Exam text content

DEE-54020 — Polttokennot ja vetyteknologia

Tentti 28.2.2018 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1. Tarkastellaan tilannetta, jossa Gibbsin vapaa energia G = G (p, 7), siis funktio paineesta p

2.

ja lämpötilasta T. Vetyä voidaan pitää hyvällä tarkkuudella ideaalikaasuna. Todenna, että
Gibbsin vapaan energian muutos vakiolämpötilassa voidaan tällöin esittää muodossa

6,-G, =narn|)
Pi

missä n on vedyn määrä mooleina ja R yleinen kaasuvakio. Alaindeksit 1 ja 2 viittaavat
prosessin alku- ja lopputilaan.

A) PEM -metanolipolttokennon anodilla tapahtuu seuraava reaktio

CH,OH+ H,O>6H*+6e +CO,
Määritä reaktiotuotteiden ja lähtöaineiden Gibbsin vapaan energian muutos, kun saatu

kennojännite on 0.605 V ja tiedetään, että kennon hyötysuhde on 50 %. Faradayn vakio F
=96485C. Määritä edelleen kennon virta, mikäli polttoaineen kulutus on 1.4 x 107 mol/s.

B) Tarkastellaan vetypolttokennon perusreaktioyhtälöä
1
H, +5% > H,0

Miten Nernstin yhtälön perusteella kennojännite alenee, mikäli anodille syötetyn vedyn
osapaine pienenee 50 % (anodille syötetty seos, missä on 50% vetyä ja 50% reformointi-
yksikön mukana tullutta hiilidioksidia). Kennon toimintalämpötila on 473 K (= 200 *) ja
yleinen kaasuvakio R = 8.314 J/mol K.

KÄÄNNÄ!
A) Mitä tarkoitetaan polttokennon aktivointihäviöillä ja miten niitä ns. Tafelin yhtä-
lön avulla mallinnetaan? Millä keinoin aktivointihäviöitä on mahdollista pienen-
tää?

B) Kuvaile paine konsentraatio koordinaatiston avulla vedyn varastointia metalli-
hydridiin.

Kuvaile kiinteäoksidipolttokennon rakennetta. Kyseistä kennoa voidaan hyödyntää ns.
yhdistettyjen järjestelmien yhteydessä. Mitä tällä tarkoitetaan? Miten näissä järjestel-
missä määräytyy tuotetun sähköenergian maksimihyötysuhde?

Selitä lyhyesti seuraavat käsitteet:
a) BOP

b) aktiivisuus

c) stoikiometrinen kerroin

d) Raney-metalli

e) Joule-Thomson -kerroin

f) fotolyysi