Ogniwo paliwowe zasilane ciekłym metanolem Direct Methanol Fuel Cell



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

Laboratorium ogniw paliwowych i produkcji wodoru

STAN OBECNY I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA OGNIW PALIWOWYCH

MATERIAŁY W BUDOWIE OGNIW PALIWOWYCH

1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO

Ogniwa paliwowe (fuel cells)

Bezemisyjna energetyka węglowa

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

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

INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 2-OP BADANIE OGNIW PALIWOWYCH

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

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

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

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

CHP z ogniwem paliwowym Przegląd rynku

UZUPEŁNIENIE DO WYKŁADÓW

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

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

Stanowisko do badania ogniwa paliwowego Nexa 1,2 kw

OGNIWA PALIWOWE SPOSOBY NA KRYSYS ENERGETYCZNY

Ogniwa paliwowe. Rozdział 5

Wykład VII. Ogniwa paliwowe

JEDNOKOMOROWE OGNIWA PALIWOWE

Karta pracy III/1a Elektrochemia: ogniwa galwaniczne

ĆWICZENIE 1. Ogniwa paliwowe

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

Ogniwa paliwowe - zasada działania

Technologia ogniw paliwowych w IEn

Ogniwa paliwowe komercyjne rozwiązania SOFC

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Wysoka sprawność ogniwa paliwowego zasilanego metanolem

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

Przetwarzanie energii: kondensatory

Co to są ogniwa paliwowe

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

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

Przetwarzanie energii: kondensatory

LABORATORIUM PRZEMIAN ENERGII

Ć W I C Z E N I E 6. Nadnapięcie wydzielania wodoru na metalach

Podstawy elektrochemii

4. OGNIWA GALWANICZNE 1

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

Możliwości magazynowania energii elektrycznej z OZE

ELEKTRODY i OGNIWA. Elektrody I rodzaju - elektrody odwracalne wzgl dem kationu; metal zanurzony w elektrolicie zawieraj cym jony tego metalu.

NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt, Au

Wrocław dn. 22 listopada 2005 roku. Temat lekcji: Elektroliza roztworów wodnych.

Ogniwowa rewolucja. Zimne spalanie

Zarządzanie Energią i Teleinformatyka

Analiza możliwości zasilania wyposażenia pojedynczego żołnierza przy zastosowaniu ogniw paliwowych

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

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

Wykład IX. Ogniwa paliwowe

Cel ogólny lekcji: Omówienie ogniwa jako źródła prądu oraz zapoznanie z budową ogniwa Daniella.

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

NIEKONWENCJONALNE ŹRÓDŁA ENERGII OGNIWA PALIWOWE

Wybrane Działy Fizyki

Laboratorium z Elektrochemii Ciała Stałego

Materiały w bateriach litowych.

Polimerowe, superjonowe membrany dla ogniw paliwowych typu PEMFC

Materiały elektrodowe

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH. Ogniwo paliwowe (R-3)

OBWODY PRĄDU STAŁEGO. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ćwiczenie nr 2 Ogniwa paliwowe

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

Metody badań składu chemicznego

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

Zakład Napędów Wieloźródłowych Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW Laboratorium Napędów Elektrycznych. Ćwiczenie: Badanie ogniwa wodorowego.

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

wykład 6 elektorochemia

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

Materiały do zajęć dokształcających z chemii nieorganicznej i fizycznej. Część V

Elementy Elektrochemii

Elektrochemia. Reakcje redoks (utlenienia-redukcji) Stopień utlenienia

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

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

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

Elektrochemia - prawa elektrolizy Faraday a. Zadania

Rozdział 4 Elektrolizery

OGNIWA PALIWOWE W GENERACJI ROZPROSZONEJ

Pytania przykładowe na kolokwium zaliczeniowe z Podstaw Elektrochemii i Korozji

Ciała przewodzące prąd elektryczny

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

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

MODUŁ. Elektrochemia

Od baterii z Bagdadu do ogniw paliwowych

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

Badanie ogniwa paliwowego typu PEM

RYS. 1 Schemat poglądowy działania węglowego ogniwa paliwowego.

Ogniwa galwaniczne i paliwowe

Wydział Chemiczny. Promotor: prof. dr hab. inż. Kazimierz Darowicki

Elektrochemia elektroliza. Wykład z Chemii Fizycznej str. 4.3 / 1

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

WODOROWE OGNIWO PALIWOWE EKOLOGICZNE ŹRÓDŁO ZASILANIA POJAZDÓW PRĄDEM STAŁYM

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

Budowę ogniwa galwanicznego opiszemy na przykładzie ogniwa glinowo- -srebrowego, które przedstawiono na Rysunku 1.

Podstawowe pojęcia 1

Transkrypt:

Ogniwo paliwowe zasilane ciekłym metanolem Direct Methanol Fuel Cell Grzegorz Słowiński Podsumowanie 7 miesięcznego pobytu na stypendium Marii Curie na Newcastle University w Anglii

Plan prezentacji Wprowadzenie Ogniwa paliwowe zasada działania i historia Klasyfikacja ogniw paliwowych Ogniwo metanolowe zastosowania, motywacja badań zasada działania budowa, części składowe, reakcje elektrodowe, produkcja ogniwa badanie ogniwa pojedyncze ogniwo półogniwo nowe katalizatory

Ogniwo paliwowe zasada działania Anoda: H 2 => 2H + + 2e Katoda: ½O 2 + 2H + + 2e => H 2 O W sumie: H 2 + ½O 2 => H 2 O H = 285,8 kj/mol, G = 237,1 kj/mol, teo. = 83 %

Ogniwo paliwowe historia Christian F. Schoenbein w 1839 donosi o powstawaniu prądu w reakcji wodoru z tlenem. Sir William R. Grove konstruuje pierwsze ogniwo w 1842. Wilhelm Ostwald i Walther H. Nerst zaprezentowali teorię ogniwa paliwowego w 1905.

Ogniwo paliwowe historia cd. Amerykański program kosmiczny, lata 60 te: Gemini 5 pierwszy statek kosmiczny z ogniwem Apollo, lądowanie na Księżycu również z ogniwem Drugi kryzys paliwowy 1973 r. Od tego czasu systematyczny wzrost zainteresowania i badań nad ogniwami.

Rodzaje ogniw paliwowych Temperatura dzia ania Elektrolit Paliwa Alkaliczne ogniwo AFC Ogniwo polimerowe PEMFC Ogniwo z kwasem fosforowym PAFC Ogniwo ze stopionym w glanem MCFC Ogniwo z ceramik tlenkow SOFC 70-220 C do 120 C 130-220 C 600-800 C 700-1000 C Zasada potasowa (KOH) Czysty wodór Membrana polimerowa Wodór + reformowany methanol St o ny kwas fosforowy Wodór, gaz ziemny Stopiony w glan Li/K Wodór, gaz ziemny Ceramika tlenkowa Wodór, gaz ziemny Zakres mocy Do 12 kw Do 250 kw Do 1 MW Do 2 MW Do 10 MW Zastosowanie Kosmonautyka, odzie podwodne Przeno ne, transportowe, APU, CHP Mae elektrownie, APU, CHP Elektrownie Elektrownie, APU, CHP APU - Auxiliary Power Unit, pomocnicza jednostka mocy, CHP - Combined Heat and Power, kogeneracja elektryczno ci i ciepa

Rodzaje ogniw paliwowych

Ogniwo metanolowe Reforming metanolu do wodoru + ogniwo wodorowe Ogniwo zasilane metanolem w postaci gazowej Ogniwo zasilane metanolem w postaci ciekłej (L)DMFC Uwaga: w rzeczywistości paliwem jest roztwór metanolu w wodzie

DMFC zastosowania Zastosowania przenośne; laptopy, kamery cyfrowe, ładowarki do komórek itp. DMFC do laptopa, Smart Fuel Cells Ładowarka baterii do laptopa, Smart Fuel Cell.

DMFC zastosowania Zaletą jest krótki czas ładowania ogniwa; akumulatorki ładuje się kilka godzin. Cele: 1) maksymalizacja gęstości mocy z objętości systemu ogniw 2) obniżenie ceny Ładowarka baterii do komórek na bazie ogniwa metanolowego, Mechanical Technologies

Ogniwo metanolowe Anoda: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e Katoda: 1.5O 2 + 6H + + 6e => 3H 2 O W sumie: CH 3 OH + 1.5O 2 => CO 2 + 2H 2 O U teor = 1,2 V U real = 0,3 0,7 V

Budowa ogniwa Elektrolit Elektrody warstwa katalityczna warstwa dyfuzyjna Płytki doprowadzające paliwo i powietrze (lub tlen) Zbiornik paliwa Pompa paliwa i wentylator (opcja)

Budowa ogniwa Elektrolit + Elektrody = MEA Uszczelka z taśmy teflonowej Płytki grafitowe Grzałka Płytka z tworzywa sztucznego Śruba

Budowa ogniwa Widok z boku i z góry

Elektrolit Zadania: Przewodzić jony wodoru Nie przewodzić elektronów Separować stronę anodową od katodowej Polimer polifluorosulfonowy (drogi i taki sobie) Nafion firmy Du Pont Sterion firmy David Fuel Cell Components

Nafion F F F F C C C C F F X O F Y R f SO 3 H Kopolimer tetrafluoroetylenu i perfluorowanych monomerów zawierających grupę sulfonową

Elektrolit transport jonów Elektrolit musi być wilgotny Jon wodoru jest transportowany w postaci H 3 O + Podobieństwo metanolu do wody powoduje dyfuzję metanolu przez membranę tzw. crossover H OH i H 3 C OH

Elektrody Wykonywane wprost na elektrolicie Wykonywane oddzielnie i następnie sprasowywane z elektrolitem Żywica Nafion Warstwa katalityczna Warstwa dyfuzyjna Warstwa nośna Schemat elektrody wykonywanej oddzielnie

MEA Elektroda Uszczelka teflonowa MEA z uszczelką teflonową

Katoda redukcja tlenu 2H + H 2 O I O 2 Pt O O Pt 2e Pt O 2H + 2H + H 2 O H 2 O II 2e O 2 Pt 2e H 2 O 2 Pt Pt

Wykonanie katody Oczyszczenie podkładu Przygotowanie tuszu węglowego Pomiar podkładu i Policzenie wymaganej zmiany masy Nakładanie węgla Obróbka w piecu Przygotowanie tuszu z katalizatorem Nakładanie katalizatora Obróbka w piecu

Katalizator na katodzie Czerń platynowa Platyna wsparta na węglu (20, 50 %) Katalizator odporny na metanol np. Ru/Se lub częściowo odporny np. Pt/Me

Anoda utlenienie metanolu OH OH OH OH H + H + CH 3 CH 2 CH H+ C Pt Ru Pt Ru Pt Ru Pt Ru O C Pt H + Ru e e e O C Pt H O H Ru e 2e O C O Pt H + H + Ru

Wykonanie anody Oczyszczenie podkładu Przygotowanie roztworu katalitycznego Pomiar podkładu i Policzenie wymaganej zmiany masy Nakładanie katalizatora Obróbka w piecu

Katalizator na anodzie Platyna i ruten; w postaci proszków ze związków chemicznych np.: H 2 PtCl 6 i RuCl 3 stosunek Pt:Ru jak np. 1:1, 2:1

Płytki transportowe Wlot i wylot powietrza Kanaliki Pod cza elektryczne Wlot i wylot paliwa Dziura na rub

Badanie pojedynczego ogniwa Aby zbadać parametry wykonanego MEA

Badanie pojedynczego ogniwa Miernik elektryczny Zasilacz Przepływomierz CH 3 OH + H 2 O Pompa Powietrze Pojedyncze ogniwo Wylot powietrza Kontroler temperatury

Badanie pojedynczego ogniwa Pompa paliwowa Miernik elektryczny, kontroler temperatury i zasilacz

Badanie pojedynczego ogniwa Krzywa: gęstość prądu napięcie

U [V 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 20 C 60 C 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 i [ma/cm2] Current Voltage curves of the evaluated single cell at 20 o C and at 60 o C; cathode 3.5 mg/cm Pt; anode ~2 mg Pt + ~1 mg Ru P [mw/cm2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 20 C 60 C 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 i [ma/cm2] Current Power curves for evaluated single cell at 20 o C and at 60 o C; cathode 3.5 mg/cm Pt; anode ~2 mg Pt + ~1 mg Ru

Pomiary w półogniwie Aby zbadać parametry pojedynczej elektrody

Pomiary w półogniwie Wlot tlenu Elektroda odniesienia Wylot tlenu Pułapka wodna Uchwyt elektrody roboczej Uszczelka Wlot i wylot tlenu Elektroda pomocnicza Kapilara Luggina Nakrętka uchwytu

Pomiary w półogniwie

Pomiary w półogniwie Podłącze elektryczne Mała nakrętka Drut platynowy Podkłądka Katoda Wlot i wylot powietrza Uszczelka

Pomiary w półogniwie Małe części układu trójelektrodowego. Elektroda pomocnicza, kapilara Luggin'a, uchwyt elektrody roboczej, nakrętka uchwytu i uszczelki

Pomiary w półogniwie Potencjostat Voltalab PGZ 301 Przepływomierz

Pomiary w półogniwie Pt 50 wag. % /C Liniowa voltametria (LSV) dla katod z różną ilością katalizatora

Pomiary w półogniwie current density at 0.4 V vs SHE 280 260 240 220 i [ma/cm2] 200 180 160 140 120 100 0 1 2 3 4 5 6 Pt loading [mg/cm2] catalyst - Pt50%/C Fig. 20. Current at 0.4 V vs. SHE as a function of Pt loading Prąd przy napięciu 0,4 V względem elektrody wodorowej w funkcji ilości zastosowanego katalizatora

Nowe katalizatory W literaturze pojawiły się doniesienia iż katalizatory dwuskładnikowe typu Pt Me np. Pt Fe są lepsze niż sama Pt na katodzie Wykonaliśmy kilkanaście syntez katalizatorów typu Pt Me/C trzema metodami carbonyl route / droga karbonylowa glycol process / proces glikolowy aqueous process / proces wodny

Nowe katalizatory Synteza Pt Cr/C drogą karbonylową Pt 20%/C + Cr(CO) 6 Oczyszczenie ksylenu (sito molekularne +destylacja) Synteza właściwa (refluxing) Odfiltrowanie katalizatora Obróbka piecowa

Nowe katalizatory Łapacz wilgoci Wylot wody Wlot wody Wlot azotu Mieszadełko magnetyczne Wężownica Termometr Grzanie + mieszanie

Millenium Bridge w Newcastle Dziękuję Państwu za uwagę!!!