Alkaliczne ogniwo paliwowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Alkaliczne ogniwo paliwowe, ogniwo paliwowe Bacona, AFC (ang. Alkaline Fuel Cell) to jedna z najlepiej rozwiniętych technologii ogniw paliwowych. AFC zużywa wodór i czysty tlen do wytworzenia energii elektrycznej, wody i ciepła.

Ogniwa te wynalazł Francis Thomas Bacon w latach trzydziestych XX wieku, jednak ich rozwój rozpoczął się dopiero od 1960 r.

Zaletą ogniw alkalicznych są ich dobre parametry prądowo-napięciowe, w porównaniu z innymi typami ogniw, jednak tylko przy zasilaniu czystym wodorem i tlenem. Wadą natomiast jest mała tolerancja na CO, który "truje" katalizator, oraz na CO2, który reaguje z wodorotlenkiem potasu (KOH). Wady te spowodowały wstrzymanie na jakiś czas w USA badania tych ogniw. Obecnie, zwłaszcza w Europie, ponownie wzrasta zainteresowanie nimi.

Budowa i zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Schemat ogniwa alkalicznego: 5- katoda 7-anoda

W ogniwach AFC elektrolitem jest tkanina azbestowa nasączona stężonym 85% roztworem wodorotlenku potasu, przy temperaturze pracy 250 °C lub 35-50% roztworem KOH przy 120 °C. Ogniwo pracuje pod ciśnieniem 4-5,5 MPa. Katalizatorem jest nikiel (Ni), srebro (Ag), tlenki metali lub metale szlachetne. Anodę stanowi siatka lub porowaty Ni z maksymalną średnicą porów 16 μm po stronie elektrolitu i 30 μm po stronie gazu, natomiast katodą jest porowaty litowy tlenek niklu NiO z Ag. Paliwem w ogniwach alkalicznych jest wodór.

Reakcje zachodzące w ogniwie AFC mają następujący przebieg:

Katoda: O_2 +  4e^- + 2H_2 O \to 4OH^-
Anoda: 2H_2 + 4OH^- \to 4H_2 O + 4e^-

Etapy pracy ogniwa AFC:

  1. absorpcja i jonizacja cząsteczki tlenu na katodzie i dwóch cząsteczek wodoru na anodzie,
  2. absorpcja i jonizacja dwóch cząsteczek wody na katodzie oraz jonizacja czterech atomów wodoru do protonów i elektronów na anodzie,
  3. migracja czterech jonów OH- przez elektrolit od katody do anody,
  4. rekombinacja czterech protonów i czterech jonów OH- do czterech cząsteczek wody i jej wydalenie na anodzie.

Moduł ogniwa składa się z 6 płyt połączonych szeregowo, przy czym każda warstwa zawiera 4 płyty połączone równolegle. Każda płyta, składająca się z cel, z których każda wytwarza napięcie 0,93 V i natężenie 25 A. Cały moduł wytwarza prąd elektryczny o napięciu 5,6 V i natężeniu 100 A i ma sprawność ok. 50%. Jednak dla modułu o mocy 2,5 kW, przy mniejszym poborze prądu niż 100 A, sprawność dochodzi do 70%.

Ciekawostki[edytuj | edytuj kod]

  • Pierwsze praktyczne wykorzystanie ogniw alkalicznych miało miejsce w amerykańskim programie kosmicznym Apollo. Charakteryzowały się wówczas następującymi parametrami technicznymi: U=0,78 V (pojedynczego), U=27-31 V (baterii), I=800 mA/cm2, moc maksymalna do 1,42 kW, moc średnia 0,6 kW, sprawność ok. 60%, średnica pakietu 0,570 m, wysokość 1,12 m i masa 110 kg.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Lewandowski, Witold M. Proekologiczne odnawialne źródła energii. WNT, W-wa 2006

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]