1. Gorivne celice Energija prihodnosti
Mentor: prof.dr.Marko Zgonik Leto: 2012
Avtor: Marina Marič

2. Prednosti in slabosti FC, aplikacija celice
Uvod v Gorivne Celice
Zgodovina FC
Kaj je gorivna celica
Osnove delovanja FC
Vrste FC
Opis posameznih FC
Prednosti in slabosti FC, aplikacija celice
Aplikacija fc
Avtomobilizem

3. Some history of Fuel Cell
1839: 1.primitivna gorivna celica; William Grove
1889: izraz Gorivna Celica
1932: prva trajna delujoča gorivna celica
1952: 5kW univerzalna gorivna celica;
traktor z močjo 15kW; Harry Karl Ihrig
1959: prvo osebno vozilo
1950/1960: NASA razvija tehnologijo FC v vesoljskih plovilih;
Gemini in Apollo
1993: prvi avtobus na gorivne celice
1997: prototip osebnega avtomobila
1999: vozilo s pogonom na FC; Daimler - Chrysler

4. Gorivna celica
elektrokemična naprava za pretvorbo kemične energije v električno
energijo
Glavni sestavni deli:  elektrode
 katalizatorji
 elektroliti
 goriva in oksidanti

5. Osnove delovanja gorivne celice
delovanje podobno galvanskemu členu oz. zagonski bateriji
gorivo običajno vodik ali plin, ki vsebuje vodik in zrak
značilnosti proizvodnje električne energije z gorivnimi celicami:
 zelo nizka emisija škodljivih plinov
 velik izkoristek
 tiho delovanje
možnost enostavnega povezovanja posameznih celic v module

6. Kisik in vodik reagirata med seboj, produkt je voda, sprošča se
energija
H2 + ½ O2 katalizator → H2O + toplotna energija
sprošča se ogromna količina toplote, reakcija je eksotermna
v gorivni celici vodik in kisik tvorita električni člen

7. vodik oksidira, sprostijo se elektroni
H2 → 2H e- (anoda)
elektroni tečejo na katodo, reducira se kisik
½ O2 + 2H+ + 2e- → H2O (katoda)
skupna reakcija: H2 + ½ O2 → H2O
produkti reakcije: voda, električna energija, toplota
H2 + ½ O2 katalizator → H2O + toplotna energija+ električna
energija

8. Vrste gorivnih celic – osnovna delitev
delovna temperatura (visoka, srednja, nizka)
tlak delovanja (visok, srednji, nizki)
uporabljeno gorivo, oksidant gorivo, oksidant v plinastem
agregatnem stanju, tekoča goriva, celice na trdna goriva
stanje goriva (direktni, indirektni)
način dovajanja goriva (primarne, sekundarne)
elektrolit

9. Delitev glede na elektrolit
AFC – alkaline fuel cell
PAFC – phosporic acid fuel cell
PEMFC – proton electrolyte fuel cell
SOFC – solid oxide fuel cell
SPFC – solid polymer fuel cell
MCFC – molten carbonate fuel cell
DMFC – direct methanol fuel cell

10. Ime
S polimerno membrano
Alkalijske
S fosforno kislino
Z raztopljenim karbonatom
S trdnim oksidom
Kratica
PEMFC
AFC
PAFC
MCFC
SOFC
Delovna temperatura [°]
80 – 90
100
200 – 250
650
800 – 1000
Izkoristek [%]
50 – 60
>>70 40
Oksidant
Kisik ali zrak
Kisik ali zrak in CO2

11. Delitev glede na način dovajanja goriva
Primarne gorivne celice:
gorivo in oksidant dovajamo iz zunanjih rezervoarjev
produkt reakcije izmet (O1, N1, H1O, CO1)

12. Sekundarne gorivne celice:
produkt reakcije se obnovi v izhodiščne elemente
dovajamo termično in električno energijo
elementi se obnovijo v gorivnem elementu ali tudi izven njega

13. PEMFC – proton electrolyte membrane fuel cell
Najpogostejša med FC
Nizkotemperaturne celice, nizke temperature
Visoka gostota energije
Gorivo čist vodik, oksidant kisik ali zrak
za delovanje celice mora membrana vsebovati dovolj vode
Osnovna enota: 2 elektrodi, elektrolit (prevodnik)
Plinsko – difuzijski elektrodi
Osnovne elektrokemične reakcije
Transport elektronov

14. Prednosti in slabosti PEMFC, aplikacija celice
deluje pri nizki temperaturi
daljša življenjska doba te celice
2. Slabosti:
katalizatorji iz dragih plemenitih kovin
platina je draga in občutljiva na ogljikov monoksid
proces mora biti izredno čist
3. Aplikacija:
avtomobili s hitrim zagonom, lahka vozila
zgradbe
druga manjša poraba

15. AFC – alcalic fuel cell
delujejo z zelo čistim vodikom (gorivo) in zelo čistim kisikom (oksidant)
elektrolit je KOH
razvite za vesoljska plovila
reakcija na anodi: H2 + 2(OH)- = 2H2O + 2e-
reakcija na katodi: 1 2 O2 + H20 + 2e- = 2(OH)-
delujejo pri nizkih temperaturah
uporaba v vesoljski in vojaški tehniki

16. Prednosti in slabosti AFC, aplikacija celice
visoko zmogljive celice
visok izkoristek
Slabosti:
občutljivost na ogljikov dioksid
vodik in kisik morata biti izredno čista
postopek čiščenja ni poceni
Aplikacija:
ameriški vesoljski program
vojaška in vesoljska tehnika

17. PAFC – phosphoric acid fuel cell
fosforno – kislinske gorivne celice
edine komercialno najbolj dosegljive in razvite
reakcija na anodi: H2 = 2H+ + 2e-
reakcija na katodi: 1 2 O2 + 2H+ + 2e- = H20
kot katalizator služijo dragi materiali – platina

18. Prednosti in slabosti PAFC, aplikacija celice
veliko manj občutljiva na nečistoče v pridobivanju vodika
Slabosti:
nižji neposredni izkoristek
visoka cena takšnih celic
Aplikacija:
bolnice
domovi za ostarele
hoteli
uradi
Šole
elektrarne, večja vozila, avtobusi, lokomotive

19. Aplikacija gorivnih celic
Avtomobilizem
Za sisteme ogrevanja
Računalništvo

20. Avtomobilizem
mehanika, elektrika in elektronika spravljene v 28 cm debelo; 4,4
m dolgo; 1,8 m široko dno avtomobila
v zadnjem delu 200 gorivnih celic, zloženih v blok 47 * 25 * 49 cm
izhodna moč bloka 94kW
električna napetost 125V
izmenični tok
možnost povečanja napetosti na 250V
trifazni asinhronski električni motor, moč 60kW
v osrednjem delu 3 valjaste posode za vodik iz
ogljikovih vlaken; v njih 2 kg uplinjenega
vodika s tlakom 350 barov.

21. Prednosti električnih vozil
nižji stroški prevoza
tiha vozila
manj obremenjujejo okolje
manj sestavnih delov, nižja cena
manjša možnost okvar
večje udobje
prevozijo lahko veliko več kilometrov

22. Slabosti električnih vozil
doseg vozila omejen z zalogo energije (baterije)
med potjo dodatno polniti baterije na polnilnih postajah
akumulatorji težki, zavzamejo veliko prostora
omejena življenjska doba akumulatorjev
polnjenje akumulatorja najmanj 3 ure

23. Viri ENERGETIKA; Jurij Drev, Jelka Onuk; 2010
Handbook of Fuel Cells (Fundamental Technology and Applications); Volume 1; Wolf
Vielstich, Arnold Lamm, 2003
Handbook of Fuel Cells (Fundamental Technology and Applications); Volume 2; Wolf
SIHFC, obnovljivi viri energije, 2007
Fuel Cell Technology Handbook, Gregor Hoogers; CRC Press LLC, 2003

24. Lep pozdrav!