Palivové články - - teoretické základy a praktická realizace

Prezentace na téma: "Palivové články - - teoretické základy a praktická realizace"— Transkript prezentace:

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

2 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

3 Vodíková ekonomika a palivové články

4 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

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

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

7 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

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

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

10 Plynově difúzní elektrody

11 Plynově difúzní elektrody

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

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

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

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

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

17 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

18 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

19 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

20 Děkuji za pozornost !