Současné metody diagnostiky palivových článků typu PEM a jejich komponent

Ing. Karel SCHLESINGER

Diplomová práce

The current methods of diagnosis of PEM type fuel cells and their components

Anotace:

Cílem této práce byl popis současných diagnostických metod vodíkových palivových článků typu PEM a jejich komponent. V práci jsou uvedeny metody umožňující zjištění elektrických, sorpčních, desorpčních a povrchových vlastností materiálů používaných při konstrukci palivových článků. Tyto metody nejsou zaměřeny pouze na palivové články, ale je možné je využít obecně k charakterizaci materiálů. Pro účely této práce byla využita i metoda termické analýzy - termogravimetrie. Úvod práce je zaměřen na teoretický popis principu palivového článku a kontext současného využití palivových článků v energetickém mixu. Zmíněny jsou i další typy obnovitelných zdrojů. Hlavní pozornost je věnována popisu funkce jednotlivých komponent a materiálů použitých k jejich výrobě. Dále jsou zmíněny hlavní aplikace, ve kterých je možné využít vodíkových palivových článků. Experimentální část práce obsahuje původní výsledky měření fyzikálních vlastností komponent a popis metod, kterými bylo těchto výsledků dosaženo. V této části je popsána inverzní plynová chromatografie využitelná k určení specifického povrchu vzorku, elektrochemická impedanční spektroskopie použitá ke studiu elektrických vlastností materiálu a dynamická sorpce par, kterou byla určena sorpce a desorpce membrán. Výsledky publikované v této části popisují vlastnosti dosud nezkoumaných vzorků, případně vzorků komerčně dostupných. Výsledky měření komerčně dostupných vzorků představují rámec, který je využitelný pro další vývoj komponent vodíkových palivových článků typu PEM. V závěru práce je popsáno měření provozních charakteristik palivových článků. V tomto měření byla využita komerčně dostupná MEA, jejíž parametry byly dobře známy. Kapitola slouží spíše k vytvoření představy o testování palivových článků. Materiály zkoumané ve zbytku práce nebyly v tomto měření využity, a to především z časových důvodů a z důvodu vysoké ceny jednoho měření.

Abstract:

The objective of this thesis is to describe contemporary diagnostic methods examining Proton Exchange Membrane (PEM) cells, using hydrogen fuel, as well as their components. The work lists methods enabling to detect the electric, sorption, desorption and surface properties of materials used in the construction of fuel cells. These methods are not only focused on fuel cells but can be used generally for characterization of materials. For the purposes of this work, the method of thermal analysis thermogravimetry was used. The introduction focuses on the theoretical description of the principle of fuel cells and the context of contemporary use of fuel cells in the energy mix. Also other types of renewable sources are mentioned. The main attention is devoted to the description of the functioning of individual components and materials used in their production. Furthermore, this section lists the main applications that can use hydrogen fuel cells. The experimental part of the work contains the original results of measurements of the physical properties of components and describes the methods with which these results were achieved. Furthermore, the inverse gas chromatography used to determine the specific surface of the sample, electrochemical impedance spectroscopy used in study of electric properties of the material, and dynamic sorption of vapour which determines the sorption and desorption of the membranes, were outlined. The results published in this part specify the properties of not yet examined samples, or of commercially available samples. The results of the measurements of commercially available samples represent the framework which can be used for further development of the components of PEM-type hydrogen fuel cells. The conclusion clarifies the measurements of the operating characteristics of fuel cells. Commercially available MEA, whose parameters are known well, was used in this procedure. The primary purpose of this chapter was to give an idea about testing of fuel cells. Materials examined in the rest of the work were not used in this measurement, for reasons of time as well as the high price of the measuring.

Klíčová slova

palivový článek, palivový článek s alkalickým elektrolytem, metanolový palivový článek, elektrochemická impedanční spektroskopie, plynově difúzní elektroda, difuzní vrstva elektrody, Gas Diffusion Layer, palivový článek s kyselinou fosforečnou, polymerní membrána, palivový článek s tuhým polymerním elektrolytem, solární (fotovoltaické) články, akumulátor, bipolární desky, difúzní vrstva, katalytická vrstva, iontově (protonově) vodivá membrána, inverzní plynová chromatografie, Nyquistův graf, Bodeho graf, adsorpční hystereze

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 6. 2015

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: PhDr. Martin Tomáš, Ph.D.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI

Fakulta pedagogická

Magisterský studijní program / obor:
Učitelství pro základní školy / Fy-Te