Sursă de energie cu hidrogen. Elemente de combustibil. Principiul de funcționare al celulelor de combustie

Pilă de combustie (Fuel Cell) - convertor de energie potențială chimică (energie legături moleculare) în energie electrică. Dispozitivul conține o celulă de lucru, în care combustibilul este hidrogen gazos (H2) și oxigen (O2). Produșii reacției din interiorul celulei sunt apa, electricitatea și căldura. Din punct de vedere tehnologic, pilele de combustibil ar trebui considerate sisteme mai avansate decât motoarele. combustie interna, centralele pe cărbune și chiar centralele nucleare, care emit subproduse nocive.

Deoarece oxigenul este abundent în atmosferă, tot ce rămâne este să adăugați hidrogen în celula de combustibil. Această substanță este destul de ușor de obținut prin procesul de electroliză în aparatul cu același nume, numit electrolizor.

Ce este un electrolizor și cum funcționează?

Un dispozitiv electrochimic care este folosit pentru a separa moleculele în atomii lor constitutivi electricitate. Electrolizoarele sunt utilizate pe scară largă pentru separarea apei în hidrogen și oxigen.

Tehnica electrolizei este cea mai promițătoare modalitate de a produce hidrogen de o puritate foarte mare (99,999%) datorită eficienței sale ridicate și a răspunsului dinamic rapid în comparație cu alte metode.

Hidrogenul obținut prin electroliză este calitativ pur și, prin urmare, este bine potrivit pentru utilizarea într-o pilă de combustie.

Ce modele de electrolizoare au fost dezvoltate?

La fel ca celulele de combustibil, electrolizoarele sunt construite pe baza a doi electrozi și a unui electrolit conducător de ioni plasat între electrozi. Astfel de dispozitive diferă prin tipul de electrolit utilizat.

Schema structurală a electrolizorului și aspect una dintre variantele industriale: 1 - strat de catalizator; 2 – strat de difuzie de gaz; 3 - placa bipolara; 4 – membrana schimbătoare de protoni; 5 - sigiliu

Au fost dezvoltate mai multe tipuri diferite de electrolizoare, care sunt deja utilizate în practică sau sunt în stadiul de implementare. Cele mai comune două tipuri de electrolizoare producătoare de hidrogen sunt:

1. Electrolizor alcalin.
2. Electrolizor cu membrană.

Electrolizor alcalin

Acest tip de dispozitiv funcționează pe un electrolit caustic lichid (de obicei 30% KOH). Electrolizoarele alcaline sunt construite pe metale ieftine (), acționând ca un catalizator și au o structură destul de fiabilă.

Electrolizoarele alcaline produc hidrogen pur 99,8%, funcționează la o temperatură relativ scăzută și prezintă nivel inalt performanţă. Presiunea de lucru în instalații poate ajunge la 30 ATI. În timpul funcționării, se menține o densitate scăzută de curent.

Electrolizor cu membrană schimbătoare de protoni (POM).

Catalizatorul conține structura poroasa, astfel încât suprafața platinei este expusă maxim la hidrogen sau oxigen. Partea acoperită cu platină a catalizatorului este orientată spre POM.

Cum funcționează o celulă de combustie?

Un fel de „inimă” a unei celule de combustie este o membrană de schimb de protoni (POM). Această componentă permite protonilor să treacă aproape nestingheriți, dar blochează electronii.

Astfel, atunci când hidrogenul intră în catalizator și se împarte în protoni și electroni, protonii merg direct pe partea catodului, iar electronii urmează circuitul electric extern.

În consecință, pe parcurs, electronii efectuează lucrări utile:

• aprinde o lampă electrică
• rotiți arborele motorului
• încărcați bateria etc.

Numai urmând această cale electronii se combină cu protonii și oxigenul de pe cealaltă parte a celulei pentru a produce apă.

Toate aceste reacții au loc în ceea ce se numește o singură stivă de celule. În practică, este de obicei folosit intregul sistemîn jurul componentei principale, care este un teanc de mai multe celule.

Stiva este construită într-un modul, format din părți:

• managementul combustibilului, apei și aerului,
• echipamente frigorifice,
• software de management al agentului frigorific.

Acest modul este apoi integrat într-un sistem complet care poate fi utilizat pentru diverse aplicații.

Datorită conținutului ridicat de energie al hidrogenului și eficienței ridicate a celulelor de combustie (55%), tehnologia poate fi utilizată în diverse domenii.

De exemplu, ca sursă de alimentare de rezervă pentru generarea de energie atunci când rețeaua electrică principală este întreruptă.

Beneficiile evidente ale tehnologiei

Prin transformarea energiei potenţiale chimice direct în energie electrică, celulele de combustie elimină „blocurile termice” (a doua lege a termodinamicii).

Prin urmare, prin natura sa, această tehnologie este văzută ca fiind mai eficientă decât motoarele convenționale cu ardere internă.

Deci, circuitul motorului cu ardere internă transformă inițial energia potențială chimică în căldură și abia apoi se obține lucrul mecanic.

Emisiile directe ale celulelor de combustie sunt apă plată și o parte de căldură. Aici se constată o îmbunătățire semnificativă față de aceleași motoare cu ardere internă, care, printre altele, emit și gaze cu efect de seră.

Pilele de combustie sunt caracterizate prin absența pieselor mobile. Astfel de modele au fost întotdeauna caracterizate de o fiabilitate sporită în raport cu motoarele tradiționale.

Hidrogenul este produs într-un mod prietenos cu mediul, în timp ce extracția și prelucrarea produselor petroliere sunt foarte periculoase din punct de vedere al producției tehnologice.

celule de combustibil este un dispozitiv electrochimic similar unei celule galvanice, dar se deosebește de acesta prin faptul că substanțele pentru electro reactie chimica furnizat acestuia din exterior - în contrast cu cantitatea limitată de energie stocată într-o celulă galvanică sau baterie.

Orez. 1. Unele celule de combustibil

Pilele de combustie transformă energia chimică a combustibilului în electricitate, ocolind procesele de ardere ineficiente care au loc cu pierderi mari. Ca rezultat al unei reacții chimice, ele transformă hidrogenul și oxigenul în energie electrică. Ca rezultat al acestui proces, se formează apă și se eliberează o cantitate mare de căldură. O celulă de combustie este foarte asemănătoare cu o baterie care poate fi încărcată și apoi folosită pentru a stoca energie electrică. Inventatorul celulei de combustibil este William R. Grove, care a inventat-o ​​în 1839. În această pilă de combustie, o soluție de acid sulfuric a fost folosită ca electrolit, iar hidrogenul a fost folosit ca combustibil, care s-a combinat cu oxigenul într-un mediu oxidant. Până de curând, pilele de combustibil erau folosite doar în laboratoare și pe nave spațiale.

Orez. 2.

Spre deosebire de alte generatoare de energie, cum ar fi motoarele cu ardere internă sau turbinele alimentate cu gaz, cărbune, ulei etc., pilele de combustie nu ard combustibil. Aceasta înseamnă că nu există rotoare zgomotoase de înaltă presiune, fără zgomot puternic de evacuare, fără vibrații. Pilele de combustibil generează electricitate printr-o reacție electrochimică silentioasă. O altă caracteristică a celulelor de combustie este că transformă energia chimică a combustibilului direct în electricitate, căldură și apă.

Pilele de combustie sunt foarte eficiente și nu produc un numar mare gaze cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon, metanul și protoxidul de azot. Singurele produse emise în timpul funcționării celulei de combustibil sunt apa sub formă de abur și o cantitate mică de dioxid de carbon, care nu este emisă deloc dacă se folosește hidrogen pur drept combustibil. Pilele de combustibil sunt asamblate în ansambluri și apoi în module funcționale individuale.

Pilele de combustie nu au părți mobile (cel puțin nu în interiorul celulei în sine) și, prin urmare, nu respectă legea lui Carnot. Adică vor avea o eficiență de peste 50% și sunt deosebit de eficiente la sarcini mici. Astfel, vehiculele cu celule de combustie pot fi (și s-au dovedit deja a fi) mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil decât vehiculele convenționale în condiții reale de conducere.

Celula de combustibil generează curent electric DC care poate fi folosit pentru a conduce un motor electric, corpuri de iluminat și alte sisteme electrice dintr-un vehicul.

Există mai multe tipuri de celule de combustibil, care diferă în procesele chimice utilizate. Pilele de combustie sunt de obicei clasificate în funcție de tipul de electrolit pe care îl folosesc.

Unele tipuri de celule de combustie sunt promițătoare pentru a fi utilizate ca centrale electrice în centrale electrice, în timp ce altele sunt pentru dispozitive portabile sau pentru conducerea mașinilor.

1. Pile de combustibil alcaline (AFC)

Pilă de combustibil alcalină- Acesta este unul dintre primele elemente dezvoltate. Pilele de combustibil alcaline (ALFC) sunt una dintre cele mai studiate tehnologii folosite de la mijlocul anilor 1960 de NASA în programele Apollo și Space Shuttle. La bordul acestora nave spațiale celulele de combustie produc energie electrică și apă potabilă.

Orez. 3.

Pilele de combustie alcaline sunt unul dintre cele mai eficiente elemente folosite pentru a genera energie electrică, cu eficiența de generare a energiei ajungând până la 70%.

Pilele de combustibil alcaline folosesc un electrolit, de ex. soluție de apă hidroxid de potasiu continut intr-o matrice poroasa stabilizata. Concentrația de hidroxid de potasiu poate varia în funcție de temperatura de funcționare a celulei de combustie, care variază de la 65°C la 220°C. Purtătorul de sarcină din SFC este un ion hidroxid (OH-) care se deplasează de la catod la anod, unde reacționează cu hidrogenul pentru a produce apă și electroni. Apa produsă la anod se deplasează înapoi la catod, generând din nou ioni de hidroxid acolo. Ca rezultat al acestei serii de reacții care au loc în celula de combustie, se produce energie electrică și, ca produs secundar, căldură:

Reacția anodică: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

Reacția la catod: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

Reacția generală a sistemului: 2H2 + O2 => 2H2O

Avantajul SFC este că aceste celule de combustie sunt cele mai ieftine de fabricat, deoarece catalizatorul necesar electrozilor poate fi oricare dintre substanțele care sunt mai ieftine decât cele utilizate ca catalizatori pentru alte celule de combustibil. În plus, SFC funcționează la temperaturi relativ scăzute și sunt printre cele mai eficiente.

Una dintre caracteristicile SFC este sensibilitatea sa ridicată la CO2, care poate fi conținut în combustibil sau aer. CO2 reacționează cu electrolitul, îl otrăvește rapid și reduce foarte mult eficiența celulei de combustie. Prin urmare, utilizarea SFC este limitată la spații închise, cum ar fi vehiculele spațiale și subacvatice, acestea funcționând cu hidrogen și oxigen pur.

2. Pile de combustie cu carbonat topit (MCFC)

Pile de combustie cu electrolit de carbonat topit sunt celule de combustie la temperaturi ridicate. Temperatura ridicată de funcționare permite utilizarea directă a gazului natural fără un procesor de combustibil și a gazului combustibil cu putere calorică scăzută din combustibili de proces și alte surse. Acest proces a fost dezvoltat la mijlocul anilor 1960. De atunci, tehnologia de fabricație, performanța și fiabilitatea au fost îmbunătățite.

Orez. 4.

Funcționarea RCFC este diferită de celelalte celule de combustibil. Aceste celule folosesc un electrolit dintr-un amestec de săruri carbonatice topite. In prezent se folosesc doua tipuri de amestecuri: carbonat de litiu si carbonat de potasiu sau carbonat de litiu si carbonat de sodiu. Pentru a topi sărurile carbonatice și a realiza grad înalt mobilitatea ionilor în electrolit, pilele de combustie cu electrolit de carbonat topit funcționează la temperaturi ridicate (650°C). Eficiența variază între 60-80%.

Când sunt încălzite la o temperatură de 650°C, sărurile devin conductor pentru ionii de carbonat (CO32-). Acești ioni călătoresc de la catod la anod unde se combină cu hidrogenul pentru a forma apă, dioxid de carbon și electroni liberi. Acești electroni sunt trimiși de-a lungul exteriorului circuit electricînapoi la catod, generând un curent electric și căldură ca produs secundar.

Reacția anodică: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

Reacția la catod: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

Reacția generală a elementului: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(catod) => H2O(g) + CO2(anod)

Temperaturile ridicate de funcționare ale celulelor de combustie cu electroliți cu carbonat topit au anumite avantaje. Avantajul este abilitatea de a folosi materiale standard (tabla de otel inoxidabil si catalizator de nichel pe electrozi). Căldura reziduală poate fi folosită pentru a produce abur de înaltă presiune. Temperaturile ridicate de reacție în electrolit au, de asemenea, avantajele lor. Utilizarea temperaturilor ridicate durează mult pentru a ajunge la condiții optime de funcționare, iar sistemul reacționează mai lent la modificările consumului de energie. Aceste caracteristici permit utilizarea sistemelor de celule de combustie cu electrolit de carbonat topit în condiții de putere constantă. Temperaturile ridicate previn deteriorarea celulei de combustie prin monoxid de carbon, „otrăvire” etc.

Pilele de combustibil cu carbonat topit sunt potrivite pentru utilizare în instalații staționare mari. Centrale termice produse industrial cu putere energie electrică 2,8 MW. Sunt în curs de dezvoltare centrale cu o putere de ieșire de până la 100 MW.

3. Pile de combustie pe bază de acid fosforic (PFC)

Pile de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic). au devenit primele celule de combustie pentru uz comercial. Acest proces a fost dezvoltat la mijlocul anilor 60 ai secolului XX, testele au fost efectuate încă din anii 70 ai secolului XX. Ca rezultat, stabilitatea și performanța au fost crescute și costurile au fost reduse.

Orez. 5.

Pilele de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) folosesc un electrolit pe bază de acid ortofosforic (H3PO4) cu o concentrație de până la 100%. Conductivitatea ionică a acidului fosforic este scăzută la temperaturi scăzute, astfel încât aceste pile de combustibil sunt folosite la temperaturi de până la 150-220 °C.

Purtătorul de sarcină în celulele de combustie de acest tip este hidrogenul (H+, proton). Un proces similar are loc în celulele de combustibil cu membrană schimbătoare de protoni (MEFC), în care hidrogenul furnizat anodului este împărțit în protoni și electroni. Protonii trec prin electrolit și se combină cu oxigenul din aer la catod pentru a forma apă. Electronii sunt direcționați de-a lungul unui circuit electric extern și este generat un curent electric. Mai jos sunt reacțiile care generează electricitate și căldură.

Reacția anodului: 2H2 => 4H+ + 4e

Reacția la catod: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

Reacția generală a elementului: 2H2 + O2 => 2H2O

Eficiența pilelor de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) este de peste 40% atunci când se generează energie electrică. În producția combinată de căldură și electricitate, eficiența totală este de aproximativ 85%. În plus, având în vedere temperaturile de funcționare, căldura reziduală poate fi folosită pentru a încălzi apa și a genera abur la presiunea atmosferică.

Performanța ridicată a centralelor termice pe pile de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) în producția combinată de căldură și electricitate este unul dintre avantajele acestui tip de pile de combustie. Plantele folosesc monoxid de carbon la o concentrație de aproximativ 1,5%, ceea ce extinde foarte mult alegerea combustibilului. Construcția simplă, volatilitatea scăzută a electroliților și stabilitatea crescută sunt, de asemenea, avantaje ale unor astfel de celule de combustibil.

Centralele termice cu o putere electrică de ieșire de până la 400 kW sunt produse industrial. Instalațiile cu o capacitate de 11 MW au trecut testele relevante. Sunt în curs de dezvoltare centrale cu o putere de ieșire de până la 100 MW.

4. Pile de combustie cu membrană schimbătoare de protoni (MOFEC)

Pile de combustie cu membrană schimbătoare de protoni sunt considerate a fi cel mai bun tip de pile de combustie pentru generarea de energie a vehiculelor, care pot înlocui motoarele cu combustie internă pe benzină și diesel. Aceste celule de combustibil au fost folosite pentru prima dată de NASA pentru programul Gemini. Sunt dezvoltate și prezentate instalații pe MOPFC cu putere de la 1 W la 2 kW.

Orez. 6.

Electrolitul din aceste celule de combustibil este o membrană polimerică solidă (film subțire de plastic). Când este impregnat cu apă, acest polimer trece protoni, dar nu conduce electronii.

Combustibilul este hidrogen, iar purtătorul de sarcină este un ion de hidrogen (proton). La anod, molecula de hidrogen este separată într-un ion de hidrogen (proton) și electroni. Ionii de hidrogen trec prin electrolit către catod, în timp ce electronii se mișcă în jurul cercului exterior și produc energie electrică. Oxigenul, care este preluat din aer, este alimentat la catod și se combină cu electroni și ionii de hidrogen pentru a forma apă. La electrozi au loc următoarele reacții: Reacția anodică: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4eReacția catodic: O2 + 2H2O + 4e- => 4OHReacția totală a celulei: 2H2 + O2 => 2H2O Comparativ cu alte tipuri de pile de combustie, pile de combustie cu o membrană schimbătoare de protoni produc mai multă energie pentru un anumit volum sau greutate al celulei de combustie. Această caracteristică le permite să fie compacte și ușoare. În plus, temperatura de funcționare este mai mică de 100°C, ceea ce vă permite să începeți rapid funcționarea. Aceste caracteristici, precum și capacitatea de a modifica rapid producția de energie, sunt doar câteva care fac din aceste celule de combustibil un candidat principal pentru utilizare în vehicule.

Un alt avantaj este că electrolitul este mai degrabă solid decât lichid. Este mai ușor să păstrați gazele la catod și anod cu un electrolit solid, astfel încât astfel de celule de combustibil sunt mai ieftine de fabricat. Când se utilizează un electrolit solid, nu există dificultăți precum orientarea și mai puține probleme din cauza apariției coroziunii, care crește durabilitatea celulei și a componentelor sale.

Orez. 7.

5. Pile de combustibil cu oxid solid (SOFC)

Pile de combustibil cu oxid solid sunt pilele de combustibil cu cea mai ridicată temperatură de funcționare. Temperatura de funcționare poate varia de la 600°C la 1000°C, ceea ce permite utilizarea diferitelor tipuri de combustibil fără un pretratare special. Pentru a face față acestor temperaturi ridicate, electrolitul folosit este un oxid de metal solid pe bază de ceramică, adesea un aliaj de ytriu și zirconiu, care este un conductor al ionilor de oxigen (O2-). Tehnologia utilizării pilelor de combustie cu oxid solid s-a dezvoltat de la sfârșitul anilor 1950 și are două configurații: plană și tubulară.

Un electrolit solid asigură o tranziție gazoasă ermetică de la un electrod la altul, în timp ce electroliții lichizi sunt localizați într-un substrat poros. Purtătorul de sarcină din celulele de combustie de acest tip este ionul de oxigen (О2-). La catod, moleculele de oxigen sunt separate din aer într-un ion de oxigen și patru electroni. Ionii de oxigen trec prin electrolit și se combină cu hidrogenul pentru a forma patru electroni liberi. Electronii sunt direcționați printr-un circuit electric extern, generând curent electric și căldură reziduală.

Orez. 8.

Reacția anodului: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Reacția la catod: O2 + 4e- => 2O2-

Reacția generală a elementului: 2H2 + O2 => 2H2O

Eficiența producției de energie electrică este cea mai mare dintre toate pilele de combustibil - aproximativ 60%. În plus, temperaturile ridicate de funcționare permit generarea combinată de căldură și energie pentru a genera abur de înaltă presiune. Combinarea unei celule de combustie de înaltă temperatură cu o turbină creează o celulă de combustie hibridă pentru a crește eficiența generării de energie electrică cu până la 70%.

Pilele de combustibil cu oxid solid funcționează la temperaturi foarte ridicate (600°C-1000°C), rezultând un timp semnificativ pentru atingerea condițiilor optime de funcționare, iar sistemul răspunde mai lent la modificările consumului de energie. La astfel de temperaturi de operare ridicate, nu este necesar un convertor pentru a recupera hidrogenul din combustibil, permițând centralei termice să funcționeze cu combustibili relativ impuri din gazeificarea cărbunelui sau gaze reziduale și altele asemenea. De asemenea, această pilă de combustibil este excelentă pentru aplicații de mare putere, inclusiv centrale industriale și centrale mari. Module produse industrial cu o putere electrică de ieșire de 100 kW.

6. Pile de combustie cu oxidare directă a metanolului (DOMTE)

Pile de combustie cu oxidare directă a metanolului sunt folosite cu succes în domeniul alimentării telefoanelor mobile, laptop-urilor, precum și pentru a crea surse portabile de alimentare, ceea ce vizează utilizarea viitoare a unor astfel de elemente.

Structura pilelor de combustie cu oxidare directă a metanolului este similară cu structura pilelor de combustibil cu membrană de schimb de protoni (MOFEC), adică. un polimer este folosit ca electrolit, iar un ion de hidrogen (proton) este folosit ca purtător de sarcină. Dar metanolul lichid (CH3OH) se oxidează în prezența apei la anod, eliberând CO2, ioni de hidrogen și electroni, care sunt trimiși printr-un circuit electric extern și se generează un curent electric. Ionii de hidrogen trec prin electrolit și reacționează cu oxigenul din aer și electronii din circuitul extern pentru a forma apă la anod.

Reacția anodică: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6eReacția catodică: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O Reacția totală a elementelor: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O anii 1990 și puterea și eficiența lor specifică au crescut la 40%.

Aceste elemente au fost testate în intervalul de temperatură de 50-120°C. Datorita temperaturilor scazute de functionare si a nu necesita un convertor, aceste celule de combustibil sunt cel mai bun candidat pentru aplicatii in telefoane mobile si alte produse de larg consum, precum si in motoarele auto. Avantajul lor este și dimensiunile mici.

7. Pile de combustibil cu electrolit polimer (PETE)

În cazul pilelor de combustie cu electroliți polimeri, membrana polimerică este formată din fibre polimerice cu regiuni de apă în care conducția ionilor de apă H2O+ (proton, roșu) este atașată de molecula de apă. Moleculele de apă prezintă o problemă din cauza schimbului lent de ioni. Prin urmare, este necesar concentrație mare apă atât în ​​combustibil, cât și în electrozii de evacuare, ceea ce limitează temperatura de funcționare la 100°C.

8. Pile de combustibil acid solid (SCFC)

În pilele cu combustibil acid solid, electrolitul (CsHSO4) nu conține apă. Temperatura de lucru este deci 100-300°C. Rotația SO42-oxianioni permite protonilor (roșu) să se miște așa cum se arată în figură. De obicei, o pilă de combustie cu acid solid este un sandwich în care un strat foarte subțire de compus acid solid este intercalat între doi electrozi strâns comprimați pentru a asigura un contact bun. Când este încălzit component organic se evaporă, ieșind prin porii din electrozi, păstrând capacitatea numeroaselor contacte între combustibil (sau oxigen la celălalt capăt al celulelor), electrolit și electrozi.

Orez. 9.

9. Compararea celor mai importante caracteristici ale pilelor de combustie

Orez. 10.

10. Utilizarea pilelor de combustie în mașini

Orez. unsprezece.

Orez. 12.

Similar cu existența diferitelor tipuri de motoare cu ardere internă, există diferite tipuri de pile de combustie - alegerea tipului adecvat de pile de combustie depinde de aplicarea acestuia.

Pilele de combustie sunt împărțite în temperatură ridicată și temperatură scăzută. Pile de combustibil la temperatură joasă necesită hidrogen relativ pur drept combustibil. Aceasta înseamnă adesea că procesarea combustibilului este necesară pentru a transforma combustibilul primar (cum ar fi gazul natural) în hidrogen pur. Acest proces consumă energie suplimentară și necesită echipamente speciale. Pile de combustie la temperaturi ridicate nu au nevoie de această procedură suplimentară, deoarece pot „conversia intern” combustibilul la temperaturi ridicate, ceea ce înseamnă că nu este nevoie să investești în infrastructura cu hidrogen.

Pile de combustie pe carbonat topit (MCFC)

Pilele de combustie cu electroliți de carbonat topit sunt pile de combustie la temperaturi înalte. Temperatura ridicată de funcționare permite utilizarea directă a gazului natural fără un procesor de combustibil și a gazului combustibil cu putere calorică scăzută din combustibili de proces și alte surse. Acest proces a fost dezvoltat la mijlocul anilor 1960. De atunci, tehnologia de fabricație, performanța și fiabilitatea au fost îmbunătățite.

Funcționarea RCFC este diferită de celelalte celule de combustibil. Aceste celule folosesc un electrolit dintr-un amestec de săruri carbonatice topite. In prezent se folosesc doua tipuri de amestecuri: carbonat de litiu si carbonat de potasiu sau carbonat de litiu si carbonat de sodiu. Pentru a topi sărurile carbonatice și pentru a obține un grad ridicat de mobilitate a ionilor în electrolit, pilele de combustie cu electrolit de carbonat topit funcționează la temperaturi ridicate (650°C). Eficiența variază între 60-80%.

Când sunt încălzite la o temperatură de 650°C, sărurile devin conductor pentru ionii de carbonat (CO 3 2-). Acești ioni trec de la catod la anod unde se combină cu hidrogenul pentru a forma apă, dioxid de carbon și electroni liberi. Acești electroni sunt trimiși printr-un circuit electric extern înapoi la catod, generând curent electric și căldură ca produs secundar.

Reacția anodului: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reacția la catod: CO 2 + 1 / 2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
Reacția generală a elementului: H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) + CO 2 (catod) => H 2 O (g) + CO 2 (anod)

Temperaturile ridicate de funcționare ale celulelor de combustie cu electroliți cu carbonat topit au anumite avantaje. La temperaturi ridicate, gazul natural este reformat intern, eliminând necesitatea unui procesor de combustibil. În plus, avantajele includ capacitatea de a utiliza materiale standard de construcție, cum ar fi tablă de oțel inoxidabil și catalizator de nichel pe electrozi. Căldura reziduală poate fi utilizată pentru a genera abur de înaltă presiune în diverse scopuri industriale și comerciale.

Temperaturile ridicate de reacție în electrolit au, de asemenea, avantajele lor. Utilizarea temperaturilor ridicate durează mult pentru a ajunge la condiții optime de funcționare, iar sistemul reacționează mai lent la modificările consumului de energie. Aceste caracteristici permit utilizarea sistemelor de celule de combustie cu electrolit de carbonat topit în condiții de putere constantă. Temperaturile ridicate previn deteriorarea celulelor de combustie prin monoxid de carbon, „otrăvire” etc.

Pilele de combustibil cu carbonat topit sunt potrivite pentru utilizare în instalații staționare mari. Centralele termice cu o putere electrică de ieșire de 2,8 MW sunt produse industrial. Sunt în curs de dezvoltare centrale cu o putere de ieșire de până la 100 MW.

Pile de combustie cu acid fosforic (PFC)

Pilele de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) au fost primele pile de combustie destinate utilizării comerciale. Acest proces a fost dezvoltat la mijlocul anilor 1960 și a fost testat încă din anii 1970. De atunci, stabilitatea, performanța și costurile au crescut.

Pilele de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) folosesc un electrolit pe bază de acid fosforic (H 3 PO 4) cu o concentrație de până la 100%. Conductivitatea ionică a acidului fosforic este scăzută la temperaturi scăzute, din acest motiv aceste pile de combustie sunt utilizate la temperaturi de până la 150–220°C.

Purtătorul de sarcină în celulele de combustie de acest tip este hidrogenul (H + , proton). Un proces similar are loc în celulele de combustibil cu membrană schimbătoare de protoni (MEFC), în care hidrogenul furnizat anodului este împărțit în protoni și electroni. Protonii trec prin electrolit și se combină cu oxigenul din aer la catod pentru a forma apă. Electronii sunt direcționați de-a lungul unui circuit electric extern și este generat un curent electric. Mai jos sunt reacțiile care generează electricitate și căldură.

Reacția la anod: 2H 2 => 4H ++ 4e -
Reacția la catod: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2H 2 O
Reacția generală a elementului: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Eficiența pilelor de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) este de peste 40% atunci când se generează energie electrică. În producția combinată de căldură și electricitate, eficiența totală este de aproximativ 85%. În plus, având în vedere temperaturile de funcționare, căldura reziduală poate fi folosită pentru a încălzi apa și a genera abur la presiunea atmosferică.

Performanța ridicată a centralelor termice pe pile de combustie pe bază de acid fosforic (ortofosforic) în producția combinată de căldură și electricitate este unul dintre avantajele acestui tip de pile de combustie. Plantele folosesc monoxid de carbon la o concentrație de aproximativ 1,5%, ceea ce extinde foarte mult alegerea combustibilului. În plus, CO 2 nu afectează electrolitul și funcționarea celulei de combustie, acest tip de celulă funcționând cu combustibil natural reformat. Construcția simplă, volatilitatea scăzută a electroliților și stabilitatea sporită sunt, de asemenea, avantaje ale acestui tip de pile de combustie.

Centralele termice cu o putere electrică de ieșire de până la 400 kW sunt produse industrial. Instalațiile de 11 MW au trecut testele relevante. Sunt în curs de dezvoltare centrale cu o putere de ieșire de până la 100 MW.

Pile de combustie cu membrană de schimb de protoni (PME)

Pilele de combustie cu membrană schimbătoare de protoni sunt considerate cel mai bun tip de celule de combustibil pentru generarea de energie a vehiculelor, care pot înlocui motoarele cu combustie internă pe benzină și diesel. Aceste celule de combustibil au fost folosite pentru prima dată de NASA pentru programul Gemini. Astăzi sunt dezvoltate și demonstrate instalații pe MOPFC cu o putere de la 1 W la 2 kW.

Aceste celule de combustibil folosesc o membrană polimerică solidă (film subțire de plastic) ca electrolit. Când este impregnat cu apă, acest polimer trece protoni, dar nu conduce electronii.

Combustibilul este hidrogen, iar purtătorul de sarcină este un ion de hidrogen (proton). La anod, molecula de hidrogen este separată într-un ion de hidrogen (proton) și electroni. Ionii de hidrogen trec prin electrolit către catod, în timp ce electronii se mișcă în jurul cercului exterior și produc energie electrică. Oxigenul, care este preluat din aer, este alimentat la catod și se combină cu electroni și ionii de hidrogen pentru a forma apă. Pe electrozi au loc următoarele reacții:

Reacția la anod: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reacția la catod: O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
Reacția generală a elementului: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

În comparație cu alte tipuri de celule de combustie, celulele de combustie cu membrană cu schimb de protoni produc mai multă putere pentru un anumit volum sau greutate al celulei de combustibil. Această caracteristică le permite să fie compacte și ușoare. În plus, temperatura de funcționare este mai mică de 100°C, ceea ce vă permite să începeți rapid funcționarea. Aceste caracteristici, precum și capacitatea de a modifica rapid producția de energie, sunt doar câteva dintre caracteristicile care fac din aceste celule de combustibil un candidat principal pentru utilizare în vehicule.

Un alt avantaj este că electrolitul este mai degrabă o substanță solidă decât o substanță lichidă. Menținerea gazelor la catod și anod este mai ușoară cu un electrolit solid și, prin urmare, astfel de celule de combustibil sunt mai ieftine de fabricat. În comparație cu alți electroliți, utilizarea unui electrolit solid nu provoacă probleme precum orientarea, există mai puține probleme din cauza apariției coroziunii, ceea ce duce la o durabilitate mai mare a celulei și a componentelor acesteia.

Pile de combustibil cu oxid solid (SOFC)

Pilele de combustibil cu oxid solid sunt celulele de combustibil cu cea mai ridicată temperatură de funcționare. Temperatura de funcționare poate varia de la 600°C la 1000°C, ceea ce permite utilizarea diferitelor tipuri de combustibil fără un pretratare special. Pentru a face față acestor temperaturi ridicate, electrolitul folosit este un oxid de metal solid subțire pe bază de ceramică, adesea un aliaj de ytriu și zirconiu, care este un conductor al ionilor de oxigen (O 2 -). Tehnologia de utilizare a celulelor de combustibil cu oxid solid s-a dezvoltat de la sfârșitul anilor 1950. și are două configurații: plană și tubulară.

Un electrolit solid asigură o tranziție gazoasă ermetică de la un electrod la altul, în timp ce electroliții lichizi sunt localizați într-un substrat poros. Purtătorul de sarcină în celulele de combustie de acest tip este ionul de oxigen (O 2 -). La catod, moleculele de oxigen sunt separate din aer într-un ion de oxigen și patru electroni. Ionii de oxigen trec prin electrolit și se combină cu hidrogenul pentru a forma patru electroni liberi. Electronii sunt direcționați printr-un circuit electric extern, generând curent electric și căldură reziduală.

Reacția la anod: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
Reacția la catod: O 2 + 4e - => 2O 2 -
Reacția generală a elementului: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Eficiența energiei electrice generate este cea mai mare dintre toate celulele de combustie - aproximativ 60%. În plus, temperaturile ridicate de funcționare permit generarea combinată de căldură și energie pentru a genera abur de înaltă presiune. Combinarea unei celule de combustie de înaltă temperatură cu o turbină creează o celulă de combustie hibridă pentru a crește eficiența generării de energie electrică cu până la 70%.

Pilele de combustie cu oxid solid funcționează la temperaturi foarte ridicate (600°C-1000°C), ceea ce duce la atingerea unor condiții optime de funcționare în timp îndelungat, iar sistemul răspunde mai lent la modificările consumului de energie. La astfel de temperaturi de operare ridicate, nu este necesar un convertor pentru a recupera hidrogenul din combustibil, permițând centralei termice să funcționeze cu combustibili relativ impuri din gazeificarea cărbunelui sau gaze reziduale și altele asemenea. De asemenea, această pilă de combustibil este excelentă pentru aplicații de mare putere, inclusiv centrale industriale și centrale mari. Module produse industrial cu o putere electrică de ieșire de 100 kW.

Pile de combustie cu oxidare directă a metanolului (DOMTE)

Tehnologia utilizării pilelor de combustie cu oxidare directă a metanolului trece printr-o perioadă de dezvoltare activă. S-a impus cu succes în domeniul alimentării telefoanelor mobile, laptopurilor, precum și al creării de surse portabile de alimentare. spre ce se urmăreşte aplicarea viitoare a acestor elemente.

Structura pilelor de combustie cu oxidare directă a metanolului este similară cu celulele de combustie cu membrană de schimb de protoni (MOFEC), adică. un polimer este folosit ca electrolit, iar un ion de hidrogen (proton) este folosit ca purtător de sarcină. Cu toate acestea, metanolul lichid (CH 3 OH) este oxidat în prezența apei la anod, eliberând CO 2 , ioni de hidrogen și electroni, care sunt ghidați printr-un circuit electric extern și se generează un curent electric. Ionii de hidrogen trec prin electrolit și reacționează cu oxigenul din aer și electronii din circuitul extern pentru a forma apă la anod.

Reacția la anod: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reacția la catod: 3 / 2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
Reacția generală a elementului: CH 3 OH + 3/2 O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Dezvoltarea acestor celule de combustibil a început la începutul anilor 1990. După dezvoltarea catalizatorilor îmbunătățiți și datorită altor inovații recente, densitatea puterii și eficiența au crescut cu până la 40%.

Aceste elemente au fost testate în intervalul de temperatură de 50-120°C. Cu temperaturi scăzute de funcționare și fără nevoie de un convertor, pilele de combustie cu metanol direct sunt cel mai bun candidat pentru aplicații, de la telefoane mobile și alte produse de larg consum până la motoarele de automobile. Avantajul acestui tip de pile de combustie este dimensiunea lor redusă, datorită utilizării combustibilului lichid, și absența necesității utilizării unui convertor.

Pile de combustibil alcaline (AFC)

Pilele de combustibil alcaline (ALFC) sunt una dintre cele mai studiate tehnologii și au fost folosite încă de la mijlocul anilor 1960. de către NASA în programele Apollo și Space Shuttle. La bordul acestor nave spațiale, celulele de combustibil produc energie electrică și apă potabilă. Pilele de combustie alcaline sunt unul dintre cele mai eficiente elemente folosite pentru a genera energie electrică, cu eficiența de generare a energiei ajungând până la 70%.

Pilele de combustibil alcaline folosesc un electrolit, adică o soluție apoasă de hidroxid de potasiu, conținută într-o matrice poroasă, stabilizată. Concentrația de hidroxid de potasiu poate varia în funcție de temperatura de funcționare a celulei de combustie, care variază de la 65°C la 220°C. Purtătorul de sarcină într-un SFC este un ion hidroxid (OH-) care se deplasează de la catod la anod unde reacţionează cu hidrogenul pentru a produce apă şi electroni. Apa produsă la anod se deplasează înapoi la catod, generând din nou ioni de hidroxid acolo. Ca rezultat al acestei serii de reacții care au loc în celula de combustie, se produce energie electrică și, ca produs secundar, căldură:

Reacția la anod: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reacția la catod: O 2 + 2H 2 O + 4e - \u003d\u003e 4OH -
Reacția generală a sistemului: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Avantajul SFC este că aceste celule de combustie sunt cele mai ieftine de produs, deoarece catalizatorul necesar pe electrozi poate fi oricare dintre substanțele care sunt mai ieftine decât cele utilizate ca catalizatori pentru alte celule de combustibil. În plus, SCFC funcționează la o temperatură relativ scăzută și sunt printre cele mai eficiente celule de combustibil - astfel de caracteristici pot contribui, respectiv, la o generare mai rapidă a energiei și la o eficiență ridicată a combustibilului.

Una dintre caracteristicile SHTE este sensibilitatea sa ridicată la CO 2 , care poate fi conținut în combustibil sau aer. CO 2 reacționează cu electrolitul, îl otrăvește rapid și reduce foarte mult eficiența celulei de combustie. Prin urmare, utilizarea SFC este limitată la spații închise, cum ar fi vehiculele spațiale și subacvatice, acestea trebuie să funcționeze cu hidrogen și oxigen pur. Mai mult decât atât, molecule precum CO, H2O și CH4, care sunt sigure pentru alte celule de combustie și chiar combustibil pentru unele dintre ele, sunt dăunătoare pentru SFC.

Pile de combustibil cu electrolit polimer (PETE)

În cazul pilelor de combustie cu electroliți polimerici, membrana polimerică este formată din fibre polimerice cu regiuni de apă în care există o conducere a ionilor de apă H 2 O + (proton, roșu) atașați de molecula de apă. Moleculele de apă prezintă o problemă din cauza schimbului lent de ioni. Prin urmare, este necesară o concentrație mare de apă atât în ​​combustibil, cât și pe electrozii de evacuare, ceea ce limitează temperatura de funcționare la 100°C.

Pile de combustibil acid solid (SCFC)

În pilele cu combustibil acid solid, electrolitul (C s HSO 4 ) nu conține apă. Temperatura de lucru este deci 100-300°C. Rotația anionilor SO 4 2-oxi permite protonilor (roșii) să se miște așa cum se arată în figură. De obicei, o pilă de combustie cu acid solid este un sandwich în care un strat foarte subțire de compus acid solid este intercalat între doi electrozi strâns comprimați pentru a asigura un contact bun. Când este încălzită, componenta organică se evaporă, ieșind prin porii din electrozi, păstrând capacitatea de contact a numeroase între combustibil (sau oxigen la celălalt capăt al celulei), electrolit și electrozi.

Pilele de combustibil cu hidrogen transformă energia chimică a combustibilului în energie electrică, ocolind procesele de ardere ineficiente, cu pierderi și conversia energiei termice în energie mecanică.

Descriere:

Pilele de combustibil cu hidrogen transformă energia chimică a combustibilului în energie electrică, ocolind procesele de ardere ineficiente, cu pierderi și conversia energiei termice în energie mecanică. Pila de combustibil cu hidrogen este electrochimic dispozitivul ca urmare a arderii „la rece” extrem de eficientă a combustibilului generează direct energie electrică. Celula de combustibil hidrogen-aer cu membrană schimbătoare de protoni (PEMFC) este una dintre cele mai promițătoare tehnologii de combustibil. elemente.

O membrană polimerică conducătoare de protoni separă cei doi electrozi, anodul și catodul. Fiecare electrod este o placă de carbon (matrice) acoperită cu un catalizator. Pe catalizatorul anod, hidrogenul molecular se disociază și donează electroni. Cationii de hidrogen sunt conduși prin membrană către catod, dar electronii sunt eliberați către circuitul extern, deoarece membrana nu permite trecerea electronilor.

Pe catalizatorul catod, o moleculă de oxigen se combină cu un electron (care este furnizat din circuitul electric) și cu un proton de intrare și formează apă, care este singurul produs de reacție (sub formă de vapori și/sau lichid).

Blocurile de membrană-electrozi sunt fabricate din celule de combustibil cu hidrogen, care sunt elementul generator cheie al sistemului energetic.

Avantajele pilelor de combustie cu hidrogen în comparație cu soluțiile tradiționale:

– intensitate energetică specifică crescută (500 ÷ 1000 W*h/kg),

– interval extins de temperatură de funcționare (-40 0 C / +40 0 C),

– absența unui punct de căldură, zgomot și vibrații,

– fiabilitatea pornirii la rece

– perioadă de stocare a energiei practic nelimitată (fără autodescărcare),

– capacitatea de a modifica intensitatea energetică a sistemului prin schimbarea numărului de cartușe de combustibil, ceea ce oferă o autonomie aproape nelimitată,

– capacitatea de a furniza aproape orice intensitate rezonabilă de energie a sistemului prin modificarea capacității de stocare a hidrogenului;

– consum mare de energie

- toleranta la impuritatile din hidrogen,

– durata de viata lunga,

- prietenos cu mediul și funcționare fără zgomot.

Aplicație:

– sisteme de alimentare pentru UAV-uri,

– încărcătoare portabile,

– surse de alimentare neîntreruptibile,

– Alte dispozitive.

Antreprenorul Danila Shaposhnikov spune că s-a angajat să scoată pe piață produsul din laborator. Startup AT Energy produce pile de combustie cu hidrogen care vor permite dronelor să zboare de multe ori mai mult decât o fac acum.

Antreprenorul Danila Shaposhnikov îi ajută pe oamenii de știință Yuri Dobrovolsky și Sergey Nefedkin să își comercializeze invenția - pile de combustibil compacte cu hidrogen care pot funcționa câteva ore fără teama de îngheț și umiditate. Compania AT Energy creată de ei a atras deja aproximativ 100 de milioane de ruble. investiții și se pregătește să cucerească piața globală de 7 miliarde de dolari a vehiculelor aeriene fără pilot, care până acum utilizează în principal baterii litiu-ion.

De la laborator la piață

Afacerea a fost începută de cunoștința lui Shaposhnikov cu doi doctori în științe în domeniul energiei și electrochimiei - Dobrovolsky de la Institutul de Probleme de Fizică Chimică al Academiei Ruse de Științe din Cernogolovka și Nefedkin, care conduce Centrul pentru Energie a Hidrogenului din Moscova. Institutul de Inginerie Energetică. Profesorii au avut o idee cum să facă pile de combustibil la temperatură joasă, dar nu au înțeles cum să-și aducă invenția pe piață. „Am acționat ca un antreprenor-investitor care și-a asumat riscul de a aduce produsul pe piață din laborator”, își amintește Shaposhnikov într-un interviu pentru RBC.

În august 2012, Shaposhnikov, Dobrovolsky și Nefedkin au înregistrat AT Energy (AT Energy LLC) și au început să pregătească prototipuri. Compania a aplicat și a devenit rezident în Skolkovo. Pe tot parcursul anului 2013, la baza închiriată a institutului din Cernogolovka, fondatorii AT Energy au lucrat pentru a crește radical durata de viață a bateriilor de celule de combustibil. „Chernogolovka este un oraș științific, este destul de ușor să găsești și să implici acolo asistenți de laborator, ingineri și electrochimiști”, spune Shaposhnikov. Apoi AT Energy s-a mutat în parcul industrial Cernogolovsky. Acolo a apărut primul produs - o pilă de combustie pentru drone.

„Inima” celulei de combustie dezvoltată de AT Energy este un bloc membrană-electrod în care are loc o reacție electrochimică: pe de o parte, aerul cu oxigen este furnizat, pe de altă parte, hidrogen gazos comprimat, ca urmare a o reacție chimică de oxidare a hidrogenului, se generează energie.

Pentru un produs real, AT Energy a putut să primească două granturi de la Skolkovo (un total de aproape 47 de milioane de ruble), precum și să atragă investiții de aproximativ 1 milion de dolari. Fondul North Energy Ventures a crezut în proiect (a primit 13,8% din AT Energy, partenerul său este însuși Shaposhnikov), fondul de risc Phystech Ventures (13,8%), fondat de absolvenți ai Institutului de Fizică și Tehnologie din Moscova și dezvoltatorul Morton (10%); direct Shaposhnikov și Dobrovolsky dețin acum 26,7% din AT Energy, iar Nefedkin - 9% (toate - conform Registrului de stat unificat al persoanelor juridice).

AT Energia în cifre

Aproximativ 1 00 de milioane de ruble— suma totală a investițiilor atrase

3-30 kg- masa de drone pentru care AT Energy realizează sisteme de alimentare

7 miliarde de dolari pe an - volumul pieței globale de drone în 2015

90 de milioane de dolari— volumul pieței ruse de drone militare în 2014

5 milioane de dolari— volumul pieței civile ruse de drone în 2014

2,6 miliarde de dolari— volumul pieței mondiale de celule de combustibil în 2014

Sursa: Date despre companie, Business Insider, Piețe și piețe

Zburând mai mult, chiar mai mult

Astăzi, aproape 80% dintre dronele din lume folosesc motoare electrice care sunt alimentate de baterii litiu-ion sau litiu-polimer. „Cea mai mare problemă cu bateriile este că au limitări de dimensiune. Dacă vrei de două ori mai multă energie, pune o altă baterie, și alta și așa mai departe. Iar în drone, cel mai important parametru este masa sa”, explică Shaposhnikov.

Masa dronei determină sarcina utilă a acesteia - numărul de dispozitive care pot fi agățate pe ea (de exemplu, camere, camere termice, dispozitive de scanare etc.), precum și timpul de zbor. Până în prezent, dronele zboară în mare parte de la o jumătate de oră la o oră și jumătate. „Nu este interesant timp de o jumătate de oră”, spune Shaposhnikov. „Se pare că, de îndată ce l-ai ridicat în aer, este deja timpul să schimbi bateria.” În plus, bateriile litiu-ion se comportă capricios la temperaturi scăzute. Shaposhnikov susține că celulele de combustibil dezvoltate la AT Energy permit dronelor să zboare de până la cinci ori mai mult: de la două ore și jumătate până la patru ore și nu se tem de îngheț (până la minus 20 de grade).

AT Energy achiziționează consumabile și componente pentru bateriile sale atât în ​​Rusia, cât și în străinătate. „Pentru evoluțiile științifice, sunt implicate serii mici, așa că nu putem încă oferi potențialilor producători ruși ai componentelor de care avem nevoie un orizont de planificare, astfel încât să își poată localiza producția”, explică Shaposhnikov.

În 2014, AT Energy a îndeplinit primele contracte: a furnizat armatei 20 de sisteme de baterii bazate pe propriile celule de combustibil (Shaposhnikov nu numește clientul). Au fost echipați și cu dronele companiei AFM-Servers, care le-a folosit la filmarea Jocurilor Olimpice de la Soci. „Unul dintre obiectivele companiei a fost să ne testeze sistemele pe drone și nu ne-a păsat dacă suntem plătiți sau nu pentru asta”, își amintește Shaposhnikov. Până în prezent, AT Energy a semnat o serie de contracte și precontracte, veniturile potențiale pentru care, conform lui Shaposhnikov, sunt de 100 de milioane de ruble. (în principal cu agențiile guvernamentale).

Shaposhnikov nu dezvăluie rezultatele financiare ale AT Energy. Potrivit Kontur.Fokus, în 2014, compania a avut un venit de 12,4 milioane de ruble. și o pierdere netă de 1,2 milioane de ruble. Costul pilelor de combustie cu o capacitate de până la 0,5 kW produse de AT Energy, conform lui Shaposhnikov, variază între 10-25 mii USD, în funcție de tipul de dronă, sarcinile acesteia, durata zborului și alți parametri.

Devalorizarea rublei, potrivit lui Shaposhnikov, va facilita intrarea companiei pe piața mondială. „Ne-am propus ca în 2016 să stabilim relații cu jucătorii occidentali, iar în 2017 să facem primele produse pentru principalele tipuri de drone străine”, spune el.

INVESTITOR

„AT Energy a reușit să creeze o pilă de combustie cu caracteristici unice”

Oleg Pertsovsky, director de operațiuni al Clusterului de tehnologii eficiente energetice al Fundației Skolkovo

„Au reușit să facă un dispozitiv care funcționează la temperaturi negative, fiind în același timp destul de compact și ieftin. Pentru proiectele intensive în cunoștințe, patru ani reprezintă o perioadă scurtă de timp, așa că se mișcă într-un ritm normal, în opinia noastră. Dronele sunt una dintre aplicațiile evidente și cele mai promițătoare pentru celulele de combustie. Prin înlocuirea sursei de alimentare, drona va putea crește timpul de zbor de mai multe ori cu aceleași caracteristici dimensionale de masă. Există, de asemenea, o piață pentru alimentarea autonomă cu energie, de exemplu pentru rețelele celulare, unde există o mare nevoie de surse de energie redusă în zonele îndepărtate unde nu există rețele electrice.”

„Crearea unui produs competitiv și intrarea pe această piață au riscuri de investiții semnificative”

Sergey Filimonov, șeful GS Venture Corporate Venture Fund (parte a GS Group)

„Piața pilelor de combustibil de mare capacitate este mult mai largă și mai complexă decât spațiul UAV. Dar pilele de combustibil vor trebui să concureze cu o serie de surse de energie existente, atât în ​​ceea ce privește eficiența, cât și costul. Crearea unui produs competitiv și intrarea pe această piață prezintă riscuri de investiții semnificative. Pentru GS ​​Venture, domeniile UAV-urilor și pilelor de combustie sunt destul de interesante, dar fondul nu este pregătit să investească într-un startup doar pentru că această companie operează într-un domeniu emergent și vizează o piață în creștere rapidă.

CLIENȚI

"Acest cea mai buna tehnologie pe piata, dar prea scump

Oleg Panfilenok, fondator și CEO al Copter Express

„AT Energy are o tehnologie foarte puternică. Combinația „pile de combustie plus rezervor de hidrogen” permite obținerea unei capacități energetice sigure, semnificativ mai mare decât în ​​cazul bateriilor litiu-polimer sau litiu-ion. Am proiectat deja o dronă de cartografiere, de aproximativ 1 metru în diametru, pentru a zbura pe o suprafață mare - dacă puneți pe ea pile de combustie cu hidrogen, aceasta va zbura până la patru ore. Ar fi convenabil și eficient, nu ar trebui să plantezi dispozitivul de mai multe ori pentru reîncărcare.

Momentan este cu siguranță cea mai bună tehnologie de pe piață, dar există o problemă: este prea scumpă pentru noi. O baterie de la AT Energy poate costa aproximativ 500 de mii de ruble. - un ordin de mărime mai mare decât o baterie litiu-polimer. Da, este de o ori și jumătate mai ieftin decât analogii străini, dar avem nevoie de zece. Nu suntem militari, care avem bugete, suntem o societate comercială și nu suntem pregătiți să plătim bani mari. Pentru militari, caracteristicile unei drone sunt mai importante decât costul ei, dar pentru comerț, dimpotrivă, este mai bine să o lași mai rău, dar mai ieftin.”

„Timpul de zbor al dronei pentru multe sarcini este cel mai important factor”

Maxim Shinkevich, CEO al grupului de companii Unmanned Systems

„Suntem foarte familiarizați cu AT Energy și am semnat un acord de cooperare cu ei. Am finalizat recent dezvoltarea unui nou multicopter supradimensionat cu o sarcină utilă de până la 2 kg, care va fi echipat cu celule de combustie de la AT Energy și va zbura de la 2,5 la 4 ore. Pe bateriile cu litiu, o astfel de dronă ar zbura doar 30 de minute. Această dronă poate fi folosită atât în ​​scopuri civile, cât și în scopuri militare - este un sistem de supraveghere video pentru căutarea și salvarea oamenilor, suntem deja pregătiți să o lansăm într-o serie. Avem deja primul client civil pentru el, de îndată ce îl vom arăta în acțiune, vor apărea și alte contracte.

Una dintre principalele probleme în utilizarea în masă a pilelor de combustie este lipsa unei rețele de stații pentru încărcarea acestora. Sunt mai scumpe decât bateriile (rezultând o creștere cu 15% a costului utilizării lor de către o dronă), dar în schimb obțineți mai mult de două ori durata zborului. Timpul de zbor al dronei pentru multe sarcini este cel mai important factor.”

Natalia Suvorova