Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badanie i modelowanie zróżnicowania napięć w stosie ogniw paliwowych z polimerową membraną do wymiany protonów

Polak A., Grzeczka G., Piłat T., Głuski M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2018

|

T. 24, Nr 6 (186)

22--33

PL

Stos ogniw paliwowych jest elektrochemicznym przetwornikiem energii chemicznej, zgromadzonej w paliwie, w energię elektryczną. Przemiana energii odbywa się za pośrednictwem reakcji paliwa z utleniaczem, podzielonej na dwie reakcje połówkowe przebiegające w różnych przestrzeniach. Dla ogniw paliwowych z polimerową membraną do wymiany protonów (PEM) są to reakcje: oksydacji wodoru przebiegająca na anodzie i redukcji tlenu przebiegająca na katodzie ogniwa. Stos ogniw paliwowych to szeregowe połączenie kilku, kilkudziesięciu a nawet kilkuset cel. W większości przypadków podczas modelowania matematycznego stosu zakłada się, że zarówno cele posiadają identyczne parametry, jak również warunki panujące w każdej celi są takie same. Wówczas modelowanie stosu ogniw paliwowych ogranicza się jedynie do zamodelowania napięcia pojedynczej celi, a uzyskany wynik przemnaża się przez liczbę cel w stosie otrzymując napięcie stosu. W rzeczywistości jednak zarówno parametry poszczególnych cel, jak i warunki panujące w różnych celach są różne. Powoduje to występowanie w stosie zróżnicowania napięć na jego celach, niezależnie od warunków eksploatacyjnych. W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych dotyczących wpływu zmian natężenia przepływu tlenu przez przedział katody stosu ogniw paliwowych na zróżnicowanie napięć w stosie. Na podstawie przeprowadzonych badań zaproponowano również model z pojedynczym wejściem i pojedynczym wyjściem (SISO), tj. model zróżnicowania napięć w stosie względem natężenia przepływu tlenu przez przedział katody stosu ogniw PEM.

EN

A fuel cells stack is an electrochemical converter of chemical energy, stored in fuel, into electrical energy. The transformation of energy takes place through the reaction of fuel with an oxidant, divided into two half reactions running in different spaces. For fuel cells with a polymer proton exchange membrane (PEM), it is the hydrogen oxidation reaction on the anode and the oxygen reduction reaction on the cathode of the cell. The stack of fuel cells is a serial connection of a few to even hundreds of cells. In most cases, when creating a mathematical model of a stack, it is assumed that both the parameters of individual cells in the stack as well as the working conditions in each cell are not alike. Thus, the modelling of the fuel cells stack is limited only to modelling the voltage of a single cell, and the obtained result is multiplied by the number of cells in the stack, resulting in stack voltage. In fact, both the parameters of the individual cells and the working conditions for different cells are not equal. This causes that the voltage of individual cells in the stack are not uniform for any operating conditions. The article presents the results of the experimental research on the influence of changes in the oxygen flow rate through the cathode channel of the fuel cells stack on the uniformity of voltages on cells in the stack. On the basis of the conducted research, a single input-single output (SISO) model is proposed, i.e. a model of voltage uniformity in the stack in relation to the oxygen flow through the cathode channel of the PEM fuel cells stack.

2

Black box dynamic modelling of proton exchange membrane fuel cells with artificial neural networks

Kapica J.

ECONTECHMOD : An International Quarterly Journal on Economics of Technology and Modelling Processes

|

2016

|

Vol. 5, No 4

85--89

EN

The fuel cells are energy sources which can play an important role in transition of the energy sector into broader use of renewable energy. Numerical modelling provides an easy way to investigate properties of the objects modelled. There are various ways to model dynamic behaviour of the PEM fuel cells including methods using artificial neural networks. There are no clear rules of how a neural network should be configured: how many neurons in the hidden layer and which training algorithm should be used. In a time series modelling task additional parameters including sampling frequency, learning data set duration and number of past data points used for training need to be determined. The paper presents results of research on the influence of various model parameters on the PEM fuel cell modelling accuracy.

3

Koncepcja zastosowania systemu ogniwa paliwowego PEM do zasilania pojazdu podwodnego

Polak A.

Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej

|

2014

|

R. 55 nr 1 (196)

73--88

PL

W artykule przestawiono koncepcję zamiany głównego źródła zasilania elektrycznego w pojeździe podwodnym Neptune SB-1, jakim jest akumulator kwasowy, na system ogniwa paliwowego PEM. Po sprecyzowaniu wymagań energetycznych pojazdu dobrano system ogniwa paliwowego oraz magazyny wodoru i tlenu. Wykazano, że wykorzystanie systemu ogniwa paliwowego pozwoli na zmagazynowanie w pojeździe większej ilości energii, co umożliwi wydłużenie czasu autonomicznego działania pojazdu podwodnego.

EN

This paper presents a concept for a change in the main electric power supply in a Neptune SB-1 underwater vehicle, which is an acid battery, for a fuel cell system of hydrogen and oxygen. On specifying the vehicle’s energy requirements a fuel cell system, and hydrogen and oxygen stores were selected. It is demonstratedd that a fuel cell system can be used to store a larger amount of energy in a vehicle, which will extend endurance of an autonomous underwater vehicle.

4

The possibilities of the use of waste heat from low temperature PEM fuel cells

Ogulewicz W., Węcel D.

Journal of Energy Science

|

2012

|

Vol. 1, nr 2

59--69

EN

Low temperature PEM fuel cells generate electricity with an efficiency of the order of 50%. The remaining chemical energy of the fuel is converted into heat with a relatively low temperature. The working temperatures of PEM fuel cells usually do not exceed 80-90°C to prevent damage to the membrane material. This requires the cooling of the fuel cells, and the heat with a temperature of about 70°C obtained in the process may generally be used only for heating purposes. In order to improve the electricity generation efficiency of the PEM fuel cells (PEMFC), it is proposed that Peltier semiconductor thermoelectric modules should be used as thermogenerators. This solution allows a conversion of heat into electricity from a low temperature source. This process is completed in a direct energy conversion device. Water-cooled PEMFC stacks are used in the conducted studies. This solution makes it possible to use the waste heat in a specially designed heat exchanger beyond the fuel cell. For the research purposes, a device is constructed which is composed of two thermally insulated water chambers with Peltier modules in between. One of the chambers is fed with hot liquid from the PEMFC cooling cycle. The other chamber, fed with a cold liquid, makes it possible for the heat to flow through Peltier thermoelectric modules, converting heat into electricity. In such systems it is very difficult to obtain an effective heat flow in the exchanger and to ensure a relatively large temperature difference between the upper and the lower heat source. This problem may be solved by using the concept proposed in this paper, i.e. by placing Peltier modules inside individual fuel cells. As a result, a compact structure is obtained, which allows a minimization of possible energy losses and a reduction in the device weight. This, however, requires appropriate cooling (maintaining a low temperature) on what is referred to as the Peltier cell cold side. Additionally, owing to the fact that Peltier cells may operate as a "heat pump" or as a thermogenerator, extra assistance is obtained in the fuel cell for the generation of either electricity or heat, depending on the needs.

5

Influence of electrolyte parameters on voltage and current density in the PEM fuel cell

Kurgan E.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 12

196-199

EN

In this paper water management in proton exchange membrane (PEM) fuel cell is considered. First mass conservation law for water is applied. Next proton transport is described by the Nernst-Planck equation and liquid water convection velocity is eliminated by the Schlögl equation. Electro-osmotic drag coefficient is related to hydrogen index and experimentally determined swelling coefficient. Three partial differential equations for molar water concentration Cw, electric potential ? and water pressure Pw are formulated. Current density vector i is derived from proton flux expression. These equations together with adequate boundary conditions were solved using finite element method. The distribution of electric potential and current density in function of geometrical parameters is investigated. At the end some illustrative example is given.

PL

W tej publikacji omówiono sposób gospodarki wodą w ogniwie paliwowym (PEM) z membrana protonowo wymienną. Najpierw zastosowano prawo zachowania masy. Następnie transport protonów opisano za pomocą równania Nernsta-Plancka, z którego prędkość konwekcji wyeliminowano za pomocą równania Schlögla. Zostały sformułowane trzy równania różniczkowe cząstkowe względem molowej gęstości wody Cw, potencjału elektrycznego ? oraz ciśnienia wody. Wektor gęstości prądu i został wyprowadzony z wyrażenia na strumień protonów. Równania te wraz z odpowiednimi warunkami brzegowymi zostały rozwiązane za pomocą metody elementów skończonych. Został zbadany wpływ parametrów opisujących membranę na rozkład potencjału oraz wektora gęstości prądu.

6

Charakterystyka spiekanych stali stopowych przeznaczonych na okładki ogniw paliwowych

Włodarczyk R., Dudek A., Nitkiewicz Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 2

115-118

PL

Szerokie zastosowanie i wykorzystanie ogniw paliwowych, jako podstawowego źródła zasilania m.in.: w pojazdach, systemach zasilania awaryjnego czy w energetyce, może w perspektywie kilku dziesięcioleci wydatnie zmniejszyć efekty globalnych zmian klimatycznych, problemu naszego wieku. Okładki ogniw paliwowych są jednym z elementów ogniwa wodorowego. Głównym zadaniem okładek/interkonektorów jest równomierne rozprowadzenie paliwa i utleniacza po powierzchni każdej z elektrod. Kształt okładek zależy od założeń projektu, tj.: mocy produkowanej przez ogniwo, wielkości generatora, bądź jego zastosowania. Niniejsza praca przedstawia analizę otrzymanych własności spiekanych stali stopowych pod kątem ich zastosowania do produkcji okładek ogniw paliwowych. W ramach badań wykonano pomiary własności mechanicznych, badania mikrostrukturalne, przeprowadzono analizę profilu powierzchni próbek spieków. Dodatkowo zbadano odporność korozyjną w warunkach pracy ogniwa paliwowego. Zaproponowana technologia metalurgii proszków do wytwarzania okładek ogniw paliwowych, pozwala otrzymywać w nieskomplikowany sposób elementy o pożądanych kształtach.

EN

Wide use and application of fuel cells as a fundamental source of energy for e.g. vehicles, systems of emergency power supply or in energy sector might notably reduce the effect of climate change, a civilization problem of the present century, within the nearest decades. Interconnectors for fuel cells comprise one of the elements of hydrogen fuel cell. Main task of interconnectors is to evenly distribute fuel and oxidant throughout the surface of each electrode. Shape of interconnectors mainly depends on the design assumptions, i.e. power generated by the cell, generator size or its application. The present study presents analysis of the properties of sintered alloy steels in terms of their practical use for production of interconnectors in fuel cells. The investigations encompassed measurements of mechanical properties, microstructural examinations and analysis of surface profile in sintered samples. Furthermore, corrosion resistance was also investigated under fuel cell's working conditions. The proposed technology of powder metallurgy for manufacturing of interconnectors in fuel cells provides an uncomplicated method of manufacturing of parts with the required shapes.

7

Fuel cells - the future of electricity generation for portable applications

Pierozynski B.

Environmental Biotechnology

|

2008

|

Vol. 4, No. 2

60-64

EN

Fossil fuels, including crude oil, coal and natural gas are currently the key resources for world energy supply. Hence, the majority of electrical energy production is realized via combustion of conventional fuels, such as: coal, methane and petroleum. However, increasing emissions of pollutants and greenhouse gases from fossil fuel-based electricity production (especially withrespect to SO2, NOx and CO2 discharge) bring about major environmental concerns. In addition, the status of conventional (fossil) fuel reserves is still uncertain. Thus, production of "clean" electrical energy, especially from renewable resources, such as: biomass, solar, photovoltaic, geothermal, hydro and wind energy sources becomes of significant importance to the world's economy. Fuel cells (FCs) are electrochemical cells, which convert a source fuel (e.g. H2, CH4, alcohols, etc.) into an electric current. They generate electricity inside a cell via electrochemical reactions between a fuel and an oxidant, in the presence of an electrolyte. In general, most of fuel cells can be operated as emission-free devices, based on fuels produced fromrenewable resources. With a variety of possible FC types, fuel cells could potentially serve in stationary, transportation or portable applications. This work is a review of the state-of-the-art in fuel cell technology, with respect to FC employment in portable applications.