Kombination von Brennstoffzellen und Elektromotoren - ob sie als Teil eines Elektromotors mit Elektropumpe verwendet wurde?

Bei elektrisch betriebenen Motoren werden die Kraftstoffpumpen elektrisch angetrieben und Batterien als Stromquelle verwendet. Es gibt jedoch noch eine weitere elektrische Energiequelle, die theoretisch genutzt werden könnte – Brennstoffzellen.

Brennstoffzellen sind hinsichtlich der verwendbaren Brennstoffe sehr vielseitig (Wasserstoff, Methan, Kohlenwasserstoffe, Wasserstoffperoxid, Hydrazin etc.). Außerdem sind sie in Bezug auf die Leistungsdichte mit Batterien vergleichbar (mit Potenzial, noch besser zu werden), die bereits in elektrisch angetriebenen Leistungszyklen eingesetzt werden.

Es besteht auch ein enormes Potenzial zur Erhöhung der Leistungsdichte von Elektromotoren (bereits zufriedenstellend um 15-20 kW/kg) von kommerziellen, die Permanentmagnete verwenden, bis hin zu kryogenen, die Hochtemperatur-Supraleiter verwenden. Flüssiges Kühlmittel ist bereits an Bord verfügbar.

Wird diese Kombination aus Brennstoffzellen und Elektromotoren jemals in elektrischen Pumpenmotoren verwendet?

Das Shuttle verwendete Brennstoffzellen und Elektromotoren, aber ich bin mir nicht sicher, was Sie wirklich fragen.
Die Frage bezieht sich auf den Kauf von Brennstoffzellen anstelle von Batterien, die von einer elektrischen Pumpe gespeist werden.
Ich sehe, dass Sie bearbeitet haben, aber es wäre schön zu verdeutlichen, dass Sie über Motoren sprechen.
Wenn Sie sowieso chemische Energie verwenden, warum nicht den Zwischenhändler abschneiden und direkt eine Turbine verwenden? Das ist seit der V2 von der Stange.
Brennstoffzellen können eine sehr gute Systemenergiedichte liefern , die sich der der Brennstoff-/Oxidationsmitteltanks annähert, wenn der Leistungsbedarf klein genug ist. Ihre Leistungsdichte ist jedoch ziemlich schlecht (und ihre Effizienz sinkt mit zunehmender Leistungsdichte). Die allerbesten Zahlen, die ich für eine Brennstoffzelle gesehen habe (für ein sehr großes System, von dem ich vermute, dass es nur die Zellen selbst umfasst, ohne die unterstützende Ausrüstung), sind etwa ein Drittel bis ein Viertel dessen, was eine Lithium-Ionen-Batterie kann bieten. Und das erforderte Wasserstoffbrennstoff.
Brennstoffzellen sind teuer, es sei denn, der Booster ist wiederverwendbar, wahrscheinlich eine schlechte Wahl.
Bei Brennstoffzellen gibt es Höhen und Tiefen. Ich bezweifle, dass sie teurer sind als Vorbrenner + Turbopumpensysteme, insbesondere wegen der hohen Temperatur- und Druckanforderungen und der Nachfrage nach Superlegierungen, präziser Bearbeitung und allen Ventilen und Rohrleitungen. Aber ja, sie fallen in Bezug auf die Leistungsdichte weit zurück, was viel Eigengewicht bedeutet. Das Verbesserungspotenzial ist noch riesig, aber es fehlt an Investitionen, denn selbst auf dem Automarkt finden die Hersteller Batterien besser geeignet.
Ich dachte, der Vergleich wäre mit Batterien und in beiden Fällen wurden elektrische Pumpen verwendet. Ziemlich sicher, dass Brennstoffzellen teurer sind als Batterien.
Ja, das ist sicher, Brennstoffzellen sind in diesem Fall teurer.
@ WOW6EQUJ5 Hochleistungskatalysatoren für Brennstoffzellen sind Dinge wie Platin und Palladium, eher teurer als Superlegierungen. Die Herstellung eines kompletten Merlin 1D-Motors mit Turbopumpe und allem kostet weniger als 1 Million US-Dollar. Es wird nicht viel in Bezug auf Brennstoffzellen brauchen, um das zu übertreffen.
Für 1 Mio. $ können Sie 400 kg Palladium zu aktuellen Preisen kaufen, die derzeit die höchsten aller Zeiten sind. Und Sie brauchen nur einen Bruchteil davon, um FC herzustellen. Ganz zu schweigen davon, dass es Typen gibt, die ganz ohne teure Materialien auskommen.

Antworten (1)

Teilantwort.

Zumindest nicht für ein Haupttriebwerk einer Orbitalrakete, denn das Rutherford-Triebwerk ist derzeit das einzige derartige Triebwerk mit einer elektrischen Pumpe. Und es verwendet Batterien.

Es ist jedoch viel schwieriger, alle kleineren sekundären Triebwerke und Antriebssysteme endgültig auszuschließen. Elektrische Förderpumpen sind vorteilhaft, um die Komplexität zu reduzieren, da sie nicht mit chemischen Brennstoffen umgehen müssen, und die Verwendung einer Brennstoffzelle negiert dies etwas. Es ist jedoch nicht unvorstellbar, dass einige Satelliten, die Brennstoffzellen für das elektrische System an Bord verwenden, kleine elektrische Pumpen haben, die an Triebwerke angeschlossen sind. Aber in diesem Maßstab können einfache druckgespeiste Motoren die Komplexität möglicherweise noch weiter reduzieren.

Eine Idee, die mir in den Sinn kommt, um die Komplexität des Umgangs mit Kraftstoff zu reduzieren, ist vielleicht, eine mittlere Schicht aus Festoxidbrennstoffzellen in der Wand der Brennkammer zu schaffen, wo die Temperatur hoch wäre. Die innere Schicht sollte aus porösem Material bestehen, das für Wasserstoff durchlässig ist, daher wäre ein brennstoffreicher Kreislauf erforderlich. Die äußere Schicht der Brennkammer sollte aus einem Material mit hoher Zugfestigkeit bestehen. Sauerstoff sollte für die regenerative Kühlung und für den FC-Betrieb verwendet werden. Dies wäre eine Art elektrische Pumpe, die analog zum Expandera-Kreislauf gespeist wird. Aber selbst wenn es von Vorteil wäre, wäre dies schwer zu meistern, was mir bewusst ist.
@ WOW6EQUJ5 Es wird viel Aufwand betrieben, um so schnell wie möglich Wärme von der Brennkammerwand in die Kühlflüssigkeit zu bringen. Eine heiße Zwischenschicht, die selbst Wärme produziert, ist dafür nicht förderlich, und ich kann mir schlecht vorstellen, wie sie die Komplexität reduziert.
Kombination von Brennstoffzellen und Elektromotoren - ob sie als Teil eines Elektromotors mit Elektropumpe verwendet wurde?
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