Ogniwo Paliwowe

Ogniwo Paliwowe

Wyk. Rafał Naczelnik

Co to jest?

Co to jest?

Ogniwa paliwowe

Ogniwa paliwowe

(ogniwa wodorowe) są

(ogniwa wodorowe) są

urządzeniami elektro –

urządzeniami elektro –

chemicznymi.

chemicznymi.

Pozwalają na

Pozwalają na

uzyskanie energii

uzyskanie energii

elektrycznej i ciepła

elektrycznej i ciepła

bezpośrednio z

bezpośrednio z

zachodzącej w nich

zachodzącej w nich

reakcji utleniania stale

reakcji utleniania stale

dostarczanego do

dostarczanego do

niego z zewnątrz

niego z zewnątrz

paliwa.

paliwa.

Zasada działania ogniw

Zasada działania ogniw

paliwowych

paliwowych

Ogniwa paliwowe są

Ogniwa paliwowe są

urządzeniami

urządzeniami

elektrochemicznymi,

elektrochemicznymi,

które wytwarzają

które wytwarzają

energię użyteczną

energię użyteczną

(elektryczność, ciepło) w

(elektryczność, ciepło) w

wyniku reakcji

wyniku reakcji

chemicznej wodoru z

chemicznej wodoru z

tlenem. Produktem

tlenem. Produktem

ubocznym jest woda.

ubocznym jest woda.

Ogniwo paliwowe

Ogniwo paliwowe

zbudowane jest z dwóch

zbudowane jest z dwóch

elektrod: anody i katody.

elektrod: anody i katody.

Elektrody odseparowane

Elektrody odseparowane

są poprzez elektrolit

są poprzez elektrolit

występujący w formie

występujący w formie

płynnej lub jako ciało

płynnej lub jako ciało

stałe. Elektrolit

stałe. Elektrolit

umożliwia przepływ

umożliwia przepływ

kationów, natomiast

kationów, natomiast

uniemożliwia przepływ

uniemożliwia przepływ

elektronów.

elektronów.

Paliwo - wodór w stanie czystym
lub w mieszaninie z innymi
gazami - jest doprowadzany w
sposób ciągły do anody, a
utleniacz - tlen w stanie czystym
lub mieszaninie (powietrze) -
podawany jest w sposób ciągły
do katody

Reakcja chemiczna

Reakcja chemiczna

zachodząca w ogniwie

zachodząca w ogniwie

polega na rozbiciu wodoru

polega na rozbiciu wodoru

na proton i elektron na

na proton i elektron na

anodzie, a następnie na

anodzie, a następnie na

połączeniu substratów

połączeniu substratów

reakcji na katodzie.

reakcji na katodzie.

Procesom

Procesom

elektrochemicznym

elektrochemicznym

towarzyszy przepływ

towarzyszy przepływ

elektronu od anody do

elektronu od anody do

katody z pominięciem

katody z pominięciem

nieprzepuszczalnej

nieprzepuszczalnej

membrany. W wyniku

membrany. W wyniku

elektrochemicznej reakcji

elektrochemicznej reakcji

wodoru i tlenu powstaje

wodoru i tlenu powstaje

prąd elektryczny, woda i

prąd elektryczny, woda i

ciepło.

ciepło.

Anoda –

Katoda –

Rodzaje ogniw i ich
zastosowanie

Ogniwo paliwowe z

Ogniwo paliwowe z

membraną do wymiany

membraną do wymiany

protonów (ang.

protonów (ang.

Proton-

Proton-

exchange membrane –

exchange membrane –

PEM).

PEM).

Ogniwa paliwowe PEM

Ogniwa paliwowe PEM

zasilane są czystym

zasilane są czystym

wodorem lub reformatem.

wodorem lub reformatem.

Membraną ogniwa PEM jest

Membraną ogniwa PEM jest

materiał polimerowy.

materiał polimerowy.

Temperatura reakcji

Temperatura reakcji

zachodzącej w ogniwie - 60

zachodzącej w ogniwie - 60

do 100 stopni Celsjusza.

do 100 stopni Celsjusza.

Ogniwa PEM są stosowane

Ogniwa PEM są stosowane

głównie do napędzania

głównie do napędzania

pojazdów oraz do budowy

pojazdów oraz do budowy

stacjonarnych i przenośnych

stacjonarnych i przenośnych

generatorów energii.

generatorów energii.

Bezpośrednie ogniwo

Bezpośrednie ogniwo

metanolowe (ang.

metanolowe (ang.

Direct-methanol fuel

Direct-methanol fuel

cell

cell

- DMFC).

- DMFC).

Ogniwa DMFC posiadają

Ogniwa DMFC posiadają

polimerową membranę,

polimerową membranę,

taką jak ogniwa PEM.

taką jak ogniwa PEM.

Różnica pomiędzy

Różnica pomiędzy

ogniwem DMFC, a

ogniwem DMFC, a

ogniwem PEM tkwi w

ogniwem PEM tkwi w

konstrukcji anody, która

konstrukcji anody, która

w ogniwie DMFC

w ogniwie DMFC

pozwala na dokonanie

pozwala na dokonanie

wewnętrznego

wewnętrznego

reformingu metanolu i

reformingu metanolu i

uzyskanie wodoru do

uzyskanie wodoru do

zasilania ogniwa.

zasilania ogniwa.

Ogniwa DMFC używane

Ogniwa DMFC używane

są do budowy baterii

są do budowy baterii

dla urządzeń

dla urządzeń

przenośnych.

przenośnych.

Ogniwo paliwowe z kwasem

Ogniwo paliwowe z kwasem

fosforowym (ang.

fosforowym (ang.

Phosphoric-acid fuel cell

Phosphoric-acid fuel cell

-

-

PAFC)

PAFC)

Ogniwa PAFC są stosowane

Ogniwa PAFC są stosowane

do budowy systemów

do budowy systemów

kogeneracji energii

kogeneracji energii

elektrycznej i ciepła.

elektrycznej i ciepła.

Para wodna produkowana

Para wodna produkowana

przez ogniwo, może być

przez ogniwo, może być

zamieniana na ciepło.

zamieniana na ciepło.

Elektrolitem w ogniwie PAFC

Elektrolitem w ogniwie PAFC

jest kwas fosforowy. Zaletą

jest kwas fosforowy. Zaletą

ogniw jest wysoka tolerancja

ogniw jest wysoka tolerancja

na tlenki węgla co pozwala

na tlenki węgla co pozwala

na stosowanie wielu paliw

na stosowanie wielu paliw

(ważne jest jednak

(ważne jest jednak

odsiarczanie paliwa).

odsiarczanie paliwa).

Ogniwo paliwowe ze

Ogniwo paliwowe ze

stopionym węglanem (ang.

stopionym węglanem (ang.

Molten-carbonate fuel cell

Molten-carbonate fuel cell

-

-

MCFC)

MCFC)

Ogniwa MCFC pracują w

Ogniwa MCFC pracują w

wysokich temperaturach

wysokich temperaturach

600 stopni i wyżej,

600 stopni i wyżej,

używane są do produkcji

używane są do produkcji

elektrowni małej i średniej

elektrowni małej i średniej

mocy. Wysoka temperatura

mocy. Wysoka temperatura

reakcji zachodzącej w

reakcji zachodzącej w

ogniwie pozwala na

ogniwie pozwala na

stosowanie szerokiego

stosowanie szerokiego

wachlarza paliw (gaz

wachlarza paliw (gaz

ziemny, benzyna, wodór,

ziemny, benzyna, wodór,

propan).

propan).

Ogniwo paliwowe z zestalonym elektrolitem

Ogniwo paliwowe z zestalonym elektrolitem

tlenkowym (ang.

tlenkowym (ang.

Solid-oxide fuel cell

Solid-oxide fuel cell

- SOFC)

- SOFC)

Ogniwa SOFC posiadają membranę wykonaną z

Ogniwa SOFC posiadają membranę wykonaną z

ceramiki tlenkowej. Pracują w wysokich

ceramiki tlenkowej. Pracują w wysokich

temperaturach od 650 do 1000 stopni Celsjusza .

temperaturach od 650 do 1000 stopni Celsjusza .

Rezultatem wysokiej temperatury reakcji

Rezultatem wysokiej temperatury reakcji

przebiegającej w ogniwie SOFC jest wysoka

przebiegającej w ogniwie SOFC jest wysoka

sprawność w systemach kogeneracji energii

sprawność w systemach kogeneracji energii

elektrycznej i ciepła - nawet 85%. Ogniwa SOFC

elektrycznej i ciepła - nawet 85%. Ogniwa SOFC

charakteryzują się wysoką tolerancją na

charakteryzują się wysoką tolerancją na

zanieczyszczenia paliwa (tlenki węgla i siarki), co

zanieczyszczenia paliwa (tlenki węgla i siarki), co

pozwala na stosowanie szerokiego wachlarza

pozwala na stosowanie szerokiego wachlarza

paliw.

paliw.

Inne przykłady

Inne przykłady

wykorzystania:

wykorzystania:

Sondy i statki kosmiczne

Sondy i statki kosmiczne

Systemy zasilania awaryjnego

Systemy zasilania awaryjnego

Dostarczenia energii w miejscach

Dostarczenia energii w miejscach

pozbawionych dostępu do sieci

pozbawionych dostępu do sieci

energetycznej

energetycznej

Robotyka i roboty

Robotyka i roboty

Perspektywy wykorzystania
ogniwa paliwowego.