Что такое фильтр «нулевик» и как его установить на автомобиль – АвтоВИП Необычные машины
«Нулевик» — воздушный фильтр пониженного сопротивления впускной системы двигателя. Нулевики давно стали неотъемлемой составной тюнинга автомобиля. Действительно ли их установка дает ощутимую прибавку мощности, и насколько целесообразна установка таких фильтров на обычный автомобиль? Давайте разберемся в этом вопросе.
Как утверждает реклама, эффект увеличения мощности проявится обязательно, во всяком случае, нам в это хочется верить, устанавливая фильтр «нулевик». Но за счет чего это происходит? Об этом можно догадаться, даже из самого названия: фильтр пониженного сопротивления — мощность двигателя увеличивается за счет того, что ему «легче дышится», и улучшается процесс приготовления горючей смеси.
Тут же возникает вопрос: а почему такие фильтры не ставят сразу же при выпуске автомобиля, и почему эту задачу автопроизводители возложили на нас? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять, за счет чего уменьшается сопротивление воздушному потоку в таких фильтрах.
Самый простой путь – увеличение размера пор фильтрующего элемента. Тогда, действительно, сопротивление воздуху уменьшится. Но ведь при этом ухудшится качество фильтрации воздуха, и некоторое количество пыли будет попадать в двигатель, что, естественно, вызовет сокращение срока его службы.
Читайте в тему: Прямоток – сделать своими руками или купить?
Чем легче будет «дышаться» мотору, тем короче окажутся его дни. Для спортивного автомобиля это не очень важно, в этом случае главное выиграть гонку, получив благодаря фильтру несколько дополнительных «лошадок», а вот для обычного автомобиля срок службы двигателя более важен, и производители автомобилей это учитывают.
Есть и другой путь – увеличить площадь фильтрующего элемента. Качество фильтрации при этом не пострадает, но увеличатся размеры фильтра, и его просто нельзя будет установить на штатное место под капотом. Не трудно догадаться, что производители фильтров чаще выбирают первый путь.
В любом случае, если уж решили установить «нулевик», то внимательно изучите его техническую характеристику.
На фильтре должна быть указана величина падения сопротивления на впуске, степень очистки воздуха, процент прибавки мощности, а также мощность двигателя, для которого предназначен этот фильтр. Чтобы фильтр не работал на износ, мощность двигателя автомобиля должна быть немного меньше той, на которую рассчитан фильтр. Вообще, желательно, чтобы фильтр предназначался именно для вашего автомобиля.
Не думайте, что сразу же после установки фильтра ваш, не очень резвый до того автомобиль, станет «летать». Фильтр «нулевик» может дать прибавку 5-6% мощности, и такое увеличение можно определить разве что на специальном стенде. В дороге, управляя автомобилем, такое небольшое увеличение мощности вы практически не почувствуете. Кстати, на маломощные двигатели ставить фильтр пониженного сопротивления вообще не имеет смысла – чем больше мощность двигателя, тем ощутимее будет прибавка сил при установке нулевика.
ВАЗ 2114, выхлоп, нулевик (ресивер брагин, паук 4-2-1 38-51-51,резонатор труба без пламягасителя , глушитель стингер, заслонка 56 нулевик)
http://www.
youtube.com/watch?v=8BIC6Ct_3OU
Отдельно нужно поговорить о качестве некоторых таких фильтров, вернее о фильтрующих элементах. Обращайте на это внимание. Бывали случаи, когда нулевики не открывали дыхание мотору, а наоборот — перекрывали воздух. Происходит это в случае обратной вспышки в карбюраторе, когда пламя оплавляет фильтрующий элемент, в результате чего поры закупориваются, и фильтр перестает пропускать воздух.
Не стоит забывать, что фильтры пониженного сопротивления нуждаются в регулярном уходе, фильтрующий элемент нужно пропитывать специальным составом, предварительно обработав промывкой. Кроме того, безкорпусный нулевик уязвим при механическом воздействии, поэтому его нужно размещать в таких местах моторного отсека, где на него не будут попадать брызги и атмосферные осадки, ведь большое количество влаги, попавшее на фильтрующий элемент, увеличивает его сопротивление воздушному потоку.
Ставим нулевик на 1.8T своими руками (Audi, VW Golf, Jetta)
http://www.
youtube.com/watch?v=b4YJggSsDls
Нельзя безоговорочно назвать все такие фильтры злом и очередным «крючком» для выуживания денег у автомобилистов. В некоторых случаях установка качественного «нулевика» имеет смысл. Просто взвесьте все «за» и «против» перед принятием решения.
Поделитесь
Влияние фильтра нулевого сопротивления на мощность автомобиля
Основной функцией фильтра нулевого сопротивления является очистка воздушного потока и создание препятствий для пыли других частиц, чтобы защитить двигатель. В тоже время обеспечение качественной фильтрации снижает мощность двигателя. Фильтры, выполненные из бумаги, создают существенное препятствие воздуху из-за плотности материала, в результате чего мощность падает. Нулевик является заменой стандартному фильтру, но изготовлен из другого материала, оказывающего минимальное сопротивление воздуху. Кроме фильтров такого типа в каталоге https://avto.pro/catalog/bmw/ представлены различные запчасти на БМВ, где можно проанализировать не только ценовую политику, но и наличие по производителям.
Существует мнение, что установка нулевика довольно спорный тюнинг. Совсем без фильтра автомобиль эксплуатироваться не может, так как различные частицы, как песок, пух, листья, мошки и прочее, попадая внутрь двигателя, оказывают неблагоприятное влияние. При высокой температуре частицы плавятся, и мотор быстро выходит из строя. Штатный фильтр, обеспечивая эффективную очистку, тем не менее, забирает 5-7% мощности мотора, из-за высокого коэффициента сопротивляемости материала. Для того, чтобы не пропускать мельчайшие частички пыли, фильтр выполняется из бумаги, как уже упоминалось выше. Нулевики были созданы давно. Их плюс в минимальном сопротивлении воздуху, что позволяет мотору получать нужный объем. Это естественным образом отражается на расходе топлива, динамике разгона транспорта и на максимальной скорости.
Фильтры, которые используются сегодня, бывают двух типов: сухие и пропиткой. Второй тип считается более эффективным, так как состоит из нескольких слоев ткани с пропиткой.
Пыль, заходящая в фильтр, оседает на пропитке. В целом, водитель может добиться увеличения мощности двигателя на 7%. Фильтры первого типа дают прирост мощности на 5%. Местом для установки фильтра нулевика выбирается либо штатная коробка, либо элемент размещают отдельно, где воздух холоднее. Специалисты Avto.pro обращают внимание на следующие преимущества, которые можно получить за счет нулевика:
● Увеличение мощности;
● Снижение расхода топлива;
● Для установки элемента ничего не нужно переделывать, так как установка нулевика допускается практически в любом месте;
● Фильтр можно менять каждые 10-15 тыс. км пробега.
Однако не стоит забывать и о минусах:
● Высокая стоимость элементов, особенно если речь идет о брендовых фильтрах;
● При неудачной установке можно получить не прибавку, а снижение мощности;
● Варианты фильтров с пропиткой требуют систематического ухода, когда нулевик нужно снимать, мыть, чистить и снова пропитывать. Если пропитку не использовать, то водитель получит снижение мощности;
● Споры об эффективности таких фильтров идет постоянно.
Одни утверждают, что элементы ничего не дают, другие наоборот, хвалят нулевики. Так что выбор за водителями.
Качественные нулевики, которые предоставляют преимущества, описанные выше, предлагаются только несколькими компаниями: K&N, Apexi, Green Filter, Pipercross, SCT, Prosport, Simona.
Нашли ошибку — выделите текст с ошибкой и нажмите CTRL+ENTER
Что такое вождение с нулевым уровнем выбросов? | CAKE
Любое транспортное средство, которое использует энергию в качестве источника движения, но не производит выхлопных газов или других загрязняющих веществ, считается транспортным средством с нулевым уровнем выбросов. Гибридные и подключаемые гибридные автомобили по-прежнему выделяют некоторые загрязнители выхлопных газов, в отличие от полностью электрических транспортных средств. Эти типы транспортных средств производят намного меньше выбросов, чем автомобили внутреннего сгорания, поскольку у них нет выбросов выхлопных газов. Велосипеды CAKE, работающие от электричества, по определению обеспечивают вождение с нулевым уровнем выбросов.
Однако выбросы возникают на этапах производства, зарядки и окончания срока службы.
Несмотря на то, что вождение электромобиля считается нулевым выбросом, общий углеродный след не равен нулю. Вождение с нулевым уровнем выбросов относится только к этапу использования транспортного средства. Хотя у электромобилей нет выбросов выхлопных газов, они производят выбросы с точки зрения жизненного цикла. Даже электричество, которое используется для зарядки аккумуляторов, имеет углеродный след. Проще говоря, нет ничего действительно нулевого выброса. Все сводится к тому, как мы проводим границы для определения выбросов.
Производство электроэнергии
Чтобы лучше понять выбросы при вождении электромобиля, нам необходимо понять выбросы при производстве электроэнергии, потребляемой для вождения. На рисунке 1 показаны средние глобальные выбросы для производства 1 кВтч электроэнергии.
Велосипеды CAKE потребляют 0,03 кВт·ч для того, чтобы проехать 1 км. Это равно 0,4 г CO2-экв.
на км при зарядке энергией ветра и 31 г CO2-экв. при зарядке энергией, полученной из угля. Обычный дизельный автомобиль, проезжая такое же расстояние, выбрасывает 214 г CO2-экв./км (2). Это почти 9Снижение выбросов на 9,9%. Как мы видим, езда на электромобиле не совсем нулевая, лучший сценарий сегодня — 0,4 г CO2-экв. на км.
Поскольку большинство из нас просто подключаются к нашей региональной/национальной сети, чтобы зарядить свой электромобиль, выбросы на километр резко различаются от страны к стране. Например, на Рисунке 2 показана карта Европы с информацией о том, как коэффициент выбросов сети варьируется в разных европейских странах.
Электромобили делают все возможное, чтобы двигаться вперед с нулевым уровнем выбросов. Однако есть и другие альтернативы электромобилям, сокращающие выбросы на этапе вождения. HVO100 — это возобновляемое топливо, которое часто называют вождением с нулевым уровнем выбросов.
HVO100
Гидроочищенное растительное масло (HVO) — это жидкое топливо на биологической основе, получаемое из многих видов растительных масел, таких как рапсовое, подсолнечное, соевое и пальмовое масло, а также животных жиров.
HVO100 имеет до 90% меньше выбросов углерода, чем дизельное топливо на основе ископаемого топлива. Однако существуют различия в том, как учитываются исследования воздействия на окружающую среду, что снижает пользу до 90-50%. Существуют большие различия между рынками и источниками сырья, используемыми для производства.
Состав шведского рынка HVO состоит из 72% отходов боен, 10% пальмового масла и дистиллята жирных кислот пальмового масла (PFAD), 12% сырого соснового масла и 6% рапсового масла 6%. (3) Производители еще не обязаны раскрывать источник и метод производства HVO, что еще больше снижает прозрачность в отношении точного сокращения выбросов. В качестве примера, основанного на источнике сырья, HVO100 будет иметь углеродный след (от скважины до колеса) 1100 г CO2-экв./л, если будет производиться из отходов бойни. (4)
Чтобы представить эти данные в перспективе вождения, обычный дизельный автомобиль, заправленный HVO100, выбрасывает 71 г CO2-экв./км. Это значительное снижение по сравнению с обычным дизельным двигателем (214 г CO2-экв.
/км), но значительно более высокие выбросы, чем у электрических альтернатив, в частности, у электрических двухколесных транспортных средств. В дополнение к выбросам CO2, HVO100 также выделяет другие загрязняющие вещества, такие как частицы, сажа и оксиды азота, которые вызывают сердечно-сосудистые заболевания, рак легких и проблемы с дыханием и являются одной из основных причин запрета дизельных автомобилей в городских районах. (5) Исходя из определения вождения с нулевым уровнем выбросов (без выбросов выхлопных газов), HVO не подходит.
Несмотря на то, что как электрическое, так и возобновляемое топливо сокращают выбросы на этапе использования, нам нужно смотреть дальше, чем вождение. Для любого электромобиля часть выбросов возникает на этапе производства, поэтому, когда мы говорим о нулевых выбросах, нам нужно смотреть с точки зрения жизненного цикла.
Воздействие на весь жизненный цикл
В то время как водители электромобилей могут устранить выбросы выхлопных газов, производителям электромобилей необходимо преодолеть лишнюю милю, чтобы уменьшить выбросы на этапе производства, поскольку это означает 25-95% от общего углеродного следа электромобилей.
(6) В зависимости от источника электроэнергии, используемого для зарядки транспортного средства, производственные выбросы сильно различаются пропорционально выбросам от вождения. Выбросы возникают в результате добычи, переработки, производства и транспортировки материалов по всей цепочке поставок. Сегодня велосипед CAKE выбрасывает чуть более 1 тонны CO2-экв., а электромобиль среднего размера — 10–15 тонн CO2-экв. В конечном счете, фаза окончания срока службы добавит долю выбросов в зависимости от того, насколько эффективно мы сможем повторно использовать материалы. С точки зрения жизненного цикла электромобили по-прежнему создают выбросы углерода.
Компания CAKE приступила к обезуглероживанию производственной фазы. В нашем совместном проекте с Vattenfall; Самый чистый велосипед для бездорожья, мы изучаем возможность заново изобрести полную цепочку поставок для электрического внедорожного велосипеда CAKE Kalk. Наша цель — сократить объем производства с 1186 кг CO2-экв. до абсолютного минимума к 2025 году.
Идеи и решения будут внедрены в массовое производство CAKE и будут открыто переданы в нашу отрасль и за ее пределы.
Чтобы понять величину 1186 кг эквивалента CO2 для одного велосипеда CAKE, был создан CARBON CUBE. CUBE представляет собой прозрачную 8,6-метровую коробку, которая содержит общее количество выбросов углерода, образующихся в настоящее время при производстве одного внедорожного мотоцикла CAKE Kalk, заполняя куб объемом 637 кубических метров, что в несколько раз больше, чем сам мотоцикл. Визуализируя наш производственный след, становится ясно, насколько это серьезная проблема в буквальном смысле.
Каждая часть велосипеда и каждый произведенный продукт имеет звено углеродного куба, и мы стремимся уменьшить его сантиметр за сантиметром, удаляя CO2 из производственной цепочки. Мы надеемся создать пример прозрачности и вдохновить больше брендов на раскрытие своего производственного присутствия. Таким образом, помогая потребителям делать сознательный выбор и ставить перспективу полного жизненного цикла в центр обсуждения вождения с нулевым уровнем выбросов.
Резюме
Вождение с нулевым уровнем выбросов должно быть действительно нулевым. При современных технологиях это невозможно. Еще.
Каждый вариант имеет скрытые значения, и очень жаль, что компании и политики не говорят о скрытых выбросах.
В CAKE мы стремимся показать все выбросы. Все цифры видны, все скрытые цифры стоят за вождением с нулевым уровнем выбросов. Сегодня CAKE составляет 0,4 г CO2-экв./км на этапе использования. Включая полный жизненный цикл, текущие выбросы CAKE на километр оцениваются в 36 г CO2-экв. Миссия CAKE — вдохновить на переход к обществу с нулевым уровнем выбросов, включая все скрытые выбросы.
Ссылки
1 https://www.nrel.gov/docs/fy21osti/80580.pdf
2 Эрикссон, М. и Альгрен, С. (1970) LCA бензина и дизельного топлива: обзор литературы, Rapport ( Institutionen for energi och teknik, SLU). Доступно по адресу: https://res.slu.se/id/publ/40431 (дата обращения: 19 декабря 2022 г.).
3 https://energimyndigheten.
a-w2m.se/FolderContents.mvc/Download?ResourceId=203063
4 https://f3centre.se/app/uploads/f3-23-17_2019-04_K%C3%A4llm %C3%A9n-et-al_Rev_190508_FINAL.pdf
5 https://www.reuters.com/article/us-climate-biofuels-idUSBRE90601A20130107
6 https://www.transportenvironment.org/discover/how-clean-are-electric-cars/
Что такое вождение с нулевым уровнем выбросов?
10.2. Транспортные средства с нулевым уровнем выбросов | EME 807: Технологии для систем устойчивого развития
10.2. Транспортные средства с нулевым уровнем выбросов
Концепция транспортных средств с нулевым уровнем выбросов обычно связана с вариантами транспортировки, которые не приводят к каким-либо вредным выбросам во время эксплуатации транспортного средства. Вредные выбросы определяются как те, которые, как известно, оказывают негативное воздействие на окружающую среду или здоровье человека. Они могут включать двуокись углерода, окись углерода, оксиды азота и серы, озон, различные углеводороды, летучие органические соединения (ЛОС), тяжелые металлы в летучих формах (например, свинец, ртуть и т.
д.) и твердые частицы.
Типичными примерами транспортных средств с нулевым уровнем выбросов являются электрические автомобили (с батарейным питанием), электропоезда, транспортные средства, работающие на водороде, и транспортные средства, приводимые в движение людьми/животными (например, велосипеды, веломобили, кареты и т. д.). Аккумуляторная технология для электромобилей основана на циклах зарядки/разрядки, то есть аккумулятор предварительно заряжается от источника электроэнергии и разряжается во время движения автомобиля. Поскольку производство электроэнергии может включать некоторые выбросы, существует также концепция полноценные выбросы , которые включают не только эксплуатационные выбросы, но и те, которые связаны с источником топлива и другими этапами рабочего цикла транспортного средства. Так что термин «нулевая эмиссия» в этом смысле условен.
Демонстрационный гибридный автомобиль с подключаемым аккумулятором от стационарного зарядного устройства
Фото: Ryu Hayano через Flickr к сгоранию).
В результате единственными выбросами при работе топливных элементов являются вода и тепло, которые не относятся к вредным и, следовательно, позволяют отнести транспортные средства на топливных элементах к категории нулевых выбросов. Как и электромобили, автомобили на топливных элементах переносят выбросы на этап производства топлива. Таким образом, производство газообразного водорода путем риформинга природного газа приводит к образованию CO 2 выбросы, которые необходимо учитывать при оценке жизненного цикла.
Военный автомобиль со стопкой топливных элементов в заднем отсеке.
Предоставлено: Office of Naval Research через Flickr. преобразователи энергии, а водород для питания топливных элементов производится с помощью электролиза или других безэмиссионных технологий.
Технологии преобразования энергии, поддерживающие электромобили, в значительной степени зависят от специальной химии и материалов, необходимых для облегчения эффективных процессов передачи заряда.
Понимание компонентов и принципа действия этих технологий важно для того, чтобы предвидеть потенциальные барьеры на пути их широкого внедрения и коммерциализации. Следующие учебные материалы предоставят вам базовые знания о том, как работают аккумуляторные батареи и системы топливных элементов.
Технология литий-ионных аккумуляторов для автомобилей
Схематическое изображение стандартной литий-ионной батареи приведено на рис. 10.1. Грубо говоря, литий-ионный элемент состоит из трех слоев: пластина электрода 1 (катод) (обычно оксид лития-кобальта), пластина электрода 2 (анод) (обычно углерод) и сепаратора. Электроды внутри батареи погружены в электролит, обеспечивающий перенос ионов Li+ между анодом и катодом. Электролит обычно представляет собой соль лития в органическом растворителе.
Рисунок 10.1. Система литий-ионных аккумуляторов и процессы переноса заряда.
Предоставлено: Cepheiden через Викисклад / Марк Федкин
В процессе зарядки постоянный ток используется для извлечения ионов Li + из катода и частичного окисления катодного соединения:
LiCoO2 → Li 1- x CoO2 + x Li + + x e —
Высвободившиеся ионы Li+ мигрируют через электролит к аноду, где они поглощаются пористой углеродной структурой:
x Li + + x e — + C 6 → x LiC 6
В то же время электроны перемещаются неэлектропроводно.
При разрядке аккумулятора происходит обратный процесс. Ионы Li + самопроизвольно возвращаются к катоду, где происходит электрохимическое восстановление.
Посмотрите это короткое видео с анимированной иллюстрацией принципа работы литий-ионного аккумулятора:
Видео: Литий-ионные аккумуляторы: как они работают? (2:40)
Кредит: BASF. «Литий-ионные аккумуляторы: как они работают?». YouTube. 8 июля 2021 г.
Нажмите здесь, чтобы просмотреть расшифровку выступления Литий-ионные аккумуляторы: как они работают? видео.
Ионно-литиевая батарея является источником питания для современных электромобилей. В наши дни все слышали о литий-ионных батареях. Но что делает их такими особенными? Прежде всего, каждая батарея состоит из множества меньших батарей, называемых ячейками.
Давайте подробнее рассмотрим один из них, чтобы увидеть, как он работает. Электрический ток достигает клеток через проводящие поверхности. В данном случае алюминий с одной стороны и медь с другой. И, как и в любой другой батарее, есть положительный и отрицательный электроды, называемые катодом и анодом. Катод, или положительный электрод, сделан из очень чистого оксида лития. Чем однороднее его химический состав, тем лучше производительность и тем дольше срок службы батареи. Как и следовало ожидать, анод или отрицательный электрод расположен с другой стороны. Он сделан из графита, формы углерода со слоистой структурой. Аккумулятор заполнен транспортной средой, электролитом, так что ионы лития, несущие заряд аккумулятора, могут свободно течь. Этот электролит должен быть очень чистым и максимально свободным от воды, чтобы обеспечить эффективную зарядку и разрядку. Чтобы предотвратить короткое замыкание, между двумя электродами помещен слой, разделитель. Для крошечных ионов лития сепаратор на самом деле проницаем.
Давайте посмотрим, что происходит, когда аккумулятор заряжается. Положительно заряженные ионы лития проходят от катода через сепаратор в слоистую графитовую структуру анода, где они и сохраняются. Теперь батарея заряжена. Когда аккумулятор разряжается, то есть когда из элемента удаляется энергия, ионы лития проходят через электролит от анода через сепаратор обратно к катоду. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую, заставляя автомобиль двигаться. Количество доступной энергии и срок службы батарей тесно связаны с качеством используемых материалов. Подводя итог, можно сказать, что более качественные, чистые материалы, а также индивидуальные рецептуры обеспечивают более длительный срок службы батареи и лучшую производительность батареи. ВЕДУЩИЙ 2: БАСФ, Химическая компания.
Если мы сравним плотность энергии типичной перезаряжаемой литий-ионной батареи (~ 0,875 МДж/кг веса) и обычного бензинового топлива (~46 МДж/кг), мы увидим, что бензин превосходит электричество батареи по потенциальной мощности по крайней мере, в 50 раз.
Учитывая, что типичный двигатель обычно используется на ~ 50% мощности, чтобы соответствовать возможностям двигателя внутреннего сгорания, литий-ионный аккумулятор должен быть сделан как минимум в 20 раз более эффективным, или размер бортовой батареи следует увеличить в 20 раз, что является запредельным вариантом.
Ограничения литий-ионных аккумуляторов связаны со свойствами материала.
Например, преобразование LiCoO 2 ⇔ Li 1-x CoO 2 обратимо только при x<0,5, что ограничивает глубину цикла заряд-разряд. Но, имея более широкий выбор доступных материалов, ведутся исследования по разработке новых поколений литий-ионных аккумуляторов.
Например, взгляните на веб-сайт Sigma Aldrich, где перечислены различные варианты катода, анода, электролита и растворителей.
| Преимущества | Ограничения |
|---|---|
| Относительно высокая плотность энергии и потенциал для поиска еще лучших составов | Защита цепи необходима для предотвращения повреждения высоким напряжением/током |
| Нет необходимости в заливке — новый аккумулятор готов к работе | Старение — батарея постепенно теряет свою емкость, даже если не используется |
| Низкий саморазряд (по сравнению с другими типами батарей) | Токсичные химические вещества подпадают под действие правил |
| Низкие эксплуатационные расходы | Высокая стоимость материалов и производственного процесса |
| Способность генерировать большой ток/мощность | Технология не полностью зрелая; различные компоненты и химикаты |
1. Преимущества и недостатки литий-ионных аккумуляторов. [источник: Университет Бэттери, 2010]Дополнительная литература по технологии литий-ионных аккумуляторов:
- Гуденаф, Дж.
- Этачери, В., Маром, Р., Элазари, Р., Салитра, Г. и Аурбах, Д., Проблемы разработки передовых литий-ионных аккумуляторов: обзор , Энергетика и экология , 2011 ( 9), 3243-3262.
Технология топливных элементов для автомобилей
Топливный элемент аналогичен аккумулятору по электрохимическому принципу преобразования энергии, но отличается по принципу действия. Вместо хранения реагентов и продуктов химических реакций внутри, как это делают аккумуляторы, топливные элементы работают на непрерывном притоке/оттоке реагентов и продуктов. В этом смысле они не ограничены временем разряда и могут непрерывно генерировать электроэнергию, пока подается топливо. Водород является наиболее зарекомендовавшим себя топливом для топливных элементов, хотя его хранение и поставка накладывают некоторые ограничения на эту технологию.
Схематическое изображение водородно-кислородного топливного элемента приведено на рис.
10.2. К основным компонентам топливного элемента относятся: мембранно-электродный узел, состоящий из протонообменной мембраны и электродов (анода и катода), прикрепленных к мембране с каждой стороны, газодиффузионных слоев, биполярных пластин и несущей конструкции. Электроды топливных элементов содержат дисперсные частицы катализатора (обычно платины), которые необходимы для ускорения электрохимической реакции.
Рисунок 10.2. Структура топливного элемента с мембраной из полимерного электролита и транспортные процессы.
Нажмите, чтобы увидеть текстовое описание.
Детали слева направо: трубки подачи и вывода водорода, клеммная пластина с серебряным покрытием, биполярная углеродная пластина, позже диффузия углеродного газа, анод Pt(C) Протонообменная мембрана (PEM), катод Pt(C), диффузия углеродного газа позже углеродная биполярная пластина, клеммная пластина с серебряным покрытием, трубки для впуска и вывода кислорода. Электроны текут от клеммной пластины на стороне анода к клеммной пластине на стороне катода.
Авторы и права: Марк Федкин
Топливный элемент, работающий на водороде, объединяет водород с кислородом в электрохимической реакции для производства воды и электричества. При непосредственном контакте этих газов реакция H 2 + ½ O 2 = H 2 O протекает очень активно и генерирует значительное количество энергии (при определенных условиях – взрыв). В топливном элементе водород отделен от кислорода протонпроводящей мембраной, поэтому, чтобы вступить в реакцию, он вынужден переходить в ионную форму, теряя электроны:
H 2 -> 2H + + 2e — — эта реакция происходит на аноде ячейки.
Далее образовавшиеся ионы водорода (протоны) переносятся через протонообменную мембрану, а электроны – по внешней цепи, где они могут быть собраны в виде электрического тока. Достигнув катода, протоны (H + ) реагируют с молекулами кислорода, потребляя электроны из контура и образуя воду:
2H + + ½O 2 + 2e — -> H 2 O — эта реакция протекает на катоде ячейки.
Пока поддерживается подача реагентов, газообразного водорода и кислорода, процесс непрерывно вырабатывает электроэнергию и воду.
Посмотрите анимированную иллюстрацию этого процесса в следующем видео:
Видео: видеоруководство Honda по технологии водородных топливных элементов в автомобилях (например, FCX Clarity) (3:30)
Предоставлено: HondaVideo. «Видеоруководство Honda по технологии водородных топливных элементов в автомобилях (например, FCX Clarity)». YouTube. 13 сентября 2010 г.
Щелкните здесь, чтобы просмотреть расшифровку видеоруководства Honda по технологии водородных топливных элементов в автомобилях.
Автомобили на топливных элементах, которые работают на электричестве, произведенном из сжатого водорода, не производят вредных выбросов и могут стать будущим автомобилестроения.
Поскольку электричество вырабатывается из водорода и кислорода, автомобиль не выбрасывает углекислый газ или другие загрязняющие вещества. Это максимальная чистая производительность. Honda FCX Clarity — первый в мире серийный автомобиль на топливных элементах, который уже поступил в продажу в США и Японии. Производительность этого простого процесса, то есть количество электричества, которое может произвести один топливный элемент, ограничена несколькими факторами. Во-первых, это протонная проводимость мембраны. Мембрана состоит из специального полимера (например, сульфированного тетрафторэтилена, Nafion®), который работает как ионный проводник только при специально контролируемом температурно-влажностном режиме. Этот и другие полимеры, производимые для таких применений, довольно дороги. Во-вторых, платиновый (Pt) катализатор необходим для обеспечения достаточно быстрой кинетики электрохимических реакций. Платина — это благородный металл, который имеет высокую стоимость и ограниченную доступность.
Когда это работает, процесс топливных элементов очень эффективен (80-90% КПД) и может генерировать электричество без загрязнения окружающей среды и без механического разрушения компонентов элемента.
| Преимущества | Ограничения |
|---|---|
| Подзарядка не требуется, поэтому электроэнергию можно получать вдали от источников электроэнергии | Дорогостоящие компоненты, особенно платиновые катализаторы |
| Топливные элементы, работающие на водороде, не загрязняют окружающую среду: единственным выхлопом является вода | Высокая чувствительность к температуре (медленный запуск в холодном состоянии, ухудшение в горячем состоянии) |
| Компактный размер ячейки и возможность штабелирования для различных применений | Высокая чувствительность к примесям в топливе; катализатор легко отравляется |
| Высокая эффективность даже при низком уровне мощности | Инфраструктура подачи водорода не развита |
| Без шума | Хранение водорода на борту — сложная задача |
| Низкая токсичность (по сравнению с батареями) |
В течение достаточно долгого времени автомобили с батарейным и топливным элементами шли параллельным путем для будущего внедрения электрических автомобильных двигателей, и продвижение одного или другого зависело от прорывов в материалах и эффективности устройств.
Чтобы ознакомиться с текущим состоянием и тенденциями в этих технологиях, обратитесь к следующему чтению.
Задание на чтение:
Книга : Национальный исследовательский совет. Переход на альтернативные транспортные средства и виды топлива . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий, 2013 г. Разделы 2.5 и 2.6. (См. Электронные резервы в Canvas.)
Прочтите раздел 2.5, чтобы узнать о статусе и перспективах автомобилей с батарейным питанием.
Прочтите раздел 2.6 «Электромобили на водородных топливных элементах», чтобы узнать о статусе и перспективах водородных двигателей для автомобилей.
Основываясь на вышеизложенном, попытайтесь сформировать свое мнение по следующему вопросу: Какой тип электромобилей, по вашему мнению, может иметь лучшее будущее – топливный элемент или аккумулятор? Найдите конкретные аргументы, плюсы и минусы, чтобы поддержать это. В этом упражнении вам будет предложено провести исследование, чтобы сравнить эти технологии на основе некоторых общих показателей.
