Топливная батарея DIY, реально ли?, из области безумных идей Опции

[stas00n]

Приветствую, коллеги. На днях посетила мысль заняться безумным прожектом - самодельной топливной батареей. Немножко погуглив на эту тематику выяснил, что никому это на фиг не надо и работоспособных домашних конструкций вообще нет, есть многообещающие лабораторные прототипы и исчезающе мало коммерческих продуктов. А штука мне лично кажется интересной и полезной. Ничего антинаучного, все вроде работает где-то, правда дорого и неудобно пока что.

Чего хочется:
1 очередь: В условиях небольшой (см. ниже) лаборатории изготовить работоспособный прототип топливной ячейки. Низкотемпературной. Метанольной или водородной. Получить с нее какое-то количество вольт и ватт. Понять всю эту кухню, изучить и, по возможности, решить проблемы. Набраться знаний. Измерить характеристики, затраченные средства и сделать вывод о целесообразности дальнейших исследований.
2 очередь (в случае успешной реализации 1-й ): - разработка и постройка батареи ТЭ для практического применения. Целевые параметры: применение на маломерном водном транспорте, напряжение ~48В, мощность 3...5 кВт, удельная энергоемкость не менее 20% от бензинового ДВС, КПД не менее 20%, занимаемый объем установки не более 0,3 м3 вместе с топливом. Простота реализации прямыми руками. Ну а там уж как получится...

Что есть:
0.0 знаний и опыта в этой области. Умеренный энтузиазм. Небольшая мастерская-лаборатория. Доступна столярная, слесарная, токарная, фрезерная/сверлильная ЧПУ обработка. Лазер, плазму, гидроабразив, электроэрозию и другую экзотику есть шанс найти в городе или ближайших окрестностях. Есть пара компрессоров 8-10 кгс и малюсенький форвакуумник - дает примерно 10...5 Па. Радиоэлектронная часть лаборатории тоже не богата - показометры-мультиметры, клещи, осциллографы, генераторы ЗЧ, блоки питания, паяльники-матюгальники, комп, электронные компоненты из области маломощной силовой электроники. Химическая часть еще хуже - шкаф с несколькими видами реактивов, чуть-чуть посуды, несколько маленьких корыт, вытяжка, вода из-под крана и дистиллят в баклажках с бензоколонки. В соседнем химмаге много чего есть из ширпотребных реактивов лабораторных. Еще, конечно, доступны магазины типа "строитель", "сад-огород", "хозтовары" и т.д. Отдельно свезло, - есть магазин "полимер" - есть в наличии интересное, в т.ч. углематериалы. Пневмо-гидро-газо-штуки разные тоже можно купить в городе.

Финансирование:
Будет осуществляться из собственных средств. С з/п инженегра. Выделять буду не более 5-10 круб/мес. Никаких инвесторов не планируется, деньги на проект не ищутся .

Что надо:
Источники информации по данной тематике. Обязательно бесплатные. Поддержка/критика конструктивная/деструктивная.((cenzored) Сотрудничество/помощь (интеллектуальная).

Прошу высказываться, коллеги.

Причина редактирования: вульгаризм.

[Егоров]

Да все эти ютубы - громадные месторождения дезинформации. Показать в ролике можно, что и коровы успешно летают.
На практике топливные элементы пока неподъемное технологически дело для массового применения.
Не очень глубоко вникал, не хочется рыться в тупиковом направлении, но основная трудность там - идеальная чистота компонентов. Без этого все эти мембраны забиваются через срок от нескольких часов до нескольких недель.
Кроме того, два вольта от ячейки - очень неудобно. Нужно соединить 50-150 ячеек для получения приемлемой величины напряжения электротранспорта. Это автоматически означает практически нулевую надежность такого генератора.

[stas00n]

Да все эти ютубы - громадные месторождения дезинформации. Показать в ролике можно, что и коровы успешно летают.

С этим согласен. Но все же отделить достоверную инфу от обмана вполне реально при наличии каких-нибудь знаний в предмете. У меня их пока маловато, иначе не создавал бы тему на форуме. Тем не менее, мне почти удается отсеивать псевдо- и антинаучную хрень с просторов паутины

На практике топливные элементы пока неподъемное технологически дело для массового применения.
Не очень глубоко вникал, не хочется рыться в тупиковом направлении, но основная трудность там - идеальная чистота компонентов. Без этого все эти мембраны забиваются через срок от нескольких часов до нескольких недель.

1. Технология, на самом деле "кухонная", при наличии материалов. А вот сами материалы неподъемно дороги пока что для массового коммерческого применения. Но я и не говорил о массовом производстве. Лично у меня в планах 1 - лабораторные образцы для тестов, 2 - устройство годное для практического использования в единичном экземпляре - пусть и дорогое - для себя любимого ничего не жалко.
2. Направление, я считаю, не тупиковое, а как раз наоборот, перспективное. Мы просто "не умеем их готовить". Материалы будут дешеветь, характеристики улучшаться.
3. Чистота компонентов. В некоторых видах эл-тов (особенно низкотемпературных), - да,есть такая проблема. Только забиваются не мембраны (им вообще сложно навредить чем либо кроме перегрева - довольно крепкая и химстойкая штука), а каталитически активный слой электродов - особенно вредно наличие в топливе CO.

Кроме того, два вольта от ячейки - очень неудобно. Нужно соединить 50-150 ячеек для получения приемлемой величины напряжения электротранспорта. Это автоматически означает практически нулевую надежность такого генератора.

2 вольта дает свинцово-кислотная банка. Никель-кадмиевая 1,2В. Это не мешает их повсеместно успешно использовать на электротранспорте - от погрузчиков-штабелеров до троллейбусов и электричек. На надежность не жалуются. Напряжение топливной "банки" (хотя ТЭ вовсе не напоминает банку) примерно 0,7В, так что да - их надо много последовательно. Однако в данном случае не соединяют последовательно проводами отдельные ячейки, как в случае с "конвенционными" ХИТ. Батарея представляет собой единый конструктивный блок - стопку электродных сборок вперемешку с разделительными, уплотнительными прокладками, охлаждающими и увлажняющими сборками. Стопка эта, грубо говоря, тупо стягивается шпильками. Кстати это можно заметить на малазийском видео с ютуба или, более подробно - на этом. Для моего гипотетического электротранспорта хватит 48В - меньше сотни ячеек - можно сделать одну батарею. Или две последовательно, как малайцы. Тут больше геометрия влияет..

По поводу мембран. Звонил сегодня на питерский завод который занимается их изготовлением. Все не так печально как я ожидал. Разговаривал с весьма приятным и доброжелательным дядькой - руководителем подразделения. Массового производства этой продукции нет (хотя раньше, говорит, - было!), но мелкие партии под заказчика делают без проблем. Цена мембраны МФ-4СК на сегодня примерно 40000 руб/м2. Полный аналог нафиона, но примерно вчетверо дешевле. Толщина по согласованию с заказчиком. Для метанольных ячеек рекомендуется толщина не менее 150 мкм. Образцы есть в наличии. Кусочек отрежут любой, - в шутку сказал - хоть 1 см2. Запросил на опыты немного мембраны и раствора смолы.

[Егоров]

2 вольта дает свинцово-кислотная банка. Никель-кадмиевая 1,2В. Это не мешает их повсеместно успешно использовать на электротранспорте - от погрузчиков-штабелеров до троллейбусов и электричек. На надежность не жалуются. Напряжение топливной "банки" (хотя ТЭ вовсе не напоминает банку) примерно 0,7В, так что да - их надо много последовательно.

Вы сравниваете несравнимое. В расчетах надежности участвует не только количество элементов в системе, но и их сложность, проще говоря, надежность каждого компонента. Кислотный аккумулятор устроен относительно просто и терпим к значительным отклонениям параметров компонентов. Долговечность его в десятки раз выше, чем топливного элемента. Потому и тяговая батарея из 24-48 банок обладает удовлетворительной надежностью.
Боюсь, с топливным элементом будет куда сложнее, каждый элемент довольно капризен.
2 вольта... я взял водородно-кислородный элемент, достаточно древний, на нем как будто бы даже на Луну летали, не метаноловый. У него ресурс был несколько суток, Вестнгауз Электрик разрабатывал. Решающим доводом было получение, как отходов, чистой воды, которую на борту было куда использовать.

[stas00n]

Вы сравниваете несравнимое. В расчетах надежности участвует не только количество элементов в системе, но и их сложность, проще говоря, надежность каждого компонента. Кислотный аккумулятор устроен относительно просто и терпим к значительным отклонениям параметров компонентов. Долговечность его в десятки раз выше, чем топливного элемента. Потому и тяговая батарея из 24-48 банок обладает удовлетворительной надежностью.
Боюсь, с топливным элементом будет куда сложнее, каждый элемент довольно капризен.

Топливный эл-т относительно кислотного аккумулятора устроен не намного сложнее, если внимательно посмотреть. Элементы соединяются в батарею в едином конструктиве, как я уже говорил выше, а уж насколько капризен в этом случае каждый элемент в отдельности - черт его знает, достоверных данных-то у нас с Вами нет, так ведь? Нужно экспериментировать.

2 вольта... я взял водородно-кислородный элемент, достаточно древний, на нем как будто бы даже на Луну летали, не метаноловый. У него ресурс был несколько суток, Вестнгауз Электрик разрабатывал. Решающим доводом было получение, как отходов, чистой воды, которую на борту было куда использовать.

Вроде как водород-кислородный, почти как никель-металлогидридный - около 1,3 В максимум, фактически меньше. Метаноловый я хочу чтобы массовая энергоемкость была хорошая и чтобы заправка топливом и его хранение были бы столь же просты как в случае с бензином. С водородом пока такое не светит. По ресурсу конечно, тоже вопрос, и, опять же все будет решаться в ходе эксперимента, т.к. достоверных данных тоже не имеем.