gorivne celice energija prihodnosti

24
Gorivne celice Energija prihodnosti Mentor: prof.dr.Marko Zgonik Leto: 2012 Avtor: Marina Marič

Upload: pegeen

Post on 22-Mar-2016

124 views

Category:

Documents


5 download

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 Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Gorivne celice  Energija prihodnosti

Gorivne celice Energija prihodnosti

Mentor: prof.dr.Marko Zgonik Leto: 2012 Avtor: Marina Marič

Page 2: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 3: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 4: Gorivne celice  Energija prihodnosti

Gorivna celica elektrokemična naprava za pretvorbo kemične energije v električno energijo Glavni sestavni deli: elektrode

katalizatorji elektroliti goriva in oksidanti

Page 5: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 6: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 7: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 8: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 9: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 10: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 11: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 12: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 13: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 14: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 15: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 16: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 17: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 18: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 19: Gorivne celice  Energija prihodnosti

Aplikacija gorivnih celic Avtomobilizem Za sisteme ogrevanja Računalništvo

Page 20: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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.

Page 21: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 22: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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

Page 23: Gorivne celice  Energija prihodnosti

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/

 

Page 24: Gorivne celice  Energija prihodnosti

Lep pozdrav!