Одним из первых применений топливных элементов, базирующимся на использовании их преимуществ, была космическая программа США. Три модуля на основе щелочных топливных элементов по 12 кВт каждый работали на борту во время полетов Аполлона в 1960-х годах. В 1970 году профессор Karl Kordesch из университета г. Грац (Австрия) разработал первый официально зарегистрированный автомобиль на топливных элементах. Это был гибридный автомобиль с 6 кВт щелочным топливным элементом,  свинцово-кислотными электрическими батареями и 20 кВт  электрическим двигателем на постоянном токе. С тех пор область мобильных применений интенсивно развивалась и сейчас включает в себя почти все виды моторизованного транспорта: морского, воздушного и наземного. Примерами разрабатываемых проектов могут служить применения топливных элементов в подводных лодках, паромах, самолетах и мопедах. Очевидно, что топливные элементы не во всех случаях являются основными источниками питания.  Они также рассматриваются как дополнительные источники электрической энергии, работающие в комбинации с двигателями внутреннего сгорания. Вне сомнений, что автомобильная промышленность является главным потенциальным потребителем топливных элементов, инвестирующая в исследования и разработки в этой области миллиарды долларов в год.

Практически все компании – производители автомобилей принимают участие в исследованиях в области топливных элементов. За несколько последних десятилетий было найдено несколько альтернатив двигателю внутреннего сгорания, отличающихся меньшим уровнем загрязнения окружающей среды.  Строгие правительственные законы, особенно в штате Калифорния, США, несомненно, ускорили внедрение топливных элементов в автомобили и автобусы. По сравнению с двигателями внутреннего сгорания  топливные элементы практически не дают вредных выбросов типа NOx  и сульфидов. Количество углекислого газа зависит от типа используемого топлива и, так как суммарная эффективность систем с топливными элементами выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, то это количество всегда ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания. Короткие времена срабатывания (ускорение) и быстрый старт относятся к наиболее важным характеристикам автомобилей. По этой причине высокотемпературные топливные элементы, такие как MCFC и SOFC, не вполне подходят для таких применений, потому что их системы более сложные и требуют  значительно больших времен старта, чем PEMFC и DMFC системы. Требуется также решить проблему, связанную с работой при отрицательных температурах. Поскольку полимерная мембрана содержит воду, то требуется предохранять сборку топливных элементов от замерзания. 

Внутренний вид автомобиля Necar 4 фирмы Даймлер Крайслер представлен в центре вышеприведенного рисунка. Видно, что сама сборка топливных элементов занимает только малую часть всей системы. Воздушный компрессор, насосы, увлажнитель газа и контрольный прибор с преобразователем  постоянного тока в переменный, все они являются компонентами, необходимыми для стабильной и безопасной работы. Небольшой объем пространства автомобиля накладывает строгие ограничения на объем всей системы топливных элементов. Некоторые ее части были разработаны с таким расчетом, чтобы соответствовать конструкции сегодняшних автомобилей.  Для случая PEMFC топливных элементов система хранения водорода на борту до сих пор представляет нерешенную проблему. Ни один из вариантов: водород под давлением, сжиженный водород или водород в металлогидридах, не  показал пока своей пригодности для этой цели. Другой подход заключается в хранении на борту метанола и использовании риформера или прямометанольного топливного элемента, который имеет более низкую плотность мощности.  

Общепризнанны и доказаны практичность и надежность топливных элементов в автомобилях. Основная задача сейчас заключается в снижении их стоимости. Доминирующим фактором при этом оказывается стоимость ценных металлов и полимерных мембран. Такие фирмы как: DaimlerChrysler, GM, VW, Volvo, Ford, Toyota, Honda и некоторые другие объединили свои усилия в разработке автомобилей на топливных элементах с канадской компанией Ballard. Фирма GM объявила о начале производства автомобилей на топливных элементах в 2010 году. В течение следующих пяти лет будет видно, кто выиграет гонку в коммерциализации автомобилей на топливных элементах.

К началу

Copyright © 2004-2006 Fuel Cell Norway ANS