Exam text content

SMG-4350 — Polttokennot ja vetyteknologia

Tentti 3.3.2011 Risto Mikkonen

 

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.
1. Millä tavalla termodynamiikan käsitteet entälpia ja Gibbsin vapaa energia kytkeytyvät

polttokennojen toimintaan? Lähtien liikkeelle sisäenergian ja entälpian määritelmistä,
johda edelleen seuraava Maxwellin yhtälö

(a7)= (8)

2. A) PEM -metanolipolttokennon anodilla tapahtuu seuraava reaktio

CH,OH + H,O0 > 6H*+6€ +C0O,

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 = 96485 C. Määritä edelleen kennon virta, mikäli polttoaineen kulutus on 1.4 x 107
mol/s.

2. B) Tarkastellaan vetypolttokennon perusreaktioyhtälöä
1
H, + G > 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)

8)

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

 

Esitä polttokennon toimintakäyrä (kennojännite vs virrantiheys) kahdessa eri toi-
mintalämpötilassa, (a) nöin 40 % ja (b) noin 800 €. Selvitä käyrien avulla poltto-
kennossa syntyviä häviöitä.

PEM-kennon elektrolyytin ja elektrodien rakenne. Tarkastele edelleen kennon kosteus-
tasapainoa.

. Vedyn varastointi metallihydrideihin.

. Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Oikea vastaus antaa yhden pisteen kukin,

 

rä vastaus yhden miinuspisteen. Vastaamatta jättäminen antaa nolla pistettä.

a) PEM-kennon katalyytti on herkkä hiilidioksidille.
b) Ns. Raney-metalli toimii SOFC —-kennon elektrodina korkean lämpötilakestoisuutensa

johdosta.

c) Polttokennon ohmiset häviöt ovat erityisen merkityksellisiä alkaalikennoilla.
d) Kirjainlyhenne BOP tarkoittaa polttokennon oheislaitteita. —/

e) Isentropisessa paisunassa kaasu tekee laajetessaan työtä.

f) Van't Hoff -käyrällä voidaan esittää vedyn varastoitumista metallihydridiin.

Toni Lima = toni Limona Pi

€,