Vodkov lnky Skupina pna Novka I B 200809

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

Palivový článok Fuel Cell (FC) Zariadenie premieňajúce chemickú energiu priamo na elektrickú energiu Opak elektrolyzéra

História palivových článkov od 1970 1839 1960 William Pokusy, F. Thomas Robert ako ich Bacon Grove využiť - - koncepcia na 1. prevádzkyschopný pohon 1. vozidiel palivového - článku - pri pokuse o obrátenie procesu palivový článok väčšinou neúspešné elektrolýzy vyrobil z priemysle vodíka a 1994 Využívanie v kozmickom ako kyslíka ľahšia jednosmerný prúd náhrada za ťažké batérie Daimler. Chrysler - úspešné riešenie pohonu Použitý vo vesmírnych lodiach Skylab a Apollo vozidla NECAR 1 palivovým článkom 2003 V Európe sa premáva 30 autobusov s palivovými článkami

Zloženie palivových článkov Základné časti: n Katóda n Anóda n Elektrolyt Ostatné časti: n Zásobníky a prívody paliva a oxidovadla n rezervoár pre elektrolyt n Vývody n spotrebič (elektromotor) Palivo: vodík, metán, metanol, kyselina mravčia a octová glukóza Oxidovadlo: kyslík, peroxid vodíka, tiokyanát draselný Produkty: teplo + látka (podľa typu článku)

Elektródy • • Katóda Anóda • 1. 2. 3. Funkcie povrch na ionizáciu/deionizáciu vedenie elektrónov na/z rozhrania 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 n dopravuje reaktanty na elektródu n uzatvára el. obvod n fyzická bariéra Materiály n pevné – membrány, oxid zirkoničitý n 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 článkov Typ článku Elektrolyt Protónová membrána (PEMFC) tuhý polymér Alkalický (AFC) Kyselina fosforečná Tavenina uhličitanov S tuhým oxidom (PAFC) (MCFC) (SOFC) 35% roztok hydroxidu draselného OH− koncentrovaná kyselina fosforečná uhličitan lítny a draselný keramika (tuhé oxidy ytria a zirkónu) H+ ~200 °C CO 2− ~650 °C O 2− A 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 Nosič náboja Pracovná teplota H+ 60– 90 °C čistý H 2 80– 120 °C čistý H 2 Elektrická účinnosť Výkon 35– 45 % 5 – 250 k. W 45– 65 % <12 k. W úzky výhody Malá prevádzková Vysoká účinnosť, Možnosť využiť Vysoká účinnosť, teplota, rýchly nízka prevádzková odpadové teplo, dosiahnutie nábeh, účinnosť teplota vysoké výkony vysokývh výkonov, cena, palivo Palivo nevýhody spoločnosti Vysoká cena, problém získavania paliva Ballard (Kanada), Nuvera (Taliansko. USA) UTC (USA), H Power (USA) Dosahujú výkony čistý H 2 (toleruje CO 2, do 1% CO) H 2, CO, CH 4, (vyžaduje CO 2) 40 % 200 k. W 20 k. W– 20 MW >50 % nízke Nutnosť dopĺňania Doba nábehu elektrolytu Energy Partners (USA), UTC (USA), Zetec (GB), Astrid Energy (Kanada) ONSI (USAJaponsko), Fuji. Toshiba (USAJaponsko) FCE (USA), MTU (Nemecko), IHI (Japonsko), Ansaldo (Taliansko) 700– 1000 °C H 2, CO, CH 4, uhľovodíky (toleruje CO 2) >50 % 20 k. W– 200 MW Vysoká účinnosť, dlhá životnosť, možnosť dosiahnutia vysokých výkonov Vysoká pracovná teplota, cena Siemens. Westinghouse (Nem. /USA), Sulzer Hexis (Švajčiarsko), Mitsubishi (Japonsko)

PEM - Proton Exchange Membrane • výhody: - nízka pracovná teplota - vysoká prúdová hustota Obsahuje špeciálnu PEM membránu ( fluorovaná kyselina sulfónová ) - minimálna ekol. záťaž (odpad je len voda) Pracovná teplota: 60 -90 (veľmi nízka) - dosiahnutie plného výkonu za krátky čas Palivo: H náboja: H+ • Nosič nevýhody: - vysoká cena membrány účinnosť: 60 -65% - citlivosť na nečistoty El. výkon: 5 – 250 k. W - problémy s palivom Anóda: H 2(g) → 2 H+(aq) + 2 e− Katóda: ½O 2(g) + 2 H+(aq) + 2 e− → H 2 O(l) Celkovo: H 2(g) + ½O 2(g) → H 2 O(l)

Využitie PEMFC

Spôsoby získavania vodíka 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Štiepenie uhľovodíkov vodnou parou Parciálna oxidácia uhľovodíkov Konverzia vodného plynu Vodík z reformovania benzínov Koksárenský plyn - zdroj vodíku Elektrolýza vody, kyselín, chloridu sodného Rozklad vodní páry železom Rozklad metanolu Rozklad amoniaku Rozklad vody 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

USA americká firma Ballard International Fuel Cells and Mechanical Technology Inc. - prvé vozidlo v roku 1989

Nemecko - Wolkswagen • • • Wolkswagen - zúčastnil sa Challenge Bidendum v Šanghaji Tiguan Hy. Motion Maximálny výkon 100 k. W, maximálna rýchlosť 150 km/h pri zrýchlení z 0 na 100 km/h za 14 sekúnd

Kórea – Kia nová platforma SUV s pohonom na palivové články tri elektromotory poháňané prúdom z palivového článku s výkonom 134 konských síl typ 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 Berlingo 500 E 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