1

1

Wykorzystane materiały

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

11

Elektroliza wody

12

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

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

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

15

Elektroliza wody

• Możliwe reakcje utlenienia:
• 2SO

42–

(aq) = S

2

O

82–

(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

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).

17

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

L i + n  

4

H e + T + n - 2 .4 7 M e V

6

L i + n  

4

H e ( 2 .0 5 M e V ) + T ( 2 .7 3 M e V )

18

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

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

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

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

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

23

Palnik Daniella - temp. do

3000 K

24

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

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

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

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

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

29

Odnawialne źródła energii

Odnawialne źródła energii

• energia słoneczna
• energia wiatru,

wody

• energia

geotermiczna

• biomasa

30

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

Energia ze źródeł odnawialnych

31

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

32

Magazynowanie wodoru

33

33

Sposoby magazynowania

Sposoby magazynowania

wodoru

wodoru

zbiorniki

ciśnieniowe

ciekły

wodór

nanowłókna

węglowe

wodorki

metali

34

34

Magazynowanie wodoru w

postaci gazowej (pod

ciśnieniem)

35

35

Magazynowanie wodoru w

postaci ciekłej

(d=0,07kg/dm

3

)

36

36

37

37

38

38

39

39

40

40

Zasada działania ogniwa

Zasada działania ogniwa

energia elektryczna

woda

CO

2

?

tlen z powietrza

paliwo

H

2

, CH

3

OH

OGNIWO

PALIWOWE

41

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

Rodzaje ogniw paliwowych

42

42

Ogniwo paliwowe PEM

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

43

Membrana polimerowa

Membrana polimerowa

z porowatymi elektrodami

z porowatymi elektrodami

ścieżka przewodzenia

jonów wodorowych

ścieżka przewodzenia

elektronów

ścieżka dostępu gazu
do

powierzchni
katalizatora

platyna

węgiel

membrana

polimerowa

44

44

Przekrój zespołu

Przekrój zespołu

elektroda - membrana

elektroda - membrana

warstwa zewnętrzna

warstwa zewnętrzna

zespół

membrana - elektrody

ścieżki dostępu gazu do

elektrody

elektrody

membrana

polimerow

a

45

45

Pojedyncze ogniwo paliwowe PEM

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

46

Ogniwo paliwowe z polimerową

Ogniwo paliwowe z polimerową

membraną protonowymienną

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

ZALETY

•

ZASTOSOWANIA

ZASTOSOWANIA

WADY:

WADY:

- wysoka cena

- wysoka czystość wodoru

47

47

Schemat samochodu z wodorowym

Schemat samochodu z wodorowym

ogniwem paliwowym

ogniwem paliwowym

wodór

zbiornik

wodoru

energia

chemiczna

energia

mechaniczna

energia

elektryczna

powietrze

z turbokompresora

ogniwo

paliwowe

turbokompresor

konwerter

trakcyjny

silnik elektryczny

z przekładnią

48

48

Przykłady zastosowań

Przykłady zastosowań

ogniw paliwowych

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

49

50

50

System energetyczny przyszłości

System energetyczny przyszłości

51

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