Устөрөгчийн хэрэглээ

АНУ-д ойролцоогоор 9 сая метр тонн устөрөгчийг үйлдвэрлээд байна. Энэ нь 20-30 сая машин 5-8 сая өрхийг хангах эрчим хүч юм. Энэ бүх устөрөгчийг одоогоор металийг цэвэршүүлэх баяжуулахад голчлон ашиглаж байна. Энэ устөрөгчийн ихэнх хэсгийг Калифорни, Луйзиана, Техас мужид үйлдвэрлэж байна. Үндэсний сансар судлалын хүрээлэн буюу NASA устөрөгчийн тэргүүлэх хэрэглэгч юм. Устөрөгчийг сансрын түлш болгон хэрэглэх ба энэ нь сансрын хөлгийг тойрог замд оруулахад асар их хэмжээний эрчим хүчээр хангах юм.

Ийнхүү хэрэглэгдэж байгаа устөрөгчийн батерей буюу түлшийг түлшний элемент гэж нэрлэдэг. Түлшний элементээс цахилгаан эрчим хүч гарган авах ба энэ нь маш өндөр ашигт үйлийн коэффициенттэй гэсэн хэдий ч барьж байгуулахад өртөг өндөр байдаг. Бага хэмжээний түлшний элементээр цахилгаан машиныг тэжээж болдог. Харин их хэмжээний түлшний элементээр төвлөрсөн шугамд холбогдоогүй алслагдсан орон нутгийг цахилгаан эрчим хүчээр найдвартай хангах боломжтой. Түлшний элементийн өртгөөс шалтгаалан том хэмжээний устөрөгчийн цахилгаан станцыг барьж байгуулж чадахгүй байгаа хэдий ч бага хэмжээгээр хэрэглэж байгаа. Жишээ нь эмнэлгүүдийн аюулгүйн цахилгаан хамгамжид хэрэглэгдэж байна. Мөн компьютер, гар утас, армийн хэрэгцээнд ашиглагдаж байна.

Түлшний элемент

Устөрөгчийг хэрэглэн цахилгаан эрчим хүчийг гарган авах хамгийн зөв цэвэр арга зам бол түлшний элементийг ашиглах явдал юм. Энэ технологи нь тийм ч шинэ зүйл биш бөгөөд 150-д жилийн өмнө буюу 1839 онд Уилъям Гроув гэгч эрдэмтэн анхны түлшний элементийг нээж гарган авч олон нийтэд танил болгосон байна. Гроув анх фосфор, цагаан алтан электрод болон хүхрийн хүчлийн электролит ашиглан түлшний элементийг ашигласан байна.

Гроувийн хийн вольтийн батерей
Гроувийн хийн вольтийн батерей

Түлшний элементийн талаарх судалгааг 1920-д оноос Германд явуулж эхэлсэн бөгөөд 1960-д оноос NASA-д шүлтийн түлшний элементийг сансрын хөлөгт анхлан ашиглаж иржээ. Түлшний элемент бол маш өндөр ашигтай, бохирдол гаргадаггүй электро химийн технологи юм. Үүнийг маш олон салбарт тухайлбал цахилгаан үйлдвэрлэлт, тээврийн хэрэгслийн шинэ үеийг авчрах, хөдөлгүүрийн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх зэрэгт өргөн ашиглагдах боломжтой.

Түлшний элемент нь хоёр нимгэн электродын (фосфор анод, катод) хооронд хавчуулж хийсэн электролит материалаас бүрдэнэ. Хийсэн түлш буюу устөрөгч нь  анод дээгүүр, хүчилтөрөгч нь катод дээгүүр өнгөрөөд электронууд, ионууд болон задарна. Электрон нь гадаад цахилгаан хэлхээгээр гүйж ион нь электролит дундуур нэвтрэн электродыг цэнэглэнэ. Электрод дээр ионы нэгдэл нь ус үүсгэнэ.

Түлшний элементийн хэд хэдэн төрөл байдаг бөгөөд тэдгээрийн үзүүлэлтүүдийг үзүүлье.

Шүлтийн түлшний элемент – Alkaline Fuel Cell (AFC)

fcell_diagram_alkaline

Шүлтийн түлшний элемент нь шахсан буюу компресслогдсон устөрөгч, хүчилтөрөгч дээр тулгуурлагдах ба калийн гидроксидийн усан уусмалыг электролит болгон ашигладаг. Энэ түлш нь цэвэр ундны ус үйлдвэрлэх ба 1960-д оноос энэ түлшийг Аполло хөтөлбөрийн сансрын хөлөгт ашиглаж байсан байна. Тэр үед цахилгаан үйлдвэрлэлтийн АҮК нь 70% хүрж байв. Үндсэн дутагдал нь маш цэвэр устөрөгч хэрэглэх ба урвалын хэлбэр нь хүчтэй бус. Мөн цагаан алт их хэмжээгээр шаарддаг.

Фосфорын хүчлийн түлшний элемент – Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)

fcell_diagram_pafc

PAFC нь 20 жил хүрэхгүй хугацаанд хөгжиж буй түлшний элементийн маш боловсронгуй технологи юм. Электролит нь цахиурын карбид агуулсан политетрафлорэтилене. Цагаан алтан катализатортой, фосфорт нүүрстөрөгч электродтой.

Хайлуулсан карбонат түлшний элемент – Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)

Fcell_diagram_molten_carbonate

MCFC нь хайлуулсан карбонатын холимогийг электролит болгон ашигладаг. Анод нь никелийн хромид, катод нь никелийн оксид (литигээр өнгөлсөн). Өндөр температурын MCFC нь нам температурынхыг бодвол их хэмжээний угаарын хий ялгаруулдаг. Хоёр үндсэн хүндрэл бий.

  1. Шингэн электролиттэй байх нь хатуу байхаас илүү нарийн төвөгтэй байдаг. Хайлуулсан карбонат элементэд бусад дайвар химийн урвалууд явагддаг.
  2. Хайлуулсан карбонат түлш нь зэврэлт ихтэй байдгаас боломжит хэрэглээг нь хязгаарлаж байна.

Хатуу оксидын түлшний элемент – Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

fcell_diagram_sofc

SOFC нь керамикийг хэрэглэх ба хатуу төлөвт байх электролит хэрэглэдгээрээ онцлогтой ингэснээр зэврэлтийг багасгах сайн талтай юм. Электролит материал нь нягт тогтвортой цирконийн /цайр/ хоярч исэл байдаг. Анод нь фосфорт никель/цайрын муталл керамик байх ба катод нь магнийгаар бүрсэн лантанийн манганат байна. Хатуу оксидын ТЭ нь 0.6V/cell -д ойролцоогоор 232 A/ft2 байна.

Устөрөгчийн шатахуун

Сансрын хөлгийн үндсэн хөдөлгүүр нь цэвэр хүчилтөрөгчит шингэн устөрөгчийг шатахуун болгон ашигладаг ба энэ үед нүдэнд үл үзэгдэхүйц дөлийг гаргадаг. Устөрөгч нь өндөр шатамхай нэгдэл бөгөөд түлш шаталтын дулаан багтаамж нь -286 кЖ/моль байх ба дараах урвал явагдана.

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572  кЖ (286 кЖ/моль)

Устөрөгч нь агаарт хүчтэй тэсэрдэг. Энэ үед температур нь 560 °C хүрнэ. Устөрөгч шатах үед ялгарах дөл нь хэт ягаан туяаны мужид байх ба энгийн нүдээр харах боломжгүй юм. H2 нь бусад исэлдэгч элементүүдтэй шууд урвалд ордог. Хлор ба фтортой тасалгааны температурт хүчтэй ба аяндаа урвалд орж хлорт устөрөгч, фторт устөрөгчийг үүсгэнэ.

Тээврийн хэрэгсэлд устөрөгчийг ашиглах

Fuel Cell

АНУ-д 400-500 орчим тооны устөрөгчөөр ажилладаг тээврийн хэрэгсэл байдаг байна. Эдгээрийн дийлэнх нь цахилгаан хөдөлгүүрээр ажилладаг автомашин, автобуснууд байдаг. Эдгээр нь хий болон шингэн байдалтай устөрөгчийг цахилгаан эрчим хүчид хувирган ажилладаг машинууд юм. Нэг ёсондоо түлшний элементээр бүрэн ажилладаг гэсэн үг. Энэ хөдөлгүүр ямар ч бохирдол гаргадаггүй. Гэвч мөн л энэ хөдөлгүүрийн өртөг зардлын хувьд өндөр тусдаг.

Advertisements

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s