Werking van een waterstofvoertuig (brandstofcel)

 

Een ander alternatief voor de werking van elektrische voertuigen, een waterstofoplossing, is al lang bestudeerd door de Duitsers en de Japanners. Europa, dat Tesla als onhoudbaar beschouwt, besluit toch een pakket op deze technologie te zetten (op wereldschaal, en niet uitsluitend voor de voortstuwing van auto's). Dus eens kijken hoe een waterstofauto werkt, die dus gewoon een variant is van een elektrische auto.

Zie ook:

• Is een waterstofauto levensvatbaar?
• Wat zijn de voor- en nadelen van een brandstofcel

Verschillende soorten waterstofauto's

Terwijl de huidige technologie voor auto's is die brandstofcellen gebruiken om elektrische motoren aan te drijven, kan waterstof ook worden gebruikt in voertuigen met zuigerverbranding. Het is inderdaad een gas dat op dezelfde manier kan worden gebruikt als de LPG en CNG die al in onze voertuigen worden gebruikt. Dit idee werd echter verlaten, de zuigermotor past echt meer bij de tijd...

Hier is een Toyota Mirai aangedreven door waterstof. Het wordt verkocht in de VS, het is niet beschikbaar in Frankrijk, omdat daar geen waterstofdistributiepunt is ... Omdat we te laat zijn met elektrische terminals, lopen we al achter op het gebied van waterstof!

Werkingsprincipe

Als we het systeem in één zin zouden moeten samenvatten, zou ik dat zeggenhet elektrische motor met wie loopt carburant niet vervuilend (in bedrijf, niet in productie). In plaats van de accu op te laden met een stekker en dus stroom, vullen we deze met vloeistof. Daarom noemen we het brandstofcelsysteem (it's

accumuleren

die werkt met brandstof die

geconsumeerd

et

verdwijnt uit de tank

). Het enige verschil met een elektromotor is eigenlijk de opslag van energie, hier in vloeibare in plaats van chemische vorm.

Houd er daarom rekening mee dat de batterij ontladen is, in tegenstelling tot een lithium- of zelfs loodbatterij (zie de links om te zien hoe ze werken).

Proceskaart

Waterstof = hybride?

Bijna… Inderdaad, ze hebben systematisch een extra lithiumbatterij, waarvan ik het nut hieronder zal toelichten. Het is dus mogelijk om alleen op waterstof te werken, alleen met een conventionele accu, of zelfs allebei tegelijk.

Onderdelen

Waterstof tank

We hebben een tank die 5 tot 10 kg waterstof kan opslaan, wetende dat elke kg 33.3 kWh aan energie bevat (vergeleken met elektrische voertuigen, die 35 tot 100 kWh hebben). De tank beschikt over een speciale techniek en kracht om interne drukken van 350 tot 700 bar te weerstaan.

brandstofcel

De brandstofcel voorziet de elektromotor van de auto van stroom, net als een conventionele lithiumbatterij. Wel heeft hij brandstof nodig, namelijk waterstof uit de tank. Het is gemaakt van zeer duur platina, maar in de modernste aanpassingen is het achterwege gebleven.

Buffer batterij

Het is niet verplicht, maar wel de standaard voor voertuigen op waterstof. Hij dient inderdaad als back-upbatterij, als powerbooster (kan parallel met een brandstofcel werken), maar hij dient ook en vooral om kinetische energie terug te winnen tijdens het vertragen en remmen.

Vermogenselektronica

Niet weergegeven in mijn bovenste diagram, regelt, onderbreekt en corrigeert de vermogenselektronica (omzetten tussen AC en DC) de verschillende stromen die door verschillende voertuigcomponenten vloeien.

Tanken

Brandstofcelwerking: katalyse

Het doel is om elektronen (elektriciteit) uit waterstof te halen om ze naar een elektromotor te sturen. Dit wordt allemaal gedaan door een gecontroleerde elektrochemische reactie die elektronen aan de ene kant (in de richting van de motor) en protonen aan de andere kant (in de brandstofcel) scheidt. De hele ontmoeting komt uit bij de kathode, waar de reactie eindigt: het uiteindelijke "mengsel" geeft water, dat uit het systeem wordt gepompt (uitlaat).

Hier is een diagram van katalyse, dat bestaat uit het onttrekken van elektriciteit uit waterstof (het omgekeerde van elektrolyse).

Hier zien we de werking van de brandstofcel, namelijk het fenomeen katalyse.

Waterstof H2 (d.w.z. twee waterstof H-atomen aan elkaar gelijmd: diwaterstof) gaat van links naar rechts. Als het de anode nadert, verliest het zijn kern (proton), die naar beneden zal worden gezogen (vanwege het fenomeen van oxidatie). De elektronen vervolgen dan hun weg naar rechts om vervolgens de elektromotor te gebruiken.

Op onze beurt zetten we alles weer in elkaar door O2 (zuurstof uit de lucht dankzij de compressor) aan de kathodezijde te injecteren, wat op natuurlijke wijze de vorming van een watermolecuul mogelijk maakt (wat alle elementen tot één geheel zal katalyseren). molecuul, dat een combinatie is van Hs en Os).

Samenvatting van chemische/fysische reacties

ANODE : bij de anode wordt het waterstofatoom "doormidden gesneden" (H2 = 2e- + 2H+). De kern (H+ ion) daalt af naar de kathode terwijl de elektronen (e-) hun weg vervolgen omdat ze niet door de elektrolyt (de ruimte tussen de anode en de kathode) kunnen gaan.

KATHODE: op de kathode zien we omgekeerde (op verschillende manieren) H+ ionen en e-elektronen. Het is dan voldoende om zuurstofatomen in te brengen om al deze elementen te willen assembleren, wat vervolgens leidt tot het ontstaan ​​van een watermolecuul, bestaande uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom. Ofwel formule: 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Oogst?

Als we alleen naar de auto zelf kijken, namelijk het rendement van de tank tot aan het einde van de wielen (materiaaltransformatie/mechanische versteviging), zitten we hier iets onder de 50%. De batterij heeft inderdaad een efficiëntie van ongeveer 50% en de elektromotor - ongeveer 90%. Daarom hebben we eerst 50% filtering en daarna 10%.

Als we rekening houden met de efficiëntie van een elektriciteitscentrale die stroom opwekt, voordat we waterstof produceren of zelfs maar elektriciteit distribueren (in het geval van lithium), hebben we 25% voor waterstof en 70% voor elektriciteit (ruwweg gemiddeld natuurlijk).

Lees hier meer over rendement.

Het verschil tussen een waterstofauto en een elektrische auto met lithiumbatterij?

De auto's zijn precies hetzelfde, behalve hun "energietank". Daarom zijn dit elektrische voertuigen die rotor-statormotoren gebruiken (inductie, permanente magneten of zelfs terughoudendheid).

Als een lithiumbatterij ook werkt door een chemische reactie erin (een reactie die van nature elektriciteit produceert: meer bepaald elektronen), komt er niets uit, er is alleen een interne transformatie. Om terug te keren naar de oorspronkelijke staat (opladen), volstaat het om de stroom door te laten (verbinden met de sector) en de chemische reactie begint opnieuw in de tegenovergestelde richting. Het probleem is dat het tijd kost, zelfs met superchargers.

Voor een waterstofmotor, een klassieke elektromotor die wordt aangedreven door een brandstofcel (d.w.z. waterstof), verbruikt de batterij waterstof tijdens een chemische reactie. Het wordt geleegd via de uitlaat, die waterdamp verwijdert (het resultaat van een chemische reactie).

Daarom zouden we vanuit logisch oogpunt elke elektrische auto kunnen ombouwen tot een waterstofauto, het volstaat om de lithiumbatterij te vervangen door een brandstofcel. Dus, naar uw mening, moet "waterstofmotor" in de eerste plaats worden beschouwd als een elektromotor (zie hier hoe het werkt). Het komt niet noodzakelijkerwijs op hem af, want hij tankt als een entiteit.

De chemische reactie die in het hart van deze pil wordt geproduceerd hittevan elektriciteit (wat we nodig hebben voor de elektromotor) en water.

Waarom niet overal?

Het belangrijkste technische probleem van waterstof is de opslagveiligheid. In feite is deze brandstof, net als LPG, gevaarlijk omdat hij zeer ontvlambaar wordt bij blootstelling aan lucht (en dat is niet alles). Het probleem is dus niet alleen het vullen van de auto met brandstof, maar ook het hebben van een tank die sterk genoeg is om elk ongeval te weerstaan. Natuurlijk zijn de extra kosten ook een grote belemmering, en het lijkt minder levensvatbaar dan een lithium-ionbatterij, die dramatisch in prijs daalt.

Ten slotte is het productie- en distributienetwerk in de wereld zeer slecht ontwikkeld en willen regeringen waterstof produceren door middel van elektrolyse met behulp van hernieuwbare energiebronnen (veel experts praten over een utopisch plan dat niet kan worden gerealiseerd in onze "plotselinge" realiteit).

Uiteindelijk is de kans groter dat conventionele elektriciteit de gekozen oplossing van de toekomst zal zijn, in plaats van waterstof, dat zal worden gebruikt voor een reeks toepassingen die verder gaan dan persoonlijke mobiliteit.

Alle opmerkingen en reacties

Modesnufje- commentaar geplaatst:

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

Hello,

Bedankt voor deze sterke en interessante ideeën. Ik verlaat de site met een nieuwe vuurvlieg in mijn oude brein.

Persoonlijk ben ik verbaasd dat, afgezien van wat ik weet over nucleaire onderzeeërs, niemand een onberispelijke motor voor de weg heeft ontwikkeld. Het was inderdaad degene die Philips in 1971 op het Autosalon van Brussel introduceerde, met 200 pk. op twee zuigers.

Philips begon zijn werk in 1937-1938 en hervatte het in 1948.

In 1971 claimden ze enkele honderden pk's per zuiger. Ik heb niets meer kunnen vinden sinds... Natuurlijk, Geheime Verdediging.

Hoe zit het met gasturbinemotoren?

Jouw lantaarns kunnen wat water toevoegen aan mijn denkmolen.

Bedankt voor je kennis en promotie.

Il ik. 1 reactie(s) op deze reactie:

• administrateur SITEBEHEERDER (2021-09-27 11:40:25): Dit is erg leuk om te lezen, bedankt.

  Ik weet niet genoeg over dit type motor om te beoordelen, waarschijnlijk vanwege de kosten, de grootte, het complexe onderhoud, de gemiddelde efficiëntie?

  Zonder te vergeten dat het noodzakelijk is om een ​​oplossing te hebben waarmee het gas kan worden verwarmd, en dat de toepassing ervan op een normale openbare auto daarom potentieel gevaarlijk is (en dat het in de loop van de tijd constant zal zijn).

  Kortom, ik vermoed dat u hoopte op een nauwkeuriger en zelfverzekerder antwoord ... Sorry.

(Je bericht zal na verificatie zichtbaar zijn onder de reactie)

Schrijf een reactie

Met behulp van de elektrische formule E, vindt u dat: