http://www.omikk.bme.hu:8080/cikkadat/bitstream/123456789/4214/1/ET_2002_04r.pdf
2.1. A fémbázisú tüzelőanyag-cella működési elve
A cél változatlan: szabad elektronok áramának létrehozása az
anód és a katód közötti külső áramkörben. A "tüzelőanyag" ez
esetben
maga az anód: egy oxidálható fém, amelynek oxidációját - az
elektrolit segítségével - létrehozva, a fém-atom /F/ külső
elektronjának
kötése megszűnik, és a szabad elektronok a külső áramkörben
villamos egyenáramot hoznak létre. A pozitív fém-ionok /F7 az
elektrolitén /pl. KOH vizes oldatán/ keresztül a katódra jutnak. A
katódra külső levegőt áramoltatnak, és a levegőben lévő
oxigénből
- a külső áramkörből visszatérő elektronok jelenlétében - O"2
ionok
jönnek létre. A katódon az F4" és az O2 ionok egyesülése
megtörténik
és F2O molekulák keletkeznek, mintegy a cella működésének
melléktermékeként.
Az elektrolit jellege a cella működése szempontjából
meghatározó
fontosságú. A KOH oldata a "tüzeló'anyag-anódon" létrejövő
pozitív fém ionokat a katód felé átengedi, a szabad elektronok
áramát
viszont blokkolja, és így azok a külső áramkörön keresztül
jutnak
a "levegőkatódra".
2.2. A fémbázisú tüzelőanyag-cellák anyagai
és várható előnyeik
A várható előnyök- a hidrogénbázisú cellákkal összehasonlítva -
a következők. A hidrogén hátránya a nagy fajtérfogat. Megfelelő
tömegű
hidrogén elfogadható helyszükségletű tárolása csak igen
nagy nyomáson lehetséges /pl. 35 MPa nyomáson 1 dnr hidrogén
tömege: 31 g/. Hátrányos következmény: a tároló tartály súlya
nagyobb
lehet, mint a benne tárolt hidrogéné.
A "tüzelőanyagként" alkalmazható fémek nagy fajlagos sűrűsége
ebben a tekintetben előnyt jelent. Pl. a 2,7 kg/dm3 fajlagos
sűrűségű
aluminium térfogategysége elméletileg 10-szer nagyobb energiát
képes szolgáltatni [8]. A cink fajlagos sűrűsége még nagyobb, de
a
térfogategységének felhasználásával szolgáltatott energia kb. az
alumíniuméval egyező. A fémbázisú tüzelőanyag-cellák
alkalmazása
melletti egyik érv tehát a kisebb helyigény, a
tüzelőanyag-elhelyezés
és -utánpótlás megkönnyítése.
2002. 95. évfolyam 4. szám 125
Automatizálás és számítástechnika
A tüzelőanyagként alkalmazható alumínium és cink további
kedvező
tulajdonságai: egyszerűen és veszélymentesen szállíthatók és
tárolhatók. A melléktermékként keletkező alumínium-oxid, vagy
cink-oxid nem éghető, nem szennyező, egyszerűen tárolható és
könnyen újrafeldolgozható. Ha a tüzelőanyag-cellát egy savas
ólom-akkumulátor helyett alkalmazzák, akkor pl. ugyanazon
térfogatú
alumínium bázisú cella kb. 10-szer annyi energiát képes
szolgáltatni.
2.3. Az alumínium és a cink alkalmazhatósága
2.3.1. Az alumínium sajnálatos tulajdonsága az erős korróziós
hajlam, ami lehetetlenné teszi, hogy állandó érintkezésben
legyen
a marólúgos elektrolittal. Ez a probléma úgy oldható meg,
hogy az anód alumínium lapokból álló kötegérc - külön
tartályból
- egy szivattyú áramoltatja az elektrolitét, de csak üzem közben. Az alumínium lapokból felépülő anód-mint
"tüzelőanyag"
— természetesen üzem közben fogy, ezért az anódegységet
időnként újra kell kicserélni, ami olyan egyszerűen
megoldható, mint pl. egy szárazelem cseréje.
Alumínium-levegő tüzelőanyag-cella felépítése
Az Aluminium Power Inc. cég szabadalmaztatta az általa
kidolgozott
alumínium-bázisú cellát, és elsőként a kis teljesítményű
cellák fejlesztését indította el/pl. telefon, laptop számára/. A
fejlesztés
második fázisában - elsősorban a villamos járművek
számára - a nagyobb teljesítményű típusokat kívánják
előállítani.
2.3.2. A cink előnye az alumíniumhoz képest az, hogy nem
korrozív jellegű, és így az elektrolittel való állandó érintkezése
lehetséges. Üzemen kívüli állapotban csupán a katódra való
levegő
hozzááramlást kell megszüntetni.
Járművekhez a cink-bázisú cellát ígéretesnek tartják,
egyszerűségénél
fogva. A cink "tüzelőanyagot"/kb. 1 mm szemcse-méretű/
pellet formájában, a rés-szerűen kiképzett cella elem tetején
lehet betáplálni. Az elektrolit átáramoltatása a résben
levő pelleten keresztül folyamatos, miáltal a cellában keletkező hő is elvezethető, és a működés közbeni reakció oldható
mellékterméke is eltávolítható. Ezáltal elhárul az
üledékképződés,
ill. az eltömődés veszélye.
A cellát állandó áramforrásként alkalmazva olyan megoldás lehet
előnyös /Metallic Power Inc./, amely "melegencserélhető"
cink-elektolit keveréket tartalmazó elemi egységeket alkalmaz.
A kimerült elemek - hálózati csatlakozási lehetőség esetén - a
rendszerbe épített berendezéssel regenerálhatok.
Felmerült a "száraz" elektrolit alkalmazásának igénye is, a
KOH oldat kedvezőtlen tulajdonságainak /pl. fokozott
tömítettségi követelmények/ kiküszöbölésére. Az eVonyx
intézmény
- átmeneti megoldásként - olyan vékony, membránszerű,
gél-állapotú "száraz" elektrolitot fejlesztett ki, amely
"nem-érezhetően" nedves. Tajvanban villamos robogók hajtására
kívánnak cink-levegő tüzelőanyag-cellákat gyártani, amelyek
gél-állapotú elektrolittal üzemelnek.
Membrán elektrolit és levegő-katód alkalmazásával - elsősorban
villamos járművek hajtására - aluminium-bázisú cellák
fejlesztését
is megkezdték, 3 rétegű laminált alumínium anóddal f 10].
Hivatkozások
1. Imre, L.; Bilai, A. - Hecker, G.: Megújuló Energiafonások,
Felsőfokú
oktatási segédlet, p.156. BMGE, Budapest, 2000.
2. Forbes, A.C. - Pierre, J.F.: The Solid Fucl Cell Future, IEEE
Spectrum, p.40.Oct.l993.
3. Hoffmann, V.K.: Wasserstoff-Energie mit Zukunfl, V. Teubner,
Stuttgart,
1994.
4. Markwart, T. /ed./: Solar Electricity, Wiley & Sons, New York,
1994.
5. Fortschritte bei Brennstoffzellen, Strohmthemen 7. 1997. p.7.
6. Wolk, R.H.: Fuel Cells for Homes and Hospitals, IEEE Spectrum,
May 1999, p.45.
7. Imre, L: A tüzelőanyag-cellás technológia alkalmazásai,
Magyar
Energetika, 2001/2. p.37.
8. Riezenman, M.J.: Metál Fuel Cells, IEEE Spectrum, June 2001.
p.55.
9. Solid-acid fuel cellsofferbreakthrough,REFOCUS, June 2001.
p.8.
10. Technology Watch, November 2000, p.32. | 
