MTI sviluppa batterie a celle di combustibile - Pagina 3

+Benito+ · 25-06-2004, 10:44

ad ogni buon conto il costo della cella sarebbe in minima parte legato al catalizzatore (platino presumo), dato che si parla di milligrammi per ogni piastra, mentre cio' che costa di piu' sono le piastre di collegamento che contengono sia i canali di raffreddamento sia i canali di afflusso del combustibile e dell'aria, nonchè lo strato "poroso" in cui e' disperso il catalizzatore.
fammi finire di leggere il capitolo (Il libro e'

)

DioBrando · 25-06-2004, 17:33

Quote:

Originariamente inviato da leoneazzurro
Spero proprio di no... il metanolo è fortemente tossico

ma un bicchierino di vino n ha mai ucciso nessuno

...e tra qlc anno forse nemmeno un portatile

Mastromuco · 25-06-2004, 19:28

Si ma se la combustione è condotta in maniera buona...di metanolo che evapora ce ne sarà una quantità ridicola...quindi tossicità zero.

Le regole per la tossicità degli apparecchi sono molto rigide...se viene approvato tutto quanto, credo che sarà sicuro al 100%

+Benito+ · 25-06-2004, 22:58

Allora, spero di avr scritto cose comprensibili ai più, volendo le nozioni sono più nel dettaglio, ma dubito che qualcuno sia interessato. Intanto beccatevi questo.

DMFC
Direct methanol fuel cells

Introduzione:
Le celle a combustibile a metanolo sono intrinsecamente meno efficienti delle celle ad idrogeno.
Ciononostante, per molti usi soprattutto per quanto riguarda le piccole potenze e le applicazioni mobili, stanno entrando in concorrenza con i sistemi di accumulazione di energia di tipo chimico,come lo sono le pile Li-ion.
Questo e’ agevolato dal fatto che le celle ad idrogeno necessitano di sistemi di stoccaggio del combustibile che occupano una grandissima parte del peso complessivo, tale che l’idrogeno avendo una densità energetica di 119,9 MJ/kg (contro i soli 19,9 MJ/kg del metanolo) si trova ad avere densità nette tra gli 0,72 e gli 8,27 MJ/kg a seconda del tipo di contenimento contro i 18,9 MJ/kg del metanolo. (Fuel cells systems explained, second editino,wiley, 2003).

Le reazioni

Il difetto principale del metanolo per quanto riguarda il suo uso in celle a combustibile e’ legato alla lentezza con cui si combina,e cio’ e’ dovuto ai vari passaggi intermedi. Infatti partendo dal metanolo (CH3OH) la reazione procede verso la perdita di un H, formando CH2OH, ma gia’ a questo punto la reazione può procedere verso due differenti composti: CHOH (instabile), oppure CH2O (formaldeide, stabile).A sua volta CHOH evolve in COH oppure in CHO. Il COH evolve in CO, il CHO (prodotto anche dell’evoluzione della formaldeide) puo’ a sua volta evolere in CO oppure in HCOOH (acido formico,stabile),il quale evolve in COOH e infine in CO2.
Queste reazioni sono tutte possibili, ma dato che alcune prtano alla formazione di CO (che avvelena il catalizzatore) devono essere evitate. La reazione verso la quale si cerca di portare i vari omposti intermedi e’ quindi quella che passa per successivi composti stabili:

CH3OH----CH2OH----CH2O----CHO----HCOOH----COOH----CO2

Sebbene anche I composti intermedi (formaldeide, acido formico) possano essere usati direttamnte per alimentare la cella, questo nella stragrande maggioranza dei casi non si fa perchè la reazione da metanolo muove 6 elettroni per molecola menre le altre solo 2 o 4. (si usano anche celle di piccola potenza ad acido formico per evitare la formazione di CO)
La reazione complessiva in una cella DMFC e’ quindi:

CH3OH+ 11/2 O2------------2H2O+CO2

La struttura fisica

La cella e’ costituita da varie parti: l’anodo e il catodo (gli “elettrodi”), composti generalmente da polvere di carbonio oppure da schiuma metallica contenenti piccolissime quantità di catalizzatore disperse con vari metodi (50:50 Pt/Ru per circa 2 mg/cm^2 contro i 0,2 mg/cm^2 di solo Pt per le celle ad idrogeno), l’elettrolita (conduttore ionico) e le piastre bipolari che hanno il triplo incarico di garantire la continuità elettrica tra le celle in serie e di contenere da un lato i condotti che forzano il combustibile (o l’aria) ad attraversare la zona impregnata dal catalizzatore, e di contenere nel loro spessore i condotti per la circolazione dell’aria o dell’acqua di raffreddamento.

I problemi

La cella utilizza un elettrolita fondamentalmente identico a quello usato nelle celle PEM ad idrogeno, cioè una base polimerica (fluoroetilene, che si ottiene dl polietilene sostituendo i 4 fluoro ai 4 idrogeni e poi attaccando mediante un ossigeno una catena con una testa solforica) che va mantenuta idratata. Questo fatto implica che in qualche modo venga portata acqua all’interno della membrana. In questo caso l’acqua viene prodotta nella reazione, ma con la concentrazione di metanolo derivante dalla produzione della sola acqua di reazione si otterrebbe un eccessivo flusso di metanolo attraverso la membrana, cosa che porta ad un decadimento delle prestazioni della cella a causa del mancato “ponte” degli elettrodi per il completamento della reazione oltre ad un abbassamento della tensione della cella stessa..
Quindi si rende necessario l’utilizzo di una miscela acqua/metanolo al 3% in peso (Shukla et al. 1998, etc), oltre all’ispessimento dell’elettrolita (0.15-0.20 mm, DuPont Nafion 0,18mm), piu’ del doppio rispetto ad una cella ad idrogeno, il che comporta un aumento della resistenza della cella.
Questo significa che c’e’ la necessitàdi mantenere monitorato il livello di metanolo all’anodo.
Inoltre il flusso di crossover e’ inversamente proporzionale alla corrente operativa della cella, il che significa che la cella dovrebbe più o meno funzionare alla massima potenza.

La reazione produce all’anodo (occupato dalla miscela liquida) di bollicine di CO2 che deve essere evacuato il piu’ in fretta possibile, per evitare che porti con se un elevato quantitativo di metanolo che tende ad evaporare col salire della temperatura e per evitare che occupi prezioso spazio attraverso il catalizzatore riducendo così l’efficienza della cella.
Vari metodi di evacuazione del CO2 sono in sviluppo e questo e’ certamente il settore di maggior sviluppo di queste celle.
Ci sono inoltre problemi legati all’elevata tossicità del metanolo, i cui vapori sono tossici a partire da 25000ppm, e al sottoprodotto acido formico che crea problemi seri a livello di acidificazione del sangue. Fortunatamente il metanolo non sembra avere effetti cancerogeni e piccole esposizioni non provocano danni anche se ripetute frequentemente,in quanto il corpo riesce a smaltire e non accumula.
Per questi motivi, si rende praticamente obbligatorio l’uso del metanolo in forma liquida.

Caratteristiche elettriche

Le celle dmfc hanno attualmente (2003) una poenza disponibile fino a 60 mW/cm2 di elettrodo, con uno spessore di 0,3 cm per cella (in media) per una densità di potenza di 50 mW/cm3 compreso tutto lo scatolamento cn una tensione operativa di 0,3V riferita ad un rendimento elettrico tipico del 27%,mentre considerando tutta la cella, comprese le perdite di combustibile attraverso l’elettrolita il rendimento scende al 22% circa.
Si consideri che la potenza cresce di un fattore prossimo a 4 passando da una temperatura di funzionamento di 22°C ad una di 77°C.

Mastromuco · 26-06-2004, 01:22

Più leggo questi dettagli e più mi chiedo il perchè di tutto ciò...

Che cavolo di utilità c'è accidenti?!?!? Oltre alla grande durata della batteria chiaramente...

DioBrando · 26-06-2004, 03:41

Quote:

Originariamente inviato da Mastromuco
Più leggo questi dettagli e più mi chiedo il perchè di tutto ciò...

Che cavolo di utilità c'è accidenti?!?!? Oltre alla grande durata della batteria chiaramente...

hai detto niente...lo fanno praticamente solo per quello, oltre al fatto che i costi visto il materiale utilizzato dovrebbero essere + contenuti

canislupus · 26-06-2004, 10:05

Già ad oggi si può dire che esistono due tipologie di utilizzatori di notebook:

1) Quelli che vogliono la potenza pura per staccarsi dal concetto di desktop, ma senza rinunciare alle operazioni anche + pesanti (video editing, giochi 3D di ultima generazione, etc...)

2) Quelli che con il pc ci lavorano principlamente e hanno bisongo di un pc che duri il + possibile senza stare in carica e che non li abbandoni da un momento all'altro perchè non ha più energia

Ora se le celle a combustibile dovessero diventare una valida alternativa (ed anche + economica) delle batterie al Litio e durassero 3/4 volte di +, potremmo avere una fusione di questi due segmenti (potenza + mobilità) e credo che ciò porterebbe anche ad un abbassamento dei prezzi (produrre solusioni solo in un senso sicuramente rende la cosa + facile e meno dispendiosa).

+Benito+ · 26-06-2004, 11:17

viste queste osservazioni sottolineo che:

A)le celle a combustibile non hanno durata intrinseca, a meno che con questo non si intenda la vita utile (che a mio avviso e' ancora troppo bassa per chi usa il computer 8 e più ore al giorno), ma e' legata esclusivamente al rifornimento del combustibile.

B) attualmente le celle a combustibile non sono ancora concorrenziali nè a livello di densità di potenza nè di costo/Wh, ma secondo quanto ho letto la tendenza e' di arrivare ad un pareggio/vantaggio delle celle a combustibile nel settore dai 40W in su nei prossimi anni. Per quanto riguarda i dispositivi più piccoli come pda e cellulari non sembra possibile ottenere un prodotto concorrenziale nemmeno a lungo termine con queste soluzioni a causa sia della necessità di stoccare del combustibile, sia a causa dell'impossibilità di miniaturizzare troppo i canali di scorrimento dei reagenti e/o alla regimazione dell'acqua nell'elettrolita, cosa fondamentale per il funzionamento della cella stessa.

leoneazzurro · 27-06-2004, 22:42

Quote:

Originariamente inviato da DioBrando
ma un bicchierino di vino n ha mai ucciso nessuno

...e tra qlc anno forse nemmeno un portatile

A meno che non sia adulterato, il vino NON contiene metanolo, bensì etanolo, ossia alcool etilico.
Qualche anno fa scoppiò il caso del vino adulterato al metanolo, ossia con del metanolo aggiunto per "allungare" l'alcool etilico.
Ci furono parecchi ricoverati gravi, ed anche un paio di morti...

+Benito+ · 28-06-2004, 10:17

infatti uno dei problemi della distillazione casalinga della grappa puo' essere quello della mancata eliminazione del primo distillato, che fino ad una determinata temperatura e' praticamente solo metanolo.
Non vi consiglio di berlo, ma dopotutto, qualcuno di voi si e' mai attaccato alla pompa della benzina?

25-06-2004, 19:28	#43
Mastromuco Senior Member Iscritto dal: May 2001 Città: Trieste Messaggi: 693	Si ma se la combustione è condotta in maniera buona...di metanolo che evapora ce ne sarà una quantità ridicola...quindi tossicità zero. Le regole per la tossicità degli apparecchi sono molto rigide...se viene approvato tutto quanto, credo che sarà sicuro al 100% __________________ AMD ATHLON 2500XP Barton @3200 su Asus NF7-S--1Gb RAM--Radeon Powercolor 9800Pro 128Mb--HD1: Maxtor 40Gb--HD2: Maxtor SATA 120Gb Ibook 1Ghz...ormai faccio anche io parte del "Think different, be Apple"

26-06-2004, 01:22	#45
Mastromuco Senior Member Iscritto dal: May 2001 Città: Trieste Messaggi: 693	Più leggo questi dettagli e più mi chiedo il perchè di tutto ciò... Che cavolo di utilità c'è accidenti?!?!? Oltre alla grande durata della batteria chiaramente... __________________ AMD ATHLON 2500XP Barton @3200 su Asus NF7-S--1Gb RAM--Radeon Powercolor 9800Pro 128Mb--HD1: Maxtor 40Gb--HD2: Maxtor SATA 120Gb Ibook 1Ghz...ormai faccio anche io parte del "Think different, be Apple"

25-06-2004, 10:44	#41
+Benito+ Senior Member Iscritto dal: Feb 2002 Messaggi: 7087	ad ogni buon conto il costo della cella sarebbe in minima parte legato al catalizzatore (platino presumo), dato che si parla di milligrammi per ogni piastra, mentre cio' che costa di piu' sono le piastre di collegamento che contengono sia i canali di raffreddamento sia i canali di afflusso del combustibile e dell'aria, nonchè lo strato "poroso" in cui e' disperso il catalizzatore. fammi finire di leggere il capitolo (Il libro e' )

25-06-2004, 22:58	#44
+Benito+ Senior Member Iscritto dal: Feb 2002 Messaggi: 7087	Allora, spero di avr scritto cose comprensibili ai più, volendo le nozioni sono più nel dettaglio, ma dubito che qualcuno sia interessato. Intanto beccatevi questo. DMFC Direct methanol fuel cells Introduzione: Le celle a combustibile a metanolo sono intrinsecamente meno efficienti delle celle ad idrogeno. Ciononostante, per molti usi soprattutto per quanto riguarda le piccole potenze e le applicazioni mobili, stanno entrando in concorrenza con i sistemi di accumulazione di energia di tipo chimico,come lo sono le pile Li-ion. Questo e’ agevolato dal fatto che le celle ad idrogeno necessitano di sistemi di stoccaggio del combustibile che occupano una grandissima parte del peso complessivo, tale che l’idrogeno avendo una densità energetica di 119,9 MJ/kg (contro i soli 19,9 MJ/kg del metanolo) si trova ad avere densità nette tra gli 0,72 e gli 8,27 MJ/kg a seconda del tipo di contenimento contro i 18,9 MJ/kg del metanolo. (Fuel cells systems explained, second editino,wiley, 2003). Le reazioni Il difetto principale del metanolo per quanto riguarda il suo uso in celle a combustibile e’ legato alla lentezza con cui si combina,e cio’ e’ dovuto ai vari passaggi intermedi. Infatti partendo dal metanolo (CH3OH) la reazione procede verso la perdita di un H, formando CH2OH, ma gia’ a questo punto la reazione può procedere verso due differenti composti: CHOH (instabile), oppure CH2O (formaldeide, stabile).A sua volta CHOH evolve in COH oppure in CHO. Il COH evolve in CO, il CHO (prodotto anche dell’evoluzione della formaldeide) puo’ a sua volta evolere in CO oppure in HCOOH (acido formico,stabile),il quale evolve in COOH e infine in CO2. Queste reazioni sono tutte possibili, ma dato che alcune prtano alla formazione di CO (che avvelena il catalizzatore) devono essere evitate. La reazione verso la quale si cerca di portare i vari omposti intermedi e’ quindi quella che passa per successivi composti stabili: CH3OH----CH2OH----CH2O----CHO----HCOOH----COOH----CO2 Sebbene anche I composti intermedi (formaldeide, acido formico) possano essere usati direttamnte per alimentare la cella, questo nella stragrande maggioranza dei casi non si fa perchè la reazione da metanolo muove 6 elettroni per molecola menre le altre solo 2 o 4. (si usano anche celle di piccola potenza ad acido formico per evitare la formazione di CO) La reazione complessiva in una cella DMFC e’ quindi: CH3OH+ 11/2 O2------------2H2O+CO2 La struttura fisica La cella e’ costituita da varie parti: l’anodo e il catodo (gli “elettrodi”), composti generalmente da polvere di carbonio oppure da schiuma metallica contenenti piccolissime quantità di catalizzatore disperse con vari metodi (50:50 Pt/Ru per circa 2 mg/cm^2 contro i 0,2 mg/cm^2 di solo Pt per le celle ad idrogeno), l’elettrolita (conduttore ionico) e le piastre bipolari che hanno il triplo incarico di garantire la continuità elettrica tra le celle in serie e di contenere da un lato i condotti che forzano il combustibile (o l’aria) ad attraversare la zona impregnata dal catalizzatore, e di contenere nel loro spessore i condotti per la circolazione dell’aria o dell’acqua di raffreddamento. I problemi La cella utilizza un elettrolita fondamentalmente identico a quello usato nelle celle PEM ad idrogeno, cioè una base polimerica (fluoroetilene, che si ottiene dl polietilene sostituendo i 4 fluoro ai 4 idrogeni e poi attaccando mediante un ossigeno una catena con una testa solforica) che va mantenuta idratata. Questo fatto implica che in qualche modo venga portata acqua all’interno della membrana. In questo caso l’acqua viene prodotta nella reazione, ma con la concentrazione di metanolo derivante dalla produzione della sola acqua di reazione si otterrebbe un eccessivo flusso di metanolo attraverso la membrana, cosa che porta ad un decadimento delle prestazioni della cella a causa del mancato “ponte” degli elettrodi per il completamento della reazione oltre ad un abbassamento della tensione della cella stessa.. Quindi si rende necessario l’utilizzo di una miscela acqua/metanolo al 3% in peso (Shukla et al. 1998, etc), oltre all’ispessimento dell’elettrolita (0.15-0.20 mm, DuPont Nafion 0,18mm), piu’ del doppio rispetto ad una cella ad idrogeno, il che comporta un aumento della resistenza della cella. Questo significa che c’e’ la necessitàdi mantenere monitorato il livello di metanolo all’anodo. Inoltre il flusso di crossover e’ inversamente proporzionale alla corrente operativa della cella, il che significa che la cella dovrebbe più o meno funzionare alla massima potenza. La reazione produce all’anodo (occupato dalla miscela liquida) di bollicine di CO2 che deve essere evacuato il piu’ in fretta possibile, per evitare che porti con se un elevato quantitativo di metanolo che tende ad evaporare col salire della temperatura e per evitare che occupi prezioso spazio attraverso il catalizzatore riducendo così l’efficienza della cella. Vari metodi di evacuazione del CO2 sono in sviluppo e questo e’ certamente il settore di maggior sviluppo di queste celle. Ci sono inoltre problemi legati all’elevata tossicità del metanolo, i cui vapori sono tossici a partire da 25000ppm, e al sottoprodotto acido formico che crea problemi seri a livello di acidificazione del sangue. Fortunatamente il metanolo non sembra avere effetti cancerogeni e piccole esposizioni non provocano danni anche se ripetute frequentemente,in quanto il corpo riesce a smaltire e non accumula. Per questi motivi, si rende praticamente obbligatorio l’uso del metanolo in forma liquida. Caratteristiche elettriche Le celle dmfc hanno attualmente (2003) una poenza disponibile fino a 60 mW/cm2 di elettrodo, con uno spessore di 0,3 cm per cella (in media) per una densità di potenza di 50 mW/cm3 compreso tutto lo scatolamento cn una tensione operativa di 0,3V riferita ad un rendimento elettrico tipico del 27%,mentre considerando tutta la cella, comprese le perdite di combustibile attraverso l’elettrolita il rendimento scende al 22% circa. Si consideri che la potenza cresce di un fattore prossimo a 4 passando da una temperatura di funzionamento di 22°C ad una di 77°C.

26-06-2004, 10:05	#47
canislupus Senior Member Iscritto dal: Aug 2002 Messaggi: 14996	Già ad oggi si può dire che esistono due tipologie di utilizzatori di notebook: 1) Quelli che vogliono la potenza pura per staccarsi dal concetto di desktop, ma senza rinunciare alle operazioni anche + pesanti (video editing, giochi 3D di ultima generazione, etc...) 2) Quelli che con il pc ci lavorano principlamente e hanno bisongo di un pc che duri il + possibile senza stare in carica e che non li abbandoni da un momento all'altro perchè non ha più energia Ora se le celle a combustibile dovessero diventare una valida alternativa (ed anche + economica) delle batterie al Litio e durassero 3/4 volte di +, potremmo avere una fusione di questi due segmenti (potenza + mobilità) e credo che ciò porterebbe anche ad un abbassamento dei prezzi (produrre solusioni solo in un senso sicuramente rende la cosa + facile e meno dispendiosa).

26-06-2004, 11:17	#48
+Benito+ Senior Member Iscritto dal: Feb 2002 Messaggi: 7087	viste queste osservazioni sottolineo che: A)le celle a combustibile non hanno durata intrinseca, a meno che con questo non si intenda la vita utile (che a mio avviso e' ancora troppo bassa per chi usa il computer 8 e più ore al giorno), ma e' legata esclusivamente al rifornimento del combustibile. B) attualmente le celle a combustibile non sono ancora concorrenziali nè a livello di densità di potenza nè di costo/Wh, ma secondo quanto ho letto la tendenza e' di arrivare ad un pareggio/vantaggio delle celle a combustibile nel settore dai 40W in su nei prossimi anni. Per quanto riguarda i dispositivi più piccoli come pda e cellulari non sembra possibile ottenere un prodotto concorrenziale nemmeno a lungo termine con queste soluzioni a causa sia della necessità di stoccare del combustibile, sia a causa dell'impossibilità di miniaturizzare troppo i canali di scorrimento dei reagenti e/o alla regimazione dell'acqua nell'elettrolita, cosa fondamentale per il funzionamento della cella stessa.

28-06-2004, 10:17	#50
+Benito+ Senior Member Iscritto dal: Feb 2002 Messaggi: 7087	infatti uno dei problemi della distillazione casalinga della grappa puo' essere quello della mancata eliminazione del primo distillato, che fino ad una determinata temperatura e' praticamente solo metanolo. Non vi consiglio di berlo, ma dopotutto, qualcuno di voi si e' mai attaccato alla pompa della benzina?

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