Protoncserélő membrános hidrogén - levegő tüzelőanyag-cellák működési elve, szabályozása és alkalmazása



Hasonló dokumentumok
Tüzelıanyag-cellák. Kriston Ákos, PhD hallgató, Inzelt György, egyetemi tanár ELTE Kémiai Intézet, Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratórium

Protoncserélő membrános hidrogén - levegő tüzelőanyag-cellák működési elve, szabályozása és alkalmazása

Kriston Ákos, Fuel Cell Hungary, ELTE Október 25. Gyır

JÓVÁHAGYÁS. szervezet. Név Dr. Szakonyi Lajos KPI Oktatási Minisztérium

Dinamikus programozás alapú szivattyú üzemvitel optimalizálási technikák (főként) kombinatorikus vízműhálózatokra

Irányítási struktúrák összehasonlító vizsgálata. Tóth László Richárd. Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Anyagtudományok Doktori Iskola

Pannon Egyetem Vegyészmérnöki- és Anyagtudományok Doktori Iskola

Mikroelektromechanikai szerkezetek szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata

Publikációs lista. Gódor Győző július 14. Cikk szerkesztett könyvben Külföldön megjelent idegen nyelvű folyóiratcikk...

Városi légszennyezettség vizsgálata térinformatikai és matematikai statisztikai módszerek alkalmazásával

Mérnök informatikus (BSc) alapszak levelező tagozat (BIL) / BSc in Engineering Information Technology (Part Time)

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

A nagy teljesítõképességû vektorhajtások pontos paraméterszámításokat igényelnek

SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Publikációs lista. Dr. Molnárka-Miletics Edit Széchenyi István Egyetem Matematika és Számítástudományi Tanszék

GÉPI ÉS EMBERI POZICIONÁLÁSI, ÉRINTÉSI MŰVELETEK DINAMIKÁJA

A KUTATÁS EREDMÉNYEI ZÁRÓJELENTÉS

NÉHÁNY KÜLÖNLEGES FÉMES NANOSZERKEZET ELŐÁLLÍTÁSA ELEKTROKÉMIAI LEVÁLASZTÁSSAL. Neuróhr Katalin. Témavezető: Péter László. SZFKI Fémkutatási Osztály

Közbenső hőcserélővel ellátott hőszivattyú teljesítménytényezőjének kivizsgálása

Készítették/Made by: Bencsik Blanka Joy Chatterjee Pánczél József. Supervisors: Gubán Dorottya Mentorok Dr. Szabó Ervin

Az e-mobilitásról másképpen 2015 november 30, Budapest

Pacemaker készülékek szoftverének verifikációja. Hesz Gábor

és alkalmazások, MSc tézis, JATE TTK, Szeged, Témavezető: Dr. Hajnal Péter

Drótposta: ; ; Honlapom:

A tudományos munkák jegyzéke

RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLATTECHNIKA

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék.

List of publications Almási Béla, University of Debrecen

STS GROUP ZRt. FUELCELL (Hidrogén üzemanyagcellás erőművek). Előadó: Gyepes Tamás (Elnök Igazgató) Kriston Ákos. Vándorgyűlés előadás,

Gabonacsíra- és amarant fehérjék funkcionális jellemzése modell és komplex rendszerekben

10 kwp TELJESÍTMÉNY HÁLÓZATRA DOLGOZÓ FOTOVILLAMOS RENDSZER TELEPÍTÉSI HELYSZÍNÉNEK KIVÁLASZTÁSA

Könyv (szerző munkahelyének kiadványa, közérdekű):

Hydrogen storage in Mg-based alloys

Telefonszám(ok) Mobil Fax(ok) Egyetem u. 10., 8200 Veszprém. Tehetséggondozás (matematika)

MCFC ALKALMAZÁSOK: William Robert Grove KITEKINTÉS A MINDENNAPOK VILÁGÁBA

Fizika I, Villamosságtan Vizsga fé, jan. 12. Név:. EHA Kód:

Doktori Tézisek. dr. Osman Fares

DR. LAKATOS ÁKOS PH.D PUBLIKÁCIÓS LISTÁJA B) TUDOMÁNYOS FOLYÓIRATBELI KÖZLEMÉNYEK

Gyepes Tamás, Kriston Ákos STS Group Zrt. Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet, Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratórium

Autópálya forgalomszabályozás felhajtókorlátozás és változtatható sebességkorlátozás összehangolásával és fejlesztési lehetőségei

VALÓS HULLÁMFRONT ELŐÁLLÍTÁSA A SZÁMÍTÓGÉPES ÉS A DIGITÁLIS HOLOGRÁFIÁBAN PhD tézisfüzet

Beszámoló OTKA T Nanoelektronikia kvantum-eszközök tér-idő dinamikájának szimulációja környezeti hatások figyelembevételével

Impulzus alapú Barkhausen-zaj vizsgálat szerkezeti acélokon

Ph. D. értekezés tézisei

B/16. számú melléklet Önéletrajz sablon

TARTALOMJEGYZÉK. Füleki Péter. Aszfaltbeton keverékek fundamentális alakváltozási jellemzőinek kapcsolata a bitumenek teljesítményalapú paramétereivel

MŰSZAKI TUDOMÁNY AZ ÉSZAK-ALFÖLDI RÉGIÓBAN 2010

Baranyáné Dr. Ganzler Katalin Osztályvezető

Publikációs lista Szabó Szilárd

Prediction of Hungarian mortality rates using Lee-Carter method, Acta Oeconomica, 57, pp


Projekt előrehaladási jelentés (AKF) Koordinátor szervezet neve: Pécsi Tudományegyetem Projekt azonosítószáma: GVOP /3.

TÁMOP A-11/1/KONV WORKSHOP Június 27.

Szakmai önéletrajz szeptember 1.- MTA-ME Anyagtudományi Kutatócsoport Miskolci Egyetem, Anyagtudományi Intézet tudományos segédmunkatárs

AKTUÁTOR MODELLEK KIVÁLASZTÁSA ÉS OBJEKTÍV ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Mi is volt ez? és hogy is volt ez?

AZ ANÓDFOLYAMATOK LABORATÓRIUMI ÉS ÜZEMI VIZSGÁLATA AZ ALUMÍUMELEKTROLÍZISBEN. Készítette: Dr. Horváth János

KÉMIAI DEKONTAMINÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK KORRÓZIÓS ÉS FELÜLETKÉMIAI HATÁSAINAK ÖSSZEHASONLÍTÓ ELEMZÉSE

Süle Zoltán publikációs listája

DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI HÁROMFÁZISÚ MEGOSZLÁS ALKALMAZÁSA ÉLELMISZERFEHÉRJÉKVIZSGÁLATÁBAN

? Az adszorbens által megkötött mennyiség = x, X: telítettség, töltés, kapacitás. Adszorpció. m kg. A kötőerők

Keménységmérés diszkrét elemes (DEM) modellezése

Információtartalmú elemzések a közlekedéseredetű szennyezőanyagok hatásvizsgálatánál

Tudományos segédmunkatárs (MTA TK SZI) nők a tudományban, műszaki tudományok, magánélet és munka egyensúlya, gyermekvállalás

Publikációk. Libor Józsefné dr.

SZÁRÍTÁS NAPENERGIÁVAL. Dr. IMRE L.

Kvartó elrendezésű hengerállvány végeselemes modellezése a síkkifekvési hibák kimutatása érdekében. PhD értekezés tézisei

Torzított feszültséggel táplált egyfázisú ISZM egyenirányító

HORVÁTH GÉZÁNÉ * A hazai készletmodellezés lehetőségei az Európai Unióban

P-gráf alapú workflow modellezés fuzzy kiterjesztéssel

Peugeot 3008 HYbrid4. Dízel-elektromos hibrid

Önéletrajz. Személyi adatok. Szakmai tapasztalat. Időtartam szeptember. Főbb tevékenységek és feladatkörök

Drágán üzemelnek a régi motorok

A megerosítéses tanulás és a szimulált hutés kombinált használata: algoritmusok és alkalmazások

HŐTERMELŐKRŐL KAZÁNOKRÓL BŐVEBBEN

A FOTOAKUSZTIKUS SPEKTROSZKÓPIA SZÉLESKÖRŰ ALKALMAZHATÓSÁGÁNAK ALÁTÁMASZTÁSA AZ IPARBAN, A BIOLÓGIÁBAN ÉS A KÖRMYEZETVÉDELEMBEN

Elektrokémiai módszerek

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

Fémöntészeti berendezések energetikai értékelésének tapasztalatai

Számítógéppel irányított rendszerek elmélete. A rendszer- és irányításelmélet legfontosabb részterületei. Hangos Katalin. Budapest

Mérnök informatikus MSc levelező tagozat tanterve

A legfontosabb fizikai törvények. Fenntartható fejlıdés és atomenergia. A legfontosabb fizikai törvények. A legfontosabb fizikai törvények

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

Integrált áramkörök termikus szimulációja

Egy szervo-pneumatikus rendszer direkt modellezése és robusztus szabályozása. Ph.D. tézisfüzet

A RESZUSZPENDÁLT ÉS BELÉLEGEZHETŐ VÁROSI AEROSZOL JELLEMZÉSE. DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

PUBLIKÁCIÓS ÉS ALKOTÁSI TEVÉKENYSÉG ÉRTÉKELÉSE, IDÉZETTSÉG Oktatói, kutatói munkakörök betöltéséhez, magasabb fokozatba történı kinevezéshez.

List of Publications (Pánovics János)

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális

Önéletrajz Dr. Bányai Orsolya.

Mechatronikai berendezések tervezése Dr. Huba, Antal Dr. Aradi, Petra Czmerk, András Dr. Lakatos, Béla Dr. Chován, Tibor Dr.


Irányításelmélet és technika I.

enerátor és otor a jövőbe mutat A Volt és Amper(a) mechatronikája

PP-por morfológiája a gyártási paraméterek függvényében

Quadkopter szimulációja LabVIEW környezetben Simulation of a Quadcopter with LabVIEW

Tüzelıanyag cellák befektetıi piaca. Magyar Energetikai Társaság Hidrogén Tagozat Dr. Kovács Antal Ferenc Március 3.

HIDEGEN HENGERELT ALUMÍNIUM SZALAG LENCSÉSSÉGÉNEK VIZSGÁLATA INVESTIGATION OF CROWN OF COLD ROLLED ALUMINIUM STRIP

Redox reakciók. azok a reakciók, melyekben valamely atom oxidációs száma megváltozik.

(8) Globális stabilitásvesztéséhez tartozó kritikus erő/nyomaték analitikus meghatározása felületmodell

Átírás:

Protoncserélő membrános hidrogén - levegő tüzelőanyag-cellák működési elve, szabályozása és alkalmazása Közlekedési alkalmazásokhoz Kriston Ákos, PhD hallgató, Kriston Ákos, PhD hallgató, Inzelt György, egyetemi tanár ELTE Kémiai Intézet, Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratórium ELTE Matematikai Intézet Alkalmazott Analízis Tanszék

Tartalom Magunkról Mi az tüzelıanyag-cella? Az üzemanyagcella mőködése Tüzelıanyag-cellák a közlekedésben Hy-Go projekt Technológiai kihívások

Tüzelőanyag-cella kutatás az ELTE-n ELTE elektrokémiai és matematikai kutatásaira építve Nemzetközileg szintő elektrokémiai laboratórium Szimulációs, modellezı eszközök fejlesztése Membránok, katalizátorok fejlesztése és vizsgálata

Elektrokémiai vizsgálatok Potenciosztátok (1nA-20A) Kvarckristály nanomérleg Forgó győrős elektródok

Dinamikus szimulációs alkalmazások Matlab, Comsol környezetek Operátor-spliting technika

Fuel cell - Laboratórium Beépített vizsgálati módok Teljesítmény diagramok (UI) Élettartam vizsgálatok Impedanciaspektroszkópia Saját fejlesztés Tranziensek vizsgálata Csúcsteljesítmény (peak-power) vizsgálata Szimuláció Membrán fejlesztés

III. Széchenyi futam EPR08 WireCar Fuel cell energia puttony Fuel cell akkumulátor töltı versenyautókhoz

Mi a tüzelőanyag-elem? Fuel cell Üzemanyagcella Tüzelıszer-elem Tüzelıanyag-cella

Mi a tüzelőanyag-elem? Fuel cell Üzemanyagcella Tüzelıszer-elem Tüzelıanyag-cella

Mi a tüzelőanyag-elem? Fuel cell Üzemanyagcella Tüzelıszer-elem Tüzelıanyag-cella

Tüzelőanyag-cella típusok CO 2, H 2 O Fogyasztó N 2, H 2 O, O 2 Tüzelıanyag Levegı Anód Elektrolit Katód

Tipikus alkalmazások Hordozható eszközök, magas energia sűrűség Mobil, otthoni alkalmazások zero károsanyag kibocsátás Ipari alkalmazások, magasabb hatásfok, zajmentes környezet-barát működés 1 10 100W 1k 10k 100kW 1M 10MW Methanol Lúgos Karbonátos Protoncsere-membrán Foszforsavas Szilárd oxid James Larminie: Fuel cell systems, explained, 2004, Willey

A legismertebb

Az első híres FC

Olvadt karbonátos cella (MCFC) MTU Friedrickshafen 230 kw elektromos 210 kw Hı Földgáz 600 o C üzemi hımérséklet

Egyéb tüzelőanyag-cella alkalmazások

Újabb modellek

Készenléti áramforrás

Komplex rendszerek

Üzemanyagcellás járművek AeroVironment 9 órás repülés 100 db kísérleti autó, Honda FCX Clarity és a GM Chevrolet Equinox A Mi autónk?

Miért alkalmazunk tüzelıanyag-cellákat az (elektromos) energia ellátásban?

Energiaátalakítás Tüzelőanyag kémiai energiája 100 η ta. elem Tüzelőanyag-elem elméleti (reverzibilis) hatásfoka η ta.cella =- G r / H r Elektromos energia η=100 % Hatásfok, % (Fűtőertékre Fűtőertékre) 80 60 40 Hőerőgép Carnot hatásfoka η =(T f -T a )/T f η~100 % 20 Hőenergia 0 200 600 1000 1400 η hőerőgép Hőmérséklet, o C, (T ta. cella ill. T f Carnot ) Mechanikai energia (munka)

Elméleti energia sűrűségek

Technológia összehasonlítása Teljesítménysőrőség / W kg -1 Energiasőrőség / Wh kg -1 Chem. Rev, 104, 4245 (2004)

Tank-to-wheel

A Protoncsere-membrános tüzelıanyag-cella mőködése

A tüzelőanyag-cella szíve anód katód H 2, ta. O 2, levegő szén szemcsék gáztranszport vízzel telített mikropórusok mezopórusok Pt- nanorészecskék áramlási mező flow field gáz diffúziós réteg gas-diffusion layer 100-300 ~250 µm µm katalizátor catalyst ~25 µm polimer elektrolit membrán 25-200 µm

Működési körülmények - hatásfok 1,0 0,9 Hidrogén, levegõ nedvesítés Csak levegõ nedvesítés 0,4 Cella feszültség / V 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Teljesítmény / Wcm -2 0,3 0,2 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Áramsûrûség / Acm -2 T=80 o C Teljesítmény:0.4Wcm -2 Pt tartalom: 5g/m 2

Elektrokémiai viselkedés 6,0x10-4 4,0x10-4 59 84,75 59 84,74 2,0x10-4 0,0 59 84,73 I / A -2,0x10-4 -4,0x10-4 59 84,72 59 84,71 f / khz -6,0x10-4 -8,0x10-4 -1,0x10-3 -1,2x10-3 59 84,70 59 84,69 59 84,68-0,4-0,2 0, 0 0, 2 0,4 0,6 0, 8 1, 0 1,2 1,4 E / V vs. SCE

Meghatározó egyenletek

Az egyszerűsített egyenletrendszer A folyamatokat leíró egyenletek i i 1 2 σ ϕ x 1 = eff ϕ 2 = κeff x i1 i2 = x x Szilárd fázis Oldat fázis Elektroneutralitás + További jelenségeket leíró egyenletek

A kanonikus alak u ( X τ, τ ) = 2 u 2 x ( X, τ ) ν 2 f ( u( X, τ )) Ahol X és tau rendre a térben és idıben transzformált változókat jelenti Diffúziós tag Forrás tag

Szimulációs eredmények Cella feszültség / V 0,9 0,6 0,3 Mérés, intenzív használat után Szimuláció (1) Mérés, hosszú ideig pihentetett cellán Szimuláció (3) 1 2 3 Dimenziómentes reakció sebesség 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 I=0,01 Acm -2 I=0,1 Acm -2 I=0,5 Acm -2 0,0 0,0 0,3 0,6 Áram sûrûség / Acm -2-0,0005 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 Katód keresztmetszete / cm

Feszültség relaxáció vizsgálata - PID E=E 0 b log j-r j-m exp(nj) η( 0,60 RT αf αf log RT Ai A C dl dl ( 1 ε )( ε ) 0 Ai0 1 1 2 t) = t j st L 1,0 0,9 Cell Potential / V 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Cell potential / V 0,55 0,50 Ohmic drop 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Current / A 0,0 0,4 0,8 time / s A mért értékek korrelációt mutatnak az alkalmazott frekvencia, kitöltési tényezı és áram között

Tranziens viselkedés 0,9 Cell Voltage / V 0,8 0,7 0,6 215 216 217 218 219 time / s A felületi réteg (oxid) értelmezése szükséges

Tüzelıanyag-cella rendszerek a gépjármővek energia ellátásában

A saját prototípus vázlata Tüzelőanyag-elem 2. fázis H2 metal-hidrid tároló Micro controller Vészelzáró Tüzelőanyagelem Nyomásszabályozó Szelep Fitting, csővezeték Levegő pumpa 1. Fázis Akkumulátor Víz, hő kivezető Hidrogén Levegő Fogyasztó Elektromos rendszer Szabályozás

Tüzelőanyag-cella rendszer Inverter Fuel cell Akkumulátor Nagynyomású tank Hőtés Elektromotor Szabályzó

Biztonság Nagynyomású tartály A hidrogén nyílt téren kevésbé veszélyes, mivel gyorsan eltávozik a tartályból robbanás nélkül, szemben a benzinnel, amely kifolyva sokáig ég meggyújtva környezetét

Direkt hajtás?

Technológia összehasonlítása Teljesítménysőrőség / W kg -1 Energiasőrőség / Wh kg -1 Chem. Rev, 104, 4245 (2004)

FC-SC működése

Hy-Go Projekt Direkt FC meghajtás Saját fejlesztéső áramlökés-álló membrán Nagyrészt Magyarországon gyártott termékekbıl

A rendszer optimalizálásának kérdései 900 800 700 Igényelt motor teljesítmény / W FC teljesítmény / W Kiegészítő Akku teljesítmény / W 600 Teljesítmény / W 500 400 300 200 100 0-100 0 5 10 15 20 25 30 Idő / perc

Légfelesleg és nyomás 5 4,95 2-szeres légfelesleg 3-szoros légfelesleg 900 880 Akkumulátor kapacitás / Ah 4,9 4,85 4,8 860 840 820 800 Hidrogén mennyiség / l 4,75 780 4,7 0 5 10 15 20 25 30 760

Üzlet-e a tüzelıanyag-cella?

Piaci helyzetkép - üzemanyagcellák

Üzemanyagcellák üzemanyaga Masdar az elsı megújuló energiákra épülı város (Egyesült Arab Emirátusok)

Technológiai kihívások Pt, Carbon korrózió, mérgezıdés Indítás, leállítás tranziensek Mikroplazmák kialakulása Membrán átlukadása Szabályozási problémák, vízkezelés Hőtési gondok Hidrogén infrastruktúra Költségek

Támogatóink Magyar Villamos Mővek STS-Group Zrt. NKTH

Köszönjük a figyelmet! Kapcsolat: Dr. Inzelt György inzeltgy@chem.elte.hu Elektrokémiai és elektroanalítikai laboratórium http://victor4.chem.elte.hu/ www.fuelcell.hu Kriston Ákos info@fuelcell.hu Szabó Tamás Alkalmazott Analízis tanszék http://www.cs.elte.hu/applanal/hun/index_hun.html szabot@cs.elte.hu

Előadások, konferenciák, publikációk Elıadások, poszterek Faragó, I., Inzelt, G., Kriston, Á., Szabó, T., Investigation of fuel cell s transients for real time parameter estimation and control algorithms. (poster) 59th ISE Meeting, Seville, Spain 7-12 September, 2008. Szabó, T., Kriston Á., Reliability of the numerical simulation of fuel cells using operator splitting method. (lecture) European Seminar on Coupled Problems. Jetrichovice, Czech Republic 8-13 June, 2008. Szabó, T., Kriston, Á., Analysis of the numerical modelling of fuel cells using operator splitting method. (poster) Encounters between Discrete and Continuous Mathematics Workshop on Dynamical Networks, Numerical Analysis and Ergodic Theory applied to Combinatorial Number Theory. Blaubeuren, Germany, 8-12 April, 2008. Faragó, I., Inzelt, G., Kornyik, M., Kriston, Á., Szabó, T., Stabilization of a numerical model through the boundary conditions for the real-time simulation of fuel cells. (lecture) International Conference on Systems, Computing Sciences and Software Engineering. University of Bridgeport, CT, USA, 3-12 December, 2007. Kriston, Á., Szabó, T., Faragó, I., Inzelt, G., Kornyik, M., Transient behavior of fuel cells and its control strategy for electric vehicles. (lecture) International BeLCAR matchmaking event, Stuttgart, Germany, 25 September, 2007. Kriston Á., Szabó T., Az üzemanyagcellák gyakorlati alkalmazásai. (lecture) Szent István Egyetem, Gyır, May, 2007. Kriston Á., Az üzemanyagcellák gyakorlati alkalmazásai. (lecture) First Hungarian Alternative Energy Claster, Budapest 13. December, 2006. Kriston Á., The Connection of Hydrogen and the knowledge based economy. (lecture) First Budapest International Hydrogen Energy Forum, 9-10 October, 2006. Cikkek Faragó, I., Inzelt, G., Kornyik, M., Kriston, Á., Szabó, T., Stabilization of a numerical model through the boundary conditions for the real-time simulation of fuel cells. International Conference on Systems, Computing Sciences and Software Engineering. Innovations and Advanced Techniques in Systems, Computing Sciences and Software Engineering. pp. 489-494, 2008. Kriston, Á., Inzelt, G., Estimation of the characteristic parameters of proton exchange membrane fuel cells under normal operating conditions. Journal of Applied Electrochemistry, Springer Netherlands, vol. 38, No. 3. 2007, pp. 415-424 Faragó, I., Inzelt, G., Kriston, Á., Kornyik, M., Szabó, T., Tüzelıanyag-elem fejlesztés magyar szemmel. A Jövı Jármőve - Jármőipari Innováció. Vol. 3. No 1-2. 2007, pp. 62-65. Inzelt G., Régi-Új Áramforrások: A Tüzelıanyag-elemek. Fizikai Szemle 2004/8 252.