Erinevus lehekülje "Kütuseelement" redaktsioonide vahel

resümee puudub
'''Kütuseelement''' on [[keemiline vooluallikas]], milles saadakse [[elektrienergia]]t juurdeantava kütuse [[oksüdatsioon|oksüdeerimisel]] vabaneva [[energia]] arvel. Niisugust energiamuundurit võib käsitada kui [[galvaanielement]]i, mille [[elektrokee|miaelektrokeemilise]] reaktsiooni jaoks tarvilik aine ei paikne lõpliku kogusena elemendi sees, vaid seda antakse väljastpoolt pidevalt juurde. Niiviisi on võimalik saada kütusest vahetult elektrienergiat. Tavalisel viisil toodetakse elektrienergiat teatavasti nii, et muundatakse kütuse põletamisel saadava kuuma auru või gaasi soojus mehaaniliseks energiaks soojusjõumasinas (kolbmootoris, turbiinis), mis käitab elektrigeneraatorit.
[[Pilt:Motore-idrogeno hydrogen engine.gif|pisi|250px|Elektrienergia saamine vesinikust]]
'''Kütuseelement''' on [[keemiline vooluallikas]], milles saadakse [[elektrienergia]]t juurdeantava kütuse [[oksüdatsioon|oksüdeerimisel]] vabaneva [[energia]] arvel. Niisugust energiamuundurit võib käsitada kui [[galvaanielement]]i, mille [[elektrokeeelektrokeemia|miaelektrokeemiliseelektrokeemilise]] reaktsiooni jaoks tarvilik aine ei paikne lõpliku kogusena elemendi sees, vaid seda antakse väljastpoolt pidevalt juurde. Niiviisi on võimalik saada kütusest vahetult elektrienergiat. Tavalisel viisil toodetakse elektrienergiat teatavasti nii, et muundatakse kütuse põletamisel saadava kuuma auru või gaasi soojus mehaaniliseks energiaks soojusjõumasinas (kolbmootoris[[kolbmootor]]is, turbiinis[[turbiin]]is), mis käitab elektrigeneraatorit.
 
==Ajalugu==
Kütuseelemendi tööpõhimõtte avastas [[Saksamaa]] teadlane [[Christian Friedrich Schönbein]], kes oma avastuse ühes teaduslikus ajakirjas 1838. või 1839. aastal avaldas. Kütuseelemendi isaks loetakse inglane Sir [[William Robert Grove]], kes avaldas1839avaldas 1839. aastal sedaesimese töötava liikikütuseelemendi keemilise vooluallika põhimõttekirjelduse ja 1842. aastal selle üksikasjalise kirjeldusejoonised. <ref>http://web.archive.org/web/20060904132508/http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/grove.htm</ref> Praktiliseks kasutamiseks kõlblike kütuseelementide väljatöötamisega hakati tegelema 20. sajandi teiselt poolel. Tulemusena töötati kõigepealt välja polümeermembraaniga kütuseelement, mida [[NASA]] kasutas 1960. aastal [[Apollo programm|Apollo]] mehitatud Kuu-lennul.
 
1990. aastatel aktiviseerunud uurimis- ja arendustöö tulemusena on loodud või loomisel uusi elektrokeemilisi süsteeme kasutamiseks transpordis ([[auto]]des, [[laev]]ades, [[lennuk]]ites) ja samuti paiksetes seadmetes detsentraliseeritud elektri- ja soojusvarustuseks, eriti aga reserv- ja avariitoiteallikaina. Võimsuse skaala ulatub rakendusotstarbest olenevalt millivattidest megavattideni. Seni on nende elektrienergiaallikate laiemat levikut piiranud suured tootmiskulud.
 
1990. aastatel aktiviseerunud uurimis- ja arendustöö tulemusena on loodud või loomisel uusi elektrokeemilisi süsteeme kasutamiseks transpordis (autodes, laevades, lennukites) ja samuti paiksetes
seadmetes detsentraliseeritud elektri- ja soojusvarustuseks, eriti aga reserv- ja avariitoiteallikaina. Võimsuse skaala ulatub rakendusotstarbest olenevalt millivattidest megavattideni. Seni on nende elektrienergiaallikate laiemat levikut piiranud suured tootmiskulud.
==Ehitus ==
Kütuseelement koosneb [[elektrood]]idest ‒ [[anood]]ist ja [[katood]]ist, mida eraldab [[ioon]]e juhtiv membraan või [[elektrolüüt]]. Elektroodiplaadid on metallist, [[Karbiidset päritolu süsinik|nanopoorsest süsinikust]] või keraamikast[[keraamika]]st. Elektroodid on võimelised juhtima nii elektrone[[elektron]]e kui ioone. Et kiirendada redoksreaktsioone[[redoksreaktsioon]]e (eriti madalatel töötemperatuuridel), on elektroodid kaetud [[katalüsaator]]i ([[plaatina]], pallaadiumi[[pallaadium]]i) kihiga. [[Elektrolüüt|Elektrolüüdiks]], mille ülesandeks on juhtida ioone (kuid mitte elektrone), võib sõltuvalt tüübist olla [[Hape|happe]] või leelise[[leelis]]e lahus, samuti tahke aine polümeermembraani kujul, kõrgetemperatuurilistes elementides keraamiline materjal.
Elektrienergia tootmiseks vajab element anoodil vesinikku[[vesinik]]ku või orgaanilist ühendit, ntnäiteks metanooli[[metanool]]i, metaani[[metaan]]i või [[sünteesgaas]]i, ja katoodil hapnikku. Neid reaktsioonikomponente tuleb kütuseelemendi elektroodildeleelektroodidele pidevalt juurde anda.
 
Vesinik-hapnik-kütuseelemendi pinge on temperatuuril 25 °C teoreetiliselt 1,23 V, praktiliselt saavutatud väärtused jäävad vahemikku 0,5 ‒ 1,0 V. Vajaliku pinge saamiseks moodustatakse elementidest järjestikpatarei.
 
==Kütuseelementide levinumad tüübid==
Kütuseelemente liigitatakse elektrolüüdi järgi ja tüüpe tähistatakse ingliskeelsete terminite tähtlühenditega:
*PEMFC (''Proton Exchange Membrane Fuel Cell'' ehk ''Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell'') ‒ madalatemperatuuriline polümeerelektrolüüt-kütuseelement. Vajab kütuseks puhast vesinikku. Kasutusalad: mootorsõidukid, plokkelektrijaamad, kaasaskantavad elektritarvitid.
*DMFC (''Direct Methanol Fuel Cell'') ‒ madalatemperatuuriline otsemetanool-kütuseelement. Kütuseks on metanool, millest vesinik eraldub veega reageerimisel. Kasutuskohad: mootorsõidukid, kaasaskantavad elektritarvitid.
*SOFC (''Solid Oxide Fuel Cell'') ‒ kõrgetemperatuuriline tahkeoksiid-kütuseelement. Laengukandjaiks on hapniku ioonid. Kasutuskohad ‒ plokkelektrijaamad, samuti mootorsõidukeis aku asendajana, kusjuures vajalik kütus saadakse lihtsa muundamise teel bensiinist[[bensiin]]ist.
{{Vaata|Tahkeoksiidne kütuseelement}}
*AFC (''Alkaline Fuel Cell'') ‒ madalatemperatuuriline leeliskütuseelement. Vajab katoodil puhast hapnikku. Kasutuskohad: kosmosesõidukid, allveelaevad[[allveelaev]]ad.
*MCFC (''Molten Carbonate Fuel Cell'') ‒ kõrgetemperatuuriline sulakarbonaat-kütuseelement. Kasutuskohad: plokkelektrijaamad.
*PAFC (''Phosphoric Acid Fuel Cell'') ‒ kesktemperatuuriline fosforhappe-kütuseelement. Kasutuskohad: plokkelektrijaamad.
[[Pilt:Kütuseelement.png|pisi|350px|Polümeerelektrolüüdiga kütuseelemendi ehituse ja talitluse skeem]]
 
==Polümeerelektrolüüt-kütuseelemendi tööpõhimõte==
Kütuseelementidest on tuntuimad polümeermembraanelektrolüüdiga elemendid, mis kasutavad kütusena vesinikku. Niisuguse elemendi elektroodide vahel on polümeermaterjalist nanopoorne membraan, mis toimib elektrolüüdina.
 
Vesinik esineb looduses teatavasti ainult mitmesuguste ühenditena. Otsemetanool-kütuseelemendiks, kasutatakse vesinikukandjana metanooli (puupiiritust). Elemendi anoodile juhitakse metanool ja vesi, mille omavahelisel reageerimisel tekib vesinik (H<sub>2</sub>) ja süsinikdioksiid (CO<sub>2</sub>).
 
==Kütuseelementide andmeid<ref> http://www.answers.com/topic/fuel-cell</ref> ==
{| class="prettytable"
| 38
|}
 
==Läbivooluelement==
Kütuseelemendi eriliigiks võib pidada läbivooluelementi (inglise k ''flow battery''), mis töötab vahetatava kütuseannusega.
{{Vaata|Läbivooluelement}}
Kütuseelemendi eriliigiks võib pidada läbivooluelementi (inglise k ''flow battery''), mis töötab vahetatava kütuseannusega.
 
 
== Vaata ka ==
*[[Vesinikuenergeetika]]
*[[Tahkeoksiidne kütuseelement]]
 
==Välislingid==
*[http://teadus.err.ee/salv?id=2735&saade=211 Teaduse helisõnastik: Kütuselement] ([[Gunnar Nurk]]) – ERR Teadus, 23. september 2010
*[http://www.diebrennstoffzelle.de/zelltypen/index.shtml Die Brennstoffzelle]
*[http://www.bine.info/publikationen/projektinfos/publikation/hausenergiesysteme-mit-brennstoffzellen/ Hausenergiesysteme mit Brennstoffzellen]
 
==Viited==
{{Viited}}
 
{{Keemilised vooluallikad}}
 
[[Kategooria:Keemilised vooluallikad]]
 
[[af:Brandstofsel]]
[[ar:خلية وقود]]
16 920

muudatust