Vodíkové palivové články jako malé zdroje elektrické energie

Bc. Adam DROŽ

Master's thesis

Ecological power supply systems with hydrogen fuel cells

Abstract:

Předkládaná práce se zabývá vodíkovými palivovými články s protonově vodivou membránou. V první kapitole je probráno rozdělení vodíkových palivových článků primárně z hlediska konstrukce, použitého elektrolytu a provozních teplot. Stručně jsou popsány hlavní rozdíly a uvedeny příklady možných aplikací jednotlivých typů palivových článků. Další část práce je věnována teoretickému rozboru palivových článků s polymerní iontově vodivou membránou. Vysvětlen je samotný princip fungování a následně jsou popsány jednotlivé komponenty, ze kterých se tento palivový článek skládá zejména po materiálové stránce. Následně jsou uvedeny příklady využití palivových článků pro různé typy aplikací ať už v automobilovém průmyslu, nebo jako záložní zdroje elektrické energie a jiné. Další dvě kapitoly se věnují možnostem výroby a skladování vodíku. Poslední kapitola práce představuje experimentální část, která se věnuje zejména stacku sestaveného z pěti palivových článků a jeho měření v různých režimech zatěžování a regulace zásobování vodíkem. Zkoumán je také vliv vlhkosti a koncentrace kyslíku v uzavřeném pracovním prostředí palivového článku. Na závěr byla provedena analýza katalytických vrstev použitých v testovaném palivovém článku pomocí skenovací elektronové mikroskopie s prvkovou analýzou a byly pořízeny CT snímky jednoduchého palivového článku pro detailní zobrazení jeho vnitřního uspořádání. Jako doplnění jsou v práci prezentovány výsledky termických analýz polymerní membrány a uhlíkového papíru.

Abstract:

This diploma thesis deals with hydrogen fuel cells with a proton exchange membrane. The first chapter discusses the classification of hydrogen fuel cells in terms of construction, type of electrolyte and operating temperature. The main differences are briefly described and examples of possible applications of individual types of fuel cells are given. The next part of the work is devoted to the theoretical analysis of fuel cells with a proton exchange membrane. The very principle of operation is explained and then the individual components of which this fuel cell is composed are described, especially in terms of material. The following are examples of the use of fuel cells for various types of applications, whether in the automotive industry or as backup sources of electricity and more. Other two chapters deal with the possibilities of hydrogen production and storage. The last chapter of this thesis is an experimental part, which is mainly devoted to the measurement of the assembled fuel cell stack in different modes of power loading and regulation of hydrogen supply. The effect of humidity and oxygen concentration in the closed working environment of the fuel cell stack is also investigated. Finally, analysis of the catalytic layers used in the tested fuel cell by using scanning electron microscopy with analysis of chemical elements in tested material were performed and CT images of a simple fuel cell were taken for a detailed view of its internal arrangement. In addition, the results of thermal analysis of the polymer membrane and carbon paper are presented.

Keywords

Palivový článek, vodík, protonově vodivá membrána, plynově difuzní vrstva, katalytická vrstva, bipolární desky, cyklická voltametrie, skenovací elektronový mikroskop, výpočtová tomografie, simultánní termická analýza

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 5. 2022

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Petr Kadlec, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Master programme / field:
Materials and Technologies for Electrical Engineering / Materials and Technologies for Electrical Engineering