607

15.6. OGNIWA PALIWOWE

w ogniwie paliwowym z elektrolitem stałym SOFC (rys. 15.43d). Ponieważ ten rodzaj elektrolitu jest dobrym przewodnikiem jonów O²~, więc płyną one do anody, gdzie zachodzi reakcja (15.27).

Z pojedynczej celi zawierającej anodę, katodę i elektrolit uzyskuje się napięcie < 1 V. Bateria ogniw paliwowych, tzw. stos (moduł), składa się z pojedynczych cel przedzielonych płytkami bipolarnymi wyposażonymi w kanały dopływu paliwa i utleniacza (rys. 15.44a). Zadaniem płyt bipolarnych, oprócz zapewnienia kontaktu elektrycznego pomiędzy anodą jednego ogniwa a katodą drugiego ogniwa, est oddzielenie obiegu paliwa (gazu anodowego) od utleniacza (gazu katodowego).

W celu otrzymania odpowiedniej mocy i napięcia płyty zawierające pojedyncze cele łączy się szeregowo i równolegle (rys. 15.44c). Zazwyczaj w „stosie” połączone są ze sobą setki pojedynczych ogniw. Konieczna jest zamiana prądu stałego na przemienny - realizowana w przetwornikach DC/AC.

Jeżeli paliwem jest metan zawarty w gazie ziemnym, metanolu, biogazie lub innych paliwach węglowodorowych, to w celu otrzymania wodoru przeprowadza się reformingparowy metanu. W temperaturze 700 ~ 1000°C w obecności metalicznych katalizatorów (najczęściej niklowych) para wodna, reagując z metanem, tworzy H₂ oraz C0₂ zgodnie z końcową reakcją

CHU + 2H₂0 -» 4H₂ + C0₂    (15.28)

Reforming może być przeprowadzany w odrębnym urządzeniu (reforming zewnętrzny) lub też z wykorzystaniem ciepła reakcji elektrochemicznych zachodzących w ogniwach wysokotemperaturowych (MCFC, SOFC) - wewnątrz ogniw (reforming wewnętrzny).

15.6.2. Typy ogniw paliwowych i ich zastosowanie

Ogniwa paliwowe są kwalifikowane w zależności od rodzaju elektrolitu, który jest w nich używany, co wiąże się z temperaturą ich pracy. Poniżej omówiono wybrane charakterystyczne ogniwa paliwowe.

W ogniwach alkalicznych (zasadowych) (ang. Alkaline Fuel Celi, AFC) elektrolitem jest roztwór KOH o stężeniu zależnym od wymaganej temperatury pracy ogniwa. Stosowane są dwa rozwiązania. W pierwszym rozwiązaniu (rys. 15.43a) roztwór KOH, cyrkulując w instalacji, jest chłodziwem i czynnikiem transportującym wodę z ogniwa. W drugim rozwiązaniu (z elektrolitem statycznym) między elektrodami znajduje się membrana (azbestowa) nasycona KOH. Elektrody ogniwa mogą być wykonane z różnych metali. Ponieważ KOH reaguje z C0₂, więc zarówno paliwo H₂, jak i utleniacz 0₂ muszą być całkowicie pozbawione C0₂. Stosując reforming zewnętrzny, paliwem może być hydrazyna N₂H₄ lub metan CH₄. Temperatura pracy wynosi 100 — 200°C. Sprawność dochodzi do 60%. Mają one zastosowanie w technice kosmicznej (prom Apollo) i wojskowej oraz w transporcie.

607