1 Energia słoneczna i ogniwa paliwowe Patryk Iwan ZiIP I mgr Gr III

2 Plan prezentacji 1.Ogniwo paliwowe 2.Sprawność ogniwa paliwowego 3.Rodzaje ogniw paliwowych 4.Zastosowanie

3 Ogniwo paliwowe Ogniwa paliwowe są urządzeniami elektrochemicznymi, które wytwarzają energię użyteczną (elektryczność, ciepło) w wyniku reakcji chemicznej wodoru z tlenem. Produketm ubocznym jest woda. Ogniwo paliwowe zbudowane jest z dwóch elektrod: anody i katody. Elektrody odseparowane są poprzez elektrolit występujący w formie płynnej lub jako ciało stałe. Elektrolit umożliwia przepływ kationów, natomiast uniemożliwia przepływ elektronów.

4 Ogniwo paliwowe c.d.

5 Sprawność ogniwa paliwowego Z pierwszej zasady termodynamiki wynika, że zmiana energii wewnętrznej podczas reakcji następuje w wyniku przepływu ciepła do układu i wykonania pracy przez układ, co określa wzór:

6 Sprawność ogniwa paliwowego c.d Praca wykonana przez układ składa się z pracy wykonanej na przenoszenie ładunków elektrycznych (L e ), jak i pracy objętościowej, L V = pΔV. Po dodaniu do obu stron równości wyrażenia pΔV, otrzymujemy wzór na zmianę entalpii w reakcji:

7 Sprawność ogniwa paliwowego c.d Przyjmując, że proces jest odwracalny, z II zasady termodynamiki otrzymujemy: Lub lub

8 Sprawność ogniwa paliwowego c.d Wykonana praca zwiększa energię elektryczną przenoszonych elektronów co jest równoważne wytwarzaniu siły elektromotorycznej. Energia ta rozkłada się na wszystkie elektrony przenoszone podczas reakcji. Co dla 1 mola reakcji daje zależności: gdzie n – liczba elektronów w pojedynczej reakcji A – liczba Avogadro, e – ładunek elektronu, E- wytwarzana siła elektromotoryczna

9 Sprawność ogniwa paliwowego c.d Sprawność ogniwa określa się jako stosunek energii elektrycznej do całkowitej energii możliwej do uzyskania w wyniku tej reakcji. Reakcja przebiega przy stałym ciśnieniu, dlatego uzyskiwaną energię, czyli energię swobodną odnosi się do entalpii ΔG – zmiana entalpii swobodnej (funkcji Gibbsa) ΔH – zmiana entalpii całkowitej paliwa ΔS – przyrost entropii układu T – temperatura bezwzględna pracy ogniwa

10 Sprawność ogniwa paliwowego c.d Sprawność ogniwa paliwowego zależy od pobieranej mocy – im pobierana moc jest większa, tym niższa jest sprawność ogniwa. Większość strat przejawia się jako spadek napięcia ogniwa, tak więc sprawność można przedstawić jako funkcję napięcia zależną od obciążenia ogniwa. Typowe ogniwo pracujące przy napięciu 0,7 V ma sprawność około 50%, co oznacza, ze 50% energii paliwa wodorowego jest zamieniane na energię elektryczną, pozostałe 50% zamieniane jest w ciepło.

11 Rodzaje ogniw paliwowych 1.PEM (Proton Exchange Membrane lub Polimer Electrolyte Membrane). 2. DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). 3. AFC (Alkaline Fuel Cell) 4. Phosphoric Acid (PAFC). 5. MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell). 6. Solid Oxide (SOFCs).

12 Zastosowanie Stacjonarne generatory mocy Motoryzacja Robotyka Urządzenia przenośne, baterie

13 Zastosowanie-przykład

14 Dziękuje za uwagę