No SSO cookie

Volkswagen revolutioneaza sistemul de propulsie cu pile cu combustibil

voteaza
(0/ 0)
Volkswagen revolutioneaza sistemul de propulsie cu pile cu combustibil
Noutati-auto · · 0 Comentarii
Nota utilizator
0.0

Volkswagen a realizat independent un nou sistem de pile cu combustibil, mai compact, mai eficient si mai ieftin.

 
 
1.jpg
Departamentul de Cercetare Volkswagen a realizat un nou tip de pile cu combustibil de temperatura inalta (High Temperature Fuel Cell - HTFC), unic in lume in momentul de fata. Acesta elimina numeroasele dezavantaje ale pilelor cu combustibil de temperatura joasa (LTFC), deja cunoscute. O membrana rezistenta la temperaturi inalte si electrozi special conceputi pentru aceasta membrana vor permite realizarea de sisteme de pile cu combustibil semnificativ mai compacte, mai eficiente si mai ieftine. Astfel, punerea la punct definitiva a acestui tip de propulsie se apropie vizibil. In orice caz, prognozele multor producatori referitoare la momentul cand Pilele cu combustibil ce folosesc hidrogenul vor fi gata pentru fabricatia de serie si vor fi disponibile pe scara larga pentru aplicatii obisnuite au presupus amanari repetate, datorate stagnarii cercetarilor. Volkswagen s-a implicat profund in aceasta problematica.

Evolutia proiectului:

1999. Volkswagen demareaza cercetarile pentru a realiza o membrana rezistenta la temperaturi inalte.
2001. La sfarsitul acestui an Volkswagen a luat decizia de a lucra la dezvoltarea unor pile cu combustibil de temperatura inalta, pornind de la aspectul de baza al membranei de temperatura inalta.
2003. Specialistii de la Volkswagen au obtinut un succes notabil in realizarea de noi membrane. Dar electrozii adaptati acestui regim de utilizare inca nu fusesera realizati.
2006. In prezent, in toamna anului 2006, problema electrozilor a fost in cea mai mare parte rezolvata. Rezultatele sunt cu adevarat promitatoare. Conceptul de Pilele cu combustibil de temperatura inalta sunt in faza de punere la punct si testare la Centrul Tehnologic Volkswagen din Isenbuttel, destinat in special cercetarii sistemelor alternative de propulsie si aflat in apropiere de centrul administrativ geenral Volkswagen din Wolfsburg.

Perspective de viitor:

Aproxiamtiv in 2010: noi sisteme, mai performante, de pile cu combustibil de temperatura inalta vor fi in ultima faza de perfectionare si vor echipa primele vehicule experimentale, premergatoare industrializarii acestui tip de propulsie.
Aproximativ in 2020: primele modele Volkswagen propulsate cu pile cu combustibil vor fi, foarte probabil, disponibile la preturi accesibile si vor corespunde intru totul cerintelor legate de utilizarea curenta, de fiecare zi. Specialistii de la Volkswagen nu intrevad astazi nici o sansa reala pentru productia de mare serie a sistemelor de pile cu combustibil de temperatura joasa (LTFC) pe care le promoveaza acum mai multi producatori de automobile. Motivul tine de serioasele dezavantaje conceptuale ale acestui tip de sistem.

Dezavantajele sistemului LTFC

Pilele cu combustibil de temperatura joasa folosesc o membrana care are de suportat temperaturi in jurul a 80oC. Daca temperatura ar depasi acest nivel, mai intai ar scadea performantele pilei cu combustibil respective, apoi s-ar produce avarii ireparabile ale acesteia. De aceea vehiculele experimentale bazate pe tehnica LTFC - pentru a putea oferi performante asimilabile cu ale automobilelor obisnuite, cu motoare cu ardere interna - trebuie sa fie dotate cu sisteme de racire foarte pretentioase, ceea ce implica si preturi ridicate. Pe langa aceasta, intr-un vehicul LTFC, sistemul de alimentare cu hidrogen gazos si aer trebuie sa fie mentinut la anumite cote de umiditate. Altfel, nu se poate atinge nivelul energetic optim, pila cu combustibil sufera deteriorari permanente, iar motorul electric nu mai poate functiona la parametrii stabiliti initial. Sistemul de umidificare presupune alocarea unui spatiu, adauga greutate suplimentara vehiculului si costa bani in plus.

Avantajele sistemului HTFC

Membrana rezistenta la temperaturi inalte realizata de Volkswagen poate, impreuna cu noul tip de electrozi, sa functioneze fara nici un fel de probleme la temperaturi de ordinul a 160oC, rezultand o putere similara cu aceea oferita de sistemele deja cunoscute in prezent. Pentru vehiculele echipate cu sisteme HTFC este anticipata o temperatura curenta a sistemului in jurul a 120oC. In plus, nu mai este necesara umidificarea. Sistemul de racire si gestionare a apei poate fi mult simpilficat, rezultand mai putin spatiu ocupat in vehicul, masa mai redusa a acestuia si costuri mai mici!

Principiul de functionare al pilelior cu combustibil

Energia chimica este transformata in energie electrica. Componenta esentiala a fiecarui element individual dintr-o pila cu combustibil – mai multe astfel de elemente alcatuiesc o baterie – este o membrana permisiva pentru schimbul de protoni. Aceasta este interpusa intre cei doi electrozi, anodul si catodul, fiecarui element al pilei de combustibil. Hidrogenul intra in element prin zona anodului, iar catodul este alimentat cu aer. Mai multe asemenea elemente pot genera impreuna suficienta enrgie pentru a pune in miscare un vehicul. Hidrogenul si oxigenul reactioneaza in interiorul fiecarui element, rezultand apa in zona catodului. Energia se degaja in urma acestui proces. Pila cu combustibil asigura conversia energiei chimice din procesul de oxidare, cunoscut si sub denumirea de ”combustie rece”, direct in energie electrica. Gazul rezidual al acestei reactii consta in vapori de apa cat se poate de curati.

Motor electric, nu cu ardere interna

Pila cu combustibil este aliemntata folosindu-se un rezervor cu hidrogen si o priza de aer externa. Energia electrica - potentialul necesar punerii vehiculului in miscare – este furnizat unuia sau mai multor motoare electrice. In consecinta, automobilul poate rula fara a face nici un zgomot si fara a produce nici un fel de emisii nocive.

Pilele cu combustibil, in detaliu

Atomii de hidrogen sunt descompusi in electroni si protoni in zona anodului. Protonii, incarcati cu sarcini electrice pozitive, trec prin membrana spre celalalt electrod, catodul. Electronii, incarcati cu sarcini electrice negative, sunt dirijati printr-un circuit extern inspre catod. In esenta, acest curent electric aliemnteaza motorul electric al masinii. In zona catodului, protonii reactioneaza cu oxigenul, in timp ce electronii determina formarea a ceea ce se numeste ”apa reziduala”, in cea mai mare parte evacuata prin teava de esapament. Aproximativ 60% din energia generata in desfasurarea procesului ajunge sa fie transformata in electricitate.
In cazul pilelor cu combustibil de temperatura joasa, concepute si utilizate pana in prezent, tranzitul protonilor dinspre anod spre catod este asigurat la nivelul membranei cu ajutorul conexiunii oferite de apa din membrana. Pentru a evita evaporarea apei si uscarea membranei, aerul din pila cu combustibil trebuie sa fie umidificat. Aceasta implica doua dezavantaje importante. Primul, membrana nu are voie sa atinga temperaturi mai inalte de 80oC. Rezulta necesitatea unei diferente relativ mari de temperatura intre agentul de racire si aerul ambiant. Din acest motiv, randamentul sistemului are serios de suferit. Pentru obtinerea unor performante suficient de bune, un automobil propulsat cu sistem LTFC ar trebui sa dispuna de un radiator cu suprafata de racire de trei ori mai mare fata de a unui vehicul comparabil ce foloseste un motor diesel. Cel de-al doilea dezavantaj, ca o consecinta fireasca a celui dintai: functionarea in sarcina mare, cum ar fi urcarea pantelor sau remorcare, nu ar fi posibila. Acestea ar implica folosirea unor sisteme de racire supradimensionate, cu problemele conceptuale si functionale inerente.

Sistemul de racire, in detaliu

Functionarea automobilelor echipate cu motoare cu ardere interna clasice presupune pierderi termice mai mari decat a celor care folosesc motoare electrice si pile cu combustibil. Motoarele cu ardere interna pierd energie termica in urma racirii (absolut necesara pentru integritatea motorului) si prin circuitul de esapament. Pilele cu combustibil nu sunt supuse acelorasi constrangeri. Temperatura lor de functionare este mult mai redusa decat aceea dezvoltata in camerele de ardere ale unui motor termic, temperatura este compensata mai usor cu ajutorul sistemului de racire si nu se pierde nimic prin circuitul de esapament. Rezultatul este ca, la aceeasi putere efectiva, sistemul cu pile cu combustibil pierde de doua ori mai putina energie termica prin radiatorul de racire fata de motorul cu ardere intrena. Astfel se explica randamentul superior al pilelor cu combustibil.
Aerul de alimentare pentru pilele LTFC trebuie sa fie in permanenta umidificat. Fluxul de alimentare cu aer si hidrogen are tendinta de a usca electolitul pilei, adica moleculele de apa stocate in membrana. Disparitia acestora ar atrage si intreruperea curentului electric. Din acest motiv este necesar un dispozitiv de umidificare continua a gazelor de alimentare. Acesta trebuie sa fie integrat in constructia automobilului alaturi de toate celelalte elemente ale sistemului de propulsie cu pile LTFC. Masa proprie a automobilului ajunge sa fie prea mare.
Aceste probleme nu se mai regasesc la pilele cu combustibil de temperatura inalta realizate de catre Volkswagen. In cazul acestora, membranele de temperatura inalta asigura tranzitul protonilor printr-un electrolit lichid de alta natura, anume acidul fosforic. Aceasta substanta are bune proprietati electrolitice, similare cu ale apei, dar punctul sau de fierbere se afla la o temperatura semnificativ mai ridicata.
Beneficul cel mai important al acestui sistem tine de eliminarea necesitatii unui sistem de umidificare. Temperatura regimului curent de functionare poate fi ridicata pana la aproximativ 130oC fara nici un impediment functional. Pila cu combustibil de temperatura inalta realizata de catre Volkswagen reprezinta o contributie importanta in directia producerii unor sisteme de pile cu combustibil mai compacte, mai usoare si mai ieftine.
Alcatuirea unei pile HTFC. Pe scurt, fabricarea unei membrane rezistente la temperatura inalta presupune scufundarea unui film intr-o baie de acid fosforic. Acidul fosforic ajunge sa imbibe filmul in numai cateva minute. Apoi, membrana este montata in elementul pilei cu combustibil. De asemenea, o foaie din fibre de carbon presate este plasata in elementele preconfigurate ale pilei. Aerul va putea circula ulterior prin textura acesteia. Apoi urmeaza ambalarea si etansarea ansamblului elementelor. Acestea sunt invelite cu foi din firbre de carbon care sunt captusite in interior cu o pasta din platina catalitic activa, asigurand si functia difuzarii gazelelor de alimentare. Invelisul are, asadar, simultan rolul de distribuire a gazelor de alimentare si pe cel de catod. Membrana impregnata cu acid fosforic este asezata in contact cu catodul. Dincolo de aceasta se afla straturi asemanatoare celor de la catod, care formeza celalalt electrod, anodul. Fluxul de hidrogen este introdus prin textura ultimului strat din fibre de carbon. In jurul elementelor este prevazut un spatiu pentru asigurarea racirii cu lichid. Toate elementele sunt asamblate sub forma unei baterii. Detaliu implicit si improtant: electrozii conventionali nu pot fi folositi la o astfel de pila cu combustibil. Totusi, persista o problema tipica tuturor pilelor cu combustibil: apa reziduala ce se formeaza in zona catodului. In cazul pilei HTFC, aceasta ar ajunge sa afecteze membrana, spaland acidul fosforic, care joaca rolul electrolitului. Consecinta nedorita a faptului tine de intreruperea curentului electric. Din acest motiv, toate tentativele de a fabrica o pila HTFC din materiale conventionale au dat gres. Cercetarile intense desfasurate de Volkswagen au relevat necesitatea configurarii electrozilor astfel incat apa reziduala sa nu poata ajunge in zona membranei.
Noul tip de electrozi a intregit conceptul. Solutia: cu ajutorul unei masini ce efectueaza prelucrarea materialelor in straturi, asemanatoare acelora folosite in tehnologia industriei materialelor semiconductoare, cercetatorii de la centrul Volkswagen din Isenbuttel au impregnat mai multe straturi de foi din fibre de carbon cu un material avand consistenta de pasta si proprietati de tip nou. Electrozii astfel alcatuiti au trecut prin indelungate sesiuni de testare in pile cu combustibil. Rezultatul dorit a fost atins: apa reziduala nu poate scapa din zona electrozilor. Asadar, tehnologia HTFC este acum gata pregatita pentru utilizare. S-a demonstrat practic ca Pilele cu combustibil HTFC pot functiona intr-o plaja de temperatura mult mai larga in comparatie cu a pilelor cunoscute pana in prezent. In plus, membrana este mai putin sensibila la impuritatile din aer datorita temperaturii mai ridicate de functionare. Folosirea pilelor cu combustibil de temperatura inalta realizate de Volkswagen permite dispensarea aproximativ a unei treimi din componentele unui sistem de pile cu combustibil LTFC. Astfel, sistemele cu pile HTFC sunt mai usoare, au dimensiuni mai mici si costa mai putin, ansamblul fiind mai usor de integrat la bordul unui vehicul. Iata de ce viitorul pilelor cu combustibil este atat de interesant…

Centrul Tehnologic Volkswagen din Isenbuttel

Repere in dezvoltarea pilelor cu combustibil. Volkswagen s-a implicat de-a lungul a zeci de ani in cercetarile legate de pilele cu combustibil. Cele mai importante momente ale acestei istorii includ definitivarea proiectului Capri (desfasurat intre 1996 si 2000, avand ca obiect o propulsie hibrida pentru Golf Variant, bazata pe o pila cu combustibil de 20 kW), apoi Bora HiMotion (anul 2000, automobilul avea propulsie hibrida cu pile cu combustibil capabile sa furnizeze constant 30 kW), urmate de Bora PSI, proiect realizat in colaborare cu Institutul Paul Scherer (anul 2001, inclusiv teste rutiere la altitudinea de 2005 m, cu traversarea trecatorii Simplon Pass, autoombilul fiind echipat cu pile cu combustibil de 40 kW). Tot aici notam modelul Touran HyMotion (in 2004, acesta arata ca un sistem de pile cu combustibil de 65 kW poate fi integrat constructiv fara neajunsuri in privinta spatiului interior al masinii), testat in California, China si in Berlin, ca o contributie la demersul international Clean Energy Partnership.
Centrul Tehnologic a fost inaugurat in 2001. Pentru a fi realizata o concentrare ideala a fortelor destinate cercetarii domeniilor de avangarda, orientate catre viitorul pe termen lung, compania Volkswagen a decis in cursul deceniului trecut sa-si construiasca un centru propriu de cercetare in apropierea sediului sau de la Wolfsburg. Ca locatie, a fost ales Isenbuttel, aflat la o distanta de 15 km. Centrul Tehnologic Volkswagen pentru vehicule cu propulsie electrica si pile cu combustibil a fost fondat acolo in 2001, fiind folosita in acest scop o suprafata de 38.000 mp. Inevstitiile au atins 20 milioane de euro numai pentru sectiunile de testare si masurare ale institutului.
Infrastructura ideala. La parter, suprafata pentru standurile de testare si pentru constructia vehiculelor este de 6.800 mp si ofera spatiu suficient pentru orice infrastructura destinata operatiunilor cu acest profil. Cladirea birourilor este amplasata pe o suprafata de 2.800 mp, adapostind birourile a 100 de specialisti. O unitate speciala de testare, echipata anume pentru activitatile legate de pilele cu cumbustibil si celelalte componente ale sistemelor respective, ofera posibilitatea cercetarii in detaliu a tuturor aspectelor privitoare la functionarea acestora. Aici sunt incluse atat standuri mici, destinate lucrului cu pile cu combustibil de pana la 100 kW, cat si laboratoare unde se lucreaza cu sisteme complete de propulsie. Pentru dezvoltarea sistemelor cu pile HTFC s-a lucrat in laboratoare mari, echipate cu linii de productie pentru elementele pilelor cu combustibil si a celorlalte componente specifice. Nu lipsesc robotii industriali de mare precizie si masinile de prelucrare in straturi, cunoscute din industria electronicii. Sunt folosite si echipamente speciale pentru masurare si testare, specialistilor fiindu-le accesibile oricand operatiuni legate de spectroscopia impedantei, evaluarea distributiei densitatii curentului sau chromatografia gazelor. Pentru cercetari referitoare la componentele electrice ale autovehiculelor si testarea dinamica pe stand, au fost integrate echipamente speciale. Astfel, vehiculele cu pile cu combustibil pot fi asamblate in intregime si testate complet functional la fata locului. Bineinteles, teste obisnuite de perfromante si consum in ciclul de conducere standard pot fi efectuate oricand.
Statie proprie pentru producerea hidrogenului. Infrastructura Centrului Tehnologic include o statie destinata alimentarii cu hidrogen a vehiculelor experimentale. Datorita acesteia, este posibila alimentarea lor directa cu hidrogen lichid, aflat la o temperatura de –253oC sau hidrugen sub presiune, disponibil la 350 bar, cu optiunea unor presiuni si mai ridicate, de pana la 700 bar. Hidrogenul pus la dispozitie in statia de alimetare este produs ecologic, prin folosirea energiei solare captate de catre o suprafata de 50 mp de panouri fotovoltaice, instalate in apropiere. In colcluzie, sunt intrunite toate premizele pentru ca proiectele Volkswagen din domeniul pilelor cu combustibil sa parcurga in intregime drumul succesului.

 

Cuvinte cheie:
Urmareste masini.ro pe:
Citeste si:
Comentarii (0)

Pentru a putea comenta la acest articol, te rugam sa te autentifici!

Drive Test

  • Opel Grandland X 1.6 CDTI Innovation MT6

    Opel Grandland X 1.6 CDTI Innovation MT6

    Cu un exterior conservator dar elegant și cu o configurare interesantă a elementelor de styling, modelul testat a captat suficiente priviri pe stradă pentru a ne confirma că modelele producătorului german sunt apreciate în țara noastră și acest lucru cu siguranță se va observa în cifrele de vânzări

    STIRI · 06/06/2018 · Comentarii (0)

  • TEST DRIVE: Mercedes-Benz E 220d 4M All-Terrain

    TEST DRIVE: Mercedes-Benz E 220d 4M All-Terrain

    Modelul Clasa E All-Terrain nu este unul revoluționar, însă cu siguranță este cel mai convingător model Clasa E Estate din toate timpurile, în primul rând raportându-ne la design-ul exterior special și la funcționalitatea sa pe drumuri nu tocmai bune.

    STIRI · 17/02/2018 · Comentarii (0)

Autentificare

Nu sunteti membru inca ?

Dureaza doar cateva minute sa va inregistrati.

Inregistrati-va acum
Adresa email
Parola
Ati uitat parola?
Inregistrare
0.2097 :: 22.19MB