Mobilní zdroj s palivovými články pro solární člun
Mobilní zdroje s palivovými články jsou v poslední době jako doplněk nebo náhrada klasických akumulátorových baterií zajímavou alternativou pro četná použití, od malých elektromobilů až třeba po zajištění elektrického proudu pro vybavení kempového obytného přívěsu nebo podporu pohonu solárního člunu. ještě donedávna převážně vodík, v přímé elektrochemické reakci s kyslíkem ze vzduchu, bez spalování, mění s velkou účinností na elektrickou energii. Většímu rozšíření vodíkových palivových článků pro komerční účely však brání dosud nedořešené problémy se zásobováním vodíkem a zajištěním jeho bezpečného použití.
Větší naději na komerční využití mají palivové články, které namísto vodíku používají jako palivo tekutý alkohol metanol, často se proto označují jako metanolové palivové články DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) a jejich funkce je dobře popsána v [1]. Velmi zjednodušeně řečeno, metanol samočinně směšovaný s vodou reaguje přímo v palivovém článku na vodu a oxid uhličitý a na svorkách článku vzniká napětí asi 1,2 V. Velkou výhodou palivových článků DMFC také je, že pracují při poměrně nízkých teplotách kolem 70 °C. Metanol přitom slučuje mnoho výhod, jako je snadná dostupnost, jednoduchá a bezpečná manipulace, velká energetická hustota a příznivá cena. Vyrábí-li se metanol z obnovitelných zdrojů energie, tedy např. z biomasy, je výsledný provoz palivového článku téměř bez emisí CO2.
Zatím jsou však přenosné napájecí zdroje s palivovými články DMFC o výkonu několika set wattů stále ještě příliš drahé, složité a málo kompaktní. Proto se odborníci z Ústavu pro technickou termodynamiku Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ve Stuttgartu společně s partnery z průmyslu a vysokých škol zaměřili na vývoj účinnějšího a kompaktnějšího systému mikropalivových článků DMFC. Přitom se soustředili nejenom na výběr vhodných materiálů a účelnou koncepci jednotlivých komponent celého systému, ale navrhli také nové levné řešení pro tzv. stohování neboli sestavování jednotlivých článků do kompaktního svazku pro dosažení většího napětí a výkonu, vhodné pro následnou sériovou výrobu, což je důležitý předpoklad pro proniknutí mikropalivových článků na trh. Vývojové práce byly umožněny finanční podporou spolkového ministerstva pro vzdělání a výzkum (Bundesministerium für Bildung und Forschung).
Prvním výsledkem vývoje trvajícího téměř tři roky je nový kompaktní zdroj s palivovými články DMFC o výkonu 100 W (obr. 1), který je lehčí, menší a levnější, než bylo dosud běžné. Koncem roku 2010 vestavěli odborníci DLR zdroj pro demonstraci do malého bateriově poháněného solárního člunu (obr. 2) z běžné produkce partnerské firmy Kopf Solarschiff GmbH (Sulz). Zdroj s palivovými články přitom podporuje akumulátorové baterie solárního člunu jako tzv. extender baterie, který prodlužuje dojezd solárního člunu a umožňuje snížit kapacitu, a tím i hmotnost provozní baterie. Systém navíc zásobuje solární člun elektrickou energií při špatném počasí a umožňuje kdykoliv nezávisle na síti dobíjení provozní baterie. Díky použití systému palivových článků bude možné rozšířit maximální počet míst k sezení v solárním člunu ze současných čtyř až na osm. Malá hmotnost zdroje s palivovými články umožní totiž vyrovnat potřebu výkonu při větším počtu přepravovaných osob, aniž by zdroj na rozdíl od přídavných akumulátorů hmotnost člunu výrazně zvětšil. Výsledky své vývojové činnosti v oblasti palivových článku představili pracovníci Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR odborné veřejnost na veletrhu v Hannoveru [3], kde přesvědčivě dokázali, že z hlediska výkonu, životnosti a ceny dosáhli ve vývoji malých, mobilních palivových článků velkého pokroku.
Literatura:
[1] KOŠŤÁL, J.: Elektrické napájení z palivových článků. Elektro, 2009, č. 1, s. 24. [2] Tiskové materiály DLR: Kompakt und mobil – DLR entwickelt Brennstoffzellensystem für Solarboot. 22. 9. 2010. [3] Tiskové materiály DLR: DLR mit grosser Beteiligung auf der Hannover Messe 2011. 4. 4. 2011.
Obr. 1. Mobilní zdroj elektrické energie s palivovými články DMFC o výkonu 100 W (foto: DLR)
Obr. 2. Zdroj s palivovými články prodlužuje dojezd bateriově poháněného solárního člunu (foto: DLR)
Větší naději na komerční využití mají palivové články, které namísto vodíku používají jako palivo tekutý alkohol metanol, často se proto označují jako metanolové palivové články DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) a jejich funkce je dobře popsána v [1]. Velmi zjednodušeně řečeno, metanol samočinně směšovaný s vodou reaguje přímo v palivovém článku na vodu a oxid uhličitý a na svorkách článku vzniká napětí asi 1,2 V. Velkou výhodou palivových článků DMFC také je, že pracují při poměrně nízkých teplotách kolem 70 °C. Metanol přitom slučuje mnoho výhod, jako je snadná dostupnost, jednoduchá a bezpečná manipulace, velká energetická hustota a příznivá cena. Vyrábí-li se metanol z obnovitelných zdrojů energie, tedy např. z biomasy, je výsledný provoz palivového článku téměř bez emisí CO2.
Zatím jsou však přenosné napájecí zdroje s palivovými články DMFC o výkonu několika set wattů stále ještě příliš drahé, složité a málo kompaktní. Proto se odborníci z Ústavu pro technickou termodynamiku Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ve Stuttgartu společně s partnery z průmyslu a vysokých škol zaměřili na vývoj účinnějšího a kompaktnějšího systému mikropalivových článků DMFC. Přitom se soustředili nejenom na výběr vhodných materiálů a účelnou koncepci jednotlivých komponent celého systému, ale navrhli také nové levné řešení pro tzv. stohování neboli sestavování jednotlivých článků do kompaktního svazku pro dosažení většího napětí a výkonu, vhodné pro následnou sériovou výrobu, což je důležitý předpoklad pro proniknutí mikropalivových článků na trh. Vývojové práce byly umožněny finanční podporou spolkového ministerstva pro vzdělání a výzkum (Bundesministerium für Bildung und Forschung).
Prvním výsledkem vývoje trvajícího téměř tři roky je nový kompaktní zdroj s palivovými články DMFC o výkonu 100 W (obr. 1), který je lehčí, menší a levnější, než bylo dosud běžné. Koncem roku 2010 vestavěli odborníci DLR zdroj pro demonstraci do malého bateriově poháněného solárního člunu (obr. 2) z běžné produkce partnerské firmy Kopf Solarschiff GmbH (Sulz). Zdroj s palivovými články přitom podporuje akumulátorové baterie solárního člunu jako tzv. extender baterie, který prodlužuje dojezd solárního člunu a umožňuje snížit kapacitu, a tím i hmotnost provozní baterie. Systém navíc zásobuje solární člun elektrickou energií při špatném počasí a umožňuje kdykoliv nezávisle na síti dobíjení provozní baterie. Díky použití systému palivových článků bude možné rozšířit maximální počet míst k sezení v solárním člunu ze současných čtyř až na osm. Malá hmotnost zdroje s palivovými články umožní totiž vyrovnat potřebu výkonu při větším počtu přepravovaných osob, aniž by zdroj na rozdíl od přídavných akumulátorů hmotnost člunu výrazně zvětšil. Výsledky své vývojové činnosti v oblasti palivových článku představili pracovníci Německého střediska pro letectví a kosmonautiku DLR odborné veřejnost na veletrhu v Hannoveru [3], kde přesvědčivě dokázali, že z hlediska výkonu, životnosti a ceny dosáhli ve vývoji malých, mobilních palivových článků velkého pokroku.
Literatura:
[1] KOŠŤÁL, J.: Elektrické napájení z palivových článků. Elektro, 2009, č. 1, s. 24. [2] Tiskové materiály DLR: Kompakt und mobil – DLR entwickelt Brennstoffzellensystem für Solarboot. 22. 9. 2010. [3] Tiskové materiály DLR: DLR mit grosser Beteiligung auf der Hannover Messe 2011. 4. 4. 2011.
Obr. 1. Mobilní zdroj elektrické energie s palivovými články DMFC o výkonu 100 W (foto: DLR)
Obr. 2. Zdroj s palivovými články prodlužuje dojezd bateriově poháněného solárního člunu (foto: DLR)