Slide 1

Gorivne celiceEnergija prihodnostiMentor: dr. Janez StepinikPredmet: Fizika energijskih virovAvtor: Simon JazbecProgram predstavitvePredstavitev osnovnih pojmov (osnovna definicija, katalizator, tvorbena entalpija, prosta energija, smer kemijske reakcije)Termodinamska obravnava (elektroliza vode, obratna elektroliza)Gorivna celica (kratka zgodovina, osnovna zgradba in principi delovanja, reformator goriva, izkoristek)Vrste gorivnih celic (PEMFC, PAFC, AFC, MCFC, SOFC, DMFC, RFC, ZAFC, PCFC)Uporaba gorivnih celicBencinsko osebno vozilo vs. hibridno (izkoristki, teave)Zakljuek

Osnovna definicijaGorivna celica je elektrokemini pretvornik, katerega naloga je proizvodnja elektrine energije iz kemine energije goriva in oksidantaNajpogosteje gorivo je vodik in najpogosteji oksidant kisikDeluje na principu inverzne elektrolizeAnalogno delovanje klasini bateriji (termodinamsko zaprt sistem, GC termodinamsko odprt sistem)Osnovna definicija ireGorvina celica je elektrokemini pretvornik, katerega naloga je proizvodnja elektrine energije iz kemine energije goriva in oksidanta. Celica deluje dokler ima zagotovljen zadosten pritok goriva (vodik ali z vodikom bogata snov, kot je recimo zemeljski plin, alkoholi in razni naftni derivati) in oksidanta (kisik, zrak, klor, klorovdioksid), odtok reakcijskih produktov in zadostno koliino elektrolita znotraj celice. Za uspeno delovanje celice je potrebno zadostiti e tevilnim drugim dejavnikom, kot so primerna delovna temperatura celice, hidracija membrane ipd.Gorivne celice so po zgradbi in principu delovanja zelo podobne klasinim baterijam. Tako baterije kot gorivne celice imajo pozitivno nabito anodo, negativno nabito katodo in materijal, ki prevaja ione z imenom elektrolit. Loimo tevilne vrste gorivnih celi, ki se med seboj razlikujejo predvsem po vrsti oz. obliki elektrolita, ki ga uporabljajo. Konvencionalne baterije energijo pridobivajo na raun razlinih potencialov elektronov v kovinah. Bistvena razlika med baterijami in gorivnimi celicami je, da pri gorivnih celicah gorivo in ostale potrebne snovi dotekajo iz zunanjih virov. Iz termodinamskega stalia lahko torej govorimo o odprtih sistemih. Pri klasinih baterijah pa imamo zaprt sistem, saj imamo omejeno v naprej doloeno koliino goriva oz. samih reaktantov znotraj sistema. Pri baterijah pa je to nekoliko drugae saj je ob izpraznitvi baterijo potrebno popolno napolniti.

Osnovna definicija ireV teoriji praktina izvedba gorivne celica izgleda nekako tako, da imamo dve shranjevalni komori v katerih se nahajata elementarni vodik oz. kisik. Samo hranjenje vodika je dokaj zahteven tehnoloki postopek predvsem zaradi same tehnine izvedbe ter varnosti, ki je potrebna pri shranjevanju eksplozivnih plinov. V praksi se zato dostikrat raje uporabljajo z vodikom bogata goriva, ki so primerneja, enostavneja in predvsem varneja za hranjenje. Veina gorivnih celic kot gorivo potrebuje elementarni vodik oz. vodik z zelo malo primesmi, zato je iz ostalih vrst goriva vodik potrebno izloiti. Pri veini celic, ki delujejo pri nijih temperaturah (izjema k temu je le celica DMFC) to nalogo opravlja sekundarna naprava, ki jo imenujemo reformator goriva oz. tudi gorivni procesor. Pri celicah, ki delujejo pri vijih temperaturah, pa ta proces poteka samodejno, brez sekundarnih naprav.

Katalizator in etalpijaKatalizator je snov, ki pospeuje oziroma inhibira reakcijo. V samo reakcijo ne vstopa, kar pomeni da ga imamo na zaetku in koncu kemijske reakcije enako koliino in v enakem stanju. To seveda ni popolnoma natanna izjava saj katalizator v samo reakcijo vstopa, vendar se pri sami reakciji ne porabi. Njegova naloga je nianje energijske bariere, ki jo morajo reaktanti presei, da lahko reakcija uspeno potee.Sprememba entalpija je merilo za sprembo notranje energije in opravljenega dela pri konstantnem volumnu

Entalpija sproena pri P,T=konstreaktantiproduktikoordinate reakcijeProcesi pri konst. T in pVpeljemo funkcijo G (prosta entalpija)

Smer reakcije pri konst. T in p je doloena na podlagi naela minimalne proste entalpije.

HSG = H-TS+Reakcija poteka spontano++Reakcija potrebuje dodatno energijoPredznak G doloatjo relativne vrednosti H, S in Te je reakcija spontana jo ene entropija: poveanje nereda zadostuje, pa eprav pri tem porablja toploto iz okolice.++ElektrolizaElektroliza je elektrokemini proces pri katerem se s pomojo platinastih elektrod, ki sta prikljueni na vir napetosti, iz vode izloata elementarni vodik in kisik.Sprememba proste entalpije, ki je merilo za dovedeno zunanje delo (elektrino), na kmol vode znaa 237.13J. Sprememba entalpije na kmol vode pa znaa 286.83J. Energijska razlika pride v obliki toplote iz okolice.

Elektroliza

Inverzna elektrolizaReakcija:

Termodinamske lastnosti reaktantov in produktov pri p = 1atm in T=298KH2(g) + O2(g)H2O(l)69.91 J/molK205.14 J/molK130.68 J/molKEntropija (S)-285.83 kJ/mol00Entalpija (H)H2O (l)O2H2Prosta entalpija(G)-38.9 kJ/mol-30.6 kJ/mol-306.2 kJ/molTermodinamike elektrolizePlatinaste elektrode in koncentrirana veplova(V) kislina

Opravljeno zunanje deloIIV-+H2O2

Termodinamike elektrolizeOstale koliine

Termodinamike elektrolizeNajmanja napetost za disociacijo vode

Predstavlja nam minimalnonapetost, ki jo moramo priklju;iti na elektrode, daelektroliza potee

VV0IGorilna celicaElektroliza

Zgodovina gorivnih celic1838 C.F. Schnbein (izumljen in v znanstveni revijiobjavljen prvi koncept gorivne celice)1839 Sir William Grove (demonstracija prve gorivne celice)1955 Thomas Grubb & Niedrach (Grubb-Niedrach gorivna celica izpopolnjeno delovanje)1959 Francis Thomas Bacon (prve komercialne izvedbe gorivnih celic)1960-1970 Prat & Whitney (patentirata in izumljata gorivne celice za NASA, ki se kasneje uporabijo v vesoljskih programih Gemini, Apollo)UTC Power (podjetje, ki razvija gorivne celice tako za komercialno rabo kot za vesoljski program Space Shuttel)Zgodovina gorivnih celicPrincip gorivne celice je leta 1838 iznael nemki znanstvenik Christian Friedrich Schnbein in rezultate objavil v eni izmed znanstvenih revij tistega asa. Na podlagi njegove objave je leta 1839 Sir William Grove v februarski tevilki revije Philosophical Magazine and Journal of Science demonstriral prvo gorivno celico. Njegova gorivna celica je bila narejena iz podobnih materijalov kot so dananje fosforno-kislinske gorivne celice.Leta 1955 je kemik W. Thomas Grub, ki je delal za institut pod okriljem General Electric Company, modificiral originalni nart, tako da je dodal poveplano polistirensko ionsko izmenjevalno membrano v vlogi elektrolita. Tri leta kasneje pa je kemik Leonard Niedrach, prav tako iz zgoraj omenjenega instituta, iznael nain deponiranja platine na membrano, ki je sluila kot katalizator za vodikovo oksidacijsko in kisikovo redukcijsko reakcijo. Ta tip gorivne celice je postal znan pod imenom Grubb-Niedrach gorivna celica. Podjetje GEC je nato nadaljevalo razvoj celic skupaj z vesoljsko agencijo NASA in podjetjem McDonnell Aircraft kar je pripeljalo do uporabe gorivnih celic pri projektu Gemini.

Zgodovina gorivnih celicGorivne celice so postale zanimive za iro javnost ele leta 1959, ko je britanski ininir Francis Thomas Bacon uspeno razvil 5kW stacionarno gorivno celico. Kasneje istega leta je ekipa pod vodstvom Harryja Ihriga sestavila 15kW traktor na gorivno celico, ki so ga demonstrirali na sejmih po ZDA. Sistem je uporabljal NaOH kot elektrolit ter stisnjen vodik in kisik kot reaktanta. Kasneje leta 1959 je Bacon s kolegi demonstriral tudi 5kW mono enoto, ki je bila sposobna poganjati varilni aparat. V estedesetih letih je Prattu in Whitneyu uspelo registrirati Baconove patente za uporabo v amerikem vesoljskem programu. Gorivne celice so se tako pojavile v veini vesoljskih misij, saj so na raketoplanih proizvajale elektrino energijo in pitno vodo (goriva v obliki vodika in kisika je na raketah ponavadi dovolj, saj ju uporabljajo kot gorivo tudi pogonski motorji). UTC Power je bilo prvo podjetje, ki je prielo proizvodnjo komercialnih stacionarnih gorivnih celic. Sistemi so se prieli uporabljati kot dodatni oz. rezervni generatorji elektrine energije v bolnicah, na univerzah in v velikih poslovnih stavbah. UTC Power e vedno prodaja omenjene razliice gorivnih celic pod znamkami PureCell 200. Gre za 200kW sistem, ki ga bo leta 2009 zamenjala 400kW razliica. UTC Power je trenutno edini dobavitelj gorivnih celic za NASO. Slednja je, kot je bilo omenjeno zgoraj, priela z njihovo uporabo na veini vesoljskih misij, vse od Apollovih misij pa do novejih projektov v Space Shuttle programu. UTC Power prav tako razvija celice za avtomobile, avtobuse in za radijske oddajnike. Med drugim so tudi prvi predstavili gorivno celico, ki je sposobna delovati pod temperaturo ledia (tip gorivne celice na ti. protonsko izmenjevalno membrano).

Zgodovina gorivnih celicPratt in Whitney med razvijanjem AFC za program Apollo (desno) in skica Williama Grova iz leta 1843 (levo)

Osnovna zgradba in delovanjeVodik vodimo na anodo, kjer ob prisotnosti katalizatorja razpade na vodikove ione (protone) in na elektrone. Slednji potujejo v obliki elektrinega toka preko zunanjenga tokokroga proti pozitivni katodi. To je tudi elektrina energija, ki jo pri sami celici koristimo. Na katodo dovajamo kisik. Protoni, ki difundirajo skozi membrano (elektrolit) k katodi, se na koncu rekombinirajo z elektroni in kisikom, tako da dobimo vodo. Osnovna zgradba in delovanje

Kemijske reakcije v gorivni celici:

anoda: 2H2 => 4H+ + 4e-katoda: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2Oreakcija: 2H2 + O2 => 2H2O

Osnovna zgradba in delovanje

Reformator gorivaNizkotemperaturne gorivne celice za delovanje kot gorivo potrebujejo elementaren vodik. Slednji se na Zemlji ne pojavlja naravno zato njegovo pridobivanje potrebuje dokaj teavne tehnoloke postopke. Visokotemperaturne gorivne celice pa lahko uporabljajo tudi vodikova goriva z primesmi. Ta nastanejo iz drugih z vodikom bogatih virov kot so razni ogljikovodiki in alkoholi. Naprava, ki transformira omenjena z vodikom bogata goriva v vodik, se imenuje reformator goriva. Pridobivanje vodika iz metana poteka pri 760C in se imenuje parna reformacija. Kemijska enaba procesa je sledea:Reformatorji se razlikujejo tudi po koliini predelanega goriva. Masovni reformatorji so ponavadi v obliki vejih tovarnikih obratov katerih naloga je proizvodnja vodika. Slednjega kasneje dostavijo uporabnikom v elementarni obliki bodisi v tekoem stanju ali pa pod visokim pritiskom v plinastem stanju. Lahko se uporabljajo tudi reformatorji na srednjem nivoju. Ti proizvajajo vodikov plin z ostalimi primesmi, kot so CO2 in N2. Uporabnikom se dostavi v plinastem stanju. Obstajajo pa tudi manji reformatorji, ki sproti transformirajo gorivo, kot so recimo razni naftni derivati, tako da zadostijo trenutnim potrebam gorivne celice. Ta tip reformatorjev se uporablja predvsem v manjih vozilih, ki delujejo na gorivne celice.Dolgorono je seveda najbolj smiselna proizvodnja vodika na podlagi obnovljivih virov energije (sonna, veterna in hidro energija), saj le tako doseemo eljene okolju prijazne postopke celokupne uporabe gorivnih celic.Zgled: reakcija pridobivanja vodika iz metana pri temperaturi T = 760C: CH4(g)+ 2 H2O(l) => CO2(g)+ 4 H2(g)

Izkoristek gorivne celiceVsi motorji na notranje izgorevanje, termoelektrarne, jedrske elektrarne ipd., proizvajajo energijo posredno preko toplote, ki jo nato pretvorijo v elektrino oz. mehansko energijo. Sam izkoristek teh strojev je omejen z entropijskim zakonom. V idelani Carnotovi kroni spremembi izkoristek toplotnega stroja ne more presei vrednosti 1-T2/T1, kjer je T2/T1 razmerje med izhodno in vhodno temperaturo. Gorivne celice pa ne delujejo kot toplotni stroji, saj elektrino energijo proizvajajo neposredno preko kemine reakcije. Vendar kljub dejstvu, da niso neposredno podvrene entropijskemu zakonu, je izkoristek omejen ravno na raun toplote. Izkoristek idealne gorivne celice znaa tako nekako 83%. Realni izkoristki pa se gibljejo med 30% in 60%. e pa uspemo izkoristiti tudi nastalo toploto, ki nastane pri rekombinaciji protonov, elektronov in kisika, pa celokupni izkoristki doseejo vrednosti do 85%, kar je seveda mnogo ve kot trenutno doseejo najbolji bencinski motorji, ki imajo izkoristke slabih 30%.Izkoristek idealne gorilne celice (vodik - kisik) je razmerje spremembe proste entalpije in spremembe notranje energije: (237 kJ / 286 kJ)x100% = 83%!

Izkoristek gorivne celiceTipine vrednosti napetosti, ki jo gorivna celica proizvede so nekako med 0.6V in 0.7V. Napetost pa z veanjem elektrinega toka pada. Torej je sam izkoristek celice zelo odvisen od bremena, ki je na celico prikljuen. Vzroki za omenjeni pojav so sledei:Aktivacijske izgube (izgube pri doseganju delovne temperature)Ohmske izgube (neizogibne pri bolj ali manj kateremukoli vezju)Izgube zaradi masovnega transporta (reaktanti pri velikih tokovih ne pridejo v stik s katalizatorjem in zapustijo celico) Da sistem lahko proizvede zaeljeno mo lahko ve gorivnih celic zdruimo v ti. skupke. e elimo vijo napetost, jih veemo zaporedno, e pa elimo vije tokove, jih veemo vzporedno. Prav tako lahko veamo reakcijsko povrino posameznih celic, da doseemo veje tokove. Za povezave med tako vezanimi gorivnimi elementi se uporabijo ti. bipolarne ploe. Slednje so izpostavljene tako oksidaciji in redukciji, saj povezuje obe strani gorivnega elementa. Glavni problem zato nastane stabilnost in vzdrljivost bipolarnih plo. Kovinske ploe tako pokoduje proces korozije, pri katerem nastanejo elezovi in kromovi ioni, ki oslabijo lahko efektivnost membran in elektrod. V nizko temperaturnih gorivnih celicah se uporabljajo lahke kovine, grafit in razni ogljikovi kompoziti kot bipolarni materjali. Slednji so manj obutljivi na sam procese korozije.

Gorivna celica na protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC)

Anodna reakcija4H2(g)=> 4H+(aq) + 4e-Katodna reakcija:O2(g) + 4H+(aq) + 4e- => 2H2O(l) Skupna reakcija:2H2(g) + O2(g) => 2H2O(l)

Gorivna celica na protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC)Elektrolit: PEMKatalizator : PtGorivo: elementarni vodik (H2)Delovna temperatura: 80CIzkoristek : 40%-50%Mo: 50kW - 250kWHitro prilagajanje (najprimerneje za uporabo v vozilih)Visoka energijska gostotaVisoka cena (drag katalizator)Zastrupitve z ogljikovim monoksidomTrden elektrolit (potrebna je zadostna hidracija)

Gorivna celica na protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC)PEMFC veljajo za idealne gorivne celice namenjene za vozila. Prvi so bile uporabljene v estdesetih letih prejnega stoletja v vesoljskih programih NASA. Te celice delujejo pri relativno nizkih temperaturah, priblino 80C, in imajo visoko energijsko gostoto. Prav tako lahko hitro spreminjajo velikost energije, ki jo proizvedejo, in se tako hitro prilagajajo porabnikom. Izmed vseh tipov gorivnih celic so zato najprimerneje za uporabo v vozilih. Slednja namre potrebujejo hitre spremembe energije, e posebno pri vigu motorja. Veljajo nekako za najbole kandidate za uporabo na podrojih vse od osebnih vozil, manjih zgradb pa do prenosnih baterij. Kot gorivo se uporablja zelo ista oblika vodika, primesi namre zmanjujejo izkoristek ter pokodujejo katalizator in membrano. Kisik je nekoliko manj problematien, saj ga lahko med drugim lahko dobimo neposredno iz zraka. Nekaj nevenosti pa povzroa prevelika ali premajhna vlanost. Vodik vodimo na anodo, kjer ob prisotnosti katalizatorja razpade na vodikove ione (protone) in na elektrone. Slednji potujejo v obliki elektrinega toka preko zunanjenga tokokroga proti pozitivni katodi. To je tudi elektrina energija, ki jo pri sami celici koristimo. Na katodo dovajamo kisik. Protoni, ki difundirajo skozi membrano (elektrolit) k katodi, se na koncu rekombinirajo z elektroni in kisikom, tako da dobimo vodo. Tovrstne celice proizvedejo moi nekako med 50kW in 250kW.

Gorivna celica na protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC)Anoda je negativni del gorivne celice. Osnovna naloga je proizvodnja in prevajanje elektronov, ki nastanejo pri razbitju atomov vodika, v zunanji tokokrog. Anoda ima vgrajene posebne kanale, ki enakomerno razporedijo vodikov plin po povrini katalizatorja.Katoda je pozitivni del gorivne celice, ki ima tako kot anoda vgrajene kanale, ki enakomerno porazdelijo kisik po povrini katalizatorja. Prav tako privlai elektrone iz zunanjega vezja nazaj v samo celico, kjer se rekombinirajo skupaj z protoni (vodikovi ioni) in kisikom, tako da tvorijo vodo.Elektrolit predstavlja protonska izmenjevalna membrana (proton exchange membrane). PEM je trden organski polimer: poli-perfluoroveplova kislina, ki prevaja oz. prepua le pozitivne ione vodika (protone), elektronov pa ne prepua. Za PEMFC mora biti membrana ves as navlaena (hidrirana), da lahko funkcionira in ostane stabilna. Trden elektrolit predstavlja veliko prednost saj zmanjuje monost za korozijo in poenostavi samo vzdrevanje.Katalizator je posebna vrsta materiala, ki omogoa razpad vodikovih atomov na protone in elektrone. Obiajno je narejen iz plemenitih kovin, najvekrat platine naneene na tanek ogljikov listi. Povrina katalizatorja je najvekrat dodatno nagubana in porozna, tako da ima im vejo povrino, ki je v stiku z vodikom oz. kisikom. Povrina prevleena z platino je obrnjena proti membrani.

Fosforno-kislinske gorivne celice (PAFC)

Anodna reakcija4H2(g)=> 4H+(aq) + 4e-Katodna reakcija:O2(g) + 4H+(aq) + 4e- => 2H2O(l) Skupna reakcija:2H2(g) + O2(g) + CO2(g)=> 2H2O(l) + CO2(g)Fosforno-kislinske gorivne celice (PAFC)Elektrolit: H3PO4 (membrana SiC)Katalizator : PtGorivo: vodikova goriva s primesmi Delovna temperatura: 150C 200CIzkoristek : >40% (kogenerativni: 85%)Mo: 200kW - 1MWKomercialno najbolj dostopnaZelo dovrena tehnologijaVisoka cena in stroki vzdrevanjaKoroziven elektrolitUporaba goriv s primesmi

Fosforno-kislinske gorivne celice (PAFC)To je danes ena izmed komercialno najbolj dostopnih gorivnih celic. Izdelali so e preko 200 sistemov, ki kot vir energije uporabljajo prav PACF. Uporabljalo se vse od bolnic, domov za ostarele, hotelov, poslovnih stavb, olah, manjih prenosnih elektrarnah, letalikih terminalih in raznih zbiralnikih odpadnih materijalov. Prav tako so tudi prva gorivna celica, ki je bila na voljo za komercialno uporabo. Celice so bile vse od leta 1960, ko so se prvi pojavile, zelo dodelane in izpopolnjene na podroju stabilnosti, moi, izkoristka in cene. Izkoristek PACF gorivnih celic presega 40%. Prav tako omenjeni sistemi izkoristijo tudi do 85% vodne pare, ki nastane pri delovanju samih celic ti. cogenerativni izkoristek. Delovne temperature so nekje med 150 C in 200 C, saj je pri nijih temperaturah veplena kislina zelo slab prevajalec ionov. Prav tako lahko hitro pride do ti. zastrupitve platinastega katalizatorja z ogljikovim monoksidom (ti. carbon monoxide poisoning). Elektrolit je tekoa fosforjeva(V) kislina (H3PO4 - skoraj 100% koncentracija), ki je vpita v matrico membrano iz silicijevega karbida. Ena izmed glavnih prednosti PAFC, poleg dobrega klasinega in kogenerativnega izkoristka, je da lahko za gorivo izkoristijo tudi vodik z vejo koliino primesi. Tolerirajo lahko koncetracijo primesi ogljikovega monoksida nekje do 1.5%, kar zelo poenostavi preskrbo z gorivom. So tudi ene redkih celic, ki pri uporabi bencina oz. kakih drugih naftnih derivatov, nimamo prevelikih teav z vsebnostjo veplo. Glavna pomankljivost PACF je dejstvo, da uporablja platino, zelo drago kovino, kot katalizator. Sama celica je tudi nekoliko teja in veja po sami zgradbi. Na koncu je potrebno poudariti, da so PACF najbolj dovren tip gorivnih celic, ki so danes komercialno na voljo. Obstojee PACF, ki jih proizvaja UTC FC, imajo moi nekje od 200kW do 1MW.

Alkalijske gorivne celice (AFC)

Anodna reakcija2H2(g)+4(OH)-(aq) => 4H2O(l) + 4e-Katodna reakcija:O2(g) + 2H2O(l) + 4e- => 4(OH)-(aq)Skupna reakcija:2H2(g) + O2(g) => 2H2O(l)Alkalijske gorivne celice (AFC)Elektrolit: KOH (matrika)Katalizator : PtGorivo: elementarni vodik (H2)Delovna temperatura: 150C 200C (23C 70C)Izkoristek : 70%Mo: 300W - 5kWKomercialno najbolj dostopnaNajviji direktni izkoristekReakcije potekajo zelo hitroVisoka cena in stroki vzdrevanjaUporaba v vesoljskih programih za proizvodnjo vode in elektrike na raketoplanih

Alkalijske gorivne celice (AFC)Tovrstne celice je dolgo uporabljala NASA na svojih vesoljskih misijah, zato so dale najbolj izpopolnjena vrsta gorivnih celic. Te celice lahko doseejo izkoristek nekako do 70%. Uporabljali so jih pri Apollo programu, kjer so na vesoljskih plovilih proizvajale elektrino energijo in pitno vodo. Delujejo pri temperaturah med 150C in 200C, noveje pa vse od sobnih temperatur (23C) pa nekje do 70C. Uporabljajo vodno raztopino kalijevega hidroksida (KOH), ki je vpit v matriko kot elektrolita. To predstavlja prednost, saj je katodna reakcija posledino hitreja, kar pa pomeni bolo zmogljivost in izkoristek. Matrica prepua hidroksilne ione (to so tudi nosilci naboje, ki se gibljejo preko matrice k anodni strani). Do sedaj so bile nekako predrage za komercialno uporabo, vendar se danes veliko podjetij ukvarja z raznimi izboljavami, ki bi pocenile samo proizvodnjo. Proizvajajo moi so nekako med 300W in 5kW. Celice so tudi zelo obutljive na vsebnost ogljikovega dioksida, metana in vodne pare, zato se kot oksidant ne sme uporabljati zrak, temve elementarni kisik.

Gorivna celica na raztaljeni ogljik (MCFC)

Anodna reakcija2H2(g) + 2(CO3)2-(g) => 2H2O(g) + 2CO2(g) + 4e-Katodna reakcija:O2(g) + 2CO2(g) + 4e- => 2(CO3)2-(g) Skupna reakcija:2H2(g) + O2(g) + 2CO2(g) => 2H2O(l) + 2CO2(g)Gorivna celica na raztaljeni ogljik (MCFC)Elektrolit: raztaljeni Na, Li, K karbonati (Li-Al oksid)Katalizator : /Gorivo: z vodikom bogata gorivaDelovna temperatura: 650CIzkoristek : 60% (85%)Mo: 10kW - 2MWirok spekter gorivaKatalizator ni potrebenVisok izkoristekNija cena proizvodnjeVisoka T zmanja ivljensko dobo elementov Koroziven elektrolitVelika proizvedena mo (elektrarne na stacionarne gorivne celice)

Gorivna celica na raztaljeni ogljik (MCFC)Ta tip celice kot elektrolit uporablja zmes staljenih karbonatnih soli kot so litijevi in natrijevi karbonati oz. litijevi in kalijevi karbonati. Elektrolit je prekrit z poroznim litij-aluminijevem oksidom. Veljajo za celice z zelo visokim izkoristkom, ki je okoli 60%, e pa upotevamo e kogenerativni izkoristek, pa naraste nekje na 85%. Delujejo pri zelo visokih temperaturah, nekje okoli 650C. Tako visoka delovna temperatura je nujna, saj potrebujemo zadostno ionsko prevodnost elektrolita. Ker delujejo pri tako visokih temperaturah, ni potrebno uporabljati lahtnih kovin za katalizatorje, saj oksidacija in redukcija potekata elektrokemino. Celica prav tako ne potrebujejo reformatorjev goriva, saj lahko pri tako visokih temperaturah direktno koristijo z vodikom bogate pline kot so recimo metan. Trenutno MCFC delujejo na vodiku, ogljikovem monoksidu, metanu, propanu in doloenim vrstam dizla. Danes izdelujejo MCFC z momi nekako med 10kW in 2MW in se uporabljajo predvsem kot stacionarni viri elektrine energije (Japonska, Italija). Glavne prednosti tovrstnih gorivnih celic, ki so posledica visokih delovnih temperatur, so visok izkoristek, neobutljivost na vrsto goriva in nobenih proizvodnih strokov s sicer dragimi katalizatorji, saj se cepitve ogljikovih vezi dogajajo zelo hitro in samodejno. Visoka temperatura pa ima tudi slabe strani, pospei namre korozijo in tudi hitreje dotraja posamine komponente.

Trdno oksidne gorivne celice (SOFC)

Anodna reakcija2H2(g) + 2O2(g) => 2H2O(g) + 4e-Katodna reakcija:O2(g) + 4e- => O2-(g) Skupna reakcija:2H2(g) + O2(g) => 2H2O(l)Trdno oksidne gorivne celice (SOFC)Elektrolit: trden (Zr,Y)Katalizator : /Gorivo: z vodikom bogato gorivoDelovna temperatura: 1000CIzkoristek : 60% (70%)Mo: 100kWirok spekter gorivaDolg zagon celiceNe potrebuje katalizatorja (nizki stroki proizvodnje)Visoka T visok izkoristek a kratka ivljenjska doba

Trdno oksidne gorivne celice (SOFC)Naslednja zelo obetavna gorivna celica je ti. SOFC. Ta celica se lahko uporablja za zadostitev visokoenergijskih porabnikov, kot so industrijski obrati in ve namenske energijske postaje za iro preskrbo z energijo. Nekateri razvijalci poskuajo implementirati SOFC tudi v vozila kot pomone energijske pogone (auxiliary power units - APU). SOFC obiajno uporabljajo trden keramien materijal, kot je recimo trden zirkonij skupaj z majhnim deleom itrija, namesto tekoega elektrolita, kar omogoa da delovne temperature doseejo temperature okoli 1000C. To predstavlja tudi veliko prednost pri sami arhitekturi celice. Izkoristek je podobno kot pri MCFC okoli 60%, e pa upotevamo e kogeneratrivni izkoristek, pa naraste na okoli 70%. Zaradi visokih delovnih temperatur lahko tudi te celice same iz goriva izloajo vodik. Ioni, ki potujejo iz ene strani celice na drugo (iz katode k anodi) so O2-. Mo, ki jo doseejo, se merijo nekako v 100kW. Ena izmed prednosti tovrstnih celic je njihova arhitektura, saj se pojavljajo v zelo praktinih oblikah, vse od dolgih paliastih - tubularnih oblik, pa do tankih diskastih celic. Paline gorivne celice proizvedejo nekako 220kW. Japonska trenutno e uporablja dve 25kW postaji, 100kW pa trenutno testirajo v Evropi.

Direktna metanolska gorivna celica (DMFC)Majhna velikost in nizke delovne T (idealnost za majhne elektronske prenosne naprave)Delovanje brez reformatorjaDragi katalizatorjiRelativno nizka faza razvojaProblematinost uporabe metanola

2CH3OH(aq) + 2H2O(l) => 2CO2(g) + 12H+(aq) + 12e-Katodna reakcija:12H+(aq) + 12e- + 3O2(g) => 6H2O(l)Skupna reakcija:2CH3OH(aq) + 3O2(g) => 4H2O(l) + 2CO2(g)

Direktna metanolska gorivna celica (DMFC)DMFC so ele v zaetni fazi razvoja in se trenutno testno uporabljajo predvsem kot energijski viri za manje prenosne elektronske naprave, kot so prenosniki in mobilniki. V devetdesetih letih so bile DMFC dokaj nepopularne zaradi majhne energijske gostote in slabega izkoristka. Vendar so z izboljavami katalizatorjev uspeli dosei izkoristke okoli 40%. Po zgradbi so e najbolj podobne PEMFC saj oboje uporabljajo polimerno protonsko prepustno membrano kot elektrolit. Vendar DMFC ne potrebujejo gorivnega reformatorja, saj lahko same potegnejo vodik it raztopine metanola. Delujejo pri temperaturah med 50C in 120C. Po zgradbi so tudi nekoliko manje napram ostalim vrstam gorivnih celic. Tako so nekako najprimerneje za manje aplikacije, recimo za poganjanje mobilnih telefonov oz. prenosnikov. Nekoliko bolji izkoristki se lahko doseejo pri vijih temperaturah. Pojavlajo se teave pri prepreevanju difuzijo goriva skozi membrano. Tovrstne celice se tudi najve uporabljajo v vojakih raziskavah.

Regenerativne gorivne celiceTemelji na obnovljivih virihZaprti/zakljueni sistemiPotrebna je izgradnja zelo kompleksne in drage infrastruktureProjekt Helios (NASA) letalo na sonne in gorivne celiceShranjevalniki energije (obnovljivi viri proizvajajo energijo v doloenih asovnih intervalih, preseek te energije gre v proizvodnjo goriva, ki se ga skozi leto konstanto koristi za proizvodnjo energije z gorivnimi celicami)Regenerativne gorivne celiceRegenerativne celice so najbolj uporabne za sklenjene zaprte sisteme, ki temeljijo na obnovljivih virih energije. Vodo razbijemo na vodik in kisik s pomojo elektrolize ali kakne druge metode na raun sonne, vetrne, geotermalne ali vodne energije. Vodik kot gorivo dovedemo v gorivno celico, ki generira elektriko, toploto in vodo. Vodo lahko ponovno uporabimo in s tem doseemo sklenjen krog. Izvedba takega sistema zahteva dokaj zahtevno infrastrukturo vse od oskrbe gorivnih celic z vodikom, njegovega shranjevanje, postavitve samih gorivnih celic in efektivne uporabe obnovljivih virov energije. Ta tip celic med drugim zelo pospeeno raziskuje tudi NASA. Izdelano ima prototipno letalo poimenovano Helios, ki leti na viini 30.000m in ima regenerativni sistem gorivnih in soncnih celic (sonne celice poganjajo letalo podnevi, gorivne celice pa ponoi)

Cink-zrak gorivna celica (ZAFC)Lastnosti tako gorivnih celic kot klasinih baterijTrden elektrolitPlinska difuzijska membranaUstvarjanje elektrinega potencialaNapram baterijam so izredno zanesljive in se polnijo veliko hitrejeCink je ena najpogostejih kovin na Zemlji (velik ekonomski potencial)Proizvodnja ogljikovega dioksidaAnodna reakcija2CH4 (g) + 2H2O(l) => 2CO2(g) + 12H+(aq) + 12e- + 2Zn-(aq) + 2(OH)-(aq) => 2ZnO( aq) + H2(g) + 2e-Katodna reakcija:4H+(aq) + 4e- + 2O2(g) => 2(OH)-(aq) + 2O2(g) + 4H+(aq) + 4e- => 4H2O(l)Skupna reakcija:2CH4 (g) + 4O2(g) => 4H2O(l) + 2CO2(g)

Cink-zrak gorivna celica (ZAFC)ZAFC ima lastnosti marsikatere izmed prej omenjenih gorivnih celic kot tudi lastnost klasinih baterij. V tipini ZAFC imamo trden keramien elektrolit, ki prevaja hidroksilne ione. Da doseemo dovolj dobro prevajanje ionov, deluje celica pri temperaturi 700C. Cinkova anoda je od katode loena z ti. plinsko difuzijsko elektrodo t.j. membrano, ki prepua atmosferski kisik. Kisik se nato pretvori v hidroksilne ione ter vodo. Hidroksilni ioni nato potujejo preko elektrolita k cinkovi anodi. Tukaj reagirajo in nastane cinkov oksid. Ta proces ustvari elektrini potencial, kar predstavlja vir elektrine energije. Ta elektro-kemini proces je zelo podoben PEM gorivni celici, razlikuje pa se predvsem v nainu dovajanja goriva. Slednji je bolj soroden konvencionalnim baterijam.Cink-zrak gorivna celica (ZAFC)Podjetje Metallic Power izdeluje model ZACF, ki vsebujejo zinkov gorivni tank in zinkov hladilnik, ki avtomatsko in neslino regenerira gorivo. V tem zaprtem krogu/sistemu, se elektrina energija proizvaja, ko se zmeata cink in kisik v prisotnosti elektrolita (podobno kot PEMFC), pri emer dobimo cinkov oksid. Ko je vso gorivo porabljeno, se sistem priklopi na omreje in proces se obrne, kar povzroi nastanek cinkove tablic. Glavna prednost tega naina je, da traja omenjeni inverzni proces le nekaj minut, tako da sam proces polnenja ni ve zamuden, kot je recimo pri klasinih baterijah. e ena in verjetno najveja prednost ZAFC napram baterijam pa je, da imajo zelo visoko specifino energijo, kar pomeni da delujejo precej dlje kot baterija z enako maso. Posledino se je zelo razirila uporaba ZAFC v vozilih, saj lahko tako opremljena elektrina vozila potujejo precej dlje, pa tudi samo polnjenje je hitro in enostavno. Prav tako je cink zelo pogosta in razirjena kovina na naem planetu, kar se precej pozna na sami proizvodnji ceni. Trenutno se z aplikacijami ukvarja podjetje Powerzinc iz june Kalifornije.

Protonska keramina gorivna celica (PCFC)Ta tip gorivne celice temelji na keraminem elektrolitskem materijalu, ki je zelo dober protonski prevodnik pri vijih temperaturah. PCFC imajo vse prednosti delovanja pri visoko temperaturnih gorivnih celic (700C) kot so recimo MCFC in SOFC, hkrati pa izkoriajo prednosti prevajanja protonov kot v PAFC in PEMFC. Visoka temperatura je nujna za doseganje visokega izkoristka z ogljikovodikovimi gorivi. Ker PCFC delujejo pri visokih temperaturah lahko kot gorivo uporabljajo fosilna goriva. To eliminira vmesen korak, produkcijo vodika skozi zelo drag in tehnoloko zahteven loevalni proces. Plinaste molekule ogljikovodikovih goriv se absorbirajo na povrini anode v prisotnosti vodne pare, vodikovi atomi pa so istoasno loeni in absorbirani v elektrolitu. Na alost pa je ogljikov dioksid eden izmed primarnih reakcijskih produktov, kar je nekoliko problematino zaradi onesnaevanja okolja. Ker je elektrolit PCFC trden, se membrana ne mora izsuiti, kot recimo v PEMFC, oz. nimamo raznih teav z razlitji. Glavni razvijalec tovrstnih gorivnih celic je Protonetic Internationa Inc.Uporaba gorivnih celicObstajajo tevilna podroja, ki izkoriajo oz. bodo v blinji prihodnosti priela izkoriati gorivne celice, kot primarni vir energije. Najveji razmah bo zagoto doivel transport. Trenutno je ves zahodni svet (e posebno ZDA), odvisen od uvoza surove nafte. Prav tako se same zaloge nafte manjajo, tako da smo prisiljeni iskati alternativne monosti poganjanja strojev in pridobivanja energije. Na tem mestu je potrebno izpostaviti tudi ekoloki vidik, saj so gorivne celice napram klasinim naftnim strojem in drugim nainom pridobivanja energije (seig surovin), zelo ista tehnologija. Vendar uporaba ni omejena le na transport, temve tudi na ostala podroja, ki potrebujejo vire energije, vse od gospodinjskih pripomokov, raunalnike tehnologije, oskrbe z energijo, telekomunikacije, detektorjev, elektronskih pripomokov pa do uporabe v znanosti. Danes e tevilne bolnice, banke, policijske postaje, vojake baze, hoteli, telekomunikacijski stolpi in industrijski ter predelovalni obrati uporabljajo gorivne celice kot glavne ali rezervne vire energije. Poglejmo si posamezna podroja nekoliko podrobneje.Stacionarne namestitveDo sedaj so po svetu postavili e preko 2500 sistemov, ki jih poganjajo gorivne celice. Vse od bolnic, domov, hotelov, ol, bank, poslovnih zgradb, univerz pa do manjih elektrarn in industrijskih obratov. Njihova naloga je bodisi preskrba z energijo ali pa le sekundarna rezervna zaloga energije. Dananji sistemi doseejo v povpreju 40% izkoristke goriva napram proizvedeni elektriki (fuel-to-electricity efficiency). Preteno se uporabljajo ogljikovodikova goriva. Celice delujejo skoraj brezslino, kar znina zvono onesnaenje okolice. Prav tako lahko izkoristek celic izboljamo z izkorianjem odvene toplote v obliki pare (izkoristek kogeneracije). V vejih sistemih se tako lahko tako dosee skupen izkoristek kar 85% in znia stroke delovanja in servisiranja za 20% do 40%.

Stacionarne namestitveKer se danes v telekomunikacija bolj ali manj pri vseh procesih uporabljajo raunalniki in ostale elektronske naprave, je zelo pomembno, da imamo konstantno in zanesljivo preskrbo z energijo. Gorivne celice imajo zanesljivost kar 99,999% (v 2 letih bi v povpreju ne delovale le 5 min). Prav tako lahko nadomestijo uporabo baterij oz. akumulatorjev v odroneji krajih. Pri odlagalilih odpadkov, istilnih napravah, pivovarnah se gorivne celice uporabljajo predvsem zaradi dejstva, da lahko kot gorivo koristijo sam metan, ki nastaja kot produkt pri njihovem obratovanju hkrati pa zmanjujejo samo onasneevanje okolja.

Stacionarne gorivne celiceFuelCell Energy 250kW elektrana na direktne gorivne celice (levo) in gorivna celica na odpadne pline (Japonska) (desno)

TransportVsi veji avtomobilski koncerni imajo danes oddelke, ki se ukvarjajo z razvojem in implementacijo gorivnih celic v vozila kot bodisi primarni ali pa le rezervni viri energije. Hibridna vozila so na voljo e nekaj let, vendar njihova uporaba e zdale ni na komercialno dostopnem nivoju. Tudi avtobusi, tako kot osebna vozila, doivljajo razvoj v smeri isteje energije. V zadnjih tirih letih so vpeljali ve kot 50 avtobusov na gorivne celice vse od Severne in June Amerike, Evrope pa do Azije in Avstralije. Zaradi visokega izkoristka, tihega in predvsem istega delovanja so idealna reitev za mesta, ki se utapljajo v onesnaenju zaradi prometa.

TransportMotorji in skuterji so kljub svoji majhnosti veliki onesnaevalci okolja. Skuterji, ki delujejo na plin in imajo dvotaktni motor, proizvedejo v svoji ivljenski dobi veliko ve ogljikovodikov in ogljikovega monoksida kot velik tovornjak. Zaradi majhne porabe energije so nekako idealen primer za implementacijo gorivnih celic. Pri viliarjih in ostalih delovnih strojih, se bi uporaba gorivnih celic, poleg zmanjanja onesnaenja okolice, poznala predvsem v znianju samih strokov uporabe in servisiranja. Menjanja in polnenja klasinih akumulatorjev nebi bilo ve potrebno. Prav tako bi gorivne celice zagotavljale konstanten dotok energije, pri baterijah je namre lahko ob velikih nenadnih obremenitvah prilo do preobremenitev in izpadov.

TransportGM Hy-Wire osebno vozilo na gorivne celice (levo) in Aprilla : skuter na gorivne celice (desno)

TransportPomone energijske enote (APU) se danes pogosto uporabljalo predvsem pri transportnih tovornjakih za hlajenje, gretje, prezraevanje, mikrovalove, zmrzovanje, vrtenje, poganjanje raunalnikov, televizije in telekomunikacijskih naprav. Vse naprave porabijo ogromno energije, zato tudi e je tovornjak parkiran, mora motor e vedno delovati, da se akumulatorji ne izpraznijo. V ZDA je DOE (The Department of Energy) ocenil da bi z uporabo APU privrevalni do 670 milijonov galonov goriva, kar predstavlja izpust 4.64 milijona ton ogljikovega dioksida na leto.Razvijajo se tudi gorivne celice primerne za lokomotive, ki delujejo v rudnikih, saj v zaprtih prostorih nebi proizvajale nobenih izpunih plinov. Trenutno poteka mednaroden projekt, ki razvija najveji stroj na gorivne celice, teak 109 metrinih ton in z mojo 1MW energije. Gre za lokomotivo, ki bo zadostila tako vojakim kot komercialnim elenikim potrebam.TransportBallard: 2. Generacija avtobusov na gorivne celice (levo) in Coval H2: T-1000 tovornjak na gorivne celice (desno)

TransportV letalstvu je za uporabo gorivnih celic najbolj zainteresirana vojska, saj gorivne celice ne proizvajajo skoraj nobenega zvoka, kar bi letala naredilo skoraj neslina. Prav tako bi letala puala manji temperaturni profil in dosegala veje viine. Z razvojem se ukvarjajo tudi koncerni kot so Boeing.Za vsak liter goriva, ki ga porabi ladja, v povpreju proizvede 140 krat ve izpunih plinov kot osebni avto. Uporaba gorivnih celic bi zelo razbremenila onesnaenost morij. Islandija je sprejela odlok, da bo do leta 2015 veini ribike flote spremenila pogon, tako da bo temeljil na gorivnih celicah.

Prenosna energija in elektronikaGorivne celice lahko proizvajajo energijo tudi tam, kjer nimamo na voljo nobenih drugih virov energije; elektrike, sonca, vetra, geotermalne in hidroenergije. So okolju prijazni generatorji, saj ga ne onesnaujejo in ne povzroajo hrupa. So izvrstni rezervni viri saj so skoraj 100% zanesljivi. So tudi precej laji in vzdrljiveji od navadnih baterij.Razvoj gorivnih celic bo zagotovo spremenil elektronsko industrijo, saj bo spremenil energijske vire, ki poganjajo raunalnike, mobilne telefone, palme ipd. Viri bodo precej laji, zmogliveji, okolju prijazneji in vzdrljiveji. Trenutno lahko vzdrujejo prenosnik, da deluje ve kot 20ur, mobilni telefon pa ve kot 30 dni. Prav tako bi se jih dalo implementirani na vso ostalo elektroniko, ki temelji na baterijah, kot so razni detektorji, alarmi, kljuavnice, naprave za skeniranje in branje, ipd.

Prenosna energija in elektronikaVoler VE 100 prenosna gorivna celica (levo) in Motorola mobilni telefon na DMFC (desno)

Bencinsko osebno vozilo vs. hibridEden izmed glavnih ciljev gorivnih celic je gotovo zagotavljanje varne, zanesljive in okolju prijazne oblike elektrine energije. Gorivne celice omogoajo uporabo bolj dostopnih in razirjenih goriv napram neobnovljivim virom kot so recimo fosilna goriva. Prav tako imajo precej boli izkoristek. Poglejmo si primerjavo med avtomobilom na gorivne celice in klasinim bencinskim avtomobilom. e imamo osebno vozilo na gorivne celice, ki ga poganja isti vodik, lahko dosee potencialno 83% izkoristek, kar pomeni da lahko v elektrino energijo spremeni 83% energije vodika. e vedno pa je potrebno elektrino energijo spremeniti v mehansko. To doseemo z uporabo elektro motorja in inverterja. Slednja imata nekako skupen izkoristek okoli 80%. Skupaj lahko doseemo torej nekako 66% izkoristek. Honda FCX koncept ima 60% izkoristek energije.

Bencinsko osebno vozilo vs. hibride gorivo ni isti vodik, torej kaka z vodikom bogata snov, potrebuje vozilo tudi ti. reformer. Slednji pretvarja ogljikovodikova in alkoholna goriva v vodik, toploto in druge plinaste produkte. Zato so potrebne e tevilne sekundarne naprave, ki preiujejo oz. loujejo vodik. Kljub temu pa nam na koncu ostane vodik z raznimi primesmi, kar znatno znia izkoristek gorivnih celic. Zaradi omenjenih razlogov so se podjetja in instituti osredotoili na razvoj vozil na isti vodik.Izkoristek avtomobilov na naftne derivate je zelo nizek. Vsa toplota, ki jo motor izloi je izgubljena, torej velik del energija sploh ne izkoristimo. Motorji uporabijo tudi ogromno energije za samo delovanje od raznih pump, generatorjev pa do hladilnih sistemov. Povpreen izkoristek motorja na bencin znaa le 20%. Torej le 20% energijske vrednosti goriva se pretvori v mehansko delo.

Bencinsko osebno vozilo vs. hibridAvtomobili na elektrino energijo imajo sami po sebi zelo dober izkoristek. Baterija deluje nekako pri 90% izkoristku, pretvornik pa tako kot v primeru hibrida deluje z 80% izkoristkom. Skupaj bi priakovali 72% izkoristek. Vendar to ni celotna zgodba. Potrebno je upotevati e izgube, ki so nastale pri polnenju avta z elektrino energijo in proizvodnja same energije. Termoelektrarne imajo v povpreju nekako 40% izkoristek, torej 40% energijske vrednosti goriva (premog, plin,) se pretvori v elektrino energijo. Prav tako ima samo polnenje avtomobila nekako 90% izkoristek saj je potrebno izmenino napetost (AC) pretvoriti v direktno (DC). Celoten cikel nam torej navre skupen 24% izkoristek, kar je le malo ve od bencinskega motorja. e pa uporabljamo hidroelektrarne, kot vir elektrine energije, je izkoristek presenetljivo bolji, kar 65%. Ne smemo pozabiti, da tudi sama proizvodnja elementarnega vodika, terja doloen energijski vloek in ima je zato realni izkoristek hibrida posledino nekoliko manji od zgoraj izraunanega.

Bencinsko osebno vozilo vs. hibridHondas FCX Concept Vehicle (levo) in Hondas Airstream Concept (desno)

Teave z gorivnimi celicami pri uporabi v osebnih vozilihCena: Glavna slabost gorivnih celic je trenutno njihova cena, saj so proizvodnji in vzdrevalni stroki zelo visoki. Recimo v PEMFC sistemih je katalizator zelo draga lahtne kovina platina. Skupaj z plastmi, ki poskrbijo za difuzijo plina, in bipolarnimi ploami predstavljajo kar 70% celotne cene sistema. Da bi lahko konkurirali avtomobilom na naftne derivate, bi morali dosei ceno 35$/kW. Trenutno proizvodnja cena presega 110$/kW. Vzdrljivost: Raziskovalci se trudijo razvijati PEMFC membrane, ki lahko vzdrijo temperature vije od 100C in hkrati delujejo tudi pod temperaturo ledia. Temperatura nad 100C je namre potrebna za uspeno delovanje gorivnih celic pri gorivu z primesmi. Prav tako morajo membrane vzdrati neprestane vige in izklope. To predstavlja trenutno e dokaj velik problem, e posebno, ko se delovne temperature viajo.Teave z gorivnimi celicami pri uporabi v osebnih vozilihHidracija: Ker morajo PEMFC membrane ostati navlaene/hidrirane, tako da lahko uspeno prenaajo protone, je potrebno iznajti gorivne celice, ki uspeno delujejo tudi v okoljih kjer temperature padejo krepko pod 0C, kjer je vlanost zraka zelo nizka ali pa so temperature zelo visoke. e pri temperaturi 80C hidracija izgine, e celica ni pod visokim pritiskom. SOFC sistemi imajo e nadaljne teave z korozijo materijala in ekstremnimi temperaturnimi razlikami (razlika med sobno in delovno temperaturo). Sprejemljiva cena za SOFC sisteme je zato nekoliko vija, okoli 400$/kW.Oskrba z gorivom: DOE (The Department of Energy) je v svojem tehninem nartu za razvoj gorivnih celic naznanil, da zrane kompresorske metode, ki so trenutno na voljo, niso primerna za uporabo v vozilih. To pomeni, da je sistem za oskrbo celice z vodikom nekoliko problematien.

Teave z gorivnimi celicami pri uporabi v osebnih vozilihInfrastruktura: Z namenom da PEMFC vozila postanejo konkurenna klasinim vozilom je potrebno izgraditi celotno infrastruktura pridobivanja vodika in oskrbe z njim. Kot infrastrukturo mislimo predvsem plinovode, klasien transport z tovornjaki, ladjami oz. vlaki, rpalke za polnenje goriva ter same obrate, ki proizvajajo vodikovo gorivo. DOE predvideva, da bodo vloki v infrastrukturo in njena izgradnja prila nekako skupaj z prvim komercialno uspenim oz. dostopnim vozilom in bodo presegali 500 milijard dolarjev.Shranjevanje vodika: Osebna vozila imajo nekako povpreen doseg s polnim tankom goriva okoli 500km. Da bi vozila na gorivne celice uspeno konkurirala na triu je potrebno, da sama vzdrijo nekako primerljive razdalje. Na tem mestu je v upotev potrebno vzeti predvsem praktino in varno shranjevanje vodika ter samo maso in volumen gorivnih celic. eprav se z ravojem velikost in masa PEMFC zmanjuje, so e vedno nepraktine za mnoino uporabo v vozilih. Seveda obstajajo tudi teave povezane z varnostnjo gorivnih celic, tako na podroju ukrepanja v primeru nesre tovrstnih vozil kot na podroju splone varnosti pri bolj sunkovitih in dinaminih spremembah samega gibanja rezervarja z tekoim oz. visokotlanim vodikom.

ZakljuekGlavni razlog zakaj sodelujejo ZDA in ostale razvite drave s tevilnim univerzami in podjetji doma in po svetu z namenom izboljati delovanje gorivnih celic, tako da bodo postale komercialno dostopne, je gotovo zmanjanje odvisnosti od uvoza surove nafte. Trenutni trendi kaejo, da se bo poraba nafte v prihodnjih letih poveevala, cene pa bodo naraale predvsem na raun krenja zalog v dosedanjih ter zaradi same nedostopnosti in visokih strokov rpanja v novih nahajaliih. Uporaba nafte in ostalih fosilnih goriv je tudi glavni onesnaevalec okolja. Slednje naj bi bil tudi poglaviten razlog za pojav globalnega segrevanja. Gorivne celice zato predstavljajo nekako idealno reitev omenjenih problemov. Delujejo praktino brez onesnaevanja okolja in so neodvisne od uvoza goriva iz drugih drav. Glavni problem je seveda enostavna in ista proizvodnja elementarnega vodika kot goriva.ZakljuekZaasna reitev je predelava z vodikom bogatih snovi, vendar bi za dolgorono uporabo potrebovali nekakne obnovljive vire oz. naine pridobivanja vodika. Trenutno je sama izdelava gorivnih celic tehnoloko zelo drag postopek in se iz ekonomskih stali e ne more popolnoma uveljavi. Z nadaljnimi investicijami in razvojem pa bodo v prihodnjih letih oz. desetletjih gorivne celice zagotovo zasedle popembno mesto na tevilnih podrojih pridobivanja energije. S tem namenom so se drave priele povezovati v organizacijo za sodelovanje z imenom Mednarodno partnerstvo za vodikovo ekonomijo (The International Partnership for the Hydrogen Economy). Trenutne lanice so: Avstralija, Indija, Brazilija, Italija, Kanada, Japonska, Kitajska, Nova Zelandija, Francija, Nizozemska, Nemija, Koreja, Islandija, Rusija, Velika Britanija in ZDA.

Viri[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell

[2] http://www.fuelcells.org/

[3] http://www.howstuffworks.com/fuel-cell.htm

[4] http://www.solarnavigator.net/fuel_cells_basic_types.htm

[5] http://americanhistory.si.edu/fuelcells/origins/origins.htm

[6] http://www.ectechnic.co.uk/info.html

[7] http://www.mojmikro.si/geekfest/pogled_naprej/gorivne_celice