Ogniwa paliwowe są urządzeniami elektrochemicznymi, w których następuje
bezpośrednia przemiana energii chemicznej paliwa i utleniacza na energię elektryczną.

Klasyfikację ogniw paliwowych przeprowadza się zwykle na podstawie rodzaju użytego
w nich elektrolitu, lub na podstawie temperatury ich pracy.

Tlen i wodór znajdują się w rurkach w dolnych pojemnikach z kwasem siarkowym.
Reagują ze sobą tworząc wodę. Wytworzony prąd elektryczny wywołuje elektrolizę
wody w górnym pojemniku.

PEFC – polymer electrolyte FC
A – alkaline FC
PAFC – phosphoric acid FC
MCFC – molten carbonate FC
SOFC – solid oxide FC

+2

1.17









2

2

O

2e

1/2O

Reakcja katodowa:

Reakcja anodowa:

Reakcja sumaryczna:











2e

O

H

O

H

2

2

2

O

H

1/2O

H

2

2

2





temperatura

T [K]

stan

skupienia

wody

ΔH

0

[kJ/mol]

ΔG

0

[kJ/mol]

sprawność

teoretyczna η

t

[%]

napięcie

ogniwa E

N

[V]

298

ciecz

-285,8

-237,1

83,0

1,229

298

gaz

-241,8

-228,6

94,5

1,185

900

gaz

-247,2

-198,1

80,1

1,027

1000

gaz

-247,8

-192,6

77,7

0,998

1100

gaz

-248,4

-187,1

75,3

0,969

1. straty aktywacyjne

(na elektrodach)

2. straty omowe

3. straty stężeniowe

(doprowadzenie
reagentów)

E = E

N

– η

k

– η

a

– i·(R

i

+ R

c

)

CHP – Combined Heat and Power: generator ciepła i prądu
APU – Auxiliary Power Unit: pomocnicza jednostka mocy

wysoka sprawność do ok. 60%!

1) Moduł SOFC
2) Układ uzdatniania wody
3) Układ oczyszczania gazu
4) Układ zarządzania i konwersji

generowanej mocy

•

Zasilanie gazem ziemnym

•

Maksymalna moc (elektryczna) 2kW

•

Maksymalna moc cieplna 300W-1kW
(zależnie od obciążenia elektrycznego)

•

Emisja CO

2

340g/kWh

Stos

Układ zasilania gazem

support
anodowy

anoda

elektrolit

katoda

tubular

Obniżenie temperatury pracy z obecnych 800-1000°C (SOFC) do 600-800°C (IT-SOFC)
jako strategiczny cel rozwoju technologii ogniw paliwowych
- ograniczenie korozji wysokotemperaturowej
- możliwość użycia tańszych materiałów konstrukcyjnych
- stabilność długoczasowa pracy

materiał katodowy
przewodzący tylko
elektronowo
La

0,8

Sr

0,2

MnO

3

(LSM)

materiał katodowy o
przewodnictwie
mieszanym jonowo-
elektronowym
La

1-x

Sr

x

Co

1-y

Fe

y

O

3-δ

(LSCF)

konieczna obecność
ruchliwych wakancji
tlenowych w
temperaturze pracy
ogniwa



Stabilność wysokotemperaturowa (termiczna i chemiczna)
w atmosferach utleniających



Brak reaktywności oraz zgodność termomechaniczna w stosunku do
użytego elektrolitu oraz interkonektora



Odporność na zatruwanie chromem (w przypadku użycia
interkonektorów zawierających Cr)



Stabilność w atmosferze zawierającej CO

2



Wysokie przewodnictwo całkowite (> 100 Scm

-1

)



Mieszane przewodnictwo jonowo-elektronowe dla poprawy
efektywności pracy, w szczególności w obniżonym zakresie temperatur



Wysoka aktywność katalityczna dla reakcji redukcji tlenu



Możliwość otrzymania warstwy o odpowiedniej porowatości
i wytrzymałości mechanicznej



Niska cena substratów i prosta metoda otrzymywania materiału
o żądanych właściwościach



Materiał „przyjazny” dla środowiska