Przedstawiono fizykochemiczne podstawy działania ogniw paliwowych, odpowiadając na pytania: Czym jest ogniwo paliwowe? Skąd tak duże zainteresowanie ogniwami paliwowymi na całym świecie? Jakie są najważniejsze, wspólne elementy budowy ogniw paliwowych? Czym ograniczona jest wydajność ogniw paliwowych? W jakim obszarze rynku należy spodziewać się najwcześniej masowego wdrożenia ogniw paliwowych?
EN
A review with 15 refs. covering the reasons for the impetus to develop fuel cells, their structure and practical efficiency, and present-day market niches for fuel cells.
Aktualnie jest rozwijanych wiele typów ogniw paliwowych, jednak z uwagi na brak sieci dystrybucji wodoru i osiągane sprawności, największe szanse wdrożenia przemysłowego mają ogniwa paliwowe wysokotemperaturowe oparte na stałych tlenkach (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells), które mogą one pracować z zastosowaniem paliw węglowodorowych. Stałotlenkowymi ogniwami paliwowymi, są ogniwa paliwowe w konfiguracji ESC (Electrolite Supported Cell). Ogniwa te jednak mają temperaturę pracy 850-1000 °C, co jest czynnikiem utrudniającym ich eksploatację. Aby uzyskać niższą temperaturę pracy ogniwa paliwowego (ok. 650 °C) oraz lepsze parametry elektryczne (mniejsza rezystancja) dąży się do zmniejszenia grubości warstwy elektrolitu do 1-30 um. Otrzymanie przegród ogniw paliwowych z tak cienkimi warstwami elektrolitów umożliwia wykonanie przegród w konfiguracji ASC (Anode Supported Cells), gdzie warstwą przenoszącą obciążenia jest warstwa anodowa. Celowym, zatem było realizowanie badań w kierunku wykonania proszku elektrolitowego o składzie: 6Sc-3Y-ZrO2, który pomimo słabej wytrzymałości mechanicznej ma bardzo dobre właściwości elektryczne (0,244 S/cm). Na tle dotychczasowych wyników prac innych autorów w artykule przedstawiono wyniki badań własnych dotyczących wytworzenia nanoproszku 6Sc-3Y-ZrO2 metodą współstrącania i obróbki hydrotermalnej celem zastosowania go na elektrolity jonowe Stałotlenkowych Ogniw Paliwowych w systemie Anode Supported Cell. Prezentowane wyniki badań mikrostrukturalnych proszku, jak i naniesionej warstwy elektrolitowej z tego proszku na podłożu anodowym NiO-3Y-ZrO2 wskazują na to, że otrzymano proszek o wielkości ziaren rzędu 100 nm (rys. 3 i 4). Efekt ten sprzyja opracowaniu technologii wytwarzania materiałów nanometrycznych z zastosowaniem do budowy elementów SOFC.
EN
Currently is developed many types of fuel cells, however in consideration of lack of distribution's network of the hydrogen and attained efficiencies, main chances to industrial initiating have high-temperature fuel cells based on solid oxides (SOFC - Solid Oxide Fuel Cells)(they can work with the use of hydrocarboneous fuels). Currently most of all researches are made over fuel cells in the configuration ESC (Electrolite Supported Cell). However these fuel cells work in temperature 850-1000 °C what makes difficult of exploitation of this type of fuel cells. To obtain the lower operating temperature of fuel cell (approx. 650 °C) and better electric parameters (less resistance) one ought to pursue to decrease of thickness of the layer of the electrolyte to 1-30 mm. A method to obtain of membranes of fuel cells with so thin layers of electrolytes is the elaboration of technology of the realization of membranes in ASC (Anode Supported Cells) configuration where a mechanical stress is received by the anode layer. Advisable therefore was realizing of research toward to make of the electrolytic powder consists of: 6Sc-3Y-ZrO2 which in spite of low mechanical strength has very good electric properties (0.244 S/cm). Therefore against the background of former results of works of other authors have been introduced results of own research which concern producing of 6Sc-3Y-ZrO2 nanopowder with the coprecipitation and the hydrothermal method. Destination of these research is use this nanopowder for producing of ionic electrolytes Anode Supported Solid Oxide Fuel Cells (ACE-SOFC). Presented results of microstructural research of both the powder and deposited electrolite layer made of this powder on the anode NiO-3Y-ZrO2 support show that has been received the powder with size of grains on the level 100 nm (Fig. 2-3). This effect favours to the elaboration of the technology of the production of nanometric materials with destination to the construction of SOFC elements.
Dokonano przeglądu obecnie stosowanych i perspektywicznych ogniw paliwowych. Analiza właściwości wskazuje, że znaczne perspektywy zastosowań w tzw. "rozproszonej" energetyce mają ogniwa typów: SOFC (Solid Oxide Fuel Cells) oraz MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells).
EN
State of the art of fuel cells is presented. Analisys of their properties indicates, that significant perspective power engineering supply have fuel cells of SOFC and MCFC type.
Przekształcanie sieciowych spółek dystrybucyjnych w lokalne rynki energii elektrycznej kieruje uwagę na możliwości, które stwarza rozwój zdecentralizowanych źródeł ciepła i energii elektrycznej. Wśród dostępnych komercyjnie (lub bliskich konkurencyjności) technologii szczególną uwagę zwrócono ostatnio na ogniwa paliwowe będące już obecnie atrakcyjną dla inwestorów ofertą rynkową.
W artykule zostały przedstawione ogniwa paliwowe z opisem ich działania i własności. Zostały zaprezentowane dwa układy zbudowane z zastosowaniem ogniw paliwowych. Pierwszy zasilany jest wodorem, drugi pracuje będąc zasilanym metanolem jako podstawowym paliwem. Podczas opisu tych systemów szczególną uwagę zwrócono na część sterowania i nadzoru oraz część energo-elektroniczną.
EN
The paper presents fuel cells and describes their operation and properties. Two fuel cell-based systems are presented. One of them is hydrogen-fuelled, while the other has methanol as its primary fuel. In description of the systems, special attention is paid to the control and supervision and to the power electronics part.
Problematyka magazynowania energii elektrycznej na szeroką skalę zaprzątała umysły wynalazców i konstruktorów od prawie dwóch stuleci. A że efekty tego były i są mierne świadczy choćby rozwój antyekologicznej motoryzacji spalinowej wraz z dominacją rynku paliw. Stąd nawiązanie do wynalazku Wiliama Grove'a z 1837 r i wzbogacenie go o przeszło półtorawiekowy dorobek postępu technicznego w dziedzinie zasobników energii pozwoliło na praktyczne otwarcie się energetyki na nowe przyjazne środowisku źródła energii elektrycznej, do których należą ogniwa paliwowe.
W Europie i na świecie dominują centralne systemy wytwarzania energii elektrycznej, w mniejszym stopniu scentralizowane jest wytwarzanie energii na cele grzewcze. Elektrownie i ciepłownie wymagają rozbudowanych systemów przesyłu, które pochłaniają duże nakłady na budowę oraz eksploatację i obarczone są dużymi stratami w przesyle. Sprawność polskich elektrowni wynosi ok. 35% i produkcja w nich energii elektrycznej obarczona jest dużymi stratami ciepła odpadowego. Wyższe sprawności osiągają elektrociepłownie. Jeszcze większe korzyści w postaci tańszej energii, bezpieczeństwa energetycznego i mniejszej emisji spalin oraz mniejszych strat przesyłowych może przynieść generacja rozproszona oparta na małych jednostkach wytwórczych o mocy od kilkunastu do kilkuset kW energii elektrycznej i cieplnej produkowanej w skojarzeniu. Mikro- i minigeneracja w układach położonych w bezpośrednim sąsiedztwie odbiorców energii może wykorzystywać także lokalne zasoby paliw, w tym biopaliw i energii ze źródeł odnawialnych, a nawet odpady komunalne.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Opisano właściwości ogniw paliwowych z utlenianiem metanolu bezpośrednio na anodach. Przedstawiono przebieg reakcji anodowych i katodowych oraz skład i właściwości stosowanych katalizatorów. Podano charakterystyki prądowo-napięciowe anody, katody i ogniwa paliwowego zasilanego bezpośrednio metanolem. Metanol przenikający przez będące jonomerami elektrolity powoduje zakłócenia procesów zachodzących na katodach oraz zmniejszenie wydajności ogniw paliwowych. Przedstawiono możliwości ograniczenia dyfuzji metanolu z anod do katod.
W artykule zaprezentowano wybrane zagadnienia procesu konwersji paliwa wodorowego w energię elektryczną i ciepło. Ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez niskotemperaturowe membranowe ogniwo paliwowe typu PEM chłodzone cieczą zależy między innymi od wartości temperatury wody chłodzącej ogniwo i współczynnika nadmiaru powietrza zasilającego katodę ogniwa. W artykule przedstawiono instalację badawczą dwóch stosów paliwowych FC-42/HLC o mocy 360 W każdy, sposób współpracy ogniwa z autonomicznym układem sterowania oraz wyniki badań wpływu wyżej wymienionych parametrów na pracę ogniwa.
EN
The research work presents the main issues of conversion of hydrogen fuel into electricity and heat. The amount of electricity produced by PEM type low-temperature membrane liquid-cooled fuel cell depends inter alia on cooling water temperature and excess air coefficient supplying cell's cathode. The article characterizes the investigative installation of two fuel cell stacks FC-42/HLC with the electric power of 360 W each, describes fuel cell with automatic control system co-operation and presents research results of influence presented parameters on the fuel cell work.
The author starts her article by giving a defining what is a fuel cell. The energy efficiency, reliability and environmental benefits that are related to the fuel cells provide a basis for treating the fuel cells as the key technology for all methods of energy utilisation. Exceptional features of fuel cells make it a source of power for buildings, vehicles and various electronic equipment.
PL
Autorka zaczyna swój tekst od odpowiedzi na proste pytanie: co to jest ogniwo paliwowe? Sprawność energetyczna, niezawodność oraz korzyści dla środowiska przyrodniczego, jakie są związane z ogniwami paliwowymi, stanowią podstawę do traktowania ich jako technologii kluczowej dla wszystkich sposobów użytkowania energii. Wyjątkowe cechy ogniw paliwowych powodują, że mogą być z powodzeniem stosowane do zasilania domów, pojazdów, a także różnych urządzeń elektronicznych.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule, na przykładzie jednostki kwasu fosforowego PC25, starano się przeanalizować efektywność stosowania ogniw paliwowych w Polsce przy obecnych cenach gazu ziemnego, energii elektrycznej i ciepła. Próbowano zastanowić się, czy urządzenia te mają szansę na komercjalizację również w Polsce.
EN
In this article economical efficiency of fuel cells application under Polish conditions was analyzed making assumption natural gas, electricity and heat present prices. Author consider also if that system have a chance in common use in Poland.
W ogniwach paliwowych następuje bezpośrednia zamiana energii chemicznej paliw gazowych na energię elektryczną. Sprawność całkowita układu zostaje znacznie podwyższona, ponieważ w procesie elektrochemicznym nie obowiązuje ograniczenie na sprawność maszyny cieplnej pracującej na zasadzie różnicy temperatur. W niniejszym artykule przez sprawność całkowitą rozumie się sumę sprawności elektrycznej i cieplnej odniesionej do wartości opałowej. Sprawność przetwarzania energii chemicznej paliwa gazowego w ogniwie paliwowym na energię elektryczną jest dwukrotnie wyższa od sprawności elektrycznej silnika dieslowskiego i 1,6 razy wyższa od sprawności turbiny gazowej, dla porównywalnych mocy. Obecnie wchodzą w sferę zastosowań przemysłowych kolejne generacje ogniw paliwowych: kwasowe, węglanowe, tlenkowe i polimerowe. Zauważa się wyraźne dwa kierunki badań nad zastosowaniem ogniw paliwowych: w elektroenergetyce i w transporcie. Ogniwa paliwowe dają możliwość wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w sposób wydajny, bezpieczny i przyjazny środowisku naturalnemu (redukcja hałasu, zmniejszenie lub eliminowanie ilości gazowych substancji toksycznych i cieplarnianych). Nadmiar wytwarzania ciepła podczas produkcji energii elektrycznej można wykorzystać do celów grzewczych i przemysłowych. Dotychczasowy stan rozwoju technologii ogniw paliwowych był przede wszystkim związany z instytucjami przemysłu gazowniczego. We wszystkich technologiach ogniw paliwowych podstawowym paliwem pośrednim może być gaz ziemny lub jego produkty.
Artykuł stanowi przegląd potencjalnych, przyszłościowych źródeł energii, jakimi sq ogniwa paliwowe. Skupiono się na ogniwach wykorzystujących jako paliwo wodór. Jedną z największych przeszkód dla ich szerokiego wykorzystania jest kwestia magazynowania wodoru. Najpopularniejszą obecnie metodą jest magazynowanie gazowego wodoru pod wysokim ciśnieniem. W ostatnich latach pojawiła się interesująca alternatywa, polegająca na wykorzystaniu do przechowywania wodoru struktur metalicznych z dużą ilością defektów sieciowych. Badania wykazały, że możliwe jest uzyskanie nawet do 7%wag. wodoru względem masy metalu.
EN
This paper is an over view of potential, future energy sources, such as fuel cells. The focus was on hydrogen fuel cells. One of the biggest impediments to wide use of hydrogen fuel cells is the issue of hydrogen storage. The most popular method now is to store hydrogen gas under high pressure. In recent years, there has been an interesting metods is hydrogen storage in structures of metals with a large number of structural defects. Studies have shown that up to 7%wt. hydrogen with respect to the weight of metal can be achieved.
Artykuł prezentuje podstawowe problemy związane z wytwarzaniem oraz użytkowaniem polimerowych ogniw paliwowych. Ze względu na ich zalety: dużą sprawność, niską temperaturę pracy, szybką odpowiedź na zmienne obciążenie oraz możliwość uzyskiwania "czystej" energii, prowadzone są badania nad opracowaniem nowych materiałów i poznaniem mechanizmów zachodzących w czasie pracy ogniwa. Głównymi czynnikami uniemożliwiającymi komercyjne stosowanie ogniw jest ich wysoka cena oraz krótki czas życia. W Instytucie Elektrotechniki (IEL/OW) prowadzone są prace nad nowymi membranami polimerowymi na bazie PVDF. Badania mają na celu obniżenie kosztów wytwarzania elektrolitu do zastosowań w polimerowych ogniwach paliwowych. Do określenia wpływu warunków pracy ogniwa na parametry elektryczne stosowana jest zmiennoprądowa metoda spektroskopii impedancyjnej oraz pomiary stałoprądowe. Przedstawione zostały wyniki pomiarów parametrów ogniw zbudowanych na bazie nowoopracowanych materiałów.
EN
PEMFC's (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells) are very interesting on the point of view of theirs advantages and possibility of use as alternative energy sources and the most developing fuel cell type in recent years. In spite of uncountable advantages and many possibilities of application there are still limitations for commercialisation caused of high costs of production and relatively short life time. Better understanding of electrochemical reactions and mechanisms of charge transfer as well as investigation of influence of working conditions on the fuel cell parameters is essential for further development of reliable energy source. Existing production process barriers should be well known and overcame as soon as possible. In order to decrease price of PEMFC's new cost effective materials for fuel cell applications are needed. Presented preliminary research of new, elaborated in IEL/OW, materials for fuel cell applications are promising and tests results present influence of working conditions on the fuel cell parameters.
Przedstawiono analizę źródeł energii elektrycznej przeznaczonych do pracy w systemie energetyki rozproszonej z punktu możliwości ich działania pod zadaną strategię sterownia. Przedstawiono osiągalne obecnie poziomy sprawności, jednostkowe koszty inwestycyjne oraz wybrane charakterystyki ruchowe. Określono główne ograniczenia w zastosowaniach wybranych źródeł w systemie energetyki rozproszonej.
W artykule przedstawiono ogólną charakterystykę wodoru jako paliwa. W szczególności opisano znane metody produkcji wodoru na skalę przemysłową, sposoby transportu i przechowywania wodoru, łącznie z nowymi jeszcze nie wprowadzonymi metodami. Ustosunkowano się do ogólnej opinii charakteryzującej wodór jako gaz bardzo niebezpieczny. Przedstawiono również wyniki badań związanych z produkcją wodoru, poprzez elektrolizę wody, i jego przechowywaniem w warunkach laboratoryjnych. Wszystkie podejmowane prace związane są z projektem badawczym dotyczącym ogniw paliwowych typu PEM.
EN
In paper was presented characterization of hydrogen as a fuel. It was described known hydrogen manufacture methods, storage and transportation methods with new currently being researched method. Author assume some attitude to the public opinion that hydrogen is dangerous, inflammable and explosive gas. It was shown results of researches of hydrogen generation in small electrolyzer. This work is part of PEM fuel cell research project.
Ambitna inicjatywa, obejmująca 12 krajów europejskich i angażująca przedsiębiorstwa energetyczne, producentów wyposażenia i przedsiębiorstwa montażowo-budowlane, ma na celu zbadanie potencjału mikrokogeneracji opartej na ogniwach paliwowych na rynku sektora komunalno-bytowego Europy.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.