vodíkové články
DESCRIPTION
Vodíkové články. Skupina „pána Nováka“ I.B 2008/09. Obsah prezentácie. Základné informácie o palivových článkoch História palivových článkov Zloženie palivových článkov Rozdelenie palivových článkov Druhy palivových článkov Spôsoby získavania vodíka Výroba vodíka pomocou mikroorganizmov. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Vodíkové článkySkupina „pána Nováka“
I.B
2008/09
Obsah prezentácie
Základné informácie o palivových článkoch
História palivových článkov
Zloženie palivových článkov
Rozdelenie palivových článkov
Druhy palivových článkov
Spôsoby získavania vodíka
Výroba vodíka pomocou mikroorganizmov
Palivový článok
Fuel Cell (FC)
Zariadenie premieňajúce chemickú energiu priamo na elektrickú energiu
Opak elektrolyzéra
História palivových článkov
1839
William Robert Grove - koncepcia 1. palivového článku - pri pokuse o obrátenie procesu elektrolýzy vyrobil z vodíka a kyslíka jednosmerný prúd
1960
F. Thomas Bacon - 1. prevádzkyschopný palivový článok
Využívanie v kozmickom priemysle ako ľahšia náhrada za ťažké batérie
Použitý vo vesmírnych lodiach Skylab a Apollo
od 1970
Pokusy, ako ich využiť na pohon vozidiel - väčšinou neúspešné
1994
DaimlerChrysler - úspešné riešenie pohonu vozidla NECAR 1 palivovým článkom
2003
V Európe sa premáva 30 autobusov s palivovými článkami
Zloženie palivových článkov
Základné časti: Katóda Anóda Elektrolyt
Ostatné časti: Zásobníky a prívody paliva a oxidovadla rezervoár pre elektrolyt Vývody spotrebič (elektromotor)
Palivo: vodík, metán, metanol, kyselina mravčia a octová glukóza
Oxidovadlo: kyslík, peroxid vodíka, tiokyanát draselnýProdukty: teplo + látka (podľa typu článku)
Elektródy
• Katóda• Anóda
• Funkcie1. povrch na ionizáciu/deionizáciu2. vedenie elektrónov na/z rozhrania3. fyzická bariéra
• vlastnosti: vodivá, porézna, priepustná, katalytická• Materiály
• Kovové – Ni• Nekovové – C• Katalyzátor – Pt, Pd
Elektrolyt
El. vodič 2. triedy – náboj sa prenáša pohybom iónov
Úlohy dopravuje reaktanty na elektródu uzatvára el. obvod fyzická bariéra
Materiály pevné – membrány, oxid zirkoničitý kvapalné – KOH, kys. Fosforečná, tavenina uhličitanov
Musí byť hydratovaný vodou
Rozdelenie PČ
Podľa pracovnej teploty
Podľa použitého paliva/oxidantu
Podľa elektrolytu
Podľa použitia
Druhy palivových článkovA FC - Alkalický palivový článok
PEM FC - Palivový článok s protónovou membránou
DM FC
PA FC - Palivový článok s kyselinou fosforečnou
MC FC - Palivový článok s uhličitanovou taveninou
SO FC - Palivový článok s elektrolytom z tuhých oxidov
Typ článku Protónová membrána (PEMFC)
Alkalický (AFC) Kyselina fosforečná (PAFC)
Tavenina uhličitanov (MCFC)
S tuhým oxidom (SOFC)
Elektrolyt tuhý polymér 35% roztok hydroxidu draselného
koncentrovaná kyselina fosforečná
uhličitan lítny a draselný
keramika (tuhé oxidy ytria a zirkónu)
Nosič náboja H+ OH− H+ CO2− O2−
Pracovná teplota 60–90 °C80–120 °C
~200 °C ~650 °C700–1000 °C
Palivo čistý H2 čistý H2 čistý H2 (toleruje CO2, do 1% CO)
H2, CO, CH4, (vyžaduje CO2)
H2, CO, CH4, uhľovodíky (toleruje CO2)
Elektrická účinnosťVýkon
35–45 %5 – 250 kW
45–65 %<12 kW úzky
40 %200 kW
20 kW–20 MW>50 %
>50 %20kW–200MW
výhody Malá prevádzková teplota, rýchly nábeh, účinnosť
Vysoká účinnosť, nízka prevádzková teplota
Možnosť využiť odpadové teplo, vysoké výkony
Vysoká účinnosť, dosiahnutie vysokývh výkonov, cena, palivo
Vysoká účinnosť, dlhá životnosť, možnosť dosiahnutia vysokých výkonov
nevýhody Vysoká cena, problém získavania paliva
Dosahujú nízke výkony
Nutnosť dopĺňania elektrolytu
Doba nábehu Vysoká pracovná teplota, cena
spoločnosti Ballard (Kanada), Nuvera (Taliansko-USA) UTC (USA), H Power (USA)
Energy Partners (USA), UTC (USA), Zetec (GB), Astrid Energy (Kanada)
ONSI (USA-Japonsko), Fuji-Toshiba (USA-Japonsko)
FCE (USA), MTU (Nemecko), IHI (Japonsko), Ansaldo (Taliansko)
Siemens-Westinghouse (Nem./USA), Sulzer Hexis (Švajčiarsko), Mitsubishi (Japonsko)
PEM - Proton Exchange Membrane
Obsahuje špeciálnu PEM membránu ( fluorovaná kyselina sulfónová )
Pracovná teplota: 60-90 (veľmi nízka)
Palivo: H
Nosič náboja: H+
účinnosť: 60-65%
El. výkon: 5 – 250 kW
Anóda: H2(g) → 2H+(aq) + 2e− Katóda: ½O2(g) + 2H+(aq) + 2e− → H2O(l) Celkovo: H2(g) + ½O2(g) → H2O(l)
• výhody: - nízka pracovná teplota
- vysoká prúdová hustota
- minimálna ekol. záťaž (odpad je len voda)
- dosiahnutie plného výkonu za krátky čas
• nevýhody: - vysoká cena membrány
- citlivosť na nečistoty
- problémy s palivom
Využitie PEMFC
Spôsoby získavania vodíka
1. Štiepenie uhľovodíkov vodnou parou
2. Parciálna oxidácia uhľovodíkov
3. Konverzia vodného plynu
4. Vodík z reformovania benzínov
5. Koksárenský plyn - zdroj vodíku
6. Elektrolýza vody, kyselín, chloridu sodného
7. Rozklad vodní páry železom
8. Rozklad metanolu
9. Rozklad amoniaku
10. Rozklad vody
11. Moderné procesy pre výrobu vodíka
Výroba vodíka pomocou mikroorganizmov
Zelené riasy čeľade Chlamydomonas
Podmienky: anaeróbne prostredie ← tma
tím okolo mikrobiológa profesora Tasiosa Melisa z Kalifornskej univerzity v Berkeley
pri bežnom svetle riasy pohnoja a rozmnožia
Potom však už riasy nedostanú žiadnu síru
zastaví fotosyntéza zelených riasy
látková premena pre anaeróbne podmienky
aktivuje špeciálny enzým, ktorý sa odštiepi a uvoľní od vodných molekúl vodíka
Výrobcovia palivových článkov
USAamerická firma Ballard International Fuel Cells and Mechanical Technology Inc. - prvé vozidlo v roku 1989
Nemecko - Wolkswagen• Wolkswagen - zúčastnil sa Challenge Bidendum v Šanghaji • Tiguan HyMotion• Maximálny výkon 100 kW, maximálna rýchlosť 150 km/h pri zrýchlení
z 0 na 100 km/h za 14 sekúnd
Kórea – Kianová platforma SUV s pohonom na palivové článkytri elektromotory poháňané prúdom z palivového článku s výkonom 134 konských síltyp Kia Sorento (vľavo) akceleruje na 100 km/h iba za desať sekúnd Kia spolu so sesterským podnikom Hyundai - Kia Rio Hybrid (vpravo) s kombináciou benzínového a elektrického motora
Francúzsko - Citroen
Citroen Berlingo 500E Electrique
vhodný na jazdu po meste. Maximálna rýchlosť 100 km/h, zrýchlenie z nuly na 50 km/h za 8,4 sekundy
Ďalšie automobilky
Honda, Mazda, Nissan, Toyota, Volkswagen, Volvo, Chrysler, Ford
General Motors (obrázok)
Vypracovali:
Grafická úprava a záverečné spracovanie: Dominik Pastier
Vodíkové články: Matúš Matisko
História vodíkových článkov: Dominika Krišková
Spôsob prípravy vodíka a príprava pomocou mikroorganizmov: Andrea Knapiková
Výrobcovia: Monika Daniláková