Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Zahoďte baterie, vypněte elektrárny - přicházejí palivové články

aktualizováno 
Více než sto let trvalo, než se i běžný uživatel dočkal prvních palivových článků. Ty nyní nabízejí elektrickou energii pro přenosná zařízení, dopravní prostředky a možná nahradí i elektrárny.
Ačkoliv se v teprve v tomto tisíciletí začínají objevovat první komerčně dostupné palivové články, jejich princip je znám minimálně od roku 1839. V té době provedl jistý pan Grove pokus, na jehož základě mohl konstatovat, že kyslík a vodík v té době používaném galvanickém článku vyprodukují stejnosměrný elektrický proud. Od té doby se až do šedesátých let minulého století vývoj v podstatě zastavil. Právě v 60. letech dvacátého století se o tento druh napájení začala zajímat armáda a vznikly systémy pro mobilní napájení různé vojenské techniky. Například pro kosmický projekt Apollo byly využity kyslovodíkové palivové články k vytápění kabiny a napájení přístrojů. Vše bylo ale příliš drahé na to, aby se v té době firmy pustily do výroby takových článků pro běžné komerční využití.

Jak se však neustále zmenšuje zásoba neobnovitelných zdrojů energie a lidé se snaží více chránit životní prostředí, zvětšily se i investice do vývoje tohoto systému napájení. Nyní se již můžeme setkat s prvními produkty, jejichž zdrojem energie je palivový článek. Palivové články lze již nyní využít k napájení různých přenosných zařízení, objevily se první automobily s touto technologií pod kapotou. Do budoucna se počítá například s elektrárnami, jež by vyráběly elektrickou energii pomocí palivových článků. Nejvíce se této technologii zatím daří v Japonsku a Spojených státech.

Princip

Ve své podstatě je princip výroby elektrické energie v kyslovodíkovém palivovém článku opakem elektrolýzy (ta umožňuje získat z vody pomocí elektrického proudu samostatně kyslík a vodík). To znamená, že dochází k okysličování vodíku a prostřednictvím elektrod je pak vyráběn elektrický proud a produkováno teplo. Jak takový článek vypadá, můžete zjistit z následujícího obrázku.

Schéma palivového článku 

Z jedné stany je vháněn čerstvý vzduch a z druhé proudí spalované médium (vodík). Kyslík ze vzduchu projde pravou katodou, aby se na pravém katalyzátoru spojil s vodíkem (jinými slovy spálil vodík na vodu). Vodík musí projít přes anodu, levý katalyzátor a elektrolyt, aby se dostal k pravé katodě. Na externím okruhu mezi anodou a katodou pak může být měnič stejnosměrného proudu na střídavý. Elektrolyt má za úkol blokovat průchod elektronů. Při tomto procesu tedy vzniká elektrická energie, voda a teplo ze spalování.

V současné době existuje několik druhů palivových článků, jež se dělí podle toho, jaký elektrolyt využívají. Výjimkou je tak označení „Direct Methanol Fuel Cell“ (DMFC, methanolový palivový článek). Další druh se nazývá „Proton Exchange Membrane Fuel Cell“ (PEMFC), což je název odvozený od membrány (elektrolyt), která blokuje elektrony. Jeden z palivových článků nese označení „Alkaline Fuel Cell“ (AFC). Právě tento systém byl použit ve americkém vesmírném programu v 60. letech. Další druh nese označení „Phosphoric-acid Fuel Cell (PACF)“. Tato zařízení s kyselinou fosforečnou v elektrolytu by se mohla stát dostatečným zdrojem energie pro váš dům. Ale trvá jim delší dobu, než se dostanou do provozní teploty, takže se nehodí například pro pohánění automobilů. Na ještě větší provozní teplotě (kolem 1000° C) pracují „Solid Oxide Fuel Cell“ (SOFC). Mimo vyrobené elektřiny lze také využít vodní páru, kterou v důsledku takto vysoké teploty SOFC produkuje. Na druhou stranu musí být tyto palivové články vyrobeny z poměrně drahých materiálů. Levnější varianta, která pracuje na cca 600° Celsia, se nazývá “Molten Carbonate Fuel Cell“ (MCFC).

Problémy

Jednou z velkých brzd rozvoje kyslovodíkových palivových článků je velice nesnadné skladování a distribuce vodíku. A i samotná výroba opravdu čistého vodíku je poměrně náročná. Přitom platí, že čím čistší je vodík palivový článek využívá, tím více energie se získá.

A patrně i proto se začalo experimentovat propanem a metanolem. S propanem se počítá pro palivové články, jež budou dodávat energii domácnostem, zatímco metanol patně naleznete v přenosných zařízeních a dopravních prostředcích. Spalování propanu a metanolu je sice méně šetrné k životnímu prostředí než pálení čistého vodíku, ale v poměru k současným technologiím se i tak jedná o výrazný pokrok.

Baterie s dlouhou životností

O tom, že palivový článek bude ideální náhradou nynějších baterií, nebude pochyb, až se zmenší jeho rozměry a cena bude odpovídat získaným výhodám. Problém může nastat ve skutečnosti, že množství výkonu palivového článku přímo závisí na velikosti plochy membrány, na níž dochází k chemické reakci. Nejnovější pokroky v této oblasti jste měli možnost vidět například na letošní výstavě CeBIT 2003, kde patrně nejvíce zaujal palivový článek prezentovaný na stánku Toshiby spolu s mininotebookem Libreto. Již 30. ledna 2001 tato firma představila prototyp PDA s integrovanou technologií palivových článků. Přibližně půlkilogramový článek má výkon až 8 W.

PDA od Toshiby s technologií napájení DMFC 

Německá společnost Smart Fuel Cell zase nabízí zařízení s DMFC články, které je schopno s jednou 125mililitrovou cartridgí metanolu napájet notebook na asi sedm hodin. Společnost NEC zase představila svůj Tablet PC napájený palivovými články, které mají výkon až 20 W. Ukázány byly také cartridge s objemem 50 – 240 ml metanolu.

Tankujte vodík

Stejnosměrný proud produkovaný palivovými články může také pohánět elektromotor v některém dopravním prostředku. Na světě již jsou prototypy autobusů a automobilů. Pokud jste navštívili autosalón v Ženevě, mohli jste si prohlédnout model Honda FCX, který ke svému provozu využívá palivové články. Pohonná jednotka vozu pak dosahuje výkonu až 60 kW (82 k). Automobil má dojezd 355 km a maximální rychlost 150 km/hodinu. Některé předpovědi hovoří o tom, že do poloviny tohoto století nahradí v automobilech spalovací motory palivovými články.

Autobus poháněný palivovými články Autobus poháněný palivovými články

Technologie palivových článků se neustále vyvíjí. Hlavní důraz bude nejdříve kladen na snížení ceny článků a patrně i cartridgí. To by se ale mělo v podstatě řešit samo s nástupem hromadné výroby. S tím v ruku v ruce půjde požadavek na menší rozměry a větší výkon.





Hlavní zprávy

Další z rubriky

Výpadek Facebooku 11.10.2017.
Je snad konec internetu? Facebook i Instagram mají výpadky

Uživatelé v USA i jinde na světě hlásí nedostupnost sociálních sítí Facebook a Instagram.  celý článek

Skleněný most na hoře Yuntai
Infarktový žertík vyděsil turisty na skleněném mostě, kilometr nad zemí

Turisty v čínské provincii Hebei vyděsil žertík provozovatelů skleněného mostu na hoře Yuntai. Ve výšce více než 1 000 metrů nad zemí to musí být hrozivý...  celý článek

Pivníci.cz
Tipy na zajímavé weby: Se stránkou plnou piv se vám bude hodit hlídání

Hodnocení piv, kam na ně zajít a kde jsou u nás pivovary, najdete na Pivníci.cz. Na hodinu, na dvě či celý den. Potřebujete pohlídat děti prověřenou chůvou?...  celý článek

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.