Úvod » Chemie » Palivové články: běh přes překážky

Palivové články: běh přes překážky

Přidat do mého PORTu

7. 11. 2007

Palivové články: běh přes překážky

Palivové články skrývají energii budoucnosti - ovšem kromě vojenských ponorek a kosmických aplikací se pro svou poměrně vysokou cenu nijak výrazně neuplatňují. Hlavní součástí článku je membrána a katalyzátor, obojí je ale hodně drahé. V praxi se zatím používají články, jejichž palivem je vodík, který může být stlačený v nádrži nebo vzniká rozkladem vody či metylalkoholu. Najít tu správnou membránu pro palivový článek zkoušejí také čeští vědci.
V Ústavu makromolekulární chemie nyní vyvíjejí speciální polymery, které by měly mít velkou účinnost a dlouhou životnost.

Velmi opatrný rozjezd, ale mnoho zájemců o svezení. Ne snad proto, že by jízda tímto golfovým vozíkem byla nějaká extra zábava, ale spíš proto, že je to asi první vozidlo poháněné palivovým článkem české výroby.

Ing. Jan Schauer, CSc., Oddělení polymerních membrán, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: Palivový článek je zařízení na výrobu elektrické energie stejně jako tento suchý článek. Do toho suchého článku se ale chemikálie potřebné vkládají při výrobě, a když se chemikálie spotřebují, tak se článek vyhodí.

To je neekologické i neekonomické. Lepší je přivádět chemikálie během provozu.

Ing. Jan Schauer, CSc., Oddělení polymerních membrán, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: Jako zdroj slouží vodík, který máme v balónku s Pokémonem. Balónek připojíme k palivovému článku a pustíme z balónku vodík do článku. V palivovém článku ihned začíná vznikat elektrický proud a elektrický proud roztočí vrtulku.

Takto se palivový článek předvádí dětem, když přijdou na exkurzi.

Švýcarský chemik Schönbein přišel na princip už roku 1838. Když lze elektřinou rozkládat vodu, musí to jít i obráceně. Angličan Grove zkonstruoval první funkční článek o rok později.

Do palivového článku se přivádí vodík k elektrodě, kde se rozkládá na protony a elektrony. Elektrony jdou vnějším obvodem a vykonávají práci. Protony procházejí přes membránu k druhé elektrodě, kam se přivádí kyslík, přicházejí elektrony a vzniká voda.

V roce 1963 vědci z General Electric pohánějí vrtulku palivovým článkem na naftu. Rok poté se montuje alkalický palivový článek pro kosmickou loď Apollo. V roce 1965 americká armáda používá přenosnou vrtačku napájenou palivovým článkem. A doktor Kordesh z Union Karbide jede na svém motocyklu poháněném hydrazinovým palivovým článkem.

V praxi existují dva základní druhy článků. V jedněch elektrody odděluje elektrolyt jako v autobaterii, ovšem alkalický, v druhých polymerová membrána. To je materiál, jenž se obvykle podobá igelitovému pytlíku.

Ing. Jan Schauer, CSc., Oddělení polymerních membrán, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: V této laboratoři připravujeme nové polymery pro membrány. Slévám dva reagenty k sobě a tím vzniká nový polymer. Obsahuje speciální skupinu, která je důležitá pro funkci palivového článku.

Polymer se odfiltruje, opět rozpustí v rozpouštědlech a potom se z něho odlije membrána. Ta je klíčovým a nejdražším prvkem palivového článku. Musí propouštět vodíkové kationty, které tu představují protony, takže se jí říká protonová membrána. Podobným způsobem vědci ve zdejším ústavu za poslední tři roky připravili na šest tisíc membrán. Dnes se používají pouze velice drahé fluorované membrány, které navíc nesnášejí vyšší teploty. Jejich metr čtvereční stojí osm set dolarů a přitom nevydrží dlouho. Současné membrány se také obtížně vyrábějí a nikdo neví, jak je ekologicky zlikvidovat. Svět proto hledá lacinější a vhodnější membrány. Výzkum podporuje Evropská unie i Spojené státy.

Ing. Jan Schauer, CSc., Oddělení polymerních membrán, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: To je membrána, která se potom použije v palivovém článku.

Podobnost čistě náhodná. Russel Hodgdon demonstruje svou membránu pro palivový článek v roce 1965. Je to asi náročný běh na dlouhou trať.

Tento bicykl i futuristická auta spojuje pohon palivovými články. Vozy ale stojí tři milióny, tankují vodík u zvláštní pumpy a za rok potřebují generálku za milión.

Ing. Jan Schauer, CSc., Oddělení polymerních membrán, Ústav makromolekulární chemie AV ČR: Tato membrána může být tak stokrát lacinější, než ta komerční membrána. Jestli ale vydrží tolik, v tomto okamžiku ještě nevíme.

Výrobou palivových článků se u nás zabývá jediná česká firma. Většinou jsou to články elektrolytické.

Ing. Jaroslav Polívka, vývojový pracovník Astris, Vlašim: V ruce držím základní jednoduchý palivový článek, je to sestava dvou elektrod, katody a anody. Tyto články jsou potom skládány do větších modulů, základní modul obsahuje dvacet párů tady těch elektrod a je sestaven tak, že dává 300 wattů elektrické energie v provedení 12 nebo 24 voltů. Celá tady ta sestava je koncipována tak, že tedy dává 2,4 kilowattů elektrické energie. Otvory na vstup vzduchu, otvor na vstup vodíku, a vstup a výstup elektrolytu.

Jak se články vyrábějí? Ze sazí a katalyzátoru se vytvoří jakási černá formela, která se vyválí na tenkou placku. Ta se pak nalisuje na niklovou mřížku. Mřížku je třeba opatřit vodivým rámečkem. Zatím sledujete jen výrobu v poloprovozu.

Ing. Jaroslav Polívka, vývojový pracovník Astris, Vlašim: Toto je měděný kolektor, na kterém je nakontaktována niklová síťka, v které už je v této fázi zaválcovaná aktivní elektrodová hmota.

Elektroda se pak zalije do pryskyřice. Potom se slepí dvě elektrody lepidlem k sobě a základní článek je hotov. Celý mechanismus ale není ani zdaleka tak jednoduchý, jako u ploché baterky. Mezi elektrody se musí čerpat elektrolyt a samozřejmě vodík a vzduch.

Ing. Jaroslav Polívka, vývojový pracovník Astris, Vlašim: Elektrolyt přichází skrz tento otvor a kanálkem potom je rozváděn na celou plochu tak, aby byla zaplavená celá část. Druhá strana elektrody je plynová strana, tady můžeme vidět zase otvory, kterými vstupuje příslušný plyn, buďto vzduch nebo vodík, a pomocí těchto kanálků zase vstupuje do prostoru mezi elektrody.

Tuto firmu nedávno koupila jedna indická společnost, která chce palivové články využít pro napájení telekomunikačních ústředen. Je tedy pravděpodobné, že se u nás brzo budou vyrábět statisíce palivových článků. Pokud se tak stane, bude to asi první praktické využití článků jinde než v kosmu, nebo v armádě. Z tohoto poloprovozu pak vyroste velký závod.

Vývoj článků ale pokračuje. Tady se testují různé druhy nových paliv na bázi alkoholů. Nepotřebují žádný obslužný systém, žádná čerpadla, pracují naprosto samostatně. Proto jsou vhodné jako zdroje do mobilních telefonů nebo přenosných elektropřístrojů. Jsou tu však dvě klíčové otázky: Kolik takový článek stojí a jak dlouho vydrží. Bohužel, zatím stojí moc a vydrží málo.

Světoví výrobci již ukazují dobíječky mobilů napájené metylalkoholem. Momentálně se ale zdá, že jedno dobití mobilu přijde na nějakých 20 Euro, čili na obchodní trhák to ještě nevypadá. Čeká se na nějaký nový objev, třeba na novou, levnou a výkonnou membránu.

Vstoupit do diskuse

komentářů: 0

Nejsledovanější