हायड्रोजन इंधन सेल वीज निर्मिती कार्यक्षमतेचे विश्लेषण

हायड्रोजन इंधन सेलइंजिन हे एक उर्जा निर्मितीचे साधन आहे जे इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियेद्वारे हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या रासायनिक उर्जेला विद्युत उर्जेमध्ये थेट रूपांतरित करते. हा लेख त्याच्या उर्जा निर्मितीची कार्यक्षमता, थर्मोडायनामिक कार्यक्षमता इ. वर एक नजर टाकेल.

सिस्टम उर्जा निर्मिती कार्यक्षमता = उलट करण्यायोग्य थर्मोडायनामिक कार्यक्षमता (94.53%, 25 ℃) × इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमता × इंधन वापर × सिस्टम घटक कार्यक्षमता (प्रत्येक उपप्रणाली घटकाचे नुकसान वगळता):

(१) उलट करण्यायोग्य थर्मोडायनामिक कार्यक्षमता

कामासाठी वापरल्या जाणार्‍या इंधन रेणू आणि ऑक्सिजन रेणूंच्या संपूर्ण प्रतिक्रियेद्वारे तयार केलेल्या उर्जेचे जास्तीत जास्त मूल्य दर्शवते (थर्मोडायनामिक्सच्या दुसर्‍या कायद्याच्या अडचणींचा विचार करणे आवश्यक आहे).

इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन पॉवर निर्मिती मूलत: रेडॉक्स प्रतिक्रियेच्या चार्ज ट्रान्सफरवर आधारित असते. द्रव पाण्यात बदलणार्‍या वायू पाण्याच्या प्रक्रियेस थोडेसे योगदान आहे. म्हणून, हायड्रोजन उर्जा निर्मितीने कमी उष्मांक वापरावे.

थर्मोडायनामिक्सच्या दुसर्‍या कायद्यानुसार: चक्रीय उष्णता इंजिन बनविणे अशक्य आहे जे एकाच उष्णतेच्या स्त्रोताकडून उष्णता घेते आणि इतर बदल न करता (केल्विन स्टेटमेंट) न घेता ते पूर्णपणे कामात रूपांतरित करते, म्हणजेच 1 किलो हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या ज्वलनामुळे सोडलेल्या सर्व उष्णतेचा वापर करणे (इलेक्ट्रिकल एनर्जीमध्ये रूपांतरित करणे). हा बदल "एन्ट्रोपी" द्वारे दर्शविलेला उष्णता आहे. म्हणूनच, वीज निर्माण करण्यासाठी रासायनिक उर्जा (इंधन) वापरणारे कोणतेही उपकरण नैसर्गिक मर्यादा रूपांतरण कार्यक्षमता आहे. इंधन पेशींसाठी, इंधन सेल साध्य करू शकणारी रिव्हर्सिबल थर्मोडायनामिक उर्जा निर्मितीची कार्यक्षमता ही सर्वाधिक सैद्धांतिक उर्जा निर्मिती कार्यक्षमता आहे. खोलीच्या तपमानावर (25 डिग्री सेल्सियस), सैद्धांतिकदृष्ट्या, 1 किलो हायड्रोजन 500mol*241.8/3600 केजे = 33.58 किलोवॅट वीज निर्मिती करू शकते; च्या सध्याच्या कमाल रेट केलेल्या कार्यक्षमतेनुसारइंधन सेल सिस्टमरेट केलेल्या ऑपरेटिंग शर्तींनुसार (उलट थर्मोडायनामिक कार्यक्षमतेसह 60%) खरं तर, 1 किलो हायड्रोजन 500mol*241.8/3600*60%= 20.15 किलोवॅट वीज उत्पन्न करू शकते. 

(२) इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमता इलेक्ट्रोकेमिकल रिएक्शन प्रक्रियेमध्ये नुकसान होते, जे प्रामुख्याने प्रतिक्रिया प्रक्रियेतील ध्रुवीकरण घटनेपासून येते, ज्यात ओहमिक ध्रुवीकरण, इलेक्ट्रोकेमिकल ation क्टिव्हिटी ध्रुवीकरण आणि गॅस प्रसार ध्रुवीकरण (एकाग्रता ध्रुवीकरण) यांचा समावेश आहे. इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमता ही तांत्रिक पातळी मोजण्यासाठी गुरुकिल्ली आहेइंधन सेल स्टॅक? 

()) इंधन वापर दर प्रतिक्रियेत भाग घेणार्‍या इंधनाचे प्रमाण. काही इंधन पेशी स्टॅकमधून वाहणार्‍या इंधनाचे रीसायकल करू शकतात परंतु अभिसरण पंपद्वारे प्रतिक्रियेत भाग घेत नाहीत, म्हणून उपयोग दर खूप जास्त असेल, परंतु तोटा देखील होईल; काही इंधन पेशी इंधन बर्न करतात जे प्रतिक्रियेत भाग घेतलेले नाहीत आणि उष्णतेच्या उर्जेच्या स्वरूपात त्यास आउटपुट करतात. या प्रकरणात, इंधन वापर दर केवळ प्रतिक्रियेत भाग घेण्याचे प्रमाण म्हणून मोजले जाऊ शकते.

()) सिस्टम घटक कार्यक्षमता

पाणी व्यवस्थापन, थर्मल मॅनेजमेंट, गॅस (हायड्रोजन, एअर) पुरवठा आणि नियंत्रण-इलेक्ट्रिकल मॅनेजमेन्ट सारख्या उपप्रणाली घटकांना विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा (वीज किंवा उष्णता) वापरण्याची आवश्यकता आहे.

जर सहकार्य वापरले गेले तर थर्मल उपयोगाची कार्यक्षमता जोडली जाणे आवश्यक आहे, म्हणजे: सिस्टम कॉम्प्रिहेन्सिव्ह कार्यक्षमता = सिस्टम उर्जा निर्मिती कार्यक्षमता + थर्मल उपयोग कार्यक्षमता.

औष्णिक उपयोग कार्यक्षमता: थर्मल एनर्जी वापरली/इनपुट इंधनाची उर्जा. टीपः केवळ बाहेरील बाजूस आउटपुट आणि थर्मल फायदे तयार करणारा भाग "थर्मल एनर्जी वापरला" मानला जातो.

उदाहरणार्थ, सामान्य उच्च -तापमान इंधन पेशी - घन ऑक्साईड इंधन पेशी (एसओएफसी) आणि पिघळलेल्या कार्बोनेट इंधन पेशी (एमसीएफसी)-एक ऑपरेटिंग तापमान 600 ~ 1000 ℃ पर्यंत आहे आणि एक्झॉस्ट गॅसमध्ये उच्च-दर्जाची कचरा उष्णता असेल, ज्याचा उपयोग घरे, व्यावसायिक ठिकाणी, सार्वजनिक युनिट्स, कोल्ड चेन, ताजे सुपरमार्केट आणि उच्च-तापमान स्टीम एकत्रित रेफ्रिजरेशनमध्ये वापरला जाऊ शकतो.

सहकार्य हे बहुतेकदा एक कौशल्य असते जे केवळ उच्च-तापमान इंधन पेशी असते. सामान्य निम्न-तापमान इंधन पेशी, जसे कीप्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीइंधन पेशी (पीईएमएफसी) आणि अल्कधर्मी इंधन पेशी (एएफसी) मध्ये उष्णता पुनर्प्राप्ती तुलनेने मर्यादित आहे.