.jpg/1280px-Reformed_methanol_fuel_cell_(block_diagram).jpg)
Системы топливных элементов на основе реформированного метанола ( RMFC ) или непрямых метанольных топливных элементов (IMFC) представляют собой подкатегорию топливных элементов с протонным обменом , в которых топливо, метанол ( CH3OH ), реформируется перед подачей в топливный элемент .
Системы RMFC обладают преимуществами по сравнению с системами топливных элементов с прямым впрыском метанола (DMFC), включая более высокую эффективность, меньшие размеры ячеек, меньшие требования к чистоте метанола, отсутствие необходимости в управлении водой, лучшую работу при низких температурах и хранение при отрицательных температурах, поскольку метанол представляет собой жидкость при температуре от -97,0 до 64,7 °C (от -142,6 до 148,5 °F) и поскольку в ячейках нет жидкой смеси метанола и воды, которая может разрушить мембрану DMFC в случае замерзания.
Причина высокой эффективности RMFC в отличие от DMFC заключается в том, что в топливный элемент вместо метанола подается водородсодержащий газ, а перенапряжение (потери мощности для каталитического преобразования) на аноде для водорода намного ниже, чем для метанола. Компромисс заключается в том, что системы RMFC работают при более высоких температурах и, следовательно, нуждаются в более совершенном управлении теплом и изоляции. Отходами этих типов топливных элементов являются углекислый газ и вода.
Метанол используется в качестве топлива, поскольку он по своей природе является водородоплотным ( носитель водорода ) и может быть подвергнут паровой конверсии в водород при низких температурах по сравнению с другими углеводородными топливами. Кроме того, метанол является природным, биоразлагаемым и энергетически плотным.
Системы RMFC состоят из системы обработки топлива (FPS), [1] топливного элемента , топливного картриджа и BOP ( остальная часть установки ). [2]
Топливный картридж хранит метаноловое топливо. В зависимости от конструкции системы в качестве топлива для системы RMFC обычно используется либо 100% метанол (промышленный стандарт IMPCA), либо смесь метанола с до 40 об.% воды. 100% метанол обеспечивает более низкий расход топлива, чем смесь воды и метанола (Premix), но сопровождается более высокой сложностью системы топливных элементов для конденсации катодной влаги.
Расходы на топливо для RMFC обычно составляют около 0,4–1,1 долл. США/кВт·ч [ требуется цитата ] (обычный метанол) и 0,45–1,3 долл. США/кВт·ч [ требуется цитата ] ( возобновляемый метанол, произведенный из городских отходов или возобновляемой электроэнергии). Для сравнения, для топливного элемента Low Temperature-PEM на водороде расходы на обычный водород (в связке баллонов) составляют около 4,5–10 долл. США/кВт·ч.
Метанол → Частичное окисление (POX)/ Автотермический риформинг (ATR) → Реакция конверсии водяного газа (WGS) → Предпочтительное окисление (PROX) В установке риформинга метанола метанол преобразуется в H2 и CO2 , реакция происходит при температурах от 250 °C до 300 °C.
→ Стек топливных элементов с мембранно-электродной сборкой (MEA) производит электричество в реакции, которая объединяет H 2 (реформированный из метанола в топливном процессоре) и O 2 и производит воду (H 2 O) в качестве побочного продукта. Обычно для RMFC используется низкотемпературный протонообменный мембранный топливный элемент (LT-PEMFC) или высокотемпературный протонообменный мембранный топливный элемент (HT-PEMFC).
→Копильная камера (КГ) каталитического сжигания или дожигатель ( каталитическое сжигание ) с катализатором платина - алюминий (Pt–Al2O3) [3] [4] [5] → конденсатор
Баланс завода (BOP) состоит из любых топливных насосов , воздушных компрессоров и вентиляторов, необходимых для циркуляции газа и жидкости в системе. Система управления также часто необходима для работы и мониторинга RMFC.
Системы RMFC достигли продвинутой стадии разработки. Например, небольшая система, разработанная Ultracell для вооруженных сил США [1], соответствует экологическим требованиям, безопасности и производительности, установленным Центром исследований, разработок и инжиниринга связи и электроники армии США , и доступна для приобретения.
Более крупные системы мощностью от 350 Вт до 8 МВт также доступны для различных применений, таких как генерация электроэнергии на электростанциях, резервное электроснабжение, аварийное электроснабжение , вспомогательная силовая установка (ВСУ) и расширение диапазона аккумуляторных батарей (электромобили, суда).
В отличие от дизельных или бензиновых генераторов интервал технического обслуживания систем RMFC обычно значительно больше, поскольку не требуется замена масляных фильтров и других деталей двигателя. Поэтому использование RMFC в автономных приложениях (например, обслуживание автомагистралей) и удаленных районах (например, телекоммуникации, горы) часто предпочтительнее дизельных генераторов .
Также к преимуществам можно отнести такие характеристики, как биоразлагаемость метанола, возможность использования возобновляемого метанола, низкие затраты на топливо, отсутствие выбросов твердых частиц/NOx, низкий уровень шума и низкий расход топлива (длительный интервал подачи топлива).
Электромобиль Gumpert Nathalie оснащен технологией RMFC.
Датская компания Blue World Technologies строит крупнейший в мире завод по производству непрямых метаноловых топливных элементов для автомобильной промышленности. [2]