Betrieb eines Wasserstofffahrzeugs (Brennstoffzelle)

 

Eine weitere Alternative für den Betrieb von Elektrofahrzeugen, die Wasserstofflösung, wird seit langem von Deutschen und Japanern untersucht. Europa, das Tesla für instabil hält, beschließt dennoch, ein Paket für diese Technologie zu schnüren (auf globaler Ebene, nicht nur zum Antrieb von Autos). Schauen wir uns also an, wie das Wasserstoffauto funktioniert, das also nur eine Variante des Elektroautos ist.

Siehe auch:

• Ist ein Wasserstoffauto machbar?
• Was sind die Vor- und Nachteile einer Brennstoffzelle

Mehrere Arten von Wasserstoffautos

Während die aktuelle Technologie für Autos bestimmt ist, die Brennstoffzellen verwenden, um ihre Elektromotoren anzutreiben, kann Wasserstoff auch in Hubkolben-Verbrennungsmotoren verwendet werden. Es ist in der Tat ein Gas, das genauso verwendet werden kann wie LPG und CNG, die bereits in unseren Fahrzeugen verwendet werden. Diese Idee wurde jedoch aufgegeben, der Kolbenmotor entspricht wirklich mehr der Zeit ...

Hier ist ein wasserstoffbetriebener Toyota Mirai. Es wird in den USA verkauft, nicht in Frankreich, da es keinen Wasserstoffverteilungspunkt gibt ... Nachdem wir mit den elektrischen Terminals zu spät gekommen sind, hinken wir beim Wasserstoff bereits hinterher!

Arbeitsprinzip

Wenn wir das System in einem Satz zusammenfassen müssten, würde ich das sagenes Elektromotor wer geht mit carburant umweltfreundlich (in Betrieb, nicht in Produktion). Anstatt den Akku mit Stecker und damit Strom aufzuladen, befüllen wir ihn mit Flüssigkeit. Deshalb nennen wir das Brennstoffzellensystem (es ist

akkumulieren

die mit Kraftstoff funktioniert, der

verbraucht

et

verschwindet aus dem Tank

). Tatsächlich ist der einzige Unterschied zu einem Elektromotor die Speicherung von Energie, hier in flüssiger, nicht chemischer Form.

Daher ist zu beachten, dass sich die Batterie im Gegensatz zu einer Lithium- oder sogar Blei-Säure-Batterie entlädt (siehe die Links, um herauszufinden, wie sie funktionieren).

Prozessplan

Wasserstoff = Hybrid?

Fast ... In der Tat haben sie systematisch eine zusätzliche Lithiumbatterie, deren Nützlichkeit ich weiter unten erläutern werde. Daher ist es möglich, nur mit Wasserstoff, nur mit einer herkömmlichen Batterie oder sogar beides gleichzeitig zu betreiben.

Komponenten

Wasserstofftank

Wir haben einen Tank, der 5 bis 10 kg Wasserstoff speichern kann, wobei wir wissen, dass jedes Kilogramm 33.3 kWh Energie enthält (im Vergleich zu Elektrofahrzeugen, die 35 bis 100 kWh haben). Der Tank ist speziell konstruiert und robust, um einem Innendruck von 350 bis 700 bar standzuhalten.

Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle wird den Elektromotor des Autos wie eine herkömmliche Lithiumbatterie mit Strom versorgen. Allerdings braucht es Kraftstoff, nämlich Wasserstoff aus dem Tank. Es besteht aus sehr teurem Platin, verzichtet aber in den modernsten Versionen darauf.

Pufferbatterie

Dies ist nicht erforderlich, aber bei Wasserstofffahrzeugen Standard. Es dient zwar als Backup-Batterie, als Leistungsverstärker (kann parallel zu einer Brennstoffzelle arbeiten), aber auch und vor allem dient es der Wiederherstellung der kinetischen Energie beim Verzögern und Bremsen.

Leistungselektronik

In meinem oberen Diagramm nicht aufgeführt, steuert, unterbricht und gleicht die Leistungselektronik die verschiedenen Ströme, die durch die verschiedenen Komponenten des Autos fließen (Wandlung zwischen Wechsel- und Gleichstrom), aus.

Tanken

Brennstoffzellenbetrieb: Katalyse

Ziel ist es, aus Wasserstoff Elektronen (Strom) zu extrahieren, um sie an einen Elektromotor zu senden. Dies alles geschieht durch eine kontrollierte elektrochemische Reaktion, bei der Elektronen auf der einen Seite (zum Motor) und Protonen auf der anderen (in der Brennstoffzelle) getrennt werden. Das ganze Treffen endet an der Kathode, wo die Reaktion endet: Die letzte "Mischung" ergibt Wasser, das aus dem System gepumpt wird (Abgas).

Hier ist ein Diagramm der Katalyse, also der Gewinnung von Elektrizität aus Wasserstoff (Umkehrelektrolyse).

Hier sehen wir die Funktionsweise der Brennstoffzelle, nämlich das Phänomen der Katalyse.

Wasserstoff H2 (d.h. zwei zusammengeklebte Wasserstoff-H-Atome: Dihydrogen) geht von links nach rechts. Wenn es sich der Anode nähert, verliert es seinen Kern (Proton), das (aufgrund des Oxidationsphänomens) abgesaugt wird. Die Elektronen werden dann ihren Weg nach rechts fortsetzen, um anschließend den Elektromotor zu nutzen.

Im Gegenzug bauen wir alles wieder zusammen, indem wir auf der Kathodenseite O2 (Sauerstoff aus der Luft dank des Kompressors) einspritzen, was auf natürliche Weise die Bildung eines Wassermoleküls ermöglicht (das alle Elemente zu einem Ganzen katalysiert). ein Molekül, das eine Ansammlung von Hs und Os ist).

Zusammenfassung chemischer / physikalischer Reaktionen

EIN NICKEN : an der Anode wird das Wasserstoffatom halbiert (H2 = 2e- + 2H+). Der Kern (H + -Ion) sinkt in Richtung Kathode, während die Elektronen (e-) ihren Weg fortsetzen, weil sie den Elektrolyten (den Raum zwischen Anode und Kathode) nicht passieren können.

KATHODE: an der Kathode sehen wir umgekehrte (auf unterschiedliche Weise) Ionen H + und e- Elektronen. Dann reicht es, Sauerstoffatome einzuführen, damit sich all diese Elemente sammeln wollen, was dann zur Bildung eines Wassermoleküls aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom führt. Oder die Formel: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Ernte ?

Betrachten wir nur das Auto selbst, nämlich den Wirkungsgrad vom Tank bis zum Ende der Räder (Stoffumwandlung / mechanische Verstärkung), liegen wir hier knapp unter 50%. Tatsächlich hat die Batterie einen Wirkungsgrad von etwa 50% und der Elektromotor etwa 90%. Daher haben wir zuerst 50 % Filterung und dann 10 %.

Wenn wir den Wirkungsgrad eines Kraftwerks berücksichtigen, das Energie erzeugt, dann haben wir vor der Produktion von Wasserstoff oder sogar der Verteilung von Strom (im Fall von Lithium) 25% für Wasserstoff und 70% für Strom (natürlich ungefähr durchschnittlich) ).

Lesen Sie hier mehr zum Thema Rentabilität.

Unterschied zwischen einem Wasserstoffauto und einem Lithiumbatterie-Elektroauto?

Die Autos sind bis auf ihren "Energietank" genau gleich. Daher handelt es sich um Elektrofahrzeuge, die Rotor-Stator-Motoren (Induktion, Permanentmagnet oder sogar reaktiv) verwenden.

Funktioniert eine Lithiumbatterie auch dank einer chemischen Reaktion in ihr (eine Reaktion, die auf natürliche Weise Strom erzeugt: genauer gesagt Elektronen), kommt nichts dabei heraus, es gibt nur eine innere Umwandlung. Um in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren (Aufladen), reicht es aus, den Strom durchzulassen (mit dem Sektor verbinden) und die chemische Reaktion beginnt wieder in die entgegengesetzte Richtung. Das Problem ist, dass es auch mit Kompressoren Zeit braucht.

Bei einem Wasserstoffmotor, bei dem es sich um einen klassischen Elektromotor handelt, der von einer Brennstoffzelle (d. h. Wasserstoff) angetrieben wird, verbraucht die Batterie während einer chemischen Reaktion Wasserstoff. Es wird durch einen Auspuff entleert, der Wasserdampf (das Ergebnis einer chemischen Reaktion) entfernt.

Daher könnten wir logischerweise jedes Elektroauto an ein Wasserstoffauto anpassen, es reicht aus, die Lithiumbatterie durch eine Brennstoffzelle zu ersetzen. Der "Wasserstoffmotor" sollte also nach Ihrem Verständnis in erster Linie als Elektromotor betrachtet werden (siehe hier, wie er funktioniert). Er nähert sich ihm notwendigerweise, nicht weil er als Wesen aufgetankt wird.

Die chemische Reaktion an der Basis dieser Tablette erzeugt Wärmevon Strom (was wir für den Elektromotor brauchen) und Wasser.

Warum nicht überall?

Das größte technische Problem bei Wasserstoff hängt mit der Speichersicherheit zusammen. Tatsächlich ist dieser Kraftstoff wie LPG gefährlich, da er bei Kontakt mit Luft entzündlich wird (und das ist noch nicht alles). Das Problem besteht also nicht nur darin, das Auto mit Kraftstoff zu betanken, sondern auch, einen Tank zu haben, der stark genug ist, um jedem Unfall standzuhalten. Natürlich sind die zusätzlichen Kosten auch ein großer Nachteil, und es scheint weniger rentabel zu sein als eine Lithium-Ionen-Batterie, deren Kosten sinken.

Schließlich ist das Produktions- und Verteilungsnetz der Welt sehr unterentwickelt, und die Regierungen wollen Wasserstoff durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen herstellen (viele Experten sprechen von einem utopischen Schema, das in unserer „plötzlichen“ Realität nicht realisierbar ist).

Letztlich sind die Chancen besser, dass konventioneller Strom die Lösung der Wahl für die Zukunft sein wird, anstatt Wasserstoff, der für eine Reihe von Anwendungen über die individuelle Mobilität hinaus genutzt wird.

Alle Kommentare und Reaktionen

Dernier Kommentar gepostet:

Bernhard (Datum: 2021, 09:23:14)

Hallo,

Vielen Dank für diese starken und interessanten Ideen. Ich werde die Seite mit einem neuen Glühwürmchen in meinem alten Gehirn verlassen.

Ich persönlich bin überrascht, dass außer dem, was ich über Atom-U-Boote weiß, niemand einen perfekten Motor für die Straße entwickelt hat. Es war tatsächlich der, den Philips auf dem Brüsseler Autosalon 1971 mit 200 PS enthüllte. auf zwei Kolben.

Philips nahm seinen Betrieb in den Jahren 1937-1938 auf und nahm ihn 1948 wieder auf.

1971 beanspruchten sie mehrere hundert PS pro Kolben. Seitdem kann ich nichts mehr finden ... Natürlich Secret Defense.

Was ist mit Gasturbinentriebwerken?

Deine Laternen können meiner Denkmühle etwas Wasser hinzufügen.

Vielen Dank für Ihr Wissen und Popularisierung.

Il J. 1 Reaktion(en) auf diesen Kommentar:

• Administrator SEITENADMINISTRATOR (2021-09-27 11:40:25): Es macht viel Spaß zu lesen, danke.

  Ich weiß nicht genug über diesen Motortyp, um es beurteilen zu können, wahrscheinlich wegen der Kosten, der Größe, der schwierigen Wartung und der durchschnittlichen Effizienz?

  Denken Sie daran, dass eine Lösung erforderlich ist, die das Erhitzen des Gases ermöglicht, und daher ist seine Anwendung in einem normalen öffentlichen Auto potenziell gefährlich (und wird im Laufe der Zeit konstant bleiben).

  Kurz gesagt, ich vermute, dass Sie auf eine genauere und sicherere Antwort gehofft haben ... Entschuldigung.

(Ihr Beitrag wird nach Überprüfung unter dem Kommentar sichtbar)

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