Hidrogén tüzelőanyag-cellás kiserőmű alkalmazásai lehetőségei 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 H 2, ta. O 2, air szén szemcsék Gázáramlási csatornák Gázdiffuziós rétegl 100-300 ~250 µm µm gáztranszport vízzel telített mikropórusok mezopórusok Pt- nanorészecskék Katalizátor ~25 µm Polimer membrán 25-200 µm 7
A tüzelőanyag-cellák vizsgálata, (elemi cellák)
Mükődési feltételek, hatásfok Cella potenciál / V 1. T=80 o C, tökéletesen nedvesített 2. T=80 o C, 50%-os nedvesítés 3. T=80 o C, száraz gáz Áramsürüség / Acm -2
PEM cella működése Cella potenciál / V Cella feszültség / V 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Kinetikai tartomány migráció Proton migráció, diffúzió σ c c Ai0 L 0 c D σ eff eff KAi c eff c 4 0 0 cai 0 c Ai 0 0 0 αf K exp u RT αf Lcexp u 2RT K αf exp u 2RT D eff αf K exp u 4RT 0,3 0,01 0,1 1 Áramsürüség sûrûség / Acm -2 / Acm -2
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 H 2 / km Végsebesség: 55 km/óra Hatótáv: 85 km Egy kilométer megtétele 30 forintba kerül. CO 2 kibocsátás zéró. A járműben két, 10 protoncserélő membrános egységből álló tüzelőanyagcella szolgáltatja az energiát. A hidrogén két, TiFeH x hidrid alakban tároló, 38,4 cm hosszúságú, 8,9 cm átmérőjű tartályban van a járműben. 13
Recomend: Regeneratív Kogenerációs Menetrendkövető Kis-erőmű I. Tárolás II. Felhasználás Előny: nagy energiasűrűség Hátrány: magas költség Megoldás: 2 eszköz egyben Feladat: Többfunkciós katalizátorok és elektródrendszerek Beillesztés az energia hálózatba http://www.fuelcell.hu/fchu_engine/index.php/hu/recomend/
1 kw-os prototípus, 2010-be Regeneráci ció 15
Új kogenerációs stack-ek és rendszer 16
Rendszer működése 2 kw folyamatos C / t k le é rs é m ő H 60 50 40 30 20 10 0 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 a r b / á s m y o n c k a la p n g é g ro ro id H Idő / másodperc
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 Ákos www.fuelcell.hu/ Gyepes Tamás http://www.stsgroup.hu/ www.fuelcell.hu, www.hy-go.com info@fuelcell.hu