hajautettu sukupolvi
  • Hätävoimajärjestelmät ovat eräänlainen polttokennojärjestelmä, johon voi kuulua valaistus, generaattorit ja muut laitteet varmuuskopiointiresurssien tarjoamiseksi kriisissä tai kun tavalliset järjestelmät epäonnistuvat. Ne löytävät käyttöä monenlaisissa ympäristöissä asuinkodeista sairaaloihin, tieteellisiin laboratorioihin, konesaleihin ,
  • Tietoliikennelaitteet ja modernit merivoimien alukset.
  • Keskeytymätön virtalähde ( UPS ) antaa hätäapua teho ja, riippuen topologia, tarjoavat linja säännökset sekä kytkettyyn laitteiden tehon syöttämiseksi erillisestä lähteestä, kun verkkovirta ei ole käytettävissä. Toisin kuin valmiusgeneraattori, se voi tarjota välitöntä suojaa hetkelliseltä virtakatkokselta.
  • Peruskuormitusvoimalaitokset
  • Aurinkovetypolttoainekennon vesilämmitys
  • Hybridiajoneuvot , jotka yhdistävät polttokennon joko ICE: n tai akun kanssa.
  • Kannettavat tietokoneet sovelluksiin, joissa verkkovirtalatausta ei ehkä ole saatavilla.
  • Kannettavat latauslaiturit pienelle elektroniikalle (esim. Vyökiinnike, joka lataa matkapuhelimen tai kämmentietokoneen ).
  • Älypuhelimet , kannettavat ja tabletit.
  • Pienet lämmityslaitteet
  • Ruoan säilyttäminen saavutetaan käyttämällä happea ja ylläpitämällä automaattisesti hapen loppuminen kuljetuskonttiin, joka sisältää esimerkiksi tuoretta kalaa.
  • Alkometrit , joissa polttokennon tuottaman jännitteen määrää käytetään näytteen polttoaineen (alkoholin) pitoisuuden määrittämiseen.
  • Hiilimonoksidin ilmaisin , sähkökemiallinen anturi.

Tankkausasemat

FuelCellsWorks -teollisuusryhmän mukaan vuoden 2019 lopussa 330 vedyn tankkausasemaa oli avoinna yleisölle maailmanlaajuisesti. Kesäkuussa 2020 Aasiassa oli käytössä 178 julkisesti saatavilla olevaa vetyasemaa. Näistä 114 oli Japanissa. Euroopassa oli vähintään 177 asemaa, joista noin puolet Saksassa. Yhdysvalloissa oli 44 julkisesti saatavilla olevaa asemaa, joista 42 sijaitsi Kaliforniassa.

Vedyn tankkausaseman rakentaminen maksaa 1–4 miljoonaa dollaria.

Markkinat ja talous

Vuonna 2012 polttokennoteollisuuden liikevaihto ylitti miljardin dollarin markkina -arvon maailmanlaajuisesti, ja Aasian Tyynenmeren maat toimittavat yli 3/4 polttokennojärjestelmistä maailmanlaajuisesti. Kuitenkin tammikuussa 2014 yksikään alan julkinen yritys ei ollut vielä tullut kannattavaksi. Vuonna 2010 maailmanlaajuisesti lähetettiin 140 000 polttokennopinoa, kun se oli 11 000 lähetystä vuonna 2007, ja vuosina 2011–2012 maailmanlaajuisten polttokennolähetysten vuotuinen kasvuvauhti oli 85%. Tanaka Kikinzoku laajensi tuotantolaitoksiaan vuonna 2011. Noin 50% polttokennotoimituksista vuonna 2010 oli paikallaan olevia polttokennoja, mikä on noin kolmannes vuonna 2009, ja neljä hallitsevaa polttokennoteollisuuden tuottajaa olivat Yhdysvallat, Saksa, Japani ja Etelä-Korea. Department of Energy Solid State Energy Conversion Alliance totesi, että tammikuusta 2011 lähtien kiinteät polttokennot tuottivat sähköä noin 724–775 dollaria asennetulta kilowatilta. Vuonna 2011 merkittävä polttokennotoimittaja Bloom Energy kertoi, että sen polttokennot tuottivat 9–11 sentin tehoa kilowattitunnilta, sisältäen polttoaineen hinnan, ylläpidon ja laitteistot.

Alan järjestöt ennustavat, että on olemassa riittävät platinaa resursseja tulevaa kysyntää, ja vuonna 2007 tutkimuksen Brookhaven National Laboratory ehdotti, että platina voitaisiin korvata kulta- palladium pinnoite, joka voi olla vähemmän altis myrkytykset ja parantaa siten polttokennon elinikä. Toinen menetelmä käyttää rautaa ja rikkiä platinan sijasta. Tämä alentaisi polttokennon kustannuksia (koska tavallisen polttokennon platina maksaa noin 1500 dollaria ja sama määrä rautaa maksaa vain noin 1,50 dollaria ). Konseptia kehitti John Innes Centerin ja Milano-Bicoccan yliopiston koalitio . PEDOT -katodit ovat immuuneja monoksidimyrkytykselle.

Vuonna 2016 Samsung "päätti luopua polttokennoihin liittyvistä liiketoimintaprojekteista, koska markkinanäkymät eivät ole hyvät".

Tutkimus ja kehitys

  • 2005: Georgia Institute of Technology -tutkijat käyttivät triatsolia nostaakseen PEM-polttokennojen käyttölämpötilan alle 100 ° C: sta yli 125 ° C: een väittäen, että tämä vaatii vähemmän vetypolttoaineen puhdistusta hiilimonoksidilla.
  • 2008: Monash University , Melbourne käytetty PEDOTia kuin katodi .
  • 2009: Ohion Daytonin yliopiston tutkijat osoittivat, että pystysuoraan kasvatettuja hiilinanoputkia voidaan käyttää katalyyttinä polttokennoissa. Samana vuonna esiteltiin nikkeli-bisdifosfiinipohjainen polttokennojen katalyytti.
  • 2013: Brittiläinen yritys ACAL Energy kehitti polttokennon, jonka se sanoi toimivan 10 000 tuntia simuloiduissa ajo -olosuhteissa. Se väitti, että polttokennojen rakentamisen kustannukset voidaan alentaa 40 dollariin/kW (noin 9 000 dollaria 300 hv).
  • 2014: Lontoon Imperial College -tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän rikkivetypitoisten PEFC -yhdisteiden regeneroimiseksi. He saivat 95–100% rikkivedyn saastuttaman PEFC: n alkuperäisestä suorituskyvystä. He onnistuivat nuorentamaan myös SO 2 -saastunutta PEFC: tä. Tämä regenerointimenetelmä soveltuu useisiin solupinoihin.

Katso myös

Viitteet

Lue lisää

  • Vielstich, W .; et ai., toim. (2009). Polttokennojen käsikirja: edistysaskeleet sähkökatalyysissä, materiaaleissa, diagnostiikassa ja kestävyydessä . Hoboken: John Wiley ja pojat.
  • Gregor Hoogers (2003). Polttokennotekniikka - käsikirja . CRC Paina.
  • James Larminie; Andrew Dicks (2003). Polttokennojärjestelmät selitetty (toinen painos). Hoboken: John Wiley ja pojat.
  • Subash C. Singhal; Kevin Kendall (2003). Korkean lämpötilan kiinteiden oksidien polttokennot-perusteet, suunnittelu ja sovellukset . Elsevier Academic Press.
  • Frano Barbir (2005). PEM-polttokennojen teoria ja käytäntö . Elsevier Academic Press.
  • EG&G Technical Services, Inc. (2004). Fuel Cell Technology-Handbook, 7. painos . Yhdysvaltain energiaministeriö.
  • Matthew M.Mench (2008). Polttokennomoottorit . Hoboken: John Wiley & Sons, Inc.
  • Noriko Hikosaka Behling (2012). Fuel Cells: Current Technology Challenges and Future Research Needs (Ensimmäinen toim.). Elsevier Academic Press.

Ulkoiset linkit