Exam text content

EE.REE.410 Polttokennot ja vetyteknologia

Tentti 31.1.2023 Risto Mikkonen

 

Oma

n ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

Tarkastellaan PEM-kennoa. Kuinka suuri on reaktiotuotteena syntyneen vesihöyryn
Gibbsin vapaa energia, mikäli kennon ideaalinen tyhjäkäyntijännite on 1.23 V? Vedylle
Gibbsin vapaa energia on -38.96 kJ/mol ja vastaavasti hapelle -61.12 kJ/mol. Faradayn
vakio F = 96 485 C/mol.

Ilman (T = 20%) suhteeliinen kosteus on 70 %, jolloin veden kylläinen höyrynpaine on
2.228 kPa. PEM kennoa varten ilma lämmitetään vakiopaineessa 60 %:een lisäämättä
vettä, jolloin veden kylläinen höyrynpaine on 19.94 kPa. Miten hyvin kenno toimii?

a) Vety puristetaan huoneen lämpötilassa (T = 300 K) 200 barin paineeseen. Määritä
ison vetykaasupullon (50 litraa / 200 bar) energiasisältö, kun vetyä voidaan pitää
ideaalikaasuna. Vedyn reaktioentalpia Ah = -241 kJ/mol ja yleinen kaasuvakio R =
8.314 J/molk.

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

Esitä polttokennon toimintakäyrä (kennojännite vs. virrantiheys) kahdessa eri toiminta-
lämpötilassa: (a) noin 40 FC ja Jb) noin 800 %. Selvitä käyrien avulla polttokennossa syn-
tyviä häviöitä.

  

Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin. Oikea vastaus antaa yhden pisteen kukin,
väärä vastaus -0.5 pistettä. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pistettä.

a) Polttokennon toimintapaineen nosto nostaa kennojännitettä, mutta oikean kosteus-

b

tasapainon näkökuimasta tarvittava vesimäärä hieman kasvaa.
) Sulakarbonaattikennossa kierrätetään hiilidioksidia anodin ja katodin välillä.

c) Polttokennon aktivointihäviöiden pienentämiseksi kennon ns. siirtymävirrantiheys

d

tulisi olla mahdollisimman pieni.
) Ns. Shift-reaktiolla tarkoitetaan toimintaa, kun polttokennon anodille vedyn sijasta
syötetään hiilimonoksidia.

e) Vedyn energiasisältö painoon suhteutettuna on tuntuvasti suurempi kivihiileen

f

verrattuna.
Lasi muuttuu vetyä läpäiseväksi tyhjiössä.