Топливный элемент своими руками дома
Водородный топливный элемент компании Nissan
С каждым годом совершенствуется мобильная электроника, становясь все распространение и доступнее: КПК, ноутбуки, мобильные и цифровые аппараты, фоторамки и пр. Все они все время пополняются новыми функциями, большими мониторами, беспроводной связью, более сильными процессорами, при этом, уменьшаясь в размерах. Технологии питания, в отличие от полупроводниковой техники, семимильными шагами не идут.
Имеющихся батарей и аккумуляторов для питания достижений индустрии становится недостаточно, поэтому вопрос альтернативных источников стоит очень остро. Топливные элементы на сегодняшний день являются наиболее перспективным направлением. Принцип их работы открыт был еще в 1839 году Уильямом Гроуом, который электричество генерировал изменив электролиз воды.
Что такое топливные элементы?
Видео: Документальный фильм, топливные элементы для транспорта: прошлое, настоящее, будущее
Топливные элементы интересны производителям автомобилей, интересуются ими и создатели космических кораблей. В 1965 году они даже были испытаны Америкой на запущенном в космос корабле «Джемини-5», а позже и на «Аполлонах». Миллионы долларов вкладываются в исследования топливных элементов и сегодня, когда существуют проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, усиливающимися выбросомами парниковых газов, образующихся при сгорании органического топлива, запасы которого тоже не бесконечны.
Топливный элемент, часто называемый электрохимическим генератором, работает нижеописанным образом.
Схема работы Топливного элемента на водороде
Являясь, как аккумуляторы и батарейки гальваническим элементом, но с тем отличием, что хранятся в нем активные вещества отдельно. На электроды они поступают по мере использования. На отрицательном электроде сгорает природное топливо или любое вещество из него полученное, которое может быть газообразным (водород, например, и окись углерода) или жидким, как спирты. На электроде положительном, как правило, реагирует кислород.
Но простой на вид принцип действия, в реальность воплотить не просто.
Топливный элемент своими руками
Видео: Топливный водородный элементсвоими руками
К сожалению у нас нет фотографий, как должен выглядить этот топливный элекмнт, надеямся на вашу фантазию.
Маломощный топливный элемент своими руками можно изготовить даже в условиях школьной лаборатории. Необходимо запастись старым противогазом, несколькими кусками оргстекла, щелочью и водным раствором этилового спирта (проще, водкой), которое будет служить для топливного элемента «горючим».
Стационарная энергоустановка на базе химического топливного элемента
Прежде всего, необходим корпус для топливного элемента, изготовить который лучше из оргстекла, толщиной не менее пяти миллиметров. Внутренние перегородки (внутри пять отсеков) можно сделать немного тоньше – 3 см. Для склеивания оргстекла используют клей такого состава: в ста граммах хлороформа или дихлорэтана растворяют шесть грамм стружки из оргстекла (проводят работу под вытяжкой).
В наружной стенке теперь необходимо просверлить отверстие, в которое вставить нужно через резиновую пробку сливную стеклянную трубочку диаметром 5-6 сантиметров.
Все знают, что в таблице Менделеева в левом нижнем углу стоят наиболее активные металлы, а металлоиды высокой активности находятся в таблице в верхнем правом углу, т.е. способность отдавать электроны, усиливается сверху вниз и справа налево. Элементы, способные при определенных условиях проявлять себя как металлы или металлоиды, находятся в центре таблицы.
Теперь во второе и четвертое отделение насыпаем из противогаза активированный уголь (между первой перегородкой и второй, а также третьей и четвертой), который выполнять будет роль электродов. Чтобы через отверстия уголь не высыпался его можно поместить в капроновую ткань (подойдут женские капроновые чулки). В
Топливо циркулировать будет в первой камере, в пятой должен быть поставщик кислорода – воздух. Между электродами будет находиться электролит, а для того, чтобы он не смог просочиться в воздушную камеру, нужно перед засыпкой в четвертую камеру угля для воздушного электролита, пропитать его раствором парафина в бензине (соотношение 2 грамма парафина на пол стакана бензина). На слой угля положить нужно (слегка вдавив) медные пластинки, к которым припаяны провода. Через них ток отводиться будет от электродов.
Осталось только зарядить элемент. Для этого и нужна водка, которую разбавить с водой нужно в 1:1. Затем осторожно добавить триста-триста пятьдесят граммов едкого калия. Для электролита в 200 граммах воды растворяют 70 граммов едкого калия.
Топливный элемент готов к испытанию. Теперь нужно одновременно налить в первую камеру – топливо, а в третью – электролит. Присоединенный к электродам вольтметр должен показать от 07 вольт до 0,9. Чтобы обеспечить непрерывную работу элементу, нужно отводить отработавшее топливо (сливать в стакан) и подливать новое (через резиновую трубку). Скорость подачи регулируется сжиманием трубки. Так выглядит в лабораторных условиях работа топливного элемента, мощность которого, понятна мала.
Видео: Топливный элемент или вечная батарейка дома
Чтобы мощность была большей, ученые давно занимаются этой проблемой. На активной стали разработки находятся метанольный и этанольный топливные элементы. Но, к сожалению, пока на практику их выхода нет.
Почему топливный элемент выбран в качестве альтернативного источника питания
Работающая модель игрушки-электромобиля на водородном топливном элементе
Альтернативным источником питания выбран топливный элемент, поскольку конечным продуктом сгорания водорода в нем является вода. Проблема касается только в нахождении недорогого и эффективного способа получения водорода. Колоссальные средства, вложенные в развитие генераторов водорода и топливных элементов, не могут не принести свои плоды, поэтому технологический прорыв и реальное их использование в повседневной жизни, только вопрос времени.
Уже сегодня монстры автомобилестроения: «Дженерал Моторс», «Хонда», «Драймлер Коайслер», « Баллард», демонстрируют автобусы и авто, которые работают на топливных элементах, мощность которых достигает 50кВт. Но, проблемы, связанные с их безопасностью, надежностью, стоимостью — еще не решены. Как говорилось уже, в отличие от традиционных источников питания – аккумуляторов и батарей, в этом случае окислитель и горючее подаются извне, а топливный элемент лишь является посредником в происходящей реакции по сжиганию топлива и превращению в электричество выделяющейся энергии.
Протекает «сжигание» только в том случае, если элемент ток отдает в нагрузку, подобно дизельному электрогенератору, но без генератора и дизеля, а также без шума, дыма и перегрева. При этом, КПД намного выше, поскольку отсутствуют промежуточные механизмы.
Видео: Автомобиль на водородном топливном элементе
Большие надежды возлагаются на применение нанотехнологий и наноматериалов, которые помогут миниатюризировать топливные элементы, при этом увеличить их мощность. Появились сообщения, что созданы сверх-эффективные катализаторы, а также конструкции топливных элементов, не имеющих мембран. В них вместе с окислителем подается в элемент топливо (метан, например). Интересны решения, где в качестве окислителя используется кислород, растворенного в воде воздуха, а в качестве топлива – органические примеси, скапливающиеся в загрязненных водах. Это, так называемые, биотопливные элементы.
Топливные элементы, по прогнозам специалистов, на массовый рынок могут выйти уже в ближайшие годы
Источник
Строим водородно-кислотный генератор
Наверняка многие слышали о автомобилях, работающих на воде. Конечно же, сама по себе вода не горит, а вот если ее расщепить на составляющие, то есть водород и кислород, то образованный гремучий газ горит очень даже неплохо. К тому же это топливо сгорает с высокой температурой, что делает возможным его использование в горелке и других приспособлениях.
К сожалению, автомобили на таком топливе пока еще находятся в разработках, так как человечество не придумало, где хранить водород или как эффективно с минимальными затратами превратить воду в топливо. К тому же водород разрушает двигатель.
Из этой инструкции вы узнаете, как своими руками можно сделать генератор, который превращает обычную воду в топливо. Правда энергетически он совсем не эффективен, так как в итоге на расщепление воды нужно потратить больше электроэнергии, чем образуется при этом газа.
Принцип работы основан на электролизе, который мы встречаем в свинцово-кислотных аккумуляторах и других приспособлениях. Некоторые умельцы ставят такие приспособления на свои автомобили и уверяют, что генератор позволяет существенно экономить топливо, но с научной точки зрения все это выглядит крайне сомнительно.
Материалы и инструменты для сборки генератора (конвертора):
— пластины из нержавеющей стали;
— трубные фитинги из пластмассы;
— гидравлический перфоратор;
— ленточная шлифовальная машина;
— наждачная бумага;
— пластмассовые шайбы;
— нержавеющие гайки;
— винты из нержавеющей стали;
— пластмассовые адаптеры;
— труба из акрила или пластмассы для создания корпуса;
— клей для пластика;
— одноходовой оборотный клапан;
— дистиллированная вода и гидроксид калия для изготовления электролита;
— источник питания 12 (или 24 В);
— трубки, крокодилы для подключения, провода и прочие мелочи.
Процесс изготовления генератора:
Шаг первый. Подготавливаем пластины
Для своей конструкции автор использовал нержавеющую сталь калибром 20 (0,8 мм). Просверлить такую железяку обычным сверлом и дрелью не получится, тут вам может понадобиться сверло по бетону с победитовым наконечником. Автор, например, пробивал отверстия при помощи гидравлического перфоратора. В итоге у вас должно будет получиться 12 пластин размерами 7,6 х 15, 2 см, четыре пластины размером 3,8 х 15,2 см, а также три соединительных полоски 2,54 см, четыре полоски по 1,27 см и три полоски по 0,62 см.
Чтобы сгладить зазубрины вокруг отверстий, удобно использовать ленточную шлифовальную машину.
Блок из пластин собирается таким способом, чтобы две внутренние пластины подключались к одному контакту, а две наружные к другому. Сперва при сборке ставится пластина, потом пластмассовая шайба, далее стопорная гайка ну и потом до победного, пока все 8 пластин не будут подключены.
После того как блок будет собран, сверху устанавливается пластмассовая заглушка размером 10,1 см. Она крепится при помощи нескольких винтов из нержавеющей стали.
Шаг четвертый. Собираем корпус для генератора
В качестве основы для корпуса можно использовать акриловую или пластмассовую трубу диаметром 10,1 см. Еще будут нужны два пластмассовых адаптера 10,1 см с перевернутой в нижней части заглушкой. Пластины генератора и крышка крепятся к верхней части.
Сборку устройства нужно будет еще закрепить водяной смеситель, он делается из куска акриловой трубки диаметром 5 см.
Шаг пятый. Делаем зажимы для смесителя
Чтобы сделать зажимы, вам будут нужны куски акриловой или пластмассовой трубы. Их можно будет закрепить с помощью клея. Зажимы автор сделал из трубы диаметром 5 см, понадобилось отрезать кусочки по 1.9 см. Для формирования захвата потом срезается верхняя часть размером 0.8 см. Ну а потом сюда приклеивается акриловый стержень и все это дело подсоединяется сбоку генератора.
Автор размешал хлопья гидроксида в воде, а заем закачал раствор в систему через фильтр. Важно знать, что гидроксид калия обладает каустическим свойством, поэтому при попадании на кожу может вызывать ожоги.
Шаг восьмой. Завершающий этап сборки и тестирование генератора
Первым делом нужно будет залить воду, для этого снимается крышка. Далее крышка ставится назад, а вместе с ней на свои места устанавливаются прозрачные трубки. В качестве источника питания автор использовал обычный автомобильный аккумулятор с напряжением 12 Вольт с перемычками из кабеля. В итоге весь образовывающийся газ автор собирает в небольшую бутылочку и для наглядности поджигает. Тут нужно быть очень осторожным, так как из бутылки будет вырываться очень горячее пламя.
Что касается производительности самоделки, то по словам автора она выдает 1.5 литра газа в минуту при напряжении в 12В. Если взять и последовательно соединить два аккумулятора, получится напряжение уже в 24В, при этом выход газа составит целых 5 литров в минуту. При такой производительности можно заправить емкость в 15 литров за 38 секунд, но никогда не сжимайте этот газ, так как он легко детонирует, что приведет ко взрыву.
Если сделать напряжение еще больше, пластины и вода начинают сильно нагреваться. Опасно это тем, что пластиковая труба, из которой сделан корпус, может деформироваться.
Шаг девятый. Заключение
Вот и все, наш генератор готов к тестированию. Самоделка не предназначена для подачи газа в двигатель автомобиля, то лишь демонстрация работы подобных устройств. С газом можно проводить различные опыты. К примеру, вы можете набрать в стаканчик воды и размешать ее с моющим средством. Далее, когда вы опустите в стаканчик трубу с выделяющимся газом, у вас образуется пена. Эта пена будет горючей, поджигайте ее на безопасном от себя расстоянии, так как взрыв без проблем разрывает на куски пластиковый стакан.
Еще газ можно набрать в пластиковую бутылочку и поджечь, в итоге получится ракета. Запускать ее лучше с самодельной установки, которая делается быстро и просто, хотя автор запускает такие ракеты прямо из руки.
Если вы хотите сделать что «помощнее», можете набрать газ в большую пластиковую бутылку, закрутить крышку и потом на расстоянии поджечь, в итоге получится довольно мощный взрыв.
Источник