Termodynamická analýza procesů v palivových článcích s pevnými oxidy

Abstract

Palivové články jsou ekologickou technologií budoucnosti. Ačkoliv byly palivové články objeveny již v předminulém století, principy jejich fungování nebyly stále uspokojivě popsány. Tato práce se soustředí na popis palivových článků s pevnými oxidy (SOFC), které se vyznačují anionově vodivým elektrolytem a vysokou operační teplotou. Model SOFC, uvedený v této práci, je formulován pomocí nerovnovážné termodynamiky a popisu vícesložkového kontinua. Model je zjednodušen předpoklady izotermicity, stacionárnosti v 1D aproximaci. Modelové rovnice popisují transport plynů v elektrodách, transport iontů skrze elektrolyt a průběh elektrického napětí v palivovém článku. V závěru práce je výsledek porovnán s modelem vysokoteplotního elektrolyzéru s pevnými oxidy, vyvinutého na Vysoké Škole Chemicko-Technologické, ukáže se, že oba přístupy vedly k obdobným závěrům. Tato práce může posloužit jako podnět k experimentálnímu prokázání možností teorie směsí. 1

The fuel cells are the technology of the future. Although their discovery dates back to the 19th century the nature of how they work hasnt been adequately explained so far. This thesis focuses on description of solid oxides fuel cells (SOFC) for which ion conductive electrolyte and high operating temperature are distinctive. The mathematical model of SOFC developed in this thesis is formulated in terms of the mixture theory. The model development was constrained and simplified by isothermality, time-stationery and 1D approximation. The model equations characterize gas and ion transport and electric current flow in the fuel cell. Eventually comparison of the thesis model equations with the SOEC (solid oxides electrolysis cell) model developed at the Institute of Chemical Technology in Prague showed that both approaches lead to a similar conclusion. This thesis can be used as a basis for an experimental verification of the mixture theory. 1