Termodynamická analýza procesů v polymerní elektrolytické membráně palivového článku

Abstract

Termodynamická analýza procesů v polymerní elektrolytické membráně palivového článku Michal Pavelka April 12, 2012 Abstract Vodíkové palivové články1 se mohou stát klíčovou technologií 21. století, a proto je důležité umět popsat jejich chování. V této práci se zaměřujeme na vodíkové palivové články s polymerní elektrolytickou membránou. Pro membránu využíváme již existující model2 . Model zasazujeme do teorie směsí, kterou budujeme podobně jako se děje v klasické učebnici od Mazura a de Groota3 a kterou doplňujeme o tak zvané vniřní potenciální energie. Vnitřní potenciální energie nám pak umožňují popsat makroskopické důsledky vnitřních sil mezi vodou a polymerem v membráně a zahrnout tak do modelu membrány vliv gra- dientu povrchového napětí vody v membráně. Model řešíme numericky v 1D aproximaci. Následně určujeme vliv membrány a jednotlivých procesů v ní na účinnost palivového článku. 1 viz. například Larminie, J. and A. Dicks. Fuel Cell Systems Explained. 2nd edition. John Wiley & Sons Ltd., 2003. ISBN 0-470-84857-X. 2 Weber, A. Z. and J. Newman. Transport in Polymer-Electrolyte Membranes I, II, III. J. Electrochem. Soc., 150 (7), A1008-A1015, 2003; 151 (2), A1311-A1325, 2004.; 151 (2), A1326-A1339, 2004 3...

Thermodynamic analysis of processes in electrolytic fuel cell membrane Michal Pavelka April 12, 2012 Abstract Hydrogen fuel cells1 may become a key technology of 21st century, and it is important to be able to describe their behavior, therefore. In this work we focus on hydrogen fuel cells with a polymer-electrolyte membrane. For the membrane we adopt an existing model2 . We for- mulate the model in the framework of the mixture theory which we develop similarly as has been done in the classical textbook of Mazur and de Groot3 . However, refining the concept of potential energy of a material point, we introduce new terms called internal potential ener- gies which enable us to describe macroscopic consequences of internal forces between water and polymer in the membrane and to describe the influence of gradient of surface tension of water in the membrane. We solve the model in 1D approximation. Consequently, we calculate the influence processes in the membrane have on efficiency of the fuel cell. 1 see for example Larminie, J. and A. Dicks. Fuel Cell Systems Explained. 2nd edition. John Wiley & Sons Ltd., 2003. ISBN 0-470-84857-X. 2 Weber, A. Z. and J. Newman. Transport in Polymer-Electrolyte Membranes I, II, III. J. Electrochem. Soc., 150 (7), A1008-A1015, 2003; 151 (2), A1311-A1325, 2004.; 151 (2), A1326-A1339,...