Energia słoneczna i ogniwa paliwowe Patryk Molenda I GiG grupa 4 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie AGH University of Science and Technology

Czym jest słońce? Pierwiastki budujące: Średnica 1 392 684 km → 109 D⊕ Masa 1,989 ×1030 kg → 333 tys. M⊕ Pierwiastki budujące: Wodór – ok. 74% Hel – ok. 25% Inne pierwiastki (O2, C, Fe, N, Ne) – 1% Źródło: dracul.kill.pl

Energia słoneczna - powstawanie Źródło: http://universe.cba.pl/

Reakcja syntezy termojądrowej we wnętrzu Słońca i innych gwiazd Źródło: http://www.energiajadrowa.pl/

Źródło: Google grafika

Źródło: energoforum.pl

Rozkład nasłonecznienia kuli ziemskiej Źródło: Wikipedia

Źródło: http://www.enis.pl/energia-sloneczna.html

Ogniwa Paliwowe Urządzenia elektro-chemiczne, pozwalające na uzyskanie energii elektrycznej i ciepła bezpośrednio z zachodzącej w nich reakcji chemicznej utleniania paliwa.

Źródło: ogniwa-paliwowe.com Zasada działania Źródło: ogniwa-paliwowe.com

Ogniwa paliwowe Paliwa: Utleniacze: Wodór, Węglowodory (metan) Alkohole Utleniacze: Tlen Powietrze

Typy ogniw paliwowych Podstawą klasyfikacji ogniw paliwowych jest rodzaj (materiał) elektrolitu – różne procesy występują na elektrodach, różne jony przepływają przez elektrolit, różne produkty reakcji na anodzie i katodzie. Proton-Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), Polymer Electrolyte FC Alkaline Fuel Cell (AFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Direct Methanol Fuel Cell (DMFC),

Źródło: Politechnika Warszawska Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Elektrolit: Nafion (kopolimer tetrafluoroetenu) Reakcje: Anoda: 2 H2 → 4 H+ + 4 e‾ Katoda: O2 + 4 H+ + 4 e‾ → 2 H2O Niski zakres temperatury pracy: 60-100 °C Wysoka sprawność: do 65% Zastosowanie: Napędy pojazdów Stacjonarne i przenośne generatory energii elektrycznej Źródło: Politechnika Warszawska

Bezpośrednie ogniwo metanolowe Direct methanol Fuel Cell (DMFC) Odmiana Proton Exchange Membrane FC (membrana polimerowa) Paliwo: metanol Utleniacz: tlen Anoda zapewnia wewnętrzny reforming metanolu prowadzący do wydzielenia wodoru Reakcje: Anoda: CH3OH + H2O → CO2 + 6 H+ + 6 e ‾ Katoda: 1,5 O2 + 6 H+ + 6 e ‾ → 3 H2O Temperatura pracy: 70-90°C Sprawność ok. 40% Zastosowanie: Urządzenia przenośne Źródło: Politechnika Warszawska

Ogniwa fosforowe Phosphoric acid FC Elektrolit: kwas fosforowy (H3PO4) Reakcje: Katoda: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Anoda: 2H2 → 4H+ + 4e- Sprawność 40-80% Temperatura pracy: 150-200°C Zastosowanie: Układy kogeneracyjne (możliwość dodatkowego wytwarzania ciepła ) Źródło: Politechnika Warszawska

Ogniwo Alkaliczne Alkaline Fuel Cell (AFC) Elektrolit: roztwór KOH Reakcje: Anoda: H2 + 2 OH‾ → 2 H2O + 2 e‾ Katoda: O2 + 2 H2O + 4 e‾ → 4 OH‾ Przez elektrolit przepływa grupa OH Zakres temperatury pracy: 70-100 (150-200) °C Sprawność: 60% Zastosowanie: Astronautyka (program Apollo) Źródło: Politechnika Warszawska

Źródło: Politechnika Warszawska Ogniwo paliwowe z zestalonym elektrolitem tlenkowym Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) Paliwo: mieszanina wodoru z tlenkiem węgla Elektrolit: tlenek cyrkonu stabilizowany itrem (ceramika) Reakcje: Anoda: H2 + O2‾ → H2O + 2 e‾ CO + O2‾ → CO2 + 2 e‾ Katoda: O2 + 4 e‾ → 2 O2‾ Jony tlenu wędrują przez elektrolit między katodą a anodą Temperatura pracy: 800-1000°C Zastosowanie: • Stacjonarne źródła energii elektrycznej, • Układy kogeneracyjne Źródło: Politechnika Warszawska

Źródło: Politechnika Warszawska Ogniwo paliwowe ze stopionym węglanem  Molten-carbonate fuel cell (MCFC) Elektrolit: węglany sodu, potasu, litu Reakcje: Anoda: CO32‾ + H2 → H2O + CO2 + 2 e‾ Katoda: CO2 + 0,5 O2 + 2 e‾ → CO32‾ Jony CO32 ‾ przenikają przez elektrolit (stopione węglany) między katodą a anodą. Sprawność 60-80% Temperatura pracy ok. 650°C (temp. stopienia węglanów) Źródło: Politechnika Warszawska

Zalety ogniw paliwowych Wysoka jakość dostarczanej energii Wysoka sprawność Możliwość stosowania różnych rodzajów paliw Śladowa ilość generowanych zanieczyszczeń Skalowalność Możliwość wykorzystania ogniw w całym zakresie mocy elektrycznej (od We do MWe) w różnorodnych zastosowaniach

Zastosowanie ogniw paliwowych energetyka sondy i statki kosmiczne systemy zasilania awaryjnego (szpitale, jednostki wojskowe itp.) dostarczanie energii w miejscach pozbawionych dostępu do sieci energetycznej urządzenia mobilne – telefony komórkowe, tablety, laptopy samochody napędzane wodorem roboty mobilne – autonomiczne roboty wykonujące prace serwisowe (sprzątanie) lub transportowe

Dziękuję za uwagę

Bibliografia Halliday D., Resnick R., 2003: Podstawy Fizyki Tom 5. Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa. (s. 185-188) https://pl.wikipedia.org/wiki/S%C5%82o%C5%84ce https://pl.wikipedia.org/wiki/Ogniwo_paliwowe http://www.ogniwa-paliwowe.info/ www.ogniwa-paliwowe.com/