Δυνατότητα Συμπαραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας και Θερμότητας από Πολυμερικές Κυψελίδες Καυσίμου Ι.Κ. Καλλίτσης Εργαστήριο Προηγμένων Πολυμερών & Υβριδικών Νανο-υλικών Τομέας Χημικών Εφαρμογών, Χημικής Ανάλυσης & Χημείας Περιβάλλοντος Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Πατρών & Ινστιτούτο Επιστημών Χημικής Μηχανικής (ITE/ΙΕΧΜΗ), Πάτρα Forum Ενέργειας Πάτρα 1 & 2 Απριλίου 2016
Ερευνητικοί Στόχοι Εργαστηρίου Ανάπτυξη Υλικών για Ενεργειακές Τεχνολογικές Εφαρμογές που θα συνεισφέρουν στην ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ και στην ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΜΟΛΥΝΣΗΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Ανάπτυξη νέων Πολυμερικών Ηλεκτρολυτών και Εφαρμογή τους σε Κελιά Καυσίμου που λειτουργούν σε θερμοκρασίες έως και 200οC Σχεδιασμός και Ανάπτυξη νέων Πολυμερικών και Υβριδικών Δομών που Συνδυάζουν Ομάδες Δότη και Δέκτη Ηλεκτρονίων σε Νανοφασικά Διαχωρισμένα Συστήματα Ανάπτυξη Νέων Πολυμερικών Ηλεκτολυτών για Μπαταρίες Λιθίου
Π αραγωγή Χρήσι μης Ενέργει ας Χρήση Η Η2 Η 2Ο 2 Ο2 Ο2 Περι βάλλον Η 2Ο Ανανεώσι μα Ενεργε ιακ ά Συστή ματ α
ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Κελιά Καυσίμου Παραγωγή χρήσιμης ενέργειας Η2 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανανεώσιμα Ενεργειακά Συστήματα Παραγωγή Η2 Ηλεκτρόλυση Η 2Ο Ο2 Ο2 Η2Ο
Το Όραμα Να δημιουργηθεί ένα δίκτυο διανομής, παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές, αποθήκευσης και τροφοδοσίας υδρογόνου το οποίο σε συνδυασμό με τις κυψελίδες καυσίμου θα εξασφαλίσει την απαιτούμενη ενέργεια με μηδενική επιβάρυνση του περιβάλλοντος
Κυψελίδα καυσίμου τύπου ΡΕΜ Ημιαντιδράσεις στα ηλεκτρόδια άνοδος: Η2 2Η+ + 2e- κάθοδος: 1/2 2 + 2H+ + 2e- Η 2Ο Συνολική αντίδραση Η2 + 1/2 2 H 2 Πολυμερές Καλές μηχανικές ιδιότητες Χημική, Θερμική και οξειδωτική σταθερότητα Υψηλή ιοντική αγωγιμότητα Ηλεκτρονιακός μονωτής Χαμηλό κόστος Advanced Research Lab Polymers &
Δική μας προσέγγιση για σύνθεση νέων μεμβρανών Σχεδιασμός και σύνθεση νέων πολυμερών που έχουν τέτοια δομικά χαρακτηριστικά ώστε να εξασφαλίζονται οι επιθυμητές ιδιότητες ιγμα ράδε Για πα Νέες Δομές R N Πολική Ομάδα Πυριδίνης Θέση Πρόσληψης Η+ Δεσμοί Υδρογόνου X n X N R N n Αρωματικός Πολυαιθέρας Υψηλή Θερμική & Χημική Σταθερότητα Χρήση μιγμάτων πολυμερών που συνδυάζουν διαφορετικές ιδιότητες Απαιτείται Διεπιστημονική Συνεργασία για: Ηλεκτροχημική μελέτη των ΜΕΑ (συνδυασμός μεμβράνης με τα ηλεκτρόδια) Κατασκευή μοναδιαίων κυψελίδων Μελέτη συμπεριφοράς και απόδοσης των κυψελίδων
Advent TPS approach N X Y X X N x y z N Issued patents: US 7,786,244 31/08/2010 US 7,842,733 30/11/2010 US 7,754,843 31/07/2010 EP 2,134,768 15/09/2010 US 7,842,734 30/11/2010 US 7,842,775 30/11/2010
Σταθερότητα Λειτουργίας Temperature: 180oC Current densty:0.2a/cm2 Ambient pressure Feed : H2/air Anode: 1.2 Cathode: 2.0 Σταθερή Λειτουργία στους 180 C για περισσότερες από 4000 ώρες
Σύγχρονες τάσεις στα fuel cellsδιασυνδεδεμένες μεμβράνες Αύξηση της μηχανικής και χημικής σταθερότητας της μεμβράνης Αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας με αποτέλεσμα να μπορεί να χρησιμοποιηθεί υδρογόνο από αναμορφωμένη μεθανόλη ή φυσικό αέριο. Καλύτερη διαχείριση και χρήση της θερμότητας που εκλύεται.
Πλεονεκτήματα της Λειτουργίας Υψηλής Θερμοκρασίας Η ανοχή του καταλύτη σε C αυξάνεται δραματικά με αύξηση της θερμοκρασίας 50 ppm @ 80 C 30000 ppm @ 200 C μοκρασίες ερ θ ς ε ρ τε ό λ η ψ υ Σε ο ρυθμός κά τι α μ α ρ δ ι α ετ ν μειώ στην Pt. C υ το ς η σ η φ ό χημειρ Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας
Παραγωγή Ηλεκτρικής με Χρήση Υγρής Μεθανόλης Ο συνδυασμός του καταλύτη αναμόρφωσης του μεθανίου και της κυψελίδας καυσίμου οδήγησε στην κατασκευή ολοκληρωμένου συστήματος G. Avgouropoulos et al. / Journal of Power Sources 307 (2016) 875e882
Παραγωγή Ηλεκτρικής με Χρήση Υγρής Μεθανόλης Πρότυπος σχεδιασμός του ολοκληρωμένου συστήματος αναμόρφωσης/κυψελίδας καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας. G. Avgouropoulos et al. / Journal of Power Sources 307 (2016) 875e882
Παραγωγή Ηλεκτρικής με Χρήση Υγρής Μεθανόλης Λειτουργία 15 συνδυασμένων κυψελίδων του συστήματος παραγωγής ενέργειας που αναπτύσσονται στο πρόγραμμα IRMFC (15 MEAs; 50 cm2/cell; 15 foam based reformers with 15 g CuMnAlx loaded on each foam) που λειτουργούν στους 200 C. G. Avgouropoulos et al. / Journal of Power Sources 307 (2016) 875e882
Σύστημα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Power Electronics Control system Fuel Fuel Reformer H2 H2 C2 C Water-Gas Shift reactor H2 C2 C HT-PEM Fuel Cell Fuel Processo r HEAT Efficiency 45-50% AIR H2 C2
Σύστημα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας Graphitic bipolar plates, specially designed flow field External liquid cooling Compact design, reduced cost and weight Dr. S. Neophytides Group
Σύστημα Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας 1 kw liquid cooled stack 44 190oC H2/air 40 Voltage, V 36 32 28 24 20 16 0 5 10 15 20 25 Current, A Fuel Cell Stack Power output of 1 kw at 0.2 A/cm2 at 180oC (electrical efficiency > 45%) peration over a wide range of reformates: (H2 50%, C = 0-4%, steam = 0-30%) Dr. S. Neophytides Group peration with a hydrogen flow close to stiochiometric
Ευχαριστίες Dr. V. Deimede Dr. N. Gourdoupi Dr. Stylianos Neophytides Ass. Professor Dr N. Triantafyllopoulos Research Director Dr. K. Andreopoulou Οικονομική Υποστήριξη Dr M. Daletou Dr G. Avgouropoulos Ευρωπαϊκή Κοινότητα: Development of an Internal Reforming Alcohol High Temperature PEM Fuel Cell Stack IRAFC GA 245202 (SP1-JTI-FCH-4.2) Understanding the Degradation Mechanisms of Membrane-Electrode-Assembly for High Temperature PEMFCs and ptimization of the Individual Components DEMMEA GA 245156 (FP7-FCH-JU-2008-1-CP) Development of a Portable Internal Reforming Methanol High Temperature PEM Fuel Cell System IRMFC GA325358 (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, FP7-FCH-JU-2012-1) Understanding the Degradation Mechanisms of a High Temperature PEMFC Stack and ptimization of the Individual Components DEMSTACK GA 325368 (FCH-JU-2012-1)
Από τη Βασική Έρευνα σε Προϊόν