vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
vetyteknologia Polttokennon tyhjäkäyntijännite 1 DEE Risto Mikkonen

DEE Polttokennot ja vetyteknologia

vetyteknologia Johdanto 1 DEE Risto Mikkonen

Polttokennolaboratoriotyö

Polttokennoteknologian tarjoamat mahdollisuudet suomalaiselle kulkuneuvo-, kone- ja elektroniikkateollisuudelle 02-11/2001

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Tutkimuksellinen lähestymistapa polttokennojen kemian opetukseen

AS Energiatekniikan automaatio. Polttokennot. Matias Halinen. DI, Tutkija VTT, Polttokennot

ENE-C2001 Käytännön energiatekniikkaa (KET) Convion Ltd:n SOFC-polttokenno / tehtävänanto / ver6

SOFC KENNOSTOT PIENIIN

vetyteknologia Viikko 3 1 DEE Risto Mikkonen

HANNA NURMILO VETYPOLTTOKENNON HYÖDYNTÄMINEN LINJA-AUTOSSA

MIIKA SANTALA POLTTOKENNO AJONEUVOJEN TEHOLÄHTEENÄ. Kandidaatintyö

AKKU- JA PARISTOTEKNIIKAT

HENRI KARIMÄKI AJONEUVOKÄYTÖN POLTTOKENNOTEHOLÄHTEEN HYBRIDISOINTI TEOREETTINEN JA KOKEELLINEN TARKASTELU. Diplomityö

Energian tuotanto haasteita ja mahdollisuuksia Pohjois- Suomessa. Pekka Tynjälä Ulla Lassi

Polttokennojärjestelmät

POLTTOKENNOJEN MAHDOLLISUUDET JA RAJOITTEET JÄTTEISTÄ TUOTETUN BIOKAASUN HYÖDYNTÄMISESSÄ SÄHKÖKSI JA LÄMMÖKSI

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

J. AHOLA, O. BERGIUS, M. FLINCK, R. PASONEN POLTTOKENNOAUTOJEN NYKYTILA. Harjoitustyö SMG-4050

Kohti vedyn ANTTI KURKELA. 28 Tekniikan Maailma 1/2001 Tätä tulostetta ei saa käyttää mainos- ja myynninedistämistarkoituksiin.

Kemia s2011 ratkaisuja. Kemian koe s 2011 lyhennettyjä ratkaisuja

VEDYN MAHDOLLISUUDET TULEVAISUUDEN ENERGIANTUOTANNOSSA

kun hiilimonoksidia ja vettä oli 0,0200 M kumpaakin ja hiilidioksidia ja vetyä 0,0040 M kumpaakin?

Elektrolyysi Anodilla tapahtuu aina hapettuminen ja katodilla pelkistyminen!

Käsitteitä. Hapetusluku = kuvitteellinen varaus, jonka atomi saa elektronin siirtyessä

Sähkökemia. Sähkökemiallinen jännitesarja, galvaaninen kenno, normaalipotentiaali

HELI YRJÄNÄINEN VEDYN VALMISTUS UUSIUTUVIA ENERGIAMUOTOJA HYÖDYNTÄEN Kandidaatintyö

2.1 Sähköä kemiallisesta energiasta

Micro-chp pientalon sähkön- ja lämmönlähteenä

Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.

Erilaisia entalpian muutoksia

Suljetun lyijyakun toiminnan peruskäsitteitä

Oppimistehtävä 4: Pienimuotoinen vedyntuotanto

Ratkaisuja hajautettuun energiantuotantoon

Kriittiset metallit uudessa energiateknologiassa. Leena Grandell, Energiasysteemit VTT

Normaalipotentiaalit

Teknologiaa kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen

Demo2013 kokeilualustahanke esittely

ffiffi O, = aoo,'#...

Reaktiosarjat

METALLIEN JALOSTUKSEN YLEISKUVA

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

VOIMALAITOSMITTAKAAVAN POLTTOKENNOJÄRJESTELMIEN TEKNIS-TALOUDELLINEN VERTAILU. Antti Teräsvirta Prizztech Oy

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Diplomityö, joka on jätetty tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten

Hiilen ja vedyn reaktioita (1)

Epäpuhtaudet vesi-höyrypiirissä lähteet ja vaikutukset

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

BIOMETANOLIN TUOTANTO

DEE Polttokennot ja vetyteknologia

Erilaisia entalpian muutoksia

KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Merenkulun ko / Merenkulkualan insinöörin sv

POLTTOAINEEN VARASTOINTI VETYAUTOISSA

Puupohjainen Bio-SNG kaasutusteknologian kehitysnäkymiä. Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti tutkija Ilkka Hannula VTT

Vetypolttokennojen dynaamiset mallit

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Kryogeniikka ja lämmönsiirto. DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen

Energian talteenotto liikkuvassa raskaassa työkoneessa Heinikainen Olli

ENNEN POLTTOA TAPAHTUVA HIILIDIOKSIDIN TALTEENOTTO

Vety energiantuotannossa

Ei ole olemassa jätteitä, on vain helposti ja hieman hankalammin uudelleen käytettäviä materiaaleja

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

Lahti Energian uusi voimalaitos KYMIJÄRVI II. Jaana Lehtovirta Viestintäjohtaja Lahti Energia Oy

Sähkökemian perusteita, osa 1

DEE Polttokennot ja vetyteknologia

1. Malmista metalliksi

HAJAUTETTU SÄHKÖNTUOTANTO MIKRO- VERKKOYMPÄRISTÖSSÄ

Tekijä: Markku Savolainen. STIRLING-moottori

Lukion kemia 3, Reaktiot ja energia. Leena Piiroinen Luento

Kuparin korroosio hapettomissa olosuhteissa

Jaksollinen järjestelmä

:TEKES-hanke /04 Leijukerroksen kuplien ilmiöiden ja olosuhteiden kokeellinen ja laskennallinen tutkiminen

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

METALLITEOLLISUUDEN PINTAKÄSITTELYN PERUSTEET - KORROOSIO

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Mamk / Tekniikka ja liikenne / Sähkövoimatekniikka / Sarvelainen 2015 T8415SJ ENERGIATEKNIIKKA Laskuharjoitus

Katsaus uudenaikaisiin energianlähteisiin

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

vetyteknologia Vety yleisiä näkökulmia 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

DEE Aurinkosähkön perusteet

Liitetaulukko 1/11. Tutkittujen materiaalien kokonaispitoisuudet KOTIMAINEN MB-JÄTE <1MM SAKSAN MB- JÄTE <1MM POHJAKUONA <10MM

RIKU PASONEN ENERGIAN VARASTOINTITEKNOLOGIOIDEN TEKNINEN JA TALOUDELLINEN VERTAILU

Vedyn valmistaminen. Tapani Raunio

Puuperusteisten energiateknologioiden kehitysnäkymät. Metsäenergian kehitysnäkymät Suomessa seminaari Suomenlinna Tuula Mäkinen, VTT

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Lämpö- eli termokemiaa

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

AVA:n Kuivamädätyslaitos, Augsburg

PUUHIILEN UUDET SOVELLUKSET JA CARBONISER-TEKNOLOGIA BIOKATTILAT KUUMAKSI, TAMPERE 2017 FEX.FI

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Muita tyyppejä. Bender Rengas Fokusoitu Pino (Stack) Mittaustekniikka

Ruostumattoman teräksen valmistaminen loppupään terässulattoprosessit.

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Johdanto Tavoitteet Työturvallisuus Polttokennoauton rakentaminen AURINKOPANEELITUTKIMUS - energiaa aurinkopaneelilla...

Seppo Heikkilä. Kaupallinen elektrolyysikenno autossa

Katsaus Tekesin Polttokennot-ohjelma ja Demo2013 kokeiluympäristöhanke

Transkriptio:

DEE-5400 Polttokennot ja vetyteknologia Muut kennotyypit 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Alkaalipolttokennot Anodi: Katodi: H 4OH 4 H O 4e O e H O 4OH 4 Avaruussovellutukset, ajoneuvokäytöt Elektrolyyttinä alkaaliliuos (natrium-); kaliumhydroksidi Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Liikkuva elektrolyytti Kaliumhydroksidia kierrätetään pumpun avulla kennostossa. Anodille vety (kierrätettävä) Katodille syötetty ilma sisältää hiilidioksidia, mikä reagoi elektrolyytin kanssa Haitat CO 3 - Pumppujen tarve Korroosio KOH:n pieni pintajännitys Kennon asento rajallinen KOH CO KCO3 H O 3 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen Edut Elektrolyytti jäähdyttää Elektrolyytti homogeeninen Neutraali konsentraation muutoksille Helppo vaihdettavuus

Staattinen elektrolyytti KOH sitoutuneena matriisimetalliin asbesti Huokoinen Luja Korroosionkestävä Myrkyllinen Vaatii erillisen jäähdytyksen Kennon voi sijoittaa mihin asentoon tahansa Elektrolyyttiä ei tarvitse pumpata 4 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

AFC / elektrodit Sintrattu nikkeli Huokoinen ja mekaanisesti kestävä Raney metalli PTFE + nikkeliverkko 5 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Ongelmat ja kehitystyö AFC:n yksi keskeinen ongelma on hiilidioksidin reagointi elektrolyytin kanssa. OH - konsentraatio pienenee reaktiot hidastuvat Viskositeetti kasvaa konsentraatiohäviöt kasvavat Karbonaattisuola tukkii elektrodeja Hapen liukenevuus heikkenee aktivointihäviöt kasvavat Elektrolyytin johtavuus pienenee Joule häviöt Elektrodien toiminta heikkenee 6 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Fosforihappokenno Anodi: Katodi: H 4 H 4e 4e 4 H H O O - Toiminta PEM kennojen kaltainen - Elektrolyyttinä fosforihappo (T f = 4 0 C) - PTFE:llä sidotut platinakatalyytit - Virtauslevyt 7 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Fosforihappokenno (Cont.) Effect of pressure Effect of temperature V RT P ln 4F P 1 E 0 kun T, mutta Q P Q, ionijohtavuus E 0 V 63.5ln P P 1 V T 1 1.15( T T ) ( mv ) 8 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Fosforihappokenno (Cont.) Herkkä hiilimonoksidille Rikin poisto FAFC kennoista saatu paljon kenttäkokemusta Pääsääntöisesti 50 00 kw:n yksiköitä Tokyo Electric Power 11 MW Kennotyypin kehitystyö tähtää CHP käyttöön. 9 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Polttoaineen reformointi Metaani CH 4 HO 3H CO Yleisesti C H x H O x y H x y xco Prosessi tyypillisesti endoterminen T ~ 500 0 C Kuumia ulostulokaasuja voidaan hyödyntää CO ongelma PEM ja PAFC kennojen katalyytille CO Rikin poistaminen H O CO H 10 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Korkean lämpötilan polttokennot Etuja: Nopeat reaktiot Pt ei välttämättä tarvita Lämpöä voidaan hyödyntää reformoinnin yhteydessä CHP mahdollisuus Integrointi turbiinikäyttöön Fosforihappokennot: 00 kw CHP järjestelmät T ~ 00 0 C jalometallikatalyytit ei siedä CO:ta Sulakarbonaattikennot: Kiinteäoksidikennot: kiinteä elektrolyytti mekaanisesti yksinkertainen T ~ 700 1000 0 C 11 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen pitkä historia T ~ 650 0 C kennojen väsyminen lupaava CHP -sovelluksissa

Yhdistetyt järjestelmät Jos polttokennon toimintalämpötila on T F ja siihen on yhdistetty lämpövoimakone, päädytään samaan hyötysuhteeseen kuin jos polttokenno toimisi ympäristön lämpötilassa. Mitä tällä tarkoitetaan? 1 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Sulakarbonaattikenno (MCFC) Elektrolyytti alkaametallikarbonaattiseos (litium + kalium, litium + kalsium) Keraaminen matriisi, LiAlO CO 3 ionit hyvä ionijohtavuus Katodille tarvitsee syöttää CO :ta H 1 O CO H O CO 13 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Sulakarbonaattikenno (Cont.) Hiilidioksidin kierrätys Korkea T op katalyyttinä nikkeli /nikkelioksidi CO:ta voidaan hyödyntää polttoaineena E F g T op = 650 0 C Polttoaine g (kj/mol) E (V) Vety, H -197 1.0 CO -01 1.04 14 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Sulakarbonaattikenno (Cont.) Nikkelioksidin liukeneminen sulakarbonaattiin Polttoaineen sisäinen reformointi I ~ 100-00 ma/cm E ~ 750 900 mv V RT P ln 4F P 1 P Q akt., kompressoritarve T id ~ 650 0 C 15 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen

Kiinteäoksidikenno (SOFC) Elektrolyytti oksidi-ioneja johtavaa keraamista materiaalia, YO + Zr Yksinkertainen rakenne T op = 800 1000 0 C yhdistetyt järjestelmät Polttoaineena vedyn lisäksi myös CO Anodi: zirkoniumpohjainen metalli + keraami Katodi: strontium + lantaani-magnatiitti Ei CO :n muodostumista 16 Polttokennot ja vetyteknologia Risto Mikkonen