Studiul Utilizarii Pilelor de Combustibili

STUDIUL UTILIZARII PILELOR DE COMBUSTIE PENTRU ALIMENTAREA MOTOARELOR ELECTRICE UTILIZATE PENTRU ACTIONAREA AUTOVEHICULELOR

INTRODUCERE

Unul dintre cei mai interesanti, poate intr-un fel cei mai promitatori combustibili alternativi pentru transport este hidrogenul. Este usor de produs prin electroliza, prin simpla separare a oxigenului si hidrogenului din apa (H2O), utilizand energia electrica. Cu toate acestea, in prezent aproape intreaga cantitate de hidrogen se obtine din gazul natural. Utilizarea hidrogenului, indeosebi atunci cand acesta este produs cu energie eoliana, solara, geotermala, hidro sau alte sisteme de energie regenerabila, genereaza un lant al emisiilor zero. Hidrogenul este un combustibil curat, care poate inlocui benzina, motorina sau gazul, in sectorul de transport. Deoarece hidrogenul in stare gazoasa ocupa un volum foarte mare, comparativ cu alti combustibili, hidrogenul ar fi mult mai util ca sursa de energie in stare lichida. O solutie posibila este separarea carbonului asociat in hidrogen, intr-un reformator catalitic si introducerea hidrogenul intr-o pila de combustie. Hidrogenul este utilizat in pilele de combustie pentru producerea electricitatii; sistemul de actionare pentru vehiculele pe hidrogen consta intr-un motor electric fara angrenaj. Hidrogenul este de asemenea utilizat in motoarele cu ardere interna special proiectate si a fost cu succes amestecat cu gazul natural la autobuzele pe gaz, pentru a spori eficienta si a reduce emisiile. Pila pe hidrogen utilizeaza hidrogenul ca si combustibil si oxigenul ca si oxidant. Alti combustibili includ hidrocarburi si alcooli. Alti oxidanti sunt aerul, clorul si dioxidul de clor. Incepand cu anii 1990, producatorii de automobile au evidentiat dezvoltarea sistemelor de actionare cu hidrogen. In timpul demonstratiilor, autobuzele din transportul public, pe pile de combustie cu hidrogen, au dovedit o fiabilitate comparabila cu autobuzele pe motorina, pe parcursul a trei ani de operare, iar durata de viata a pilelor de combustie se imbunatateste constant. AVANTAJE o Zero emisii dioxid de carbon*a se vedea dezavantajul 1 o Angajare ferma in diminuarea schimbarilor de clima o Imagine verde, Public Relation pozitiva o Nivel redus de zgomot o Calea pentru utilizarea resurselor locale diversificate o Eficienta ridicata a combustibilului DEZAVANTAJE Daca nu se produce prin electroliza, emisiile de dioxid de carbon ce rezulta din procesul de producere a hidrogenului pot fi mai mari decat in cazul benzinei sau a motorinei • In stare gazoasa necesita volum mare • Necesita echipament de umplere specializat (poate fi gaz comprimat sau un lichid) •

• •

Costuri ridicate Stocarea hidrogenului pe vehicule pentru o gama rezonabila

Prima statie publica de realimentare cu hidrogen a fost deschisa in aprilie 2003 la Reykjavik, Islanda. Aceasta statie deserveste trei autobuze construite de DaimlerChrysler, care opereaza in reteaua de transport public din acest oras. Statia produce hidrogenul propriu necesar, printr-o unitate de electroliza (produsa de Norsk Hydro), si nu necesita reumplere: tot ceea ce intra in statie este energia electrica si apa. Royal Dutch Shell este de asemenea partener in acest proiect. Statia nu are acoperis, pentru a permite oricaror scapari de hidrogen sa esapeze in atmosfera.

Ce sunt pilele de combustie ? Pilele de combustie sunt dispozitive electrochimice extrem de eficiente care utilizeaza hidrogenul si oxigenul pentru a produce energie electrica. Aceasta energie electrica este utilizata pentru alimentarea unui motor electric de tractiune din vehicul. Pila de combustie a fost descoperita de mai bine de un secol. Pilele de combustie au fost utilizate in explorari spatiale pe parcursul secolului 20 fiind inregistrate progrese destul de rapide. In 2006 erau vehicule care utilizau fie hidrogenul comprimat fie lichefiat. Vehiculele pe pila electrica au performante similare sau imbunatatite, comparativ cu un vehicul pe motor cu ardere interna, nefiind la fel de limitate ca majoritatea vehiculelor pe baterie electrica. Desi vehiculele pe pila de combustie nu sunt deocamdata disponibile comercial, aceasta pare sa se schimbe in urmatorii cativa ani. Vehiculele pe pila de combustie pot fi ‘pure’ sau ‘hibride’. Modelul hibrid include utilizarea unei baterii pentru sarcina energetica de varf. Aceasta permite de asemenea vehiculului sa utilizeze energia de franare regenerativa, ceea ce poate reduce consumul de combustibil cu pana la 20%. Hibridele economisesc combustibil in proportie de 30-40%. Pilele de combustie au fost utilizate de multi ani pe nave spatiale pentru alimentarea echipamentelor electrice. Acestea sunt alimentate cu hidrogen lichid din rezervoarele de combustibil ale rachetelor spatiale. Vehiculele pe pila de combustie transforma hidrogenul si oxigenul in energie electrica. Energia electrica astfel obtinuta alimenteaza apoi un motor electric, la fel cum se intampla cu bateriile electrice care alimenteaza motorul unor vehicule electrice. Atunci cand se combina oxigenul cu hidrogenul, acestea produc energie si apa (H2O). In pilele de combustie aceasta se face fara vreo ardere (combustie). Cand ne referim la vehicule alimentate cu hidrogen, ne duce gandul la navele spatiale de tip racheta, cum este o baza spatiala. Aceasta este alimentata cu oxigen si hidrogen, ambele in stare lichida. Cu exceptia apei, la esapare nu se regasesc alte substante. Pilele de combustie se incing iar apa se elimina din pilele de combustie sub forma de vapori de apa sau abur. Exista o serie de cai prin care hidrogenul poate fi furnizat pilelor de combustie. O cale este pur si simplu de a introduce hidrogen gazos in pila de combustie, impreuna cu aer. Hidrogenul gazos poate proveni din hidrogenul in stare gazoasa sau lichida acumulat pe vehicul. Pentru a transporta hidrogenul gazos pe vehicul, acesta trebuie comprimat. Atunci cand se comprima (de regula la o presiune de circa 3000 pounds/inch patrati) acesta trebuie stocat in containere speciale de inalta presiune. Acest lucru este similar modului in care este stocat gazul natural comprimat pe vehiculele alimentate cu gaz natural.

Fabricantii, intre care Ford, General Motors (GM), Honda, Toyota si Mercedes Benz, au demonstrat deja aceste vehicule pe pila de combustie, iar o serie de vehicule New Electric Car (Necar) au fost realizate de DaimlerChrysler, Ford si Ballard. Acest parteneriat isi propune ca pana in 2010-2012, sa faca posibila comercializarea automobilelor pe pila de combustie. In prezent, au fost realizate vehicule pe pila de combustie doar in etapa de pre prototip. Aceasta inseamna ca exista doar cateva vehicule pe pila de combustie si toate sunt in realitate utilizate pentru teste. Majoritatea producatorilor de automobile lucreaza la modele pentru demonstratii, unele dintre acestea putand atinge o viteza de 90km/h si circa 280 mile inainte de a trebui realimentate.

INFORMATII SPECIFICE DIN CATEVA STATE

Marea Britanie Exista o serie de proiecte demonstrative pentru vehicule pe pila de combustie, in derulare la Londra, intre care: • Trei autobuze pe pila de combustie (parte din proiectul CUTE) • Un taxi pe pila de combustie • Un vehicul utilitar pentru parcare •

Suplimentar, Consiliul de Lucru detine o statie de alimentare cu pila de combustie. Italia In iulie 2006 a fost realizata prima statie de alimentare cu H2, de catre Eni in Grecciano (Regiunea Tuscany, pe ruta Florenta-Pisa-Livorno). Aceasta facilitate constituie prima statie din lume care furnizeaza H2 din surse regenerabile. Hidrogenul este produs de panouri fotovoltaice de 20kW si trei turbine eoliene de 20kW. In prezent nu exista reglementari nationale care sa permita vehiculelor sa functioneze pe H2, statia fiind in consecinta utilizata de prototipuri. Bulgaria In Bulgaria s-a intensificat cercetarea combustiei eficiente pentru obtinerea unor emisii ultra reduse, pentru a respecta legislatiile europene si nationale stringente cu privire la emisii, pentru aplicatii industriale si automotoare. Un foarte bun exemplu in acest sens este activitatea de

cercetare desfasurata in Laboratorul pentru probleme ecologice ale motoarelor’ (LEPE) in cadrul Universitatii din Ruse. In sectorul automotor, pentru cel putin alte cateva decade, nu vor fi produse in serie vehiculele propulsate cu pila de combustie si motoare cu injectie directa supra incarcate cu hidrogen, deoarece raman inca de solutionat problemele legate de producerea si stocarea de hidrogen. Este asadar probabil ca motoarele cu combustie sa domine inca piata pentru urmatorii 30 pana la 50 de ani, ceea ce implica eforturi reale care trebuie orientate catre obtinerea unei combustii eficiente si curate la motoarele cu combustie interna pe hidrogen. Hidrogenul, ca stimulent al arderii, constituie o abordare avansata, considerabil dezvoltata in Bulgaria. Hidrogenul arde mai rapid decat combustibilii hidrocarburi, deoarece este mai mic si intra in reactiile de ardere cu o viteza mai mare, are o energie de activare mai redusa si produce mai multe coliziunii moleculare decat moleculele mai grele. Aceste caracteristici fac posibila utilizarea unor amestecuri ale hidrogenului cu hidrocarburi ale combustibililor conventionali, cum este benzina, motorina si propanul, pentru a reduce emisiile de hidrocarburi nearse. Tranzitia de la combustibilii fosili la hidrogen regenerabil, prin utilizarea unor amestecuri ale hidrogenului, in cantitati mici, cu combustibilii conventionali, ofera reduceri considerabile ale emisiilor evacuate. LEPE are in derulare activitati de cercetare a utilizarii adaosurilor de hidrogen (suplimentar) in combustibilii conventionali. Utilizarea hidrogenului ca stimulent in ardere face posibila respectarea cerintelor viitoare pentru emisii mai reduse la evacuare, in cazul altor combustibili utilizati in Bulgaria. La LEPE se afla in faza de proiectare si executie un sistem de ardere avansat pentru Arderea Imbunatatita a Hidrogenului (HETI). Acest sistem de ardere se afla in prezent intr-un proces intensiv de investigare, pentru a fi evaluate posibilitatile sale de asistare si imbunatatire a aprinderii si a arderii unor amestecuri aer-hidrocarbon foarte putin omogene. Primele rezultate arata o imbunatatire a consumului de combustibil la scara mare ca si o reducere a emisiilor de NOx, in conditii de sarcina partiala. Sistemul HETI consta intr-o anti camera atasata la gaura de bujie standard si un dispozitiv de injectare a hidrogenului atasat acestei anti camere. Aceasta este conectata cu camera principala de combustie prin cateva orificii inguste. Electrozii bujiilor sunt pozitionati in volumul anti camerei. Conceptul proiectat isi propune injectarea unor cantitati mici de hidrogen pur sau H2 imbunatatit in anti camera si aprinsi prin scanteie. Ca rezultat, jetul bogat in OH si radicali de H, cu energie termala ridicata, pot imbunatati considerabil combustia amestecului de combustibil ultra slab aer-hidrocarbon din camera principala de combustie. Portugalia Pila de combustie se afla in stadiu de cercetare si constituie o problemática curenta a diverselor institute si asociatii din intreaga tara. Cel mai important proiect este CUTE, cu 3 autobuze testate in orasul Porto. Spania Madrid si Barcelona, impreuna cu alte 8 orase europene (Amsterdam, Stockholm, Hamburg, Londra, Luxemburg, Stuttgart, Reykjavik si Porto), sunt pioniere inca din 2003 in ce priveste utilizarea autobuzelor urbane echipate cu pila de combustie care utilizeaza hidrogenul ca si combustibil. Aceasta initiativa constituie parte din proiectul CUTE (Clean Urban Transport for

Europe), promovat de Uniunea Europeana si condus de DaimlerChrysler (Mercedes), care analizeaza demonstratia a 30 de autobuze alimentate prin pila de combustie in aceste 10 orase europene. 10 autobuze sunt echipate cu pile Ballard de 205 kW cu membrana de schimb protonic de tip PEMFC. Mai mult, orasul Madrid participa in alt proiect, CITYCELL, coordonat de Iveco-Iris Bus si Renault, care analizeaza demonstratiile a 4 autobuze alimentate cu pila de combustie in 4 orase europene (Madrid, Paris, Torino si Berlin). In Madrid si Torino, vehiculele utilizate sunt IVECO, echipate cu o pila de combustie UTC de 62 kW de tip PEMFC. In 2003 Compania de Transport Municipal Madrid a pus in operare primul autobuz pe pila de combustie si hidrogen, in cadrul unui proiect european CUTE/ECTOS. Acestia au construit o statie de realimentare cu H2 capabila sa alimenteze rezervorul autobuzului in 15 minute la presiunea de 350bar. Acum se studiaza alte tehnologii legate de hidrogen, ca tehnologia hibrida sau combustia cu hidrogen direct. Dupa aproximativ doi ani, dupa ce EMT a inceput sa utilizeze acest tip de vehicule, putem spune ca experienta a fost foarte pozitiva pentru a fi acceptata atat de catre soferi cat si de calatori.

Islanda Guvernul Islandei a declarat obiectivul sau ambitios de a deveni prima tara din lume care utilizeaza hidrogenul. Istoria hidrogenului in aceasta tara este urmatoarea: In 1998 au fost luate primele decizii ale politicii de utilizare a hidrogenului Pozitia actuala este ca Islanda sa devina o platforma internationala pentru cercetarea hidrogenului • Crearea primei economii din lume pentru hidrogen • Politica guvernamentala pentru promovarea Hidrogenului • Cadrul favorabil pentru cercetare si comercializare • Cooperarea internationala • Educare si instruire • Primii pasi importanti • Stimulente pentru taxare (scutire de taxe pentru vehiculele pe hidrogen) • Sustinere financiara si internationala (IPHE) • Politica de dezvoltare rutiera si hidrogenul Operare autobuz Autobuzele pe hidrogen au sosit in Islanda in septembrie 2003. Locatia Islandei a constituit un dezavantaj vehiculele trebuind a fi transportate in containere pe vapoare ce traversau Atlanticul. Deoarece vehiculele constituie un echipament delicat, ideea initiala era de a transporta vehiculele sub punte dar, datorita inaltimii vehiculelor, acestea au fost transportate pe punte. Din fericire apele brutale nu au afectat echipamentul si acestea au putut fi deplasate din port imediat dupa sosire. O alta precautie avuta in vedere la primele transporturi a fost de a trimite doua autobuze o data si un al treilea mai tarziu, pentru a evita eventuale incidente severe, cum ar fi pierderea tuturor in acelasi transport, in cazul scufundarii in drum spre Islanda. Unul dintre obiectivele strategice ale proiectului ECTOS, indeplinit in 2005, a fost de asemenea de a arata in ce mod va putea beneficia societatea, sub aspect social, economic si de mediu, prin • •

utilizarea hidrogenului ca si combustibil in locul combustibililor conventionali fosili. Prima statie publica de realimentare cu hidrogen a fost deschisa la Reykjavik, Islanda, in aprilie 2003. Aceasta statie deserveste trei autobuze construite de DaimlerChrysler care opereaza reteaua de transport public din acest oras. Statia produce necesarul propriu de hidrogen, printr-o unitate de electroliza (produsa de Norsk Hydro), neavand nevoie de reumplere: tot ceea ce intra in sistem este energia electrica si apa. Royal Dutch Shell este de asemenea partener in acest proiect. Statia nu are acoperis, pentru a permite oricaror scapari de hidrogen sa esapeze in atmosfera. Numarul autobuzelor din Europa care opereaza curent pe hidrogen: 27 autobuze Cu privire la pila de combustie, merita a fi mentionat Clubul Autobuzelor pe pila de combustie, care reuneste trei proiecte: ECTOS (Ecological Transport System - Sistem de Transport Ecologic) in Islanda CUTE (Clean Urban Transport for Europe - Transport Urban Curat pentru Europa) STEP (Sustainable Transport Energy Project - Proiect pentru Energie in Transport Durabil) in Australia • • •

Grecia Hidrogenul nu este inca utilizat in Grecia pentru scopuri de transport, desi este testat in laborator. Recent (mai 2007), un proiect al carui acronim este HYDROSOL, vizand o tehnologie pentru generarea de ‘energie curata’, a obtinut o distinctie remarcabila in cadrul Premiilor europene Descartes (2006). Premiul a constat in suma de 333.333 euro si o diploma speciala oferita coordonatorului echipei proiectului HYDROSOL (Dr. A. G. Konstandopoulos), la ceremonia speciala organizata la Bruxelles, in data de 7 martie 2007. Aspectul novator al tehnologiei HYDROSOL este acela ca generarea eficienta a hidrogenului, exclusiv din surse de energie regenerabila (cum este energia solara si hidro), este fezabila, fara a genera emisii ale gazelor cu efect de sera. Echipa HYDROSOL a realizat un reactor termo-chimic solar novator pentru producerea hidrogenului prin disocierea apei, asemanator cu convertorul catalitic obisnuit al automobilelor Funcţionarea pilei de combustie Pila de combustie este o celula galvanica in care energia libera a unei reactii chimice este transformata in energie electrica. In cazul unei pile de combustie clasice, care functioneaza cu hidrogen si oxigen, reactia care are loc este:

Principiul de functionare al unei astfel de pile de combustie este redat in figura 1.

Figura 1 - Schema de functionare a unei pile de combustie Toate pilele de combustie au o structura asemanatoare: acestea contin doi electrozi separati de un electrolit si care sunt conectati intr-un circuit extern. Anodul este alimentat cu combustibili gazosi, aici avand loc oxidarea lor directa iar catodul este alimentat cu un oxidant (de exemplu oxigenul din aer). Electrozii trebuie sa fie permeabili, asadar au o structura poroasa. Electrolitul trebuie sa aiba o permeabilitate cat mai scazuta. Pentru a putea compara pila de combustie cu alte sisteme de producere a energiei, ca de exemplu motorul cu ardere interna, este necesara o evaluare a randamentului sistemului. Pentru motorul cu ardere interna, randamentul maxim este exprimat prin randamentul ciclului Carnot: ,

unde T1 si T2 sunt doua temperaturi absolute in functionarea motorului termic.

Pentru pila de combustie, randamentul maxim este exprimat prin variatia energiei libere Gibbs (ΔG) si variatia entalpiei (ΔH) in reactia electrochimica:

. Randamentul global de conversie electrica al unei pile de combustie este superior celui al sistemelor cu motor termic. O comparatie a randamentelor globale de conversie electrica este redata in figura 2.

Figura 2 - Comparatie intre randamentul de conversie electrica al pilelor de combustie si al altor sisteme de conversie energetica Tipuri de pile de combustie Pilele de combustie sunt clasificate de obicei dupa tipul electrolitului folosit. O exceptie este DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) care este o pila de combustie in care metanolul este introdus direct in anod. Electrolitul acestei pile de combustie nu determina clasa din care face parte aceasta. O alta clasificare poate fi facuta in functie de temperatura de functionare. Exista astfel pile de combustie de joasa temperatura si de inalta temperatura. Pilele de combustie de joasa temperatura sunt AFC (Alkaline Fuel Cell), PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell), DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) si PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell). Pilele de combustie de inalta temperatura functioneaza la 600-1000°C. Aceste sunt de doua tipuri: MCFC (Molten Carbnate Fuel Cell) si SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). O scurta descriere a tuturor tipurilor de pile de combustie este data in tabelul 1. Tabelul 1 - Diferite tipuri de pile de combustie

Temperatura de functionare

AFC

PEMFC

DMFC

PAFC

MCFC

SOFC

<100

60-120

60-120

160-220

600-800

800-1000

Reactii la anod Reactii la catod

Aplicatii

Putere realizata

Producerea de Producerea de energie energie electrica si electrica si caldura in caldura in sisteme sisteme energetice Energeticestationa stationare decentralizate si re decentralizate transport (trenuri, nave,...) Instalatii Instalatii Instalatii Instalatii miciInstalatii Instalatii mici mici 5mici 5mici 5kW mijlocii 50kWmici 100-250kW 150kW 250kW 11MW 100kWConstructie Constructie 2MW Transport Programul spatial Domeniul militar Sisteme de stocare a energiei

modulara

modulara

Purtatorul de sarcina in electrolit Multe dintre constrangerile cu care se confrunta proiectantii pilelor de combustie sunt datorate alegerii electrolitului. Proiectarea electrozilor, de exemplu si materialele utilizate la fabricarea lor depind de electrolit. Astazi, principalele tipuri de electrolit sunt: -hidroxizi alcalini (AFC - Alkaline Fuel Cell), -carbonat topit (MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell), - acid fosforic (PAFC - Phosphoric Acid Fuel Cell), -membrana acida polimerizata cu schimb de protoni (PEMFC - Polymer Electrolyte Fuel Cell) si oxizi solizi (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell). Primele trei tipuri se inscriu in categoria electrolitilor lichizi in timp ce ultimele 2 sunt solide. Tipul de combustibil depinde de electrolit. Anumite pile functioneaza cu hidrogen pur si in consecinta au nevoie de un dispozitiv suplimentar, numit “reformator” pentru a purifica hidrogenul. Alte tipuri de pile pot tolera un anumit nivel de impuritati, dar au nevoie de temperaturi mai mari pentru a functiona eficient. Unele tipuri de pile au nevoie de circularea permanenta a electrolitului lichid prin folosirea unor pompe. Tipul electrolitului determina temperatura de operare, astel ca o alta clasificare poate fi facuta in functie de temperatura de functionare. Exista astfel pile de combustie de joasa temperatura si de inalta temperatura. Pila de combustie cu membrana cu schimb de protoni Cu aproximativ 30 de ani in urma, Dupont a realizat un copolimer de acid perfluorosulfonic si PTFE in forma acida, cunoscut sub numele de Nafion. Membranele Nafion® ale firmei DuPont sunt filme bazate pe polimerul Nafion® PFSA. Membranele Nafion® PFSA au o utilizare larga in pilele de combustie cu membrana cu schimb de protoni (PEM). Membrana functioneaza ca un separator si un electrolit solid intr-o varietate de celule electrochimice care necesita transportul selectiv de cationi prin jonctiunea celulei. Polimerul este rezistent din punct de vedere chimic si durabil. Folosirea unui polimer solid elimina necesitatea unui compartiment etans pentru electrolitul lichid precum si coroziunea si problemele de siguranta legate de acesta (Fig.3).

Figura 3 - O varianta avansata a unui ansamblu de celula PEM cu catalizator depus Catalizatorul, de obicei platina, este depus sub forma de nano clusteri (3 - 5nm) pe un suport de grafit - particule de grafit de 0,7 - 1 μm si incastrate cu o parte intr-o folie de hartie grafitata. Doua folii sunt aplicate pe ambele parti ale membranei formand straturile de catalizator pentru anod si catod. Acest ansamblu PEM este cunoscut sub numele de membrana cu catalizator depus (CCM). Hartia grafitata poate fi eliminata complet daca se depune un strat mai gros de catalizator (5μm) care sa formeze un strat conducator electric pe membrana, cu o scadere a performantei catalizatorului de platina. in figura 4 este prezentat un model de Ansamblu Membrana - Electrod (MEA), folosind CCM. Alimentarea cu gaz si colectarea electronilor se face printr-o placa profilata conductoare de gaz care formeaza limita exterioara a unei celule.

Figura 4 - Modelul stratului electrocatalitic al CCM Gazul este introdus lateral prin marginile electrodului spre interiorul acestuia, in timp ce electronii sunt transportati de placa electroconductoare spre celula urmatoare. La densitati mai mari de putere este introdusa intre fiecare doua celule adiacente o placa electroconductoare suplimentara cu un sistem de canale pentru apa de racire. Membrana cu schimb de protoni pe baza de Nafion functioneaza de obicei sub 70-85°C. Temperatura scazuta de functionare asigura o pornire rapida si nu necesita o izolatie termica pentru protectia personalului. Aproximativ 50% din puterea maxima este disponibila imediat la temperatura camerei. Puterea totala este atinsa in aproximativ 3 minute in conditii normale. Recentele descoperiri in domeniul designului si performantei ofera posibilitatea scaderii costului pilelor PEM sub costul oricarei alte pile de combustie.

Pilele alcaline Functioneaza pe baza de hidrogen comprimat si oxigen. In general ele folosesc ca electrolit o solutie de hidroxid de potasiu (KOH) cu apa. Fac parte dintre cele mai eficiente pile de combustie, avand o eficienta in jur de 70%, la o temperatura de operare intre 100 si 200ºC. Permit utilizarea unor catalizatori ieftini, precum nichelul, datorita faptului ca utilizarea electrolitului alcalin (pH ridicat) deplaseaza potentialul electrochimic, reducand astfel potentialul de activare. Particularitatea acestei pile este ca aici conductia prin electrolit este in principal ionica, bazata pe gruparea OH-, si mai putin protonica (H+). Electrolitul este fixat intr-o matrice de azbest sau este in stare lichida, caz in care este circulat in permanenta prin pompare. O problema ce poate apare in acest caz, ca la orice recipient umplut in permananta cu lichid, este ca pot aparea scurgeri. O alta problema serioasa cu care se confrunta acest tip de pila, este vulnerabilitatea ridicata la dioxidul de carbon din aer. Acesta reactioneaza cu electrolitul, formand un precipitat de carbonat

de potasiu. De aceea, in exploatarea lor este necesara saracirea aerului in dioxid de carbon, folosind epuratoare speciale. Se construiesc pentru puteri de iesire intre 300 W si 150 KW si au densitati energetice destul de bune. Pilele alcaline au fost folosite in navetele Apollo pentru a genera electricitate si apa potabila. In prezent sunt folosite in general pentru aplicatii fixe, dar au fost folosite si pentru aplicatii mobile. Compania britanica Zevco produce astfel de pile de combustie, echipate cu epurator de aer, pentru dotarea automobilelor; printre altele, Zevco a echipat o intreaga flota de taximetre cu pilele sale si acestea s-au dovedit fiabile. Pilele de combustie cu carbonat topit (MCFC) Folosesc drept electrolit un complex de carbonati (CO3) de litiu, sodiu, potasiu si/sau de magneziu si functioneaza la temperaturi inalte, acolo unde aceste saruri trec in starea lichida. Purtatorii de sarcina in electrolit sunt ionii carbonat (CO32-). Temperatura ridicata (peste 650ºC) limiteaza efectele negative ale monoxidului de carbon care “ar otravi” pila dar energia termica reziduala este destul de insemnata. Ea poate fi utilizata ca atare intr-o centrala cu cogenerare, sau pentru a genera suplimentar energie electrica cu o turbina. Catalizatorii folositi sunt de nikel si sunt relativ ieftini in comparatie cu cei de platina folositi la alte tipuri de pile. Acestia pot chiar sa lipseasca in unele cazuri, temperatura ridicata avand oricum efecte de rupere a legaturilor dintre atomii de oxigen, respectiv hidrogen. Acest tip de pila de combustie accepta introducerea directa la anod a gazului metan sau a metanolului, impreuna cu vapori de apa, fara a mai fi necesara o reformare prealabila. Reformarea apare in mod natural in interiorul pilei, datorita temperaturii inalte de functionare. Dioxidul de carbon rezultat din reformarea metanului sau a metanolului nu numai ca nu afecteaza in sens negativ electrolitul, ci este chiar de folos in mentinerea acestuia. In conditiile alimentarii pilei cu hidrogen, ionii de carbonat care formeaza electrolitul se consuma in reactiile care au loc si este necesara injectarea de dioxid de carbon pentru a compensa aceste pierderi. Eficienta este intre 60 – 80%. Au fost realizate unitati cu puteri de iesire de 2 MW si exista proiecte pentru unitati de 100 MW. Temperatura ridicata introduce limitari in ceea ce priveste materialele folosite si siguranta in utilizare a acestui tip de pile (necesita supraveghere), in special pentru aplicatiile casnice sau comerciale si face aproape imposibila folosirea lor in aplicatii mobile.

Pilele cu oxizi solizi (SOFC)

Folosesc ca electrolit un complex ceramic de oxizi (Ox) metalici (calciu sau zirconiu). Eficienta este in jur de 60% si temperatura de operare - in jur de 1000ºC. Ca si in cazul MCFC, datorita temperaturii atat de ridicate nu este necesar un “reformator” pentru a extrage hidrogenul din combustibil, iar caldura rezultanta poate fi folosita pentru a genera suplimentar electricitate. Purtatorii de sarcina sunt ionii de oxigen (O2-), ceea ce face posibila chiar si utilizarea monoxidului de carbon (CO) drept combustibil. Nu necesita utilizarea unor catalizatori scumpi. Electrolitii solizi elimina problema scurgerilor, existente la alte pile de combustie, insa aici pot apare fisuri. Uzual s-au realizat baterii de astfel de pile ce genereaza pana la 100 kW. Temperatura foarte ridicata si dimensiunile destul de mari limiteaza folosirea acestui tip de pile pentru aplicatii casnice, comerciale sau mobile.

Pilele de combustie cu acid fosforic Au fost primele pile de combustie disponibile pentru utilizari comerciale. Ectrolitul utilizat (acidul fosforic) este prins intr-o matrice ceramica inactiva chimic (ex. carbura de siliciu), ce-i asigura pilei atat stabilitatea si rezistenta mecanica, cat si mentinerea acidului in pila. Temperatura de operare trebuie mentinuta intre 150 - 200ºC. La temperaturi sub 100 ºC pot apare probleme legate de intereactiunea ionilor fosfat cu electrodul de oxigen, scazandu-i capacitatea catalitica. Temperatura joasa de functionare implica utilizarea unor catalizatori scumpi, sub forma unor depuneri de metale nobile de circa 0,2 mg/cm2 la electrodul de hidrogen si 0.4 mg/cm2 la cel de oxigen. Eficienta variaza intre 40 - 80%, aplicatiile uzuale sunt realizate pentru puteri intre 5 si 200 KW dar au fost testate si unitati de 11 MW. Acest tip de pile tolereaza o concentratie de monooxid de carbon de 1-3% (in functie de temperatura de functionare), ceea ce largeste semnificativ posibilitatea de alegere a combustibilului utilizat. Concentratiile mai mari de CO, uzuale in cazul amestecurilor de gaze rezultate din reformarea hidrocarburilor, pot otravi catalizatorul de la electrodul de hidrogen, prin prinderea de acesta si blocarea microcavitatilor din interiorul electrozilor. Un avantaj al temperaturii de functionare de peste 100ºC este evacuarea sub forma de vapori a apei rezultate din reactie. Dezavantajul principal este densitatea energetica destul de mica, de trei ori mai redusa decat in cazul altor tipuri de pile de combustie. Un alt dezavantaj este necesitatea mentinerii pilei la o temperatura minima de 45ºC, sub care acidul fosforic ingeata si se dilata, putand distruge electrozii sau matricea ceramica. Aceste doua probleme sunt suficiente pentru a face dificile aplicatiile casnice sau mobile, implementarile principale fiind realizate in special in aplicatii industriale fixe.

Pile de combustie cu metanol aplicat direct in anod (Direct Methanol Fuel Cell - DMFC) Acest tip de pila este o exceptie de la regula de clasificare a pilelor de combustie dupa electrolit, elementul definitoriu fiind, in acest caz, combustibilul. Metanolul diluat este aplicat direct in anod, unde este separat in protoni, electroni si dioxid de carbon. Acest combustibil a fost ales fiind in acelasi timp disponibil pe scara larga si suficient de activ din punct de vedere electric (molecula puternic polarizata electric). DMFC sunt foarte asemănătoare cu PEMFC datorită faptului că amândouă folosesc drept electrolit o membrană acida polimerică. Spre deosebire de PEMFC, în cazul DMFC, anodul extrage singur hidrogenul din metanolul lichid, eliminând necesitatea utilizarii unui reformator care să extragă hidrogenul, aşa cum se întâmplă la celelalte tipuri de pile. Multi cercetatori si-au orientat eforturile catre studiul si perfectionarea acestui tip de pile de combustie, datorita faptului ca utilizarea unui combustibil lichid ofera multiple avantaje de ordin practic. Desi metanolul are o densitate energetica de 5 ori mai mica decat a hidrogenului, totusi utilizarea sa este foarte practica, fiind usor de produs si de transportat. Din punct de vedere al volumului ocupat, densitatea sa energetica volumica este de 4 ori mai mare decat a hidrogenului comprimat la 250 de atmosfere. Poate fi produs destul de osor atat din benzina, cat si din biomasa. Si in cazul acestor pile este necesara utilizarea catalizatorilor, deocamdata folosindu-se platina, in cantitati sensibil mai mari decat in cazul PEMFC. Dioxidul de carbon rezultat in anod determina utilizarea unor electroliti acizi, pentru a evita reactiile nedorite ale acestuia cu electrolitul. O problema importanta este aceea ca oxidarea metanolului produce de regula produsi intermediari ce pot otravi anodul. O alta problema este aceea ca, moleculele de metanol fiind relativ mici, iar rata de oxidare redusa, exista problema trecerii metanolului prin electrolit spre catod. Din aceasta cauza, in unele cazuri au fost constatate pierderi de pana la 30%. Aceasta problema se spera ca va fi rezolvata prin modificarea structurii electrolitului sau prin alte metode. Unele companii au anuntat oficial ca ar fi gasit rezolvarea acestei probleme si au redus si costurile catalizatorilor, prin folosirea lor mai eficienta. Compania PolyFuel a pornit de la ideea ca pentru acest tip de pile este necesar un alt tip de polimer acid si reusit sa dezvolte o membrana specifica, destinata pentru a fi utilizata in sistemele energetice DMFC. Cu aceasta membrana s-a reusit cresterea densitatii de putere, scaderea fluxului de apa, dimensiuni mai scazute si scaderea costurilor fata de alte tehnologii. Mai multe comanii mari au anuntat rezultate spectaculoase obtinute pe baza pilelor

DMFC. De exemplu, Toshiba a prezentat in acest an la un targ international o baterie pentru un echipament portabil, care, la un volum de 45 cm3, poate furniza o putere de 300 mW, timp de 60 de ore, consumand doar 10 ml de metanol. Randamentul acestor pile se situează în jurul valorii de 40%, în timp ce temperatura de funcţionare se menţine între 50 şi 100 0C. O problema de ordin politic in raspandirea DMFC la echipamentele portabile este o interdictie ONU privind transportul cartuselor cu metanol la bordul avioanelor datorita inflamabilitatii lor. Odata cu dezvoltarea acestor aplicatii, se pune in discutie deja modificarea reglementarii respective pentru a permite transportul anumitor tipuri de cartuse cu metanol

Soluţia Jay Benziger, profesor la Universitatea Princeton In producerea energiei electrice, pilele de combustie prezinta avantaje importante, ce le-au adus in prim planul tehnologiilor energetice si care ii fac pe unii specialisti sa le considere ca una dintre cele mai importante surse de energie ale viitorului. Eficienta electrica marita (peste 40%), poluarea aproape nula si functionarea silentioasa sunt doar cateva dintre avantajele lor. In ciuda acestor avantaje incontestabile, ele nu au intrat inca pe deplin in viata fiecaruia dintre noi, datorita pretului ridicat si a unor probleme legate de exploatare, Treptat insa, pretul de cost scade si apar noi solutii tehnologice menite sa le introduca in masinile si aparatele noastre de zi cu zi. Acesta este si cazul solutiei oferite de Jay Benziger, profesor la Universitatea Princeton, care au reusit sa simplifice procesele secundare necesare cresterii randamentului in cazul unei pile de combustie cu schimb de protoni (membrana de polimer) . In aceasta noua celula, alimentarea cu hidrogen cotroleaza direct energia produsa, similar cu modul in care cantitatea de combustibil controleaza puterea in motoarele cu combustie interna. Pilele de combustie clasice transforma hidrogenul si oxigenul in apa, cu eliberare de electricitate. Sunt nepoluante, dar datorita pretului inca ridicat si a eficientei adesea reduse, ele nu au trecut pe deplin de la experiment la realitatea masinilor si aparatelor noastre de zi cu zi.

Multe dintre aceste celule folosesc sisteme electronice pentru reglarea energiei generate, precum si o serie de alte sisteme complexe care se ocupa de umiditate si recuperarea combustibilului nereactionat, totul pentru a mari eficienta. In sistemul lui Benziger, o parte din apa rezultata se aduna pe fundul camerei de reactie, in timp ce restul se scurge intr-un container exterior. Astfel, intr-o prima instanta, se rezolva problema umiditatii necesare in celula. Pe de alta parte, presiunea gazelor introduse modifica nivelul apei si influenteaza direct cantitatea de electricitate produsa printr-un mecanism simplu, "folosind un sistem similar cu cel al pedalei de acceleratie de la automobile prin apasarea careia se mareste debitul de carburant si deci puterea generata". Daca se introduce mai mult hidrogen, nivelul apei scade si creste spatiul disponibil reactiilor. Daca fluxul de hidrogen este mai mic, presiunea se micsoreaza, iar spatiul de reactie scade si el datorita apei care se intoarce din container. Celulele traditionale folosesc si sisteme costisitoare de reciclare a combustibilului, deoarece la fiecare deplasare a acestuia prin camera de reactie se consuma doar 30 pana la 40 la suta. In procesul conceput de Benzinger, nu mai este nevoie de reciclare, deoarece apa inchide sistemul de reactie, iar combustibilul ramane aici pana la consumarea completa. E chiar mai simpla decat majoritatea celulelor de combustibil care le considera perfecte pentru aplicatii mici, precum masinile de tuns iarba. Sistemul este ideal pentru a inlocui motoarele mici cu combustie interna, care nu sunt restrictionate de controlul emisiilor si polueaza mult. Alimentarea celulelor se poate face foarte usor: hidrogenul poate fi distribuit in rezervoare returnabile, precum rezervoarele cu propan utilizate in gratarele cu gaz. Urmatorul pas este conectarea mai multor celule pentru a mari puterea generata. Benziger spera ca astfel sistemul sau sa poata intrece pilele de combustie testate acum de industria automobilelor.

Situaţia utilizării pe plan national si international a vehiculelor hibride Sistemele de transport clasice utilizeaza carburanti pe baza de combustibili fosili. Desi din punct de vedere al tehnologiilor acestea s-au dezvoltat exponential, principalul inconvenient il constituie poluarea voluntara a planetei. Cu toate ca sistemele de ecologizare ale acestora sunt intr-o continua dezvoltare, un alt aspect este legat de epuizarea combustibilor fosili, in perspectiva previzibila de cca. 30-50 ani. Astfel, sistemul de transport electric (vehiculul electric) reprezinta o solutie viabila pentru transportul viitorului, viitor care isi are deja radacinile ancorate in prezent. Cercetarile privind aceste sisteme de transport se axeaza pe doua directii principale: - realizarea unor noi surse de stocare a energiei (surse de energie curata) si dezvoltarea celor existente; dezvoltarea unor sisteme de propulsie electrica optimale din punctul de vedere al consumului energetic, tinand cont ca sursa de energie este limitata. Un sistem de transport electric este in general un vehicul electric al carui cuplu de propulsie este furnizat rotilor prin intermediul unui motor electric, care foloseste energia numai de la baterii, fie prin intermediul unui motor cu ardere interna care poate folosi ca sursa primara hidrogenul, benzina/motorina sau pila de combustie. Tehnologia de actionare electrica este folosita pentru vehicule incepand de la biciclete si scutere, pana la lifturi, electro-stivuitoare, automobile pentru golf, automobile de pasageri, autobuze, troleibuze, autovehicule comerciale. De asemenea, aceasta tehnologie este utilizata in porturile maritime si aeroporturi. Vehiculele electrice pot fi clasificate in patru categorii principale: vehicule cu baterie reincarcabila, vehicule hibride cu baterie reincarcabila, vehicule hibride si vehicule cu pile de combustie. La nivel mondial sunt urmarite, cu deosebit interes, cercetarile privind sistemele electrice de transport avand drept rezultat vehicule electrice cu randament crescut, cu siguranta in functionare si evident, fara emisie de noxe. Deja, marea majoritate a oamenilor utilizeaza spre exemplu autobuzul sau privesc cum bagajele lor sunt transportate catre avion, fara sa realizeze vreodata ca ei sunt deja beneficiarii tehnologiei sistemelor de transport electric. Astfel, se pot exemplifica cateva din aplicatiile sistemelor de transport electric: transport comercial - taxi - Actionarea electrica este deosebit de utila pentru autovehicule cu opriri-porniri repetate, deoarece ea asigura recuperarea energiei de franare, care altfel, s-ar fi pierdut sub forma de caldura; aplicatiile tipice de transport comercial de astazi includ transportul urban de bunuri, taxi si vehicule militare; - transport public: autobuze, troleibuze, trenuri de mare viteza - Spre exemplu, in megaorasele ca New York, Seul sau Tokio, oferta de autobuze electrice din partea companiilor de transport este intr-o continua crestere, avand in vedere impactul asupra mediului inconjurator; de asemenea, autobuzele electrice sunt mai silentioase, iar durata de viata a sistemului de franare este practic dublata; - automobile electrice - Automobilele electrice hibride au fost introduse recent pe piata de consum, dovedindu-se tot mai populare in ciuda pretului ridicat; in viitorul apropiat, marea majoritate a companiilor producatoare de automobile au ca scop cresterea numarului de automobile hibride. Cu toate acestea, analistii economici preconizeaza, spre exemplu, ca piata americana de automobile hibride va reprezenta numai un procent de 3% pana in anul 2011, mai ales, datorita pretului ridicat. De aceea, cercetarile privind automobilele electrice pentru piata de consum raman aproape exclusiv in sarcina marilor companii producatoare de automobile; - depozitarea, circulatia marfurilor si transportul de persoane pe arii restranse Vehiculele electrice, cum ar fi: elector-stivuitoarele, transportoarele de marfuri sau cele de persoane sunt larg raspandite in cadrul companiilor industriale, statiunilor turistice, campusurilor universitare. De exemplu, inlocuirea unui stivuitor, propulsat de un motor cu ardere interna, cu un

electro-stivuitor este echivalenta cu scoaterea din circulatie a 170 de automobile conventionale; transportul bunurilor si al persoanelor in aeroporturi sau porturi maritime - Tehnologiile de transport electric pentru aeroporturi includ: transportul bagajelor intre terminal si aeronava, carucioare electrice de bagaje si autovehicule de transport al persoanelor. Conform clasificarii vehiculelor electrice prezentata anterior, se pot pune in evidenta cateva dintre particularitatile

Vehicule hibride cu baterie reincarcabila:

Ca si alte hibride, vehiculele electrice cu baterie reincarcabila sunt propulsate cu ajutorul unui motor electric si al unuia cu cu ardere interna. Aceste sisteme de transport au un numar mare de baterii, care pot fi reincarcate de la o sursa externa de energie. De asemenea, pot functiona pe o distanta cuprinsa intre 20 - 60 km, daca motorul cu ardere interna este oprit. Stadiul actual al acestor vehicule este la nivel de prototip, urmand sa fie disponibile in viitorii ani. Avantajele: - reducerea consumului de carburant si a emisiei de noxe; recuperarea energiei in procesul de franare; capabilitate de emisie de noxe zero; reincarcarea bateriilor la un pret mult mai mic decat al carburantului, chiar in cazul pietei de consum. Dezavantaje: - costul si complexitatea celor doua sisteme de propulsie; cost initial ridicat; costul bateriilor si inlocuirea acestora; masa crescuta. Cercetari: - optimizarea sistemului electric din punctul de vedere al consumului energetic si al gabaritului; reducerea numarului de traductoare pentru controlul motorului electric. Vehicule hibride:

Vehiculul hibrid foloseste pentru propulsie atat motorul electric cat si motorul cu ardere interna. Hibridul este proiectat sa capteze energia care in mod normal s-ar pierde la franare sau la coborare. Aceasta energie recuperata este utila pentru reincarcarea bateriilor (franare recuperativa), energie care este furnizata apoi motorului electric. Astfel, nu mai este necesara reincarcarea bateriilor de la o sursa de energie electrica exterioara. De-a lungul timpului, s-au dezvoltat doua tipuri de vehicule hibride: asa numitul vehicul hibrid �paralel", care utilizeaza motorul electric sau motorul cu ardere interna pentru propulsie, dar niciodata in acelasi timp, si vehiculul �serie", care utilizeaza motorul electric pentru furnizarea unui sruplus de putere motorului cu ardere interna, atunci cand este necesar (in timpul pornirii, opririi sau a accelerarii). Avantaje: - reducerea consumului de carburant si a emisiei de noxe; reducerea costurilor carburantilor; recupererea energiei prin franare recuperativa; utilizarea infrastructurii existente de alimentare cu carburant. Dezavantaje: - complexitatea celor doua sisteme de propulsie; cost initial ridicat. Cercetari: - optimizarea sistemului electric din punct de vedere al consumului energetic si al gabaritului; reducerea numarului de traductoare pentru controlul motorului electric. Vehicule cu pile de combustie:

Pila de combustie combina hidrogenul si oxigenul pentru a produce energia utilizata de motorul electric care propulseaza vehiculul. Ceea ce se transmite in exterior este numai apa. Un numar important de vehicule cu pile de combustie se pot intalni pe sosele, cum ar fi: autobuze, autocamioane si vehicule militare. Avantaje: - eliminarea emisiei de noxe (CO2 sau alti poluanti); randament crescut in comparatie cu motorul cu ardere interna; securitate crescuta (nefiind utilizat carburant); potential energetic pentru eventualii consumatori exteriori; recuperarea energiei in procesul de franare. Dezavantaje: - durabilitate scazuta; costul ridicat. Cercetarile sunt axate pe reducerea costurilor pilei de combustie, cresterea durabilitatii si optimizarea consumului de energie.

Vehicule cu baterie reincarcabila:

Vehiculele cu baterie reincarcabila utilizeaza numai bateriile pentru alimentarea motorului electric de propulsie. Acestea nu produc emisii de noxe. Bateriile se reincarca de la o sursa externa de energie electrica sau prin franare recuperativa. Aceste tipuri de vehicule sunt raspandite peste tot in lume, acoperind un domeniu foarte larg de aplicatii, ca spre exemplu: vehicule de viteza scazuta pentru transport/depozitare materiale, vehicule medicale, vehicule utilizate in aeroporturi si porturi maritime, vehicule pentru aplicatii industriale, constructii, transport de persoane in statiuni turistice, campusuri universitare, companii etc. Avantaje: - eliminarea emisiei de noxe (CO2 sau alti poluanti); securitate energetica datorita inlocuirii petrolului importat cu energie electrica produsa intern; reincarcarea bateriilor pe timp de noapte (in afara perioadei de utilizare) prin conectarea la o sursa standard de tensiune 110V/220V~; cost

operational scazut; recuperarea energiei in procesul de franare. Dezavantaje: - autonomie redusa; numar mare de baterii, ceea ce conduce si la o masa totala crescuta. Cercetarile sunt axate pe doua directii: imbunatatirea tehnologiilor de constructie a bateriilor in vederea obtinerii unei densitatii de energie din ce in ce mai mari, si optimizarea consumului de energie cu scopul cresterii autonomiei vehiculului (parcurgerea unui numar mare de kilometri pana la o noua reincarcare a bateriilor de la o sursa de energie externa). Concluzii: Avand in vedere ca mijloacele de transport conventionale (cu motoare cu ardere interna) constituie principala sursa de poluare chimica si fonica voluntara a planetei, cu noxe precum: CO, Nox, CH, particule de carbon, dar si emisii ce stimuleaza efectul de sera (Greenhouse - CO2), sistemele de transport electrice constituie o alternativa tot mai viabila pentru transportul persoanelor si bunurilor. De asemenea, pentru obtinerea unui randament cat mai ridicat si o siguranta sporita in functionare, trebuie dezvoltate sisteme electrice de propulsie optimale, din punct de vedere al masei, al consumului de energie electrica si al eficientei surselor de energie electrica. Un alt aspect al sigurantei in functionare este legat de utilizarea in sistemul electric de propulsie a unui mare numar de traductoare de pozitie, viteza si cuplu, care pot produce disfunctionalitati ale vehiculului in cazul defectarii acestora. In acest scop se efectueaza numeroase cercetari pentru realizarea sistemelor de actionare electrica fara aceste tipuri de traductoare, asa numitele sisteme de reglare sensorless. Astfel, in Europa a fost creat in 1998 un consortiu puternic de cercetare (The European Sensorless Drives Consortium) al carui director este prof. Peter Vas de la Universitatea Aberdeen din Marea Britanie, care are scopul de promovare si aplicare a acestor noi teorii de reglare. O alta latura a restrictiilor la nivel mondial o reprezinta imputinarea resurselor clasice (petrol, gaze, carbune), concomitent cu cresterea exponentiala a cererii de energie. Aceasta se manifesta foarte clar prin cresterea exagerata a pretului mondial la combustibilii fosili. Ca urmare, toti marii participanti la economia mondiala depun eforturi pentru gasirea unor solutii. In acest sens au luat fiinta patru mari centre de putere: SUA, Europa, Coreea de Sud si Japonia. In ultima decada, mai ales, sumele investite au capatat valori uriase. Numai guvernul SUA de exemplu a investit peste 2 miliarde dolari in ultimii trei ani. In Europa, dar si in Asia si SUA, producatorii de vehicule au o politica de cercetare foarte dezvoltata in ceea ce priveste vehiculele electrice cu baterie, hibride sau cu pile de combustie. Este implicat, de asemenea, un numar important de industrii conexe, spre exemplu: producatorii de baterii, componente electronice, motoare electrice, universitati si institute de cercetare. Furnizorii de energie electrica sunt si ei foarte interesati, deoarece vehiculul electric prezinta un potential urias pentru piata acestora. De asemenea, este unanim acceptat ca, vehiculele electrice cu baterie reincarcabila (asa numitele "vehicule electrice pure" ) au un potential extrem de mare pentru "piata de nisa" cum ar fi: transportul urban de marfa, autobuze, vehicule destinate aeroporturilor, serviciilor postale, depozitarea si transportul materialelor, constructii etc.

Tehnologia vehiculelor electric hibride Vehicul electric hibrid (HEV) combină două sau mai multe surse de energie pentru a oferi mobilitate vehiculului. De obicei aceste surse sunt: un motor cu combustie interna (ICE), precum şi unul sau doua motoare electrice alimentate de la baterii, care fuzionează, folosind cele mai moderne tehnologii ale motoarelor cu combustie interna si ale motoarelor electrice (ex. Lexus RX 450H) .Combinaţia permite motorului electric şi bateriilor sa ajute motorul convenţional sa opereze cat mai eficient, in ceea ce priveste reducerea consumului de combustibil. În final, această hibridizare oferă capacitatea de a conduce o distanta cat mai mare, cu mai puţin combustibil şi niciodată nu va trebui să introduceţi în priză pentru reîncărcare.

HEV ofera capacitatea de a îmbunătăţi performanta si economia de combustibil prin: • Recuperarea de energie în timpul frânarii (franare regenerativa); • Foloseste si optimizeaza plaja de functionare a motorului cu combustie interna ICE pentru o operare cat mai eficienta şi utilizeaza Electric Drive(actionarea electrica) pentru restul intervalului de funcţionare. Electric Drive are o capacitate de cuplu (forta la roata) foarte mare la turatii si viteze mici şi este ideal pentru faza de accelerare si regimuri de utilizare la viteze mici (de ex.in oras); • Reduce la maximum sau opreste total consumul motorului cu combustie interna ICE la mersul în gol,decelerare(frana de motor) sau stationare; • Reduce dimensiunile si greutatea motorului ICE: aceasta reduce costul şi emisiile poluante; • Posibilitatea de a gasi solutii tehnice mult mai simple pentru reducerea pierderilor in transmisie Vehiculele electrice hibride Plug-in (PHEV) oferă o a treia sursă de energie (electrica Grid), care să permită bateriei sa fie incarcata de la o sursa fixa de current, atunci când vehiculul nu este în uz. Tehnologia bazata pe “pile de combustibil” (Fuell Cell) poate înlocui, de asemenea, motorul cu combustie interna ICE ca sursă de energie şi, astfel, să fie numit FC-PHEV, folosind ca surse de energie doar energia furnizata de Fuell Cell si bateriile Li-Ion. Autovehiculele hibride, Hybrid Electric Vehicle (pe scurt HEV), cu motor cu combustie interna (ICE) sunt in acest moment cea mai viabila tehnologie care poate oferi unui vehicul o

semnificativa economie de combustibil si niveluri extreme de reduse de emisii de noxe cauzatoare de cancer, intrucat reduce formarea smogului . ICE poate functiona folosind combustibili convenţionali (benzină şi diesel), Bio Combustibili, GNC, GPL şi a alti combustibili alternativi, sau hidrogen care produce vapori de apa in emisiile de la ţeava de evacuare. Dar, toate acestea depind de cât de bine se aplică aceasta tehnologie de catre constructorii de masini. Tehnologia hibrida HEV este aplicata diferit de la constructor la constructor, inginerii pot personaliza sistemele de functionare pentru specificul fiecarui autovehicul. Beneficiile de a utiliza un vehicul electric cu tehnologie hibrida: • Reducerea semnificativă a consumului de petrol/combustibil cu minim 30% la consum mediu si 40-50% la consumul in oras; • Utilizarea surselor alternative de energie, astfel se reduce dependenţa de importurile de petrol; • Utilizarea surselor regenerabile de energie, astfel se reduce amprenta de carbon a noxelor şi dependenţa de combustibilii fosili; • Economia de combustibil concomitant cu reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră; • Ofera o experienta unica de conducere şi îndeplineste si chiar depăşeste aşteptările clienţilor pentru siguranţa, fiabilitatea şi performanţa acestor vehicule.

Exemple ale utilizării pilelor de combustie în construcţia de automobile Daimler Buses

Odată cu autobuzul cu pile de combustie NEBUS (noul autobuz electric) pe care l-a introdus în mai 1997, Daimler Buses a demonstrat o altă posibilă aplicaţie pentru sistemul de condus pile de combustie, în acest caz pentru autobuzele urbane. Cu un singur rezervor de combustibil de hidrogen, autobuzul NEBUS are o autonomie maximă de 250 kilometri şi poate acoperi uşor distanţa obişnuită cerută zilnic pentru un autobuz obişnuit.Cu funcţionare normală în Oslo, Hamburg, Perth, Melbourne, Mexico şi Sacramento, autobuzul NEBUS a demonstrat capabilitatea sa operaţională. Hidrogenul este stocat în şapte rezervoare de aluminiu din fibră de sticlă amplasate pe plafon. Aprilie 2008. Citaro cu pile de combustie parcurge kilometrul cu numărul 2 milioane Parcul de autobuze cu pile de combustie a doborât un nou record: în total 36 autobuze au parcurs mai mult de două milioane de kilometri în timp ce transportau în jur de şapte milioane pasageri. Acest sistem de condus fără emisii şi-a dovedit încă o dată fiabilitatea şi viabilitatea sa excelentă în utilizarea sa zilnică. Fiecare kilometru acoperit a contribuit de asemenea la extinderea bazei de date cuprinzătoare ce reprezintă cheia pentru dezvoltarea ulterioară a sistemului de condus fără emisii. Aceasta furnizează constatări de valoare pentru autobuzele hibride cu pile de combustie ale viitoarei generaţii.Dintre autobuzele cu pile de combustie Citaro din parc, 30 au fost utilizate în transportul public local în oraşele mari europene, şi alte trei în Perth şi Beijing. Astăzi parcul de autobuze a înregistrat în jur de 135,000 ore de funcţionare. Vehiculele au fost încercate şi testate atât la temperaturile nordice de iarnă din Stockholm şi Reykjavik, cât şi vara fierbinte din Spania, ca şi de asemenea în peisajele deluroase şi plane.Primele autobuze care au început să fie conduse din 2003, făcând parte din proiectul CUTE (Clean Urban Transport for Europe), în care 31 parteneri europeni din afaceri, ştiinţă şi politică au conlucrat pentru a promova tehnologia şi producţia hidrogenului şi dezvoltarea unei infrastructuri corespunzătoare. Alte autobuze au fost utilizate în Reykjavik şi în Perth. În luna martie 2006 toate proiectele au fost consolidate sub numele HyFLEET:CUTE şi funcţionarea autobuzelor a fost extinsă. În prezent există mai mult de nouă autobuze cu pile de combustie utilizate pentru servicii obişnuite în Hamburg. Zece companii europene au testat Citaro cu piele de combustie Un test amplu a fost iniţiat pentru a demonstra ce impact vor avea autobuzele cu sistem propulsie pe bază de pile de combustie. Prima flotă de autobuze cu pile de combustie compusă din 30 autobuze Mercedes-Benz Citaro au circulat pe străzile oraşselor. Testul unic a avut în vedere cele mai diferite condiţii: autobuzele cu pile de combustie au trebuit să dovedească cum rezistă la iarna rece nordică şi la căldura de vară din sud, cât şi la topografia plată, medie şi dificilă. Şoferii de autobuze ai companiilor de transport s-au familiarizat în întregime cu vehiculele prin intermediul cursurilor oferite de specialiştii Mercedes-Benz. Aceştia au intrat cu toţii pe un nou teritoriu şi au dorit să adune experienţa care nu a fost încă disponibilă altcuiva pe o perioadă de doi ani de zile. Ei şi-au asumat rolul de conducere în dezvoltarea know-how-ului pentru o tehnologie cu totul nouă. 2004: Trei autobuze Citaro cu pile de combustie au fost supuse unei testări de doi ani de zile ca autobuze pentru transportul public în oraşul australian Perth. 2005: Trei autobuze Mercedes-Benz Citaro cu pile de combustie au fost trimise în China. În Beijing ele au fost supuse unei testări de doi ani de zile fiind utilizate ca autobuze pentru transport public.

Mercedes-Benz F600 de celule de combustibil pe bază de hidrogen

rezultatul companiei Mercedes-Benz, noul Mercedes-Benz F600 . Un set de baterii pe bază de hidrogen a masinii este plasat sub podeaua cabinei. Se poate opera la temperaturi între -25 C, utilizarea noului sistem de supraveghere de umiditate nu se congela apa rămasă. Puterea de această maşină este de 115 CP, viteza maxima - 170 kilometri pe oră şi o gamă de deplasare pe un tip de combustibil - 400 km. Noile capacităţi poate gazdui pana la 3,5 kg de hidrogen şi poate rezista la presiuni de până la 700 atm, care este de 2 ori mai mult decât în modele anterioare. În acceleraţie normală şi de putere de până la 90 de motoare electrice pentru HP trage puterea din celulele de combustibil. Excesul de energie merge în încărcare acumulator de înaltă tensiune suplimentar. La pornirea motorului şi sarcini ridicate, acest acumulator dă putere suplimentar motorului. În timpul frânării, cu motor electric acţionează ca un generator.

Locatia de surse de alimentare în partea de jos a caroseriei, a făcut posibilă marirea interiorului, în timp ce dimensiunea masinii ramane aceeasi, a cărui lungime este de numai 4,34 m, iar distanţa dintre scaunul şoferului şi scaunul din spate este de 90 cm (la fel ca în unitatea E-Class) . Trei masini electrice vor intra pe piata romaneasca anul viitor, iar importatorii Citroen, Mitsubishi si Peugeot le vor aduce din primavara.

Modelele Citroen C-Zero, Mitsubishi i-MiEV si Peugeot iOn sunt propulsate exclusiv de motoare electrice, pornind de la o platforma comuna cu diferente vizibile doar de design, informeaza Capital. Vehiculele nu au spatiu de interior foarte mare, fiind asemanatoare ca dimensiuni unui Matiz, insa au un cost redus de utilizare, de aproximativ 1,5-2 euro la 100 de kilometri. Pretul depaseste insa 30.000 de euro la fiecare dintre modele. Masinile sunt extrem de fiabile, au o autonomie mare in conditii bune de circulatie. Este posibil insa ca autonomia sa aiba de suferit in conditiile traficului din Bucuresti. La un model Leaf de la Nissan, autonomia se ridica in conditii ideale (60 de kilometri pe ora, temperatura exteriora de 20 de grade Celsius fara utilizarea climatizarii) pana la 220 de kilometri. La un drum numai prin oras, cu o viteza medie de 25 km/h, rezultata din accelerari si franari succesive si cu climatizarea pornita, distanta maxima parcursa poate scadea pana la 100 km. Toyota Motor Corporation a prezentat la nivel planetar numeroase detalii despre planurile de dezvoltare ale “Masinii ECO”, precum si despre stadiul actual al cercetarilor privind urmatoarea generatie de acumulatori electrici pentru propulsie auto. Raportul contine 5 puncte si face referire la automobilele hibride, plug-in hibride, electrice, cu celula de combustibil si la acumulatori din generatia urmatoare.

Toyota 1. Vehicule hibride Toyota va introduce mai multe modele hibride pana la sfarsitul anului 2012, atat premiere cat si modele reproiectate, intr-un total de 11 proiecte. Dintre automobilele noi planificate sa apara curand, unul este de clasa compacta, cu o eficienta a consumului de combustibil de peste 40 km/l conform ciclului de testare japonez, ceea ce corespunde in termeni europeni unui consum de 2,5 l/100 km. 2. Vehicule hibride cu alimentare de la priza (Plug-In Hibrid) Pana la inceputul anului 2012, Toyota va incepe vanzarile modelului Prius Plug-In Hibrid, in principal in Japonia, Statele Unite si Europa. Vanzarile preconizate sunt de peste 50.000 de unitati anual si se preconizeaza ca pretul pentru Japonia va fi in jur de 3 milioane de yeni, adica ceva mai putin de 35.000 €. 3. Vehicule electrice (EV) In 2012, pe langa piata americana, un model iQ electric (“iQ EV”)va fi lansat in Japonia si Europa. Pregatirile pentru lansare necesita teste de drum in Japonia, Statele Unite si Europa, care vor incepe in 2011. In mod separat, conceptul ” RAV4 EV”, care a fost dezvoltat impreuna cu Tesla Motors, va fi prezentat curand (28 noiembrie 2010). 4. Vehicule pe baza de pila de combustie (FCHV)

Toyota continua dezvoltarea unui vehicul hibrid de tip sedan pe baza de pila de combustie (FCHV). Inceperea vanzarilor este planificata in jurul anului 2015 in Japonia, Statele Unite si Europa – piete in care se prevede dezvoltarea infrastructurii de alimentare cu hidrogen. Desi in prezent un pret sub 10 milioane de yeni (cca. 100.000 €) pare realizabil, Toyota are ca scop reducerea si mai mult a costurilor pentru a aduce pe piata un vehicul la un pret convenabil. 5. Urmatoarea generatie de baterii Toyota dezvolta urmatoarea generatie de acumulatori de tractiune, una care va depasi cu mult performantele tehnologiei litiu-ion: – Baterii solide: TMC a redus cu succes ceea ce este cunoscut sub numele de rezistenta a particulelor si a facut progrese spre crearea unor baterii compacte complet solide. – Baterii metal-aer: TMC a determinat mecanismul de reactie al bateriilor litiu-aer si si-a clarificat politica sa de cercetare in ceea ce priveste bateriile reincarcabile de a doua generatie. Volkswagen Departamentul de Cercetare Volkswagen a realizat un nou tip de pile de combustie la temperaturi inalte (High Temperature Fuel Cell - HTFC), unic in lume in acest moment. Noul sistem elimina numeroasele dezavantaje ale pilelor de combustie de temperaturi joase (LTFC), deja cunoscute. O membrana rezistenta la temperaturi inalte si electrozi special conceputi pentru aceasta membrana vor permite realizarea de sisteme de pile de combustie mai compacte, mai eficiente si totodata mai ieftine. Astfel, punerea la punct definitiva a acestui tip de propulsie se apropie vizibil. In orice caz, prognozele multor producatori referitoare la momentul cand pilele de combustie ce folosesc hidrogenul vor fi gata pentru productia de serie si vor fi disponibile pe scara larga pentru aplicatii obisnuite au presupus amanari repetate, si asta din cauza stagnarii cercetarilor. Volkswagen a insistat insa pe acest aspect, proiectul evoluand semnificativ in cativa ani. In 1999 constructorul german demara cercetarile pentru a realiza o membrana rezistenta la temperaturi inalte. Doi ani mai tarziu, se lua decizia de a lucra la dezvoltarea unor pile cu combustibil de temperatura inalta, pornind de la aspectul de baza al membranei de temperatura inalta. In 2003 specialistii de la Volkswagen au obtinut un succes notabil in realizarea de noi membrane. Dar electrozii adaptati acestui regim de utilizare inca nu fusesera realizati. Toamna anului 2006, a coincis insa cu rezolvarea problemei electrozilor. Rezultatele sunt cu adevarat promitatoare. Conceptul de Pile de combustie de temperatura inalta sunt in faza de testare la Centrul Tehnologic Volkswagen din Isenbuttel, destinat in special cercetarii sistemelor alternative de propulsie si aflat in apropiere de centrul administrativ genenral Volkswagen din Wolfsburg. Viitorul suna promitator. In 2010 se spera ca alte noi sisteme, mai performante, cu pile de combustie la temperaturi inalte vor fi in ultima faza de perfectionare si vor echipa primele vehicule experimentale, premergatoare industrializarii acestui tip de propulsie. Zece ani mai tarziu, ar putea aparea primele modele Volkswagen propulsate cu pile de combustie. Cu preturi accesibile acestea vor corespunde cu succes cerintelor legate de utilizarea de zi cu zi. Sistemul cu pile de combustie la temperaturi joase indica dezavantaje. Membrana are de suportat temperaturi in jurul a 80 grade C. Daca temperatura ar depasi acest nivel, mai intai ar scadea performantele pilei cu combustibil respective, apoi s-ar produce avarii ireparabile ale acesteia. De

aceea vehiculele experimentale bazate pe tehnica LTFC, pentru a putea oferi performante similare cu ale automobilelor conventionale cu motoare cu ardere interna, trebuie sa fie dotate cu sisteme de racire foarte pretentioase, ceea ce ar implica si preturi ridicate. Pe langa aceasta, intr-un vehicul LTFC, sistemul de alimentare cu hidrogen gazos si aer trebuie sa fie mentinut la anumite cote de umiditate. Altfel, nu se poate atinge nivelul energetic optim, pila de combustie sufera deteriorari permanente, iar motorul electric nu mai poate functiona la parametrii stabiliti initial. Sistemul de umidificare presupune alocarea unui spatiu, adauga greutate suplimentara vehiculului si costa bani in plus. De aceea noul sistem HTFC cu pile de combustie la temperaturi inalte este considerat atat de important. Membrana rezista la temperaturi inalte, si impreuna cu noul tip de electrozi, poate functiona fara probleme la temperaturi de aproximativ 160 grade C. Rezultatul consta intr-o putere similara cu aceea oferita de sistemele deja cunoscute in prezent. Pentru vehiculele echipate cu sisteme HTFC este anticipata o temperatura curenta a sistemului in jurul a 120 grade C. In plus, nu mai este necesara umidificarea. Sistemul de racire si gestionare a apei poate fi mult simpilficat, rezultand mai putin spatiu ocupat in vehicul, masa mai redusa a acestuia si costuri reduse. Cum functioneaza sistemul cu pile de combustie ? Energia chimica este transformata in energie electrica. Componenta esentiala a fiecarui element individual dintr-o pila de combustie este o membrana permisiva pentru schimbul de protoni. Aceasta este interpusa intre cei doi electrozi, anodul si catodul, fiecarui element al pilei de combustie. Hidrogenul intra in element prin zona anodului, iar catodul este alimentat cu aer. Mai multe asemenea elemente pot genera impreuna suficienta enrgie pentru a pune in miscare un vehicul. Hidrogenul si oxigenul reactioneaza in interiorul fiecarui element, rezultand apa in zona catodului. Energia se degaja in urma acestui proces. Pila de combustie asigura conversia energiei chimice din procesul de oxidare, cunoscut si sub denumirea de "combustie rece”, direct in energie electrica. Gazul rezidual al acestei reactii consta in vapori de apa cat se poate de curati. Motorizarea este electrica si nu cu ardere interna Pila de combustie este alimentata folosindu-se un rezervor cu hidrogen si o priza de aer externa. Energia electrica este furnizata unuia sau mai multor motoare electrice. Ca rezultat, autovehiculul poate rula fara a face nici un zgomot si fara a produce nici un fel de emisii nocive. Cum functioneaza pilele de combustie ? Atomii de hidrogen sunt descompusi in electroni si protoni in zona anodului. Protonii, incarcati cu sarcini electrice pozitive, trec prin membrana spre celalalt electrod, catodul. Electronii, incarcati cu sarcini electrice negative, sunt dirijati printr-un circuit extern inspre catod. In esenta, acest curent electric aliemnteaza motorul electric al masinii. In zona catodului, protonii reactioneaza cu oxigenul, in timp ce electronii determina formarea a ceea ce se numeste “apa reziduala”, in cea mai mare parte evacuata prin teava de esapament. Aproximativ 60% din energia generata in desfasurarea procesului ajunge sa fie transformata in electricitate. In cazul pilelor cu combustibil de temperatura joasa, concepute si utilizate pana in prezent, tranzitul protonilor dinspre anod spre catod este asigurat la nivelul membranei cu ajutorul conexiunii oferite de apa din membrana. Pentru a evita evaporarea apei si uscarea membranei, aerul din pila cu combustibil trebuie sa fie umidificat. Aceasta implica doua dezavantaje

importante. Primul, membrana nu are voie sa atinga temperaturi mai inalte de 80 grade C. Rezulta necesitatea unei diferente relativ mari de temperatura intre agentul de racire si aerul ambiant. Din acest motiv, randamentul sistemului are serios de suferit. Pentru obtinerea unor performante suficient de bune, un automobil propulsat cu sistem LTFC ar trebui sa dispuna de un radiator cu suprafata de racire de trei ori mai mare fata de a unui vehicul comparabil cu motorizare diesel. Cel de-al doilea dezavantaj, este consecinta fireasca a celui dintai: functionarea in sarcina mare, cum ar fi urcarea pantelor sau remorcare, nu ar fi posibila. Acestea ar implica folosirea unor sisteme de racire supradimensionate, cu problemele conceptuale si functionale inerente.

Ce principiu foloseste sistemul de racire ? Functionarea automobilelor echipate cu motoare cu ardere interna clasice presupune pierderi termice mai mari decat a celor care folosesc motoare electrice si pile cu combustibil. Motoarele cu ardere interna pierd energie termica in urma racirii (absolut necesara pentru integritatea motorului) si prin circuitul de esapament. Pilele cu combustibil nu sunt supuse acelorasi constrangeri. Temperatura lor de functionare este mult mai redusa decat aceea dezvoltata in camerele de ardere ale unui motor termic, temperatura este compensata mai usor cu ajutorul sistemului de racire si nu se pierde nimic prin circuitul de esapament. Rezultatul este ca, la aceeasi putere efectiva, sistemul cu pile cu combustibil pierde de doua ori mai putina energie termica prin radiatorul de racire fata de motorul cu ardere intrena. Astfel se explica randamentul superior al pilelor de combustie. Aerul de alimentare pentru pilele LTFC trebuie sa fie in permanenta umidificat. Fluxul de alimentare cu aer si hidrogen are tendinta de a usca electolitul pilei, adica moleculele de apa stocate in membrana. Disparitia acestora ar atrage si intreruperea curentului electric. Din acest motiv este necesar un dispozitiv de umidificare continua a gazelor de alimentare. Acesta trebuie sa fie integrat in constructia automobilului alaturi de toate celelalte elemente ale sistemului de propulsie cu pile LTFC. Masa proprie a automobilului ajunge sa fie prea mare. Aceste probleme nu se mai regasesc la pilele cu combustibil de temperatura inalta realizate de catre Volkswagen. In cazul acestora, membranele de temperatura inalta asigura tranzitul protonilor printr-un electrolit lichid de alta natura, anume acidul fosforic. Aceasta substanta are bune proprietati electrolitice, similare cu ale apei, dar punctul sau de fierbere se afla la o temperatura semnificativ mai ridicata. Beneficul cel mai important al acestui sistem tine de eliminarea necesitatii unui sistem de umidificare. Temperatura regimului curent de functionare poate fi ridicata pana la aproximativ 130 grade C fara nici un impediment functional. Pila cu combustibil de temperatura inalta realizata de catre Volkswagen reprezinta o contributie importanta in directia producerii unor sisteme de pile de combustie mai compacte, mai usoare si mai ieftine. Alcatuirea unei pile HTFC Pe scurt, fabricarea unei membrane rezistente la temperatura inalta presupune scufundarea unui film intr-o baie de acid fosforic. Acidul fosforic ajunge sa imbibe filmul in numai cateva minute. Apoi, membrana este montata in elementul pilei cu combustibil. De asemenea, o foaie din fibre de carbon presate este plasata in elementele preconfigurate ale pilei. Aerul va putea circula ulterior

prin textura acesteia. Apoi urmeaza ambalarea si etansarea ansamblului elementelor. Acestea sunt invelite cu foi din firbre de carbon care sunt captusite in interior cu o pasta din platina catalitic activa, asigurand si functia difuzarii gazelelor de alimentare. Invelisul are, asadar, simultan rolul de distribuire a gazelor de alimentare si pe cel de catod. Membrana impregnata cu acid fosforic este asezata in contact cu catodul. Dincolo de aceasta se afla straturi asemanatoare celor de la catod, care formeza celalalt electrod, anodul. Fluxul de hidrogen este introdus prin textura ultimului strat din fibre de carbon. In jurul elementelor este prevazut un spatiu pentru asigurarea racirii cu lichid. Toate elementele sunt asamblate sub forma unei baterii. Detaliu implicit si improtant: electrozii conventionali nu pot fi folositi la o astfel de pila cu combustibil. Totusi, persista o problema tipica tuturor pilelor cu combustibil: apa reziduala ce se formeaza in zona catodului. In cazul pilei HTFC, aceasta ar ajunge sa afecteze membrana, spaland acidul fosforic, care joaca rolul electrolitului. Consecinta nedorita a faptului tine de intreruperea curentului electric. Din acest motiv, toate tentativele de a fabrica o pila HTFC din materiale conventionale au dat gres. Cercetarile intense desfasurate de Volkswagen au relevat necesitatea configurarii electrozilor astfel incat apa reziduala sa nu poata ajunge in zona membranei. Noul tip de electrozi a intregit conceptul. Cu ajutorul unei masini ce efectueaza prelucrarea materialelor in straturi, asemanatoare acelora folosite in tehnologia industriei materialelor semiconductoare, cercetatorii de la centrul Volkswagen din Isenbuttel au impregnat mai multe straturi de foi din fibre de carbon cu un material avand consistenta de pasta si proprietati de tip nou. Electrozii astfel alcatuiti au trecut prin indelungate sesiuni de testare in pile cu combustibil. Efectul dorit a fost realizatl. Apa reziduala nu poate scapa din zona electrozilor. Asadar, tehnologia HTFC este acum gata pregatita pentru utilizare. S-a demonstrat practic ca pilele de combustie la temperaturi inalte (HTFC) pot functiona intr-o plaja de temperatura mult mai larga in comparatie cu a pilelor cunoscute pana in prezent. In plus, membrana este mai putin sensibila la impuritatile din aer datorita temperaturii mai ridicate de functionare. Folosirea pilelor cu combustibil de temperatura inalta realizate de Volkswagen permite dispensarea aproximativ a unei treimi din componentele unui sistem de pile cu combustibil LTFC. Astfel, sistemele cu pile HTFC sunt mai usoare, au dimensiuni mai mici si costa mai putin, ansamblul fiind mai usor de integrat la bordul unui vehicul. Motiv pentru care aceasta tehnologie ofera o adevarata perspectiva de viitor.