PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
Dr inż. Aleksandra Borsukiewicz-Gozdur
Ogniwa paliwowe 3
2
Porównanie ogniw paliwowych
Rodzaj Polimerowe Alkaiczne Z kwasem węglanowe tlenkowo-
ogniwa fosforowym ceramiczne
PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC
elektrolit membrana rozcieńczony H3PO4 stopiony najczęściej
polimerowa lub stężony eutektyk ZrO2+Y2O3
NaOH lub KOH (LI/Na)2CO3 lub
(Li/K)2CO3
jon
H + OH- H+ CO32- O2-
przewodzący
w elektrolicie
temperatura 60-120 65-220 200-230 650 800-1000
pracy oC
materiał Pt Pt Pt Anoda: Ni Anoda: Ni/ZrO2
elektrody Katoda NiO+Li2O Katoda : na bazie
(katalizator) La2O3 lub MnO2
materiał materiały materiały materiały stal nierdzewna materiały ceramiczne
elementów węglowe węglowe grafitowe
składowych
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
3
Wpływ wybranych substancji w gazie
paliwowym na działanie ogniwa
Składnik Polimerowe Alkaiczne Z kwasem Węglanowe Tlenkowo-
fosforowym ceramiczne
PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC
H2 paliwo paliwo paliwo paliwo paliwo
CO szkodliwy szkodliwy szkodliwy paliwoa paliwo
(>50 ppm) (>0,5 %)
CH4 obojętny szkodliwy obojętnyb obojętnyb paliwod,e
CO2 obojętnyb szkodliwy obojętnyb obojętnyb obojętnyb
S jako H2S i brak danych szkodliwy szkodliwy szkodliwy szkodliwy
COS (>50 ppm) (>0,5 ppm) (>1,0 ppm)
CO +� H2O �� CO2 +� H2
a) w warunkach pracy MCFC reakcja gazu wodnego przebiega szybciej
niż utlenianie elektrodowe
b) w zasadzie gaz ten powoduje rozcieńczenie składnika elektroaktywnego w gazie paliwowym
c) w przypadku MCFR z reformingiem wewnętrznym metan jest z
ródłem wodoru
d) w mieszaninie z tlenem (powietrzem) może stanowić paliwo w SOFC jednokomorowym
e) reakcja CH4 +� H 2O �� CO +� 3H2 jest szybsza niż bezpośrednie elektroutlenianie metanu
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
4
Maksymalna sprawność ogniw
paliwowych
AFC - ogniwo alkaliczne,
PEMFC  ogniwo polimerowe,
PAFC - ogniwo kwasowe,
MCFC - ogniwo węglowe,
SOFC - ogniwo tlenkowo-ceramiczne
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
5
Podział ogniw paliwowych
Ze względu na rozwiązanie konstrukcyjne ogniwa paliwowe dzieli się na ogniwa :
ż� z elektrodami płaskimi
ż� z elektrodami cylindrycznymi
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
6
Ogniwa z elektrodami płaskimi
Nadmiar utleniacza,
H20, CO2 (w DMFC,
PAFC i PEMFC)
Płyta końcowa
Elektrolit
Anoda
Płyta separacyjna
Katoda
Kierunek przepływu
Płyta separacyjna
utleniacza
Anoda
Kierunek przepływu
paliwa
Schemat modułu ogniwa paliwowego z elektrodami płaskimi
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
7
Ogniwa z elektrodami cylindrycznymi
Nadmiar utleniacza,
H20, CO2 (w DMFC,
PAFC i PEMFC) Produkty spalania:
H20, CO2 (w AFC,
MCFCi SOFC)
Utleniacz:
Anoda
Paliwo: O2 , powietrze
Elektrolit
H2, CH4,
Katoda
CO, CH3OH
Schemat modułu ogniwa paliwowego z elektrodami cylindrycznymi
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
8
Porównanie sprawności
różnych przetworników energii
l - ogniwo paliwowe,
2 - turbiny gazowe,
3 - silnik benzynowy,
4 - silnik Diesla
Wydajność ogniwa paliwowego nie jest ograniczona cyklem Carnota jak
w przypadku silników cieplnych, a wielkość zanieczyszczeń jest znacznie
niższa w zestawieniu z turbinami gazowymi i parowymi co jest istotne z
punktu widzenia problematyki ochrony środowiska naturalnego.
9
Porównanie różnych technologii
generacji rozproszonej
Technologia Silniki tłokowe Mikroturbiny Turbiny Ogniwa
spalinowe paliwowe
Diesel Gazowe
Moc MW 0,03-6 0,03-6 0,03-0,4 0,5-30 0,1-30
Koszt 600- 700- 1200-1700 400-900 3000-
inwestycyjny 1000 1200 4000
USD/kW
Sprawność 30-43 30-42 14-30 21-40 36-50
elektryczna %
Sprawność 80-85 80-85 80-85 80-90 80-85
skojarzona%
Koszt 0,05-0,15 0,07-0,2 0,04-0,1 0,03-0,08 0,02-0,15
eksploatacji
USD/kWh
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
10
Zastosowanie ogniw paliwowych
Rzeczywiste i potencjalne wykorzystanie ogniw paliwowych jest bardzo
wszechstronne:
-systemy mobilne małej mocy (laptopy, telefony komórkowe),
-systemy mobilne dużej mocy (motoryzacja),
-stacjonarne i mobilnych systemy energetycznych (elektrownie awaryjne na
przyczepach
TIR-ów, elektrownie miejskie, szpitalne, wojskowe).
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
11
Zastosowanie ogniw paliwowych -
motoryzacja
Motoryzacja wiąże duże nadzieje z ogniwami paliwowymi. Początkowo
sądzono, że największą rolę odegrają ogniwa polimerowe PEMFC zasilane
czystym wodorem, jednak obecnie, gdy dużego znaczenia nabierają
biopaliwa, wszystko wskazuje na to, że w konkurencji największe szanse
mają ogniwa z wewnętrznym reformingiem lub zasilane bezpośrednio
metanolem DMCF.
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
12
Zastosowanie ogniw paliwowych -
motoryzacja
Samochód GM Opel Zafira
z ogniwem paliwowym
PEMFC z reformacją
metanolu, samochód Necar
5 firmy Daimler Chrysler
Mercedes B, napędzany
prądem elektrycznym z
reakcji chemicznej w
ogniwie paliwowym
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
13
Zastosowanie ogniw paliwowych 
małe systemy mobilne
Aparat cyfrowy z modułem
DMFC
Telefon Samsung BlackJack z
ogniwem DMFC
Stworzona przez LG bateria napędzana jest
metanolem. Cały system zasilania waży niecały
kilogram, 200 mililitrów paliwa ma wystarczyć
na 10 godzin pracy notebooka pobierającego 25
W.
LG szacuje, że kartridże z paliwem będą
kosztować poniżej 1 dolara, a cały układ
wytwarzający energię elektryczną - 500 dolarów
Ogniwo paliwowe zasilające
laptopa
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII
14
Podsumowanie
Tempo rozwoju ogniw paliwowych jest wysokie. Ma na to wpływ
wiele ich zalet, z których najważniejsze są następujące:
v�duża sprawność;
v� cicha praca (brak mechanicznych elementów ruchomych);
v�brak emisji S02, CO, NOx i pyłów;
v�małe rozmiary i zużycie wody;
v�możliwość spalania nie tylko wodoru, ale również i innych paliw;
v�niezawodność działania przy czasie pracy ok. 10000 godzin;
v�niskie koszty eksploatacji;
v�coraz niższe koszty wytwarzania (w 1981 r. elektrownia w Nowym
Jorku o mocy 4,5 MW kosztowała 6700 USD/kW, w 1991 r. już
2000 USD/kW, a w 2000 r. koszty te wyniosły 1300 USD/kW)
a w przypadku uruchomienia masowej produkcji ogniw paliwowych (PEFC) jest
możliwe obniżenie kosztów nawet do 50 USD/kW
Zasadnicze wady:
v�konieczność odpowiedniego przygotowywania paliwa;
v�stosunkowo krótki czas eksploatacji (w porównaniu do innych technologii)
PERSPEKTYWICZNE y
RÓDA
A ENERGII