Określenie wydajności i kosztów wytwarzania energii elektrycznej w ogniwie paliwowym z membraną polimerową przy zastosowaniu metanolu zamiast wodoru

• Autorzy: Tkaczuk Monika , Chorążyczewski Artur , Królikowska Agata
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ogniwa paliwowe z membraną polimerową zasilane są wodorem lub reformatem. Ogniwa z membraną polimerową zasilane wodorem to ogniwa PEMFC (Proton Exchange Membrana Fuel Cells), najczęściej służą do zasilania urządzeń mobilnych oraz małej mocy elektrowni i generatorów energii i ciepła. Wodór zasilający ogniwa PEM musi mieć wysoki stopień czystości (99,999%), co umożliwia jedynie proces elektrolizy wody. Dużo korzystniejszy ze względu na koszt transportu i przechowywanie jest metanol (CH₃OH) wykorzystywany w ogniwach metanolowych (DMFC). Ogniwa DMFC stanowią odmianę ogniw PEM. Wytworzenie wodoru z metanolu możliwe jest dzięki anodzie, którą oprócz platyny pokrywa również ruten. Z uwagi na wiele podobieństw (m.in. temperatura pracy, membrana) podjęto próbę zaprojektowania ogniwa paliwowego metanolowego, które mogłoby zastąpić ogniwo wodorowe o takiej samej mocy. W ramach projektu wykonano obliczenia wymiarów stosów ogniw paliwowych, sprawności, zaproponowano materiały na elementy stosu dla wybranych mocy urządzeń i przy dwóch różnych gęstościach prądu: 0,5 A/cm2 i 1 A/cm². Użycie metanolu zamiast wodoru jest korzystne z powodu zmniejszenia trudności i kosztów związanych z wytwarzaniem i magazynowaniem paliwa. Przy zachowaniu takich samych gabarytów stosu trzeba liczyć się z uzyskaniem mniejszej sprawności dla ogniwa DMCF (średnio o 20%) w porównaniu z ogniwem PEM o takich samych parametrach pracy. Zwiększenie gęstości prądu skutkuje znacznym zmniejszeniem rozmiaru stosu. W przypadku laptopa zwiększenie gęstości prądu do 1 A/cm² prowadzi do prawie 60-procentowej redukcji kosztów końcowych.

Słowa kluczowe

PL

ogniwa paliwowe typu PEMFC; ogniwa paliwowe typu DMFC; wodór; metanol

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Zeszyty Energetyczne
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 8
• Strony: 157--174
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Tkaczuk Monika

• Politechnika Wrocławska, Katedra Inżynierii Konwersji Energii

autor

Chorążyczewski Artur

• Politechnika Wrocławska, Katedra Automatyki, Mechatroniki i Systemów Sterowania

autor

Królikowska Agata

• Politechnika Wrocławska, Katedra Inżynierii Konwersji Energii

Bibliografia

• [1] Li X., Principles of Fuel Cells, Taylor & Francis Group, New York 2006.
• [2] Lewandowski W.M., Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT, Warszawa 2001, s. 425-433.
• [3] Spiegel C., Designing and Building Fuel Cells, McGraw-Hill, 2007.
• [4] „The Hydrogen Economy: A Non-Technical Review.” 2006, United Nations Environment Program E.
• [5] Halme A., Selkainaho J., Noponen T., Kohonen A., An alternative concept for DMFC - Combined electrolyzer and H2 PEMFC, Elsevier, 2016, s. 2154-2164.
• [6] https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-components/membrane-electrode-assembly/ha-ccm [dostęp: 25.07.2021].
• [7] https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-components/membrane-electrode-assembly/direct-methanol-ccm [dostęp: 25.07.2021].
• [8] https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-components/plates/flex-stack-bipolar-graphite-plate [dostęp: 25.07.2021].
• [9] https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-components/plates/end-plates/garolite-sheet-036 [dostęp: 25.07.2021].

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).