1

Wykorzystane materiały

– S. Thomas, M. Zalbowitz, Fuel Cells-Green Power, Los Alamos National

Laboratory, 1999

• www.education.lani.gov

• http://fuelcellworks.com

• www.h-tec.com

• www.hynet.info

• Vailant GmbH

2

Wodór

• Wodór jest najpowszechniej występującym

pierwiastkiem we Wszechświecie. Występuje

w gwiazdach i obłokach międzygwiazdowych.

• W stanie wolnym występuje w postaci

gazowych cząsteczek dwuatomowych H

2

,

tworząc wodór cząsteczkowy. Na Ziemi w

tej postaci występuje w górnej warstwie

atmosfery (0,9%).

• W postaci związanej wchodzi w skład wielu

związków nieorganicznych (np.: wody,

kwasów, zasad, wodorotlenków) oraz

związków organicznych (węglowodory i ich

pochodne)

3

Wodór - historia

• Prawdopodobnie pierwszą osobą, która opisała

otrzymywanie wodoru w stanie czystym był

alchemik

Paracelsus żyjący w latach 1493–1541. Paracelsus

wykonywał eksperymenty polegające na wrzucaniu metali do

kwasów i zbieraniu do naczyń gazowych produktów tych

reakcji, co do dzisiaj stanowi najprostszy sposób

otrzymywania tego pierwiastka w warunkach

laboratoryjnych.

• Eksperymenty te powtórzył w 1661 r. Robert Boyle.
• Pierwszą osobą, która uznała wodór za pierwiastek, a

właściwie flogiston, czyli "pierwiastek palności", będący

przedmiotem błędnej teorii flogistonowej i reliktem

wielowiekowej tradycji alchemii, był Henry Cavendish (1766).

• Pristley opisał wybuchową naturę mieszanki wodoru z

powietrzem, zwanej dziś mieszaniną piorunującą, a wówczas

aria tonante - z włoskiego - "powietrze grzmiące".

• Pierwotnie polska nazwa, przetłumaczona z łaciny przez

Jędrzeja Śniadeckiego brzmiała "wodoród". Nazwę tą przyjęli

także Chodkiewicz,

Fonberg

, Krzyżanowski i Radwański,

który używał także nazwy "lżeń". Z biegiem czasu została

skrócona do powszechnie dziś znanej którą Jako pierwszy

nazwę "wodór" zaproponował

Filip Walter

, co zatwierdziła

krakowska

Akademia Umiejętności

w roku

1900

.

4

Wodór - historia

• aria tonante - z włoskiego - "powietrze grzmiące„

(Volta, 1776)

• O słuszności nazwy przekonał się na własnej skórze

Pilatre Rozier. Na wieść o doświadczeniach
Cavendisha postanowił je powtórzyć. Łykał
„powietrze palne” i wydmuchiwał je przez otwarte
usta na płomień. Gdy powtórzył doświadczenie,
zastępując czyste „powietrze palne” przez jego
mieszaninę z powietrzem zwykłym nastąpił wybuch.

„Miałem wrażenie, że mi wszystkie zęby
wylecialy”

– żalił się później.

5

Położenie wodoru w układzie

okresowym i jego ogólne

właściwości

•

1.

Struktura elektronowa atomu wodoru: 1s

1

• Stopnie utlenienia wodoru: +1 i –1:
• *Podobieństwo do litowców
•

+ 1 stopień utlenienia (H

+

), np. H, H

2

O, H

2

SO

4

• *Podobieństwo do fluorowców
• - 1 stopień utlenienia (H

-

)  wodorki metali (np.

LiH),

• - nietrwały w obecności wody:
• H

-

+ H

2

O = H

2

+ OH

-

•
•

- elektroujemność (wg. P):

• H

2,1

• Litowce

1 - 0,7

• Fluorowce

4 - 2,2

6

Kation wodorowy

• Kation wodorowy H

+

jest w istocie

równoważny protonowi. W stanie wolnym
występuje on w próżni, plazmie i górnych
warstwach atmosfery ziemskiej (promienie
UV jonizują atomy wodoru). W roztworach
wodnych kation ten jest natychmiast
solwatowany do jonu hydroniowego H

3

O

+

:

H

+

+ H

2

O → H

3

O

+

• Czasami, w równaniach dysocjacji

elektrolitycznej podaje się uproszczenie
H

3

O

+

i pisze się po prostu H

+

, co zupełnie

mija się z prawdą. Z tego względu należy
pamiętać, że skala pH jest miarą aktywności
jonów hydroniowych, a nie wodorowych.

7

Metody otrzymywania wodoru

•

Rozkład wody

•

Niektóre metale roztwarzają się w wodzie.

Przykład: sód

2Na + 2H

2

O = H

2

+ 2Na

+

+ 2OH

-

•

W wodzie roztwarzają się także: Li, K,

Rb, Cs, Ca, Sr, Ba

•

Elektroliza wody - wodnych roztworów
elektrolitów, np. NaCl

•

katoda : 2H

+

+ 2e = H

2

8

Metody otrzymywania wodoru

•

Z kwasów i zasad w reakcji z metalami

nieszlachetnymi

•

metal nieszlachetny + kwas  wodór

•

Zn + 2H

+

= Zn

2+

+ H

2

•

Fe + 2H

+

= Fe

2+

+ H

2

• amfoteryczny metal nieszlachetny + zasada

 wodór

•

Zn + 2OH

-

+ 2H

2

O = [Zn(OH)

4

]

2-

+ H

2

• 2Al + 2OH

-

+ 6H

2

O = 2[Al(OH)

4

]

-

+ 3H

2

9

Metody otrzymywania wodoru

• Reakcja Boscha (metoda Boscha) - reakcja chemiczna uzyskiwania

wodoru przez rozpad pary wodnej przy użyciu rozżarzonego koksu.

• Reakcja zachodzi w temperaturze ok. 1 200°C. W jej wyniku

otrzymuje się pierwotnie tzw. gaz wodny
(CO+H

2

).

C + H

2

O → CO + H

2

Gaz ten następnie mieszany jest z parą wodną. W dalszym

procesie w temperaturze 300-450°C gaz wodny poddaje się

konwersji na katalizatorze Fe

2

O

3

i Cr

2

O

3

. W wyniku tego

wydziela się dwutlenek węgla (CO

2

).

CO + H

2

+ H

2

O → CO

2

+ 2H

2

Mieszaninę gazów oczyszcza się z CO

2

. Przy ciśnieniu rzędu 10-30

MPa większa jego część jest pochłaniana w wodzie. Resztkowe ilości
dwutlenku węgla pochłaniane są następnie przez roztwór NaOH.

10

Metody otrzymywania wodoru

Z gazu ziemnego (katalizator: Ni, 700 K)

CH

4

+ 2H

2

O = CO + 3H

2

CO + H

2

O = CO

2

+ H

2

termiczny rozpad CH

4

2CH

4

→ C

2

H

2

+ 3H

2

(T=2000 °C)

reakcje metanu z tlenem

2CH

4

+ O

2

→ 2CO + 4 H

2

11

Elektroliza wody

12

Elektroliza wody

Proces

rozkładu

wody

prądem

elektrycznym

w

celu

otrzymania

wodoru

i

tlenu.

Ponieważ

czysta

woda

praktycznie

nie

przewodzi

prądu

elektrycznego

jako

elektrolit stosuje się rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego
lub

wodorotlenku

sodowego.

Proces

prowadzi

się

w

elektrolizerach

wyposażonych

w

kilkadziesiąt

elektrod

stalowych i przepony azbestowe oddzielające część anodową
od katodowej. Wodór i tlen produkuje się metodą e.w. w
przypadku dysponowania tanią energią elektryczną. Rozwój
przemysłu petrochemicznego i przeróbka gazu ziemnego,
będących tańszym źródłem wodoru, spowodował, że e.w.
straciła znaczenie.

Proces

rozkładu

wody

prądem

elektrycznym

w

celu

otrzymania

wodoru

i

tlenu.

Ponieważ

czysta

woda

praktycznie

nie

przewodzi

prądu

elektrycznego

jako

elektrolit stosuje się rozcieńczony roztwór kwasu siarkowego
lub

wodorotlenku

sodowego.

Proces

prowadzi

się

w

elektrolizerach

wyposażonych

w

kilkadziesiąt

elektrod

stalowych i przepony azbestowe oddzielające część anodową
od katodowej. Wodór i tlen produkuje się metodą e.w. w
przypadku dysponowania tanią energią elektryczną. Rozwój
przemysłu petrochemicznego i przeróbka gazu ziemnego,
będących tańszym źródłem wodoru, spowodował, że e.w.
straciła znaczenie.

13

Elektroliza: rozważmy elektrolizę roztworu

NaCl, którego stężenie wynosi 1mol/dm

3

Możliwe reakcje utlenienia:
2Cl

–

(aq) = Cl

2

(g) + 2e

–

E° = 1.358 V

2H

2

O = 4H

+

(aq) + O

2

(g) + 4e

–

E° = 0.82 V

(zjawisko nadnapięcia powoduje,że E utleniania wody
wynosi 1.4 V)

Możliwe reakcje redukcji:

Na

+

(aq) + e

–

= Na(s)

E° = –2.713 V

2H

2

O + 2e

–

= H

2

(g) + 2OH

–

(aq)

E° = -0.42 V

(zjawisko nadnapięcia powoduje,że E redukcji wody
wynosi -0.8 do-1.0 V)

Możliwe reakcje utlenienia:
2Cl

–

(aq) = Cl

2

(g) + 2e

–

E° = 1.358 V

2H

2

O = 4H

+

(aq) + O

2

(g) + 4e

–

E° = 0.82 V

(zjawisko nadnapięcia powoduje,że E utleniania wody
wynosi 1.4 V)

Możliwe reakcje redukcji:

Na

+

(aq) + e

–

= Na(s)

E° = –2.713 V

2H

2

O + 2e

–

= H

2

(g) + 2OH

–

(aq)

E° = -0.42 V

(zjawisko nadnapięcia powoduje,że E redukcji wody
wynosi -0.8 do-1.0 V)

14

Elektroliza: rozważmy elektrolizę roztworu

NaCl, którego stężenie wynosi 1mol/dm

3

• Ze względu na nadnapięcie potencjał

otrzymywania O

2

(g) wynosi ok. 1.5 V

• W rezultacie będziemy otrzymywać Cl

2

(g) i

H

2

.

Anoda, utlenianie: 2Cl

–

(aq) = Cl

2

(g) + 2e

–

E

°

Cl2/Cl-

= 1.358 V

• katoda, redukcja: 2H

2

O + 2e– = H

2

(g) + 2OH

–

(aq)

E

° = -0.42 V (zjawisko nadnapięcia

powoduje, że

E

redukcji wody wynosi -0.8 do-

1.0 V)

15

Elektroliza wody

• Możliwe reakcje utlenienia:
• 2SO

4

2–

(aq) = S

2

O

8

2–

(aq) + 2e– E° = 2.01 V

• 2H

2

O = 4H

+

(aq) + O

2

(g) + 4e– E° = 0.82 V

(zjawisko nadnapięcia powoduje,że E utleniania
wody wynosi 1.4 V)

•

Możliwe reakcje redukcji:

• H

+

(aq) + e– = H

2

E° = 0 V

• 2H

2

O + 2e– = H

2

(g) + 2OH

–

(aq)E° = -0.42 V

• (zjawisko nadnapięcia powoduje,że E redukcji

wody wynosi -0.8 do-1.0 V)

16

Izotopy wodoru

•

Wodór

(H) (Masa atomowa: 1,00782504(7))

posiada trzy występujące naturalnie izotopy,

1

H,

2

H, i

3

H. Pozostałe, (

4

H -

7

H) zostały

wytworzone sztucznie i nie występują w
środowisku naturalnym.

•

Wodór

jest jedynym pierwiastkiem, który

posiada w powszechnym użyciu nazwy dla
swoich izotopów. Dla deuteru i trytu stosuje
się ponadto oznaczenia odp. D i T (zamiast

2

H

i

3

H).

H

prot

99,98%

D

deuter

0,016%

T

tryt

~10

-16

%

17

Izotopy wodoru

•The energy gained from a fusion reaction is enormous. To illustrate, 10
grams of Deuterium (which can be extracted from 500 litres of water)
and 15g of Tritium (produced from 30g of Lithium) reacting in a fusion
powerplant would produce enough energy for the lifetime electricity needs
of an average person in an industrialised country.

•The energy gained from a fusion reaction is enormous. To illustrate, 10
grams of Deuterium (which can be extracted from 500 litres of water)
and 15g of Tritium (produced from 30g of Lithium) reacting in a fusion
powerplant would produce enough energy for the lifetime electricity needs
of an average person in an industrialised country.

Otrzymywanie trytu

7

Li + n 

4

He + T + n - 2.47 MeV

6

Li + n 

4

He (2.05 MeV) + T (2.73 MeV)

18

Wodór atomowy i cząsteczkowy

• H2 - cząsteczka bardzo trwała (w normalnych

warunkach).

W wyższych temperaturach i przy zmianach ciśnienia:

H

2

 2H

H

0

= +436 kJ/mol

•
•

reakcja endotermiczna  reakcji rozkładu

sprzyjają wysokie temperatury:

•

1000 K

 = 0,12 %

•

3000 K

 = 9,0 %

•

4000 K

 = 62 %

•

Wpływ ciśnienia - niskie ciśnienie sprzyja

rozkładowi wodoru cząsteczkowego.

•

Wodór aktywny = wodór in statu nascendi (tzn. w

chwili powstania) np. redukuje KMnO

4

.

19

Dwie odmiany wodoru cząsteczkowego

• ortowodór i parawodór

Jądra atomów wodoru zawierają protony, które mają

określone spinowe momenty magnetyczne
orto - zgodne para – przeciwne

•

W temperaturze 25

0

C wodór składa się z 75 % obj.

ortowodoru i w 25 % obj. parawodoru.

W miarę oziębiania, zawartość parawodoru (odmiany

uboższej w energię) rośnie i w 20 K dochodzi do
99,7%.

•

Odmiany te różnią się m.in. ciepłem właściwym.

20

Właściwości fizyczne wodoru

• Gaz bezbarwny, bez zapachu, bez smaku, słabo

rozpuszczalny w wodzie (0,021 obj. w 1 obj. wody).

• T

wrz

=20,38 K; T

topn

=13,95 K

Skraplanie wodoru – metoda ekspansyjna
(konieczne wstępne schłodzenie wodoru do ok. 200 K

ze względu na ujemny w wyższych temperaturach
efekt Joula-Thompsona),

Dodatkowy problem – egzotermiczna przemiana orto –

para (1,41 kJ/mol) powodująca odparowanie ok. 60%
skroplonego wodoru.

Rozwiązanie: ochłodzenie prawie do temp. skraplania,

zastosowanie katalizatora przyspieszającego
przemianę orto-para i dopiero po całkowitej
przemianie skraplanie wodoru.

21

Właściwości fizyczne wodoru

• Gęstość gazowego wodoru – 0,08988 g/dm

3

• Gęstość ciekłego wodoru w temp. wrzenia –

0.07 kg/dm

3

• Duża rozpuszczalność w niektórych metalach

(gąbka Pd może pochłonąć objętość wodoru
800 razy większą od swojej objętości).

• W wysokich temperaturach wodór rozpuszcza

się w platynie, niklu, żelazie, miedzi).

22

Właściwości chemiczne wodoru

•

W temperaturze pokojowej - niezbyt aktywny.

Łączy się z fluorem (HF) a podczas naświetlania też z chlorem (HCl).

W podwyższonych temperaturach reaguje :

- z niemetalami
- z metalami
tworząc wodorki

Reakcja z tlenem :

•

H

2

+ 1/2 O

2

= H

2

O

H

0

= -286 kJ/mol

- do 450 K brak reakcji

- 450  720 K reakcja przebiega z bardzo niską szybkością
-

> 720 K reakcja przebiega wybuchowo.

•

Mieszanina H

2

: O

2

w stosunku objętościowym 2 : 1 to

mieszanina piorunująca.

23

Palnik Daniella - temp. do 3000 K

24

Wodór jest silnym reduktorem w

podwyższonych temperaturach

CuO + H

2

Cu + H

2

O

3Fe

2

O

3

+ H

2

2Fe

3

O

4

+ H

2

O

Fe

2

O

3

+ H

2

2FeO + H

2

O

Fe

2

O

3

+ 3H

2

2Fe + 3H

2

O

530 K

800 K

900 K

420 K

420 K

25

Wodorki - X

m

H

n

Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

.

Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

.

26

Wodorki

W wodorkach stopień utlenienia wodoru wynosi +1 lub
-1. Stopień utlenienia w niektórych wodorkach metali
przejściowych nie jest dobrze zdefiniowany.
Trzy typy wodorków:
- wodorki jonowe (typu soli) - związki wodoru z
pierwiastkami elektrododatnimi (st. utlenienia wodoru
-1)
-wodorki kowalencyjne (związki wodoru z niemetalami)
- wodorki metaliczne (związki wodoru z metalami
przejściowymi)

W wodorkach stopień utlenienia wodoru wynosi +1 lub
-1. Stopień utlenienia w niektórych wodorkach metali
przejściowych nie jest dobrze zdefiniowany.
Trzy typy wodorków:
- wodorki jonowe (typu soli) - związki wodoru z
pierwiastkami elektrododatnimi (st. utlenienia wodoru
-1)
-wodorki kowalencyjne (związki wodoru z niemetalami)
- wodorki metaliczne (związki wodoru z metalami
przejściowymi)

27

Wodorki jonowe

Wodorki grupy 1A i 2A.
-stopione przewodzą prąd elektryczny
- w czasie elektrolizy litowiec (berylowiec)
wydziela się na katodzie a wodór na anodzie
- jon wodorowy H

-

ma własności zasadowe

H

-

+ H

2

O = H

2

+ OH

-

CaH

2

+ 2H

2

O = Ca

2+

+ 2OH

-

+ 2H

2

wodorki sodu, litu, wapnia są silnymi zasadami. LiH
i CaH

2

są przenośnymi źródłami wodoru. LiH

reaguje z AlCl

3

dając LiAlCl

4

będący użytecznym

reduktorem w chemii organicznej.

Wodorki grupy 1A i 2A.
-stopione przewodzą prąd elektryczny
- w czasie elektrolizy litowiec (berylowiec)
wydziela się na katodzie a wodór na anodzie
- jon wodorowy H

-

ma własności zasadowe

H

-

+ H

2

O = H

2

+ OH

-

CaH

2

+ 2H

2

O = Ca

2+

+ 2OH

-

+ 2H

2

wodorki sodu, litu, wapnia są silnymi zasadami. LiH
i CaH

2

są przenośnymi źródłami wodoru. LiH

reaguje z AlCl

3

dając LiAlCl

4

będący użytecznym

reduktorem w chemii organicznej.

28

Wodorki metaliczne

Wodorki metaliczne długo uważano za związki o strukturze
regularnej z atomami wodoru zajmującymi pozycje
międzywęzłowe.
Otrzymuje się je w reakcji pomiędzy metalami przejściowymi,
lantanowcami i aktynowcami i gazowym wodorem. W
podwyższonej temperaturze reakcja jest odwracalna -
prowadzi do otrzymania gazowego wodoru i sproszkowanego
metalu.
Wygląd metaliczny, dobre przewodnictwo elektryczne, zmienny
skład.
Często mają niestechiometryczny skład, np.: TiH

1.7

, TiH

2

,

PdH

0.65

, LaH

1.68

, UH

3

Jedno z ważniejszych zastosowań - magazynowanie wodoru

Wodorki metaliczne długo uważano za związki o strukturze
regularnej z atomami wodoru zajmującymi pozycje
międzywęzłowe.
Otrzymuje się je w reakcji pomiędzy metalami przejściowymi,
lantanowcami i aktynowcami i gazowym wodorem. W
podwyższonej temperaturze reakcja jest odwracalna -
prowadzi do otrzymania gazowego wodoru i sproszkowanego
metalu.
Wygląd metaliczny, dobre przewodnictwo elektryczne, zmienny
skład.
Często mają niestechiometryczny skład, np.: TiH

1.7

, TiH

2

,

PdH

0.65

, LaH

1.68

, UH

3

Jedno z ważniejszych zastosowań - magazynowanie wodoru

29

Odnawialne źródła energii

• energia słoneczna

• energia wiatru, wody

• energia geotermiczna

• biomasa

30

Wykorzystanie bezpośrednie

(energia elektryczna, ciepło)

Magazynowanie energii

(wodór)

Zbiorniki ciśnieniowe, ciekły wodór,

wodorotlenki metali, nanowłókna węglowe

Wykorzystanie bezpośrednie

(silniki spalinowe, cieplne)

Produkcja energii elektrycznej

(ogniwa paliwowe)

Energia ze źródeł odnawialnych

31

Wodór jako paliwo przyszłości

• Najbardziej perspektywicznym paliwem jest wodór, który

spala się wg reakcji:

2H

2

+ O

2

= 2H

2

O

H

0

= -142 MJ/kg

• Podczas spalania 1kg wodoru wydziela się 142 MJ energii,

a powstająca woda, jest w 100 % ekologiczna. Reakcja ta
może być realizowana w tzw. ogniwie paliwowym.

• Dla porównania ze spalenia 1 kg węgla i 1 kg metanu

otrzymuje się odpowiednio 33 i 50 MJ energii (przy 100 %
wydajności tych reakcji). Jednak nie rozwiązany jest, jak
dotychczas, problem magazynowania tego paliwa gazowego.
Można to realizować na następujące sposoby:

– Sprężanie wodoru  ciśnienie 300 – 700 atm.,

– Skraplanie wodoru  temperatura – 253 ºC,

– Zamiana w wodorki, np. NaAlH4 oraz wodorki Sm i Co,

– Absorbenty wodoru, np. nanorurki węglowe.

32

Magazynowanie wodoru

33

Sposoby magazynowania wodoru

zbiorniki

ciśnieniowe

ciekły

wodór

nanowłókna

węglowe

wodorki

metali

34

Magazynowanie wodoru w postaci

gazowej (pod ciśnieniem)

35

Magazynowanie wodoru w

postaci ciekłej (d=0,07kg/dm

3

)

36

37

38

39

40

Zasada działania ogniwa

energia elektryczna

woda

CO

2

?

tlen z powietrza

paliwo

H

2

, CH

3

OH

OGNIWO

PALIWOWE

41

Ogniwo

Elektrolit

Temp. pracy (C)

PEM

Stały polimer organiczny
(kwas polinadfluorosulfonowy)

60-100

AFC

Wodny roztwór wodorotlenku
potasu

90-100

PAFC

Roztwór kwasu fosforowego

175-200

MCFC

Roztwór węglanów litu, sodu
i/lub potasu

600-1000

SOFC

Tlenek cyrkonu stabilizowany
itrem

600-1000

Rodzaje ogniw paliwowych

42

Ogniwo paliwowe PEM

nadmiarowe

paliwo

woda i ciepło

paliwo

powietrze

H

2

O

2

H

2

O

H

+

H

+

H

+

H

+

e

e

e

anoda elektrolit katoda

2H

2

= 4H

+

+ 4e

4H

+

+ O

2

+4e = 2H

2

O

43

Membrana polimerowa

z porowatymi elektrodami

ścieżka przewodzenia

jonów wodorowych

ścieżka przewodzenia

elektronów

ścieżka dostępu gazu do

powierzchni katalizatora

platyna

węgiel

membrana

polimerowa

44

Przekrój zespołu

elektroda - membrana

warstwa zewnętrzna

warstwa zewnętrzna

zespół

membrana - elektrody

ścieżki dostępu gazu do elektrody

elektrody

membrana

polimerowa

45

Pojedyncze ogniwo paliwowe PEM

kolektor prądu

anodowego

kolektor prądu

katodowego

wlot

wodoru

powietrze

i woda

wlot

powietrza

zewnętrzna warstwa

anodowa

zewnętrzna warstwa

katodowa

wylot

wodoru

ZEM

ZEM = zespół elektrody - membrana

e

e

46

Ogniwo paliwowe z polimerową

membraną protonowymienną

• silniki elektryczne
• w pojazdach
• badania kosmiczne
• mobilne generatory

elektryczności

• elektrociepłownie

• niska temperatura pracy (60-

100°C)

• wysoka sprawność (80%)
• brak emisji zanieczyszczeń
• łatwość łączenia w baterie o mocy

od kilku watów do kilkunastu
megawatów

• ZALETY

• ZASTOSOWANIA

WADY:

- wysoka cena

- wysoka czystość wodoru

47

Schemat samochodu z wodorowym

ogniwem paliwowym

wodór

zbiornik

wodoru

energia

chemiczna

energia

mechaniczna

energia

elektryczna

powietrze

z turbokompresora

ogniwo

paliwowe

turbokompresor

konwerter

trakcyjny

silnik elektryczny

z przekładnią

48

Przykłady zastosowań

ogniw paliwowych

• P-2000 Ford (PEM FC) zerowa

emisja

• Opel Zafira (DM FC) zerowa

emisja SO

2

, N

x

O

y,

50% CO

2

• HydroGen3 (Opel) (PEM FC) -

zerowa emisja

• BMW 745h - silnik o mocy 135 kW

zasilany wodorem

49

50

System energetyczny przyszłości

51

Wodorki kowalencyjne

Węgiel jest pierwszym pierwiastkiem w okresie 3
wykazującym elektroujemność większa od wodoru. Różnica
elektroujemności jest mała i wiązanie ma charakter
kowalencyjny. Przesuwając się w prawo w okresie
następuje wzrost właściwości kwasowych wodorków
kowalencyjnych

Węgiel jest pierwszym pierwiastkiem w okresie 3
wykazującym elektroujemność większa od wodoru. Różnica
elektroujemności jest mała i wiązanie ma charakter
kowalencyjny. Przesuwając się w prawo w okresie
następuje wzrost właściwości kwasowych wodorków
kowalencyjnych