Uudistettu metanolipolttokenno - Reformed methanol fuel cell

lohkokaavio reformoidusta metanolipolttokennosta

Uudistettu Metanoli Fuel Cell ( RMFC ) tai epäsuora Metanoli Fuel Cell (IMF) järjestelmät ovat alaluokka protoni-vaihdon polttokennot , jossa polttoaine, metanoli (CH ₃ OH), on uudistettava, ennen kuin se syötetään polttokennoon . RMFC -järjestelmät tarjoavat etuja suoraan metanolipolttokennoon verrattuna(DMFC) -järjestelmät, mukaan lukien parempi hyötysuhde, pienemmät kennopinot, vähemmän vaatimuksia metanolin puhtaudelle, ei vesihuoltoa, parempi toiminta alhaisissa lämpötiloissa ja varastointi nollan alapuolella, koska metanoli on neste -97,0 ° C -64,7 ° C ( (142,6 ° F-148,5 ° F) ja koska soluissa ei ole nestemäistä metanoli-vesiseosta, joka voi tuhota DMFC-kalvon pakkasen sattuessa. Syy RMFC: n korkeaan tehokkuuteen verrattuna DMFC: hen on se, että vetyä sisältävää kaasua syötetään polttokennopinoon metanolin sijasta ja anodin ylipotentiaali (tehon menetys katalyyttiseen muuntamiseen) on vedyn osalta paljon pienempi kuin metanolin. Kompromissi on, että RMFC -järjestelmät toimivat kuumemmissa lämpötiloissa ja tarvitsevat siksi kehittyneempää lämmönhallintaa ja -eristystä. Tämän tyyppisten polttokennojen jätteet ovathiilidioksidia ja vettä.

Metanolia käytetään polttoaineena, koska se on luonnostaan ​​vetytiheää ( vedyn kantaja ) ja se voidaan höyrystää uudelleen vetyksi alhaisissa lämpötiloissa verrattuna muihin hiilivetypolttoaineisiin . Lisäksi, metanoli on luonnossa esiintyvä, biohajoava , ja runsaasti energiaa.

RMFC järjestelmät koostuvat polttoaineen käsittelyjärjestelmästä (FPS), joka on polttokenno , polttoaineen patruuna, ja BOP (jäljempänä balance of plant ).

Varastointi ja polttoainekustannukset

Polttoainepatruuna tallentaa metanolipolttoaineen . Järjestelmän rakenteesta riippuen RMFC -järjestelmän polttoaineena käytetään yleensä joko 100 -prosenttista metanolia (IMPCA -teollisuusstandardi) tai metanolin ja enintään 40 tilavuusprosentin veden seosta. 100 % metanoli johtaa pienempään polttoaineenkulutukseen kuin vesi-metanoliseos (esiseos), mutta lisää polttokennojärjestelmän monimutkaisuutta katodin kosteuden tiivistymiseen.

RMFC: n polttoainekustannukset ovat tyypillisesti noin 0,4-1,1 USD/kWh (tavanomainen metanoli). 0,45-1,3 USD/kWh ( yhdyskuntajätteestä tai uusiutuvasta sähköstä tuotettu uusiutuva metanoli ). Vertailun vuoksi voidaan todeta, että vedyn polttoaineena toimivan matalan lämpötilan PEM-polttokennokustannukset tavanomaiselle vedylle (pulloissa) ovat noin 4,5–10 USD/kWh.

Polttoaineen käsittelyjärjestelmä (FPS) sisään

Metanoli → Osittainen hapetus (POX) / autoterminen reformointi (ATR) → Vesi kaasun siirtyminen reaktio (WGS) → ensisijainen hapettumisreaktio (PROX) metanoli reformointiyksikön muuntaa metanoli H ₂ ja CO ₂ , reaktio, joka tapahtuu lämpötiloissa 250 ° C: ssa 300 ° C.

Polttoainekenno

→ kalvoelektrodikokoonpanon (MEA) polttokennotorni tuottaa sähköä reaktio, joka yhdistää H ₂ (uudistettu metanolista polttoaineen prosessori) ja O ₂ , ja tuottaa vettä (H ₂ O) sivutuotteena. Yleensä RMFC: ssä käytetään matalan lämpötilan protonivaihtomembraanipolttokennoa (LT-PEMFC) tai korkean lämpötilan protoninvaihtomembraanipolttokennoa (HT-PEMFC).

Polttoaineen käsittelyjärjestelmä (FPS) ulos

→ Jäännöskaasu polttolaitteen (TGC) katalyyttinen palaminen jälkipolttokammion tai ( katalyyttinen palaminen ), jossa on platina - alumiinioksidia (Pt-Al2O3) katalyytti → lauhdutin

Kasvin tasapaino

Laitoksen vaaka (BOP) koostuu kaikista polttoainepumpuista , ilmakompressoreista ja tuulettimista, joita tarvitaan järjestelmän kaasun ja nesteen kierrättämiseen. RMFC: n käyttämiseen ja seurantaan tarvitaan usein myös ohjausjärjestelmää.

Kehitys ja kaupalliset tuotteet

RMFC -järjestelmät ovat kehittyneet pitkälle. Esimerkiksi Ultracellin Yhdysvaltain armeijalle kehittämä pieni järjestelmä [1] on saavuttanut Yhdysvaltain armeijan viestintä-elektroniikan tutkimus-, kehitys- ja suunnittelukeskuksen asettamat ympäristönsietokykyä , turvallisuutta ja suorituskykyä koskevat tavoitteet , ja se on kaupallisesti saatavilla.

Suurempia 350 W - 8 MW järjestelmiä on saatavana myös useisiin sovelluksiin, kuten voimalaitoksen tuotantoon, varavoiman tuotantoon, varavirtalähteeseen , apuvoimayksikköön (APU) ja akkualueen laajentamiseen (sähköajoneuvot, alukset).

Toisin kuin diesel tai bensa generaattorit huoltoväli RMFC järjestelmien on yleensä merkittävästi pidempi kuin mitään vaihtoa öljy-suodattimet ja muut moottorin huolto-osat on tarpeen. Siksi RMFC: n käyttöä verkon ulkopuolisissa sovelluksissa (esim. Moottoritien kunnossapito) ja syrjäisillä alueilla (esim. Televiestintä, vuoret) pidetään usein parempana kuin dieselgeneraattoreita .

Myös muut kysymykset, kuten metanolin biohajoavuus , mahdollisuus käyttää uusiutuvaa metanolia, alhaiset polttoainekustannukset, hiukkaspäästöjen/NOx -päästöt, alhainen melu ja alhainen polttoaineenkulutus (pitkä polttoaineen syöttöväli) nähdään edullisina.

Sähköajoneuvojen urheiluauto Gumpert Nathalie sisältää RMFC -tekniikkaa.

Tanskalainen Blue World Technologies -yritys rakentaa maailman suurimman tehtaan tuottamaan epäsuoraa metanolipolttokennopinoa autokäyttöön. [2]

Katso myös

• Metanolin uudistaja
• Metanoli (tietosivu)
• Metanolitalous
• Mikropumppu
• Polttoainekenno
• Polttokennotermien sanasto
• Vetytekniikat
• Kannettavat polttokennosovellukset

Viitteet

Ulkoiset linkit

• Polttokennot kannettavaan tietokoneeseen ja tietoliikenteeseen: laajennettu virta pois verkosta