Автомобілі на водневих паливних комірках: сучасний стан і перспективи

Колодницька, Р.В.; Шумляківський, В.П.; Kolodnytska, R.V.; Shumliakivskyi, V.P.

Автомобілі на водневих паливних комірках: сучасний стан і перспективи

Колодницька, Р.В.; Шумляківський, В.П.; Kolodnytska, R.V.; Shumliakivskyi, V.P.

URI: http://eztuir.ztu.edu.ua/123456789/8361

Дата: 2023

Анотація:

У наш час уряди багатьох країн встановлюють все більш амбітні цілі для водневого сектора, що дійсно може відіграти ключову роль у досягненні мети нульових викидів (Net Zero) до 2050 року. Водень може бути використаний як джерело енергії двома різними способами: в електрохімічних паливних елементах (комірках) і за допомогою згоряння. В 2007 році компанія Toyota випустила перший гібридний автомобіль, що працює на водневих паливних комірках (Toyota Mirai) з електричним двигуном потужністю 113 кВт. Замість двигуна внутрішнього згоряння цей автомобіль має стек (блок) паливних комірок, що виробляють електричний струм. Транспортні засоби на паливних комірках (Fuel-cell electric vehicles FCEVs) з використанням водню належать до транспортних засобів з нульовими викидами. У роботі описано автомобіль на водневих паливних комірках, який спроєктовано в програмному забезпеченні ADVISOR – програма моделювання на основі MATLAB/Simulink. Моделювання в ADVISOR показує, що автомобіль на водневих паливних комірках викидає лише воду. Визначено переваги автомобілів на водневих паливних комірках: 1) запас ходу може бути досягнутий за допомогою достатньої кількості водневих баків високого тиску. Останні можуть бути розміщені в різних місцях, що дозволяє оптимізувати доступний обʼєм, підвищуючи придатність для перевезення пасажирів і місткість багажника; 2) номінальна тягова потужність, отримана за певної маси та швидкості автомобіля та нахилу дороги, досягається при поєднанні потрібної кількості основних систем паливних комірок; 3) заправка баків є простою та швидкою, що дозволяє не тільки зменшити вартість зарядних станцій порівняно з зарядними станціями, призначеними для електромобілів, так і досягти інтенсивного використання водню, в таких транспортних засобах, як таксі чи автобуси; 4) автомобілі на паливних комірках дуже безпечні навіть у разі автомобільних аварій. Безпека в основному базується на тому, щоб отримати витік, який залишається нижче рівня горючості водню. Така конструкція досить проста і орієнтована на бак як ключовий пристрій. Проте водневі паливні комірки достатньо дорогі, оскільки потребують використання платинових матеріалів з високою каталітичною активністю. Перспективними також для України можуть стати паливні комірки з інших матеріалів. Такі комірки, на основі цирконію, розроблені в Київському інституті матеріалознавства ім. Францевича. Також цьому сприяє наявність великої кількості в Україні двоокису цирконію.

Анотація (англ.):

Nowadays, many governments are setting increasingly ambitious targets for the hydrogen sector, which can indeed play a key role in achieving the goal of zero emissions (Net Zero) by 2050. Hydrogen can be used as an energy source in two different ways: in electrochemical fuel cells (cells) and through combustion. In 2007, Toyota launched the first hydrogen fuel cell hybrid vehicle (the Toyota Mirai) with a 113 kW electric motor. Instead of an internal combustion engine, this car has a stack with fuel cells that produce electric current. Fuel-cell electric vehicles (FCEVs) using hydrogen are zero-emission vehicles. The paper describes a hydrogen fuel cell vehicle, which is designed in software, ADVISOR - a simulation program based on MATLAB/Simulink. Simulations in ADVISOR show that a hydrogen fuel cell vehicle only emits water. The paper highlights the following advantages of hydrogen fuel cell vehicles. (1) Range can be achieved with a sufficient number of high-pressure hydrogen tanks. The latter can be placed in different places, which allows you to optimize the available volume, increasing the suitability for carrying passengers and the capacity of the trunk. (2) The rated towing power obtained at a given vehicle mass and speed and road slope is achieved by combining the required number of major fuel cell systems. (3) Filling the tanks is simple and fast, which not only reduces the cost of charging stations compared to charging stations designed for electric vehicles, but also achieves the intensive use of hydrogen, in vehicles such as taxis or buses. (4) Fuel cell cars are very safe even in the event of car accidents. Safety is mainly based on getting a leak that stays below the flammability level of hydrogen. This design is quite simple and focused on the tank as a key device. However, hydrogen fuel cells are quite expensive, as they require the use of platinum materials with high catalytic activity. Fuel cells made of other materials can also become promising for Ukraine. Such cells, based on zirconium, were developed at the Frantsevich Institute for Problems of Materials Science NASU. This is also facilitated by the presence of a large amount of zirconium dioxide in Ukraine.

Показати повний опис матеріалу