Palivové články - - teoretické základy a praktická realizace Karel Bouzek Institute of Chemical Technology Prague

Vodíková ekonomika a palivové články originální pohled vodík jako ušlechtilé palivo, které v budoucnosti postupně nahradí ta fosilní, obzvláště v mobilních aplikacích rozšířený pohled – vodík jako energetický vektor role vodíku jako paliva zůstává zachována, ale tento význam klesá narůstá význam vodíku jako látky s vysokou hustotou energie a vysokou reaktivitou význam druhé role narůstá úměrně tomu, jak roste výkonová kapacita obnovitelných zdrojů integrovaných do distribuční sítě význam dále poroste v systémech distribuovaného zásobování energií

Vodíková ekonomika a palivové články

Vodíková ekonomika a palivové články 2H2 + O2 → 2 H2O H0 = -285,8 kJ mol-1 G0 = -237,3 kJ mol-1 proč ano: specifická energie reaktivita produkt oxidace zdroje proč ne: reaktivita plynná forma zdroje

Vodíková ekonomika a palivové články H2 O2 O2 2H2O → 2H2 + O2 2H2 + O2 → 2 H2O energie energie H2O

Vodíková ekonomika a palivové články termodynamická účinnost elektrochemické konverze termodynamická účinnost Carnotova cyklu TS = 10 °C, TT = 1 000 °C

Vodíková ekonomika a palivové články vedle termodynamiky hraje významnou roli rovněž kinetika příčiny ztrát O2 + 4e- ↔ 2O2- j 4H+ + 4e- ↔ 2H2 UFC E UOCP UEL

Historie palivových článků Sir William Robert Growe (1811 – 1896) 1839 pozoroval jev, který nazval inverzní elektrolýzou vody

Princip funkce palivového článku O2 + 4e- → 2O2- 2H2 → 4H+ + 4e- 2H2 + O2 → 2 H2O

Plynově difúzní elektrody

Plynově difúzní elektrody

Praktická realizace palivového článku zapojení do svazku jako způsob redukce ztrát proud vs. napětí v elektrochemických systémech rizika

Rozdělení palivových článků primární rozdělení podle provozní teploty nízkoteplotní středněteplotní vysokoteplotní jemnější rozdělení podle provozní teploty

Nízkoteplotní palivové články palivové články typu PEM alkalické palivové články 2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e- O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Středněteplotní palivové články palivové články na bázi kyseliny fosforečné 2H2 → 4H+ + 4e- O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

Vysokoteplotní palivové články palivové články na bázi keramického elektrolytu (SOFC) 2H2 + 2O2- → 2H2O + 4e- O2 + 4e- → 2O2-

Elektrolýza vody jako komplementární technologie způsob uložení elektrické energie ve formě energie elektrické v principu proces reverzibilní k palivovému článku filosofie používaných zařízení odpovídá konstrukci palivových článků modifikace nezbytná z důvodu vyšší požadavků na materiály kritické zejména na straně anody středněteplotní systémy dosud nestabilní alternativní způsoby využití vysokoteplotního procesu stabilizace výkonu jaderných reaktorů IV. generace konverze oxidu uhličitého na syntézní plyn

Výzkum vodíkových technologií na VŠCHT Praha palivové články v současnosti CHP jednotky na bázi středněteplotních palivových článků ověření stability použitých komponent optimalizace konstrukce a provozních podmínek matematické modelování systému financování výhradně z evropských zdrojů elektrolýza vody v současnosti dominující výzkumná tématika nízkoteplotní elektrolýza alkalický i PEM proces polymerní elektrolyt a katalyzátor scale-up jednotek vysokoteplotní elektrolýza vývoj a charakterizace komponent matematické modelování

Závěry rozsah přednášky příliš krátký pro vysvětlení podstaty slouží zejména jako úvod do problematiky a hlubší diskuse významným mezníkem akreditace nového studijního oboru Vodíkové a membránové technologie výuka v tomto směru rovněž na celoevropské úrovni EM3E – Erasmus Mundus Master in Membrane Engineering EUDIME – Erasmus Mundus Doctorate in Membrane Engineering

Děkuji za pozornost !