MATERIAŁY W BUDOWIE OGNIW PALIWOWYCH



Podobne dokumenty
1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO

STAN OBECNY I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA OGNIW PALIWOWYCH

OGNIWA PALIWOWE. Zapewniają ekologiczne sposoby wytwarzania energii w dobie szybko wyczerpujących sięźródeł paliw kopalnych.

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Ogniwa paliwowe - zasada działania

JEDNOKOMOROWE OGNIWA PALIWOWE

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

Laboratorium ogniw paliwowych i produkcji wodoru

OGNIWA PALIWOWE SPOSOBY NA KRYSYS ENERGETYCZNY

CHP z ogniwem paliwowym Przegląd rynku

SOFC. Historia. Elektrochemia. Elektroceramika. Elektroceramika WYKONANIE. Christian Friedrich Schönbein, Philosophical Magazine,1839

Bezemisyjna energetyka węglowa

Ogniwa paliwowe (fuel cells)

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 2-OP BADANIE OGNIW PALIWOWYCH

SILNIKI SPALINOWE 1 PODSTAWY INSTRUKCJA LABORATORYJNA BADANIE NIEKONWENCJONALNEGO NAPĘDU POJAZDU Z OGNIWEM PALIWOWYM

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

Wykorzystanie biogazu w systemach kogeneracyjnych

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

Wysoka sprawność ogniwa paliwowego zasilanego metanolem

Co to są ogniwa paliwowe

Zarządzanie Energią i Teleinformatyka

LABORATORIUM PRZEMIAN ENERGII

Ogniwa paliwowe komercyjne rozwiązania SOFC

Stanowisko do badania ogniwa paliwowego Nexa 1,2 kw

Technologia wytwarzania materiałów z przeznaczeniem na elementy stałotlenkowych ogniw paliwowych na suporcie anodowym AS-SOFC

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

Ogniwo paliwowe zasilane ciekłym metanolem Direct Methanol Fuel Cell

Możliwości magazynowania energii elektrycznej z OZE

ĆWICZENIE 1. Ogniwa paliwowe

NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

Technologia ogniw paliwowych w IEn

Samochody na wodór. Zastosowanie. Wodór w samochodach. Historia. Przechowywanie wodoru

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

NIEKONWENCJONALNE ŹRÓDŁA ENERGII OGNIWA PALIWOWE

Opole, dn. 20 czerwca 2006 Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Kierunek: Informatyka. Podstawy elektroenergetyki

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek 13 Przedmowa 17 Wstęp Odnawialne źródła energii 72

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 02/

Karta pracy III/1a Elektrochemia: ogniwa galwaniczne

WYKORZYSTANIE OGNIW PALIWOWYCH DO OGRZEWANIA BUDYNKÓW

Ogniwa paliwowe. Rozdział 5

OSIĄGI TLENKOWEGO OGNIWA PALIWOWEGO W UKŁADACH HYBRYDOWYCH

Przetwarzanie energii: kondensatory

Przetwarzanie energii: kondensatory

Ogniwa paliwowe FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ. Wykorzystanie wodoru jako nośnika energii

Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek Przedmowa Wstęp 1. Charakterystyka obecnego stanu środowiska1.1. Wprowadzenie 1.2. Energetyka konwencjonalna

TECHNICAL UNIVERSITY OF CZĘSTOCHOWA ROZDZIAŁ VI ENERGY ENGINEERING LABORATORY TECHNOLOGIA KONWERSJI ENERGII W OGNIWACH PALIWOWYCH

Wykład VII. Ogniwa paliwowe

Jon w otoczeniu dipoli cząsteczkowych rozpuszczalnika utrzymywanych siłami elektrycznymi solwatacja (hydratacja)

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd

Odnawialne źródła energii

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Przegląd technologii produkcji tlenu dla bloku węglowego typu oxy

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

PIROLIZA. GENERALNY DYSTRYBUTOR REDUXCO :: ::

Nowe materiały i ich zastosowania:

Proekologiczne odnawialne źródła energii : kompendium / Witold M. Lewandowski, Ewa Klugmann-Radziemska. Wyd. 1 (WN PWN). Warszawa, cop.

wodór, magneto hydro dynamikę i ogniowo paliwowe.

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

OGNIWA PALIWOWE W GENERACJI ROZPROSZONEJ

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

Wodorotlenki O O O O. I n. I. Wiadomości ogólne o wodorotlenkach.

Zasady działania: systemów fotowoltaicznych, turbin wiatrowych, ogniw paliwowych. Prowadzący: Bartosz Królczyk

Obwody prądu stałego. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12)Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Pochodne ropy naftowej. Energia elektryczna (konwencjonalna i odnawialna) Biomasa. Energia cieplna z konwersji fototermicznej lub reakcji jądrowej

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Ogniwowa rewolucja. Zimne spalanie

Podstawowe pojęcia 1

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Wybrane Działy Fizyki

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

Otrzymywanie wodoru M

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Historia elektrochemii

Gospodarka energetyczna skojarzona - elektrociepłownie korzystające z energii wiatru i energii wodorowej.

Elektrofiltry dla małych kotłów na paliwa stałe. A. Krupa A. Jaworek, A. Sobczyk, A. Marchewicz, D. Kardaś

Ćwiczenie nr 2 Ogniwa paliwowe

RYS. 1 Schemat poglądowy działania węglowego ogniwa paliwowego.

UZUPEŁNIENIE DO WYKŁADÓW

Analiza możliwości zasilania wyposażenia pojedynczego żołnierza przy zastosowaniu ogniw paliwowych

Scenariusz lekcji z przedmiotu chemia dla klas I zakres podstawowy; czas trwania lekcji 45 min.

Elektrolity wykazują przewodnictwo jonowe Elektrolity ciekłe substancje rozpadające się w roztworze na jony

KLASTER CZYSTEJ ENERGII

Proekologiczne odnawialne źródła energii / Witold M. Lewandowski. - Wyd. 4, dodr. Warszawa, Spis treści

4. OGNIWA GALWANICZNE 1

teoretyczne podstawy działania

Specjalista w chłodnictwie, wentylacji i trójgeneracji Na rynku od 1989 roku.

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

Nowa CHP Zabrze. czyste ciepło dla Zabrze i Bytomia. Adam Kampa, CHP Plant Development Manager

Laboratorium z Elektrochemii Ciała Stałego

Nowe materiały i ich zastosowania:

Wodór jako proekologiczne źródło energii w aplikacjach do pojazdów samochodowych

Nowy mix energetyczny

Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW

PL B1. Uniwersytet Śląski w Katowicach,Katowice,PL BUP 20/05. Andrzej Posmyk,Katowice,PL WUP 11/09 RZECZPOSPOLITA POLSKA

Paliwo wodorowe Piotr Tomczyk Wydział Energetyki i Paliw

Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych (J. Paska)

Transkrypt:

MATERIAŁY W BUDOWIE OGNIW PALIWOWYCH

OGNIWO PALIWOWE Ogniwo paliwowe jest urządzeniem służącym do bezpośredniej konwersji energii chemicznej zawartej w paliwie w energię elektryczną za pośrednictwem procesu elektrochemicznego. Wydajność ogniwa paliwowego nie jest ograniczona cyklem Carnota jak w przypadku silników cieplnych, a wielkość zanieczyszczeń jest znacznie niższa w zestawieniu z turbinami gazowymi i parowymi co jest istotne z punktu widzenia problematyki ochrony środowiska naturalnego.

HISTORIA OGNIW PALIWOWYCH Zasadę działania ogniw wodorowych odkrył w 1838 r szwajcarski chemik Christian F. Schönbein. Na tej podstawie w roku 1839 fizyk brytyjski William R. Grove stworzył pierwsze działające ogniwo paliwowe wytwarzające prąd elektryczny. Ogniwo takie nie ma części ruchomych, działa bezszumowo, a jego jedyną substancją odpadową jest woda. Ogniwa paliwowe przez ponad wiek były zaledwie ciekawostką laboratoryjną. Dopiero w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku lekkie i zwarte (choć drogie) ich odmiany NASA zaczęła instalować w statkach kosmicznych do wytwarzania wody i zasilania ich w energię elektryczną.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO

KLASYFIKACJA OGNIW PALIWOWYCH Ogniwa niskotemperaturowe (75-80) ºC - znajdujące zastosowanie jako przenośne źródła energii (telefony komórkowe, przenośne komputery itp.) Do tej klasy ogniw należą : Solid Polymer Elektrolyte Fuel Cell w skrócie (PEMFC), Direct Metanol Fuel Cell (DMFC) i ogniwa Alkaline Fuel Cell w skrócie (AFC). Ogniwa średniotemperaturowe (210 ºC) - zwane również ogniwami pierwszej generacji mającymi zastosowanie w elektrowniach osiągających moc do 11 MW. Do tej klasy należy Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC). Ogniwa drugiej generacji (do 650 ºC). Prototypy tego ogniwa osiągają moc do 100 kw. Prace nad tego typu ogniwami są aktualnie w fazie silnego rozwoju. Przedstawicielem drugiej generacji ogniw jest ogniwo Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC). Ogniwa trzeciej generacji (650 1000) ºC - Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) wzbudzające najwięcej zainteresowania ze względu na swoją wydajność i wszechstronność zastosowań. Ze względu na wysoką temperaturę pracy dochodzącą do 1000 ºC planuje się łączenie tego typu ogniw w obiegi z turbinami gazowymi lub parowymi. Wydajność pojedynczego ogniwa sięga 60%, a w obiegu z turbiną gazową (układ ciśnieniowy) nawet do 85%.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO PEMFC

OGNIWO PALIWOWE PEMFC - cd Zasilanie: czysty wodór. Anoda i katoda: z platyny (Pt) lub rutenu (Ru). Membrana wykonana z polimeru np. politetrafluoroetylen (PTFE). Temperatura pracy: 75 ºC. Sprawność w produkcji energii elektrycznej do 65% i mała ilość wydzielanego ciepła. Krotki czas rozruchu. Zastosowanie: do napędu pojazdów, stacjonarnych i przenośnych generatorów energii.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO AFC

OGNIWO PALIWOWE AFC - cd Pierwsze ogniwo używane w kosmonautyce. Anoda i katoda: Au, Pt, Ag, Ni, tlenki metali lub spinele. Elektrolit: roztwór KOH. Reakcja zachodzi w temp. 100-250 ºC. Temperatura reakcji zależy od stężenia roztworu KOH. Wyższa temp. - wyższa sprawność ogniwa. Wymagają paliwa o dużej czystości: wodór lub metanol. Zastosowanie : na promie kosmicznym Apollo.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO PAFC

OGNIWO PALIWOWE PAFC - cd Anoda: Pt+Ru na podłożu węglowym. Katoda: Pt na podłożu węglowym. Elektrolit: kwas fosforowy (H 3 PO 4 ) w osłonie z węglika krzemu i PTFE. Reakcja zachodzi w temp. 210 ºC. Sprawność ok. 40 %, para wodna może być przetwarzana na ciepło. Zaleta: wysoka tolerancja na tlenki węgla co pozwala na stosowanie wielu paliw (ważne jest odsiarczanie paliwa). Zastosowanie: do budowy systemów kogeneracji energii elektrycznej i ciepła.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO MCFC

OGNIWO PALIWOWE MCFC cd Anoda: stopy Ni-Al lub Ni-Cr. Katoda: NiO lub Li 2 O. Elektrolit: stopiony węglan litu i potasu (Li 2 CO 3 /K 2 CO 3 ) lub litu i sodu (Li 2 CO 3 /Na 2 CO 3 ) w osnowie ceramicznej na bazie aluminium (LiAl 2 O 3 ). Temperatura reakcji w ogniwie: 650 ºC. Stosowane paliwa: wodór, gaz LPG, biogaz, metanol, benzyna, propan. Zastosowanie: w elektrowniach małej i średniej mocy.

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO SOFC

ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA SOFC - cd ciśnienia tlenu w kierunku anody i reagują z paliwem na granicy elektrolit/anoda. Pomiędzy anodą i katodą powstaje różnica Na katodzie tlen zawarty w powietrzu ulega dysocjacji. W wyniku tego procesu powstają jony O2-. Jony tlenu przemieszczają się pod wpływem zewnętrznego gradientu potencjałów. Dla pojedynczego ogniwa otrzymuje się napięcie rzędu 1.1 1.2V, w przypadku dołączonego odbiornika napięcie spada do poziomu ok. 0.6 0.9V, natomiast gęstość prądu wynosi ok. 0.8 A/cm2. Pozostała część energii chemicznej jest dostępna w postaci ciepła, które może być wykorzystane w dołączonej turbinie parowej/gazowej. Gotową do wykorzystania moc uzyskuje się łącząc ogniwa równolegle w stosy, w ten sposób otrzymuje się potrzebne napięcie i gęstość prądu.

OGNIWO PALIWOWE SOFC cd Anoda: spiek Ni/YSZ, o zawartości 30 % Ni. Katoda: związek (A, Ln)MO 3-δ, gdzie: A = Ca, Sr lub Ba. M = Co, Mn, Ga, Fe, Bi. Membrana: (ZrO 2 + Y 2 O 3 ) bardzo dobry przewodnik jonów tlenu w wysokich temp. Temperatura reakcji w ogniwie: 650-1000 ºC. Stosowane paliwa: węglowodory gazowe. Niewrażliwe na zanieczyszczenia paliwa tlenkami węgla i siarką. Sprawność kogeneracji energii elektrycznej i ciepła 85 %. Zastosowanie: w stacjonarnych generatorach energii elektrycznej i ciepła.

OGNIWO PALIWOWE SOFC cd Materiał anody Struktura związku YSZ

OGNIWO PALIWOWE SOFC cd Materiał katody A = Ca, Sr lub Ba M = Co, Mn, Ga, Fe, Bi V - wakans Struktura związku (A, Ln) MO 3-δ

RODZAJE OGNIW PALIWOWYCH SOFC Schemat ogniwa rurowego

RODZAJE OGNIW PALIWOWYCH SOFC Schemat ogniwa płytowego

SCHEMAT OGNIWA PŁYTOWEGO SOFC

OGNIWO PALIWOWE SOFC - podsumowanie Obecnie najszerzej badane są ogniwa o topografii płaszczyzny. Ogniwa tego typu są obecnie najtańszymi w produkcji i potencjalnie najbardziej nadają się do zastosowań komercyjnych. W trakcie procesu produkcji materiał anodowy i katodowy jest wytwarzany w postaci płytek otrzymanych w procesie syntezy wysokotemperaturowej, a następnie układa się z nich warstwy anoda elektrolit katoda i spieka wspólnie otrzymując połączoną strukturę. Kanały przepływu paliwa i powietrza formuje się w materiałach anody i katody na etapie ich syntezy. Płytowe ogniwa pozwalają na uzyskanie gęstości mocy na poziomie 3MW/m3. Mniejsze koszty produkcji, prosta kontrola jakości i większa gęstość mocy pozwala przypuszczać, że płytowa konstrukcja ogniwa paliwowego będzie dominować w przyszłych instalacjach komercyjnych. Aktualnie wysiłki skierowane są na pozyskanie odpowiednich materiałów pozwalających na łączenie ogniw SOFC o konstrukcji płytowej w stosy o większej mocy oraz obniżenie temperatury pracy ogniwa.

ZESTAWIENIE CECH OGNIW PALIWOWYCH

ZASTOSOWANIE OGNIW PALIWOWYCH

PERSPEKTYWY ZASTOSOWANIA Wykorzystanie do zasilania telefonów komórkowych, komputerów przenośnych, domów i mieszkań oraz elektrycznych silników samochodowych. Specjaliści oceniają, że zastąpienie tradycyjnych metod wytwarzania energii elektrycznej z węgla przez ogniwa paliwowe powinno zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 40% - 60%, zaś emisję tlenków azotu o 50% - 90%.

ZASILANIE TELEFONU KOMÓRKOWEGO (Toshiba)

ZASILANIE KOMPUTERA zastosowanie ogniwa DMFC

SAMOCHÓD HONDA FCX zasilany ogniwem paliwowym

ZASTOSOWANIE OGNIWA PEMFC

SAMOCHÓD HONDA FCX zasilany ogniwem paliwowym (podwozie)

SAMOCHÓD HONDA FCX zasilany ogniwem paliwowym (napęd koła)

ZASTOSOWANIE OGNIWA SOFC Moduł DF300 o mocy 250 kw Elektrownia o mocy 1 MW