Hidrogén tüzelő őanyag-cellás kiserő őmű ű alkalmazásai lehető őségei Magyarországon
Gyepes Tamás, Kriston Ákos STS Group Zrt. Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet, Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratórium www.fuelcell.hu - www.stsgroup.hu
Tüzelőanyag-cella kutatás és fejlesztés az • A platinakatalizátor oldódása • A platina valódi felületének jelentősége • Az oxigénfejlődés és -redukció vizsgálata • MEA készítés és tesztelés • Tömítések készítése és tesztelése • PEM tüzelőanyag-cellák tervezése, készítése és tesztelése • Matematikai modellezés (reakcióséma, áramlási profil stb.) • Járműtervezés (HY-GO és HY-GO 2.0), üzleti terv • Regenerativ kogenerációs PEM cellák tervezése és kivitelezése STS Group-nál, bipoláris lapok készítése
Bemutatkozás • Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai- és Matematikai Intézet, Budapest – Első Stratégiai Kutatóhely tüzelőanyag-cella témában (NKTH Nekifut) – Első kelet-közép-európai tüzelőanyag-cella kutatóközpont (www.fuelcelltoday.com alapján) – 11 kutató – Műszerek az ipari berendezésektől az atomi felbontás vizsgálatáig – Virtuális és szimulációs környezetek • STS Group Zrt., Győr – Leggyorsabban növekvő megújuló technológiával foglalkozó cég – 2,5 Mrd Ft árbevétel 2010-es évben
William Robert Grove (1811-1896)
Öt, sorosan kapcsolt Grove-féle „gázelem” vizet bont egy különálló cellában Inzelt G. (2004). Régi-Új Áramforrások: A Tüzelőanyag-elemek. Fizikai Szemle, 54 (8), 252.
Francis Thomas Bacon (1904-1992)
Az Apollo űrprogramban használt Bacon-féle alkalikus hidrogén – oxigén tüzelőanyag-elem Fotó: fuelcell.hu
PEM cellák felépítése, működése
6
A tüzelőanyag-cella szíve, a MEA anód
katód
O2, air
H2, ta.
szén szemcsék
„Gázáramlási ” csatornák Gázdiffuziós réteg l ~250 µmµm 100-300
„Katalizátor ” µ ~25 m
Polimer membrán 25-200 µ m
7
gázvízzel telített transzport mikropórusok mezopórusok Pt- nanorészecskék
A tüzelőanyag-cellák vizsgálata, (elemi cellák)
Cella potenciál / V
Mükődési feltételek, hatásfok 1. T=80oC, tökéletesen nedvesített 2. T=80oC, 50%-os nedvesítés 3. T=80oC, száraz gáz
Áramsürüség / Acm-2
PEM cella működése − Ai 0 L
Cella Cellapotenciál feszültség / V / V
0,9
0,8
0,7
−
migráció
0,6
−
Proton migráció, diffúzió
0,5
0,4
0,3 0,01
D eff KAi 0 αF Lc exp − u 0 2 RT c
−
Kinetikai tartomány
0,1
1
Áram sûrûség / Acm / Acm-2 Áramsürüség -2
c αF K exp − u 0 RT c
σ eff cAi0 K αF exp u − c0 2RT
σ eff c 4 αF Ai D K exp u − 0 eff c0 4RT
A cellaköteg összeállítása -2009-ben • Tüzelőanyag-cella köteg (stack) összeszerelése a laboratóriumunkban, háttérben egy kész cellaköteg • Gondosan letisztított lemezek, tömítések, tökéletesen sík fedőlemezek
Az áramlási mező tervezése és vizsgálata neutronradiográfiával
12
A HY-GO 2.0 az V. Széchenyi futamon, 2010. Méret: 1,5 x 1,12 x 2,74 méter Súly: 290 kg Teljesítmény: 1000 W Hidrogén üzemanyag: 160 g Fogyasztás: 1,9 g H2 / km Végsebesség: 55 km/óra Hatótáv: 85 km Egy kilométer megtétele 30 forintba kerül. CO2 kibocsátás zéró.
A járműben két, 10 protoncserélő membrános egységből álló tüzelőanyagcella szolgáltatja az energiát. A hidrogén két, TiFeHx hidrid alakban tároló, 38,4 cm hosszúságú, 8,9 cm átmérőjű tartályban van a járműben.
13
Recomend: Recomend: Regeneratív Regeneratív Kogenerációs Kogenerációs Menetrendkövető Menetrendkövető Kis-erőmű Kis-erőmű
I. Tárolás
II. Felhasználás
http://www.fuelcell.hu/fchu_engine/index.php/hu/recomend/
• Előny: nagy energiasűrűség • Hátrány: magas költség • Megoldás: 2 eszköz egyben • Feladat: Többfunkciós katalizátorok és elektródrendszerek • Beillesztés az energia hálózatba
1 kW-os prototípus, 2010-be
Regeneráció
15
Új kogenerációs stack-ek és rendszer
16
Rendszer működése – 2 kW folyamatos
60
10 9
50
8
C ° 40 / t le k 30 é sr é m20 ő H
7 6 5 4 3 2
10
1 0
0 1
1001
2001
3001
4001
Idő / másodperc
5001
6001
ra b / sá m o y n kc al a p n é g o rg o r id H
Összefoglalás • Több éves tapasztalat hidrogén és tüzelőanyag-cellák fejlesztésében és üzemeltetésében • Kogenerációra és hosszú távú üzemre képes tüzelőanyagcellás rendszer fejlesztése • Skálázható 2-30 kW-ig • Szabványos megoldások, elektromos hálózatra kapcsolható • Használati melegvíz rendszerre kapcsolható • Menetrend követés, gyors teljesítményingadozásokat is leköveti • Gyors indulás, akár 0 teljesítményre is visszaszabályozható
Köszönjük a megtisztelő figyelmüket! Kriston Kriston Ákos Ákos www.fuelcell.hu/ www.fuelcell.hu/
Gyepes Gyepes Tamás Tamás http://www.stsgroup.hu/ http://www.stsgroup.hu/
•• •• ••
www.fuelcell.hu, www.fuelcell.hu, www.hy-go.com www.hy-go.com
[email protected] [email protected]
