gorivne celice energija prihodnosti
DESCRIPTION
Gorivne celice Energija prihodnosti. Mentor: prof.dr.Marko Zgonik Leto: 2012 Avtor: Marina Marič. Uvod v Gorivne Celice. Zgodovina FC Kaj je gorivna celica Osnove delovanja FC Vrste FC Opis posameznih FC - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Gorivne celice Energija prihodnosti
Mentor: prof.dr.Marko Zgonik Leto: 2012 Avtor: Marina Marič
Uvod v Gorivne Celice
Zgodovina FC Kaj je gorivna celica Osnove delovanja FC
Vrste FC Opis posameznih FC
Prednosti in slabosti FC, aplikacija celice Aplikacija fc
Avtomobilizem
Some history of Fuel Cell
1839: 1.primitivna gorivna celica; William Grove 1889: izraz Gorivna Celica 1932: prva trajna delujoča gorivna celica 1952: 5kW univerzalna gorivna celica; traktor z močjo 15kW; Harry Karl Ihrig 1959: prvo osebno vozilo 1950/1960: NASA razvija tehnologijo FC v vesoljskih plovilih; Gemini in Apollo 1993: prvi avtobus na gorivne celice 1997: prototip osebnega avtomobila 1999: vozilo s pogonom na FC; Daimler - Chrysler
Gorivna celica elektrokemična naprava za pretvorbo kemične energije v električno energijo Glavni sestavni deli: elektrode
katalizatorji elektroliti goriva in oksidanti
Osnove delovanja gorivne celice
delovanje podobno galvanskemu členu oz. zagonski bateriji gorivo običajno vodik ali plin, ki vsebuje vodik in zrak značilnosti proizvodnje električne energije z gorivnimi celicami:
zelo nizka emisija škodljivih plinov velik izkoristek tiho delovanjemožnost enostavnega povezovanja posameznih celic v module
Kisik in vodik reagirata med seboj, produkt je voda, sprošča se energija H2 + ½ O2 katalizator → H2O + toplotna energija sprošča se ogromna količina toplote, reakcija je eksotermna v gorivni celici vodik in kisik tvorita električni člen
O 2
H 2O
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
O 2
O 2
O 2
O 2
H 2O
H 2O
H +
H +
+ -
MEMBRANA KATODAANODA
ZRAK
VODA + ZRAK
VODIK
VODIK
vodik oksidira, sprostijo se elektroni H2 → 2H+ + 2e- (anoda) elektroni tečejo na katodo, reducira se kisik ½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O (katoda) skupna reakcija: H2 + ½ O2 → H2O produkti reakcije: voda, električna energija, toplota H2 + ½ O2 katalizator → H2O + toplotna energija+ električna
energijaO 2
H 2O
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
H 2
O 2
O 2
O 2
O 2
H 2O
H 2O
H +
H +
+ -
MEMBRANA KATODAANODA
ZRAK
VODA + ZRAK
VODIK
VODIK
Vrste gorivnih celic – osnovna delitev
delovna temperatura (visoka, srednja, nizka) tlak delovanja (visok, srednji, nizki)
uporabljeno gorivo, oksidant gorivo, oksidant v plinastem agregatnem stanju, tekoča goriva, celice na trdna goriva
stanje goriva (direktni, indirektni) način dovajanja goriva (primarne, sekundarne)
elektrolit
Delitev glede na elektrolit AFC – alkaline fuel cell
PAFC – phosporic acid fuel cell PEMFC – proton electrolyte fuel cell
SOFC – solid oxide fuel cell SPFC – solid polymer fuel cell
MCFC – molten carbonate fuel cell DMFC – direct methanol fuel cell
Ime S polimerno membrano
Alkalijske
S fosforno kislino
Z raztopljenim karbonatom
S trdnim oksidom
Kratica PEMFC AFC PAFC MCFC SOFCDelovna temperatura [°]
80 – 90 100 200 – 250 650 800 – 1000
Izkoristek [%]
50 – 60 >>70 40 50 – 60 50 – 60
Oksidant Kisik ali zrak
Kisik ali zrak
Kisik ali zrak
Kisik ali zrak in CO2
Kisik ali zrak
Delitev glede na način dovajanja goriva1. Primarne gorivne celice: gorivo in oksidant dovajamo iz zunanjih rezervoarjev produkt reakcije izmet (O1, N1, H1O, CO1)
PRODUKT
KAT
OD
A -
AN
OD
A +
OKSIDANTGORIVO
2. Sekundarne gorivne celice: produkt reakcije se obnovi v izhodiščne elemente dovajamo termično in električno energijo elementi se obnovijo v gorivnem elementu ali tudi izven njega
PRODUKT
ENERGIJA
REGENERATORSEPARATOR
KAT
OD
A -
AN
OD
A +
GO
RIV
O
OK
SID
AN
T
PEMFC – proton electrolyte membrane fuel cell
Najpogostejša med FC Nizkotemperaturne celice, nizke temperature Visoka gostota energije Gorivo čist vodik, oksidant kisik ali zrak za delovanje celice mora membrana vsebovati dovolj vode Osnovna enota: 2 elektrodi, elektrolit (prevodnik) Plinsko – difuzijski elektrodi Osnovne elektrokemične reakcije Transport elektronov
Prednosti in slabosti PEMFC,aplikacija celice1. Prednosti:
deluje pri nizki temperaturi daljša življenjska doba te celice
2. Slabosti: katalizatorji iz dragih plemenitih kovin
platina je draga in občutljiva na ogljikov monoksid proces mora biti izredno čist
3. Aplikacija: avtomobili s hitrim zagonom, lahka vozila
zgradbe druga manjša poraba
AFC – alcalic fuel cell delujejo z zelo čistim vodikom (gorivo) in zelo čistim kisikom
(oksidant) elektrolit je KOH razvite za vesoljska plovila reakcija na anodi: H2 + 2(OH)- = 2H2O + 2e-
reakcija na katodi: O2 + H20 + 2e- = 2(OH)-
delujejo pri nizkih temperaturah uporaba v vesoljski in vojaški tehniki
Prednosti in slabosti AFC,aplikacija celice
1. Prednosti: visoko zmogljive celice
visok izkoristek
2. Slabosti: občutljivost na ogljikov dioksid
vodik in kisik morata biti izredno čista postopek čiščenja ni poceni
3. Aplikacija: ameriški vesoljski program vojaška in vesoljska tehnika
PAFC – phosphoric acid fuel cell fosforno – kislinske gorivne celice edine komercialno najbolj dosegljive in razvite reakcija na anodi: H2 = 2H+ + 2e-
reakcija na katodi: O2 + 2H+ + 2e- = H20 kot katalizator služijo dragi materiali – platina
Prednosti in slabosti PAFC,aplikacija celice
1. Prednosti: veliko manj občutljiva na nečistoče v pridobivanju vodika
2. Slabosti: nižji neposredni izkoristek visoka cena takšnih celic
3. Aplikacija: bolnice
domovi za ostarele hoteli uradi Šole
elektrarne, večja vozila, avtobusi, lokomotive
Aplikacija gorivnih celic Avtomobilizem Za sisteme ogrevanja Računalništvo
Avtomobilizem mehanika, elektrika in elektronika spravljene v 28 cm debelo; 4,4 m dolgo; 1,8 m široko dno avtomobila v zadnjem delu 200 gorivnih celic, zloženih v blok 47 * 25 * 49 cm izhodna moč bloka 94kW električna napetost 125V izmenični tok možnost povečanja napetosti na 250V trifazni asinhronski električni motor, moč 60kW v osrednjem delu 3 valjaste posode za vodik iz ogljikovih vlaken; v njih 2 kg uplinjenega vodika s tlakom 350 barov.
Prednosti električnih vozil nižji stroški prevoza tiha vozila manj obremenjujejo okolje manj sestavnih delov, nižja cena manjša možnost okvar večje udobje prevozijo lahko veliko več kilometrov
Slabosti električnih vozil doseg vozila omejen z zalogo energije (baterije) med potjo dodatno polniti baterije na polnilnih postajah akumulatorji težki, zavzamejo veliko prostora omejena življenjska doba akumulatorjev polnjenje akumulatorja najmanj 3 ure
Viri
ENERGETIKA; Jurij Drev, Jelka Onuk; 2010 Handbook of Fuel Cells (Fundamental Technology and Applications); Volume 1; Wolf Vielstich, Arnold Lamm, 2003 Handbook of Fuel Cells (Fundamental Technology and Applications); Volume 2; Wolf Vielstich, Arnold Lamm, 2003 SIHFC, obnovljivi viri energije, 2007 Fuel Cell Technology Handbook, Gregor Hoogers; CRC Press LLC, 2003 http://www.mojmikro.si/geekfest/pogled_naprej/gorivne_celicehttp://www.mg.gov.si/fileadmin/mg.gov.si/pageuploads/Energetika/Porocila/Gorivne_celice_dipl.pdfhttp://gcs.gi-zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT78.htmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell http://www.motorevija.si/l3.asp?L1_ID=39&L2_ID=209http://www.youtube.com/watch?v=fS4hZWTo8p4http://www.youtube.com/watch?v=UbaL48ybvGAhttp://www.fuelcells.org/http://www.in-wheel.com/media/website/energijski-viri-za-elektricna-vozila-prezentacija/prezentacijaevirizaev.pdf http://www.evropa.gov.si/si/energetika/obnovljivi-viri-energije/
Lep pozdrav!