Exam text content

DEE-54020 Polttokennot ja vetyteknologia

Tentti 17.12.2019 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

 

 

 

 

 

1. Mitkä ovat kuusi kaupallista polttokennotyyppiä? Laita kukin polttokennotyyppi
oheisen taulukon ensimmäiselle vaakariville oikealle paikalleen.
Polttoaine H2, CO, | H2 CH3OH H2, CO, CHa | H2 H2
CHa |
Elektrolyytti | Yttrium +| KOH Nafion Litium- Nafion H3PO4
zirkonium kalium-
karbonaatti
Varaus elek-| 0* OH H* CO3? H* H*
trolyytin läpi
Toimintaläm- | 700-1000 | 660-120 | 50-90 600-650 60-100 175-200
pötila (9)

 

 

 

 

 

 

 

 

2. PEM-kenno toimii 100 %:een lämpötilassa, jolloin reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden
Gibbsin vapaan energian muutos 4g = -225.2 kJ/mol. Määritä kennon reversiibeli tyh-
jäkäyntijännite. Muodosta edelleen lauseke, joka kuvaa kennojännitteen muutosta,
un vedyn osapaine muuttuu. Hapen osapaine pysyy muuttumattomana. Mikä on jän-
nitteen muutos, jos vedyn osapaine pn2 = 1 bar. Yleinen kaasuvakio R = 8.314 J/molK
ja Faradayn vakio F = 96485 C/mol.

 

3. Polttokennoa voidaan normaaliin tapaan mallintaa jännitelähteenä, ts.

H

 

missä Vopen circuit = 0.8 V. Rint mallintaa kuormitetussa tilanteessa syntynyttä kokonais-
häviöresistanssia, Rint = 0.0001 O. Kytketään polttokennoon kuorma R.. Mikä on polt-
tokennon (PEM-kenno) tarvitsema vedyn kulutus (mg/s), kun kennolla halutaan
tuottaa kuormalle 1 kW:n teho. Vedyn moolimassa Mu2 = 2.016 g/mol.

KÄÄNNÄ!
Kuvaile vedyn valmistusta höyryreformoinnin avulla. Kuvaile edelleen paine-kon-
sentraatio -koordinaatiston avulla vedyn varastointia metallihydridiin.

Ovatko seuraavat väittämät totta (T) vai epätotta (E)? Oikea vastaus tuottaa yhden
pisteen kukin, väärästä vastauksesta saa yhden miinuspisteen. Vastaamatta jättämi-
nen tuottaa nolla pistettä.

Polttokennon toimintapaineen nosto nostaa kennojännitettä, mutta oikean kosteus-
tasapainon näkökulmasta tarvittava vesimäärä hieman kasvaa.

Kun polttokennojen yhteydessä puhutaan ns. yhdistetyistä järjestelmistä, niillä tarkoi-
tetaan, että kennoon voi anodille vedyn lisäksi syöttää myös muita polttoaineita.
Ideaalikaasulle aineen aktiivisuus määritetään painesuhteena todellisen ja standardi-
paineen 0.1 MPa kesken.

PEM-kennon katalyyttinä käytetty platina ei ole herkkä hiilidioksidille.

Suhteellinen kosteus saadaan jakamalla veden kylläinen höyrynpaine veden osapai-
neella.

Kun vetyä varastoidaan ns. fulleriineihin, saadaan varaston vetypitoisuudeksi noin 20
wt%.