Ανάλυση Χαρακτηριστικών Και Προσομοίωση Λειτουργίας Κυψελών Καυσίμου Μεμβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων

Abstract

Η εξάντληση των αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων και η συνεχής επιβάρυνση της ατμόσφαιρας από τη χρήση τους έχει φέρει τις τελευταίες δεκαετίες στο προσκήνιο την προσπάθεια εξεύρεσης εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Κύρια χαρακτηριστικά γύρω από τα οποία κινούνται οι ερευνητικές διαδικασίες αποτελούν η οικονομική βιωσιμότητα και η φιλική συμπεριφορά προς το περιβάλλον. Υπό το πρίσμα αυτό, μία εκ των πλέον υποσχόμενων τεχνολογιών αποτελεί η τεχνολογία υδρογόνου.Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη και τη μελέτη συστημάτων κυψελών καυσίμου, τα οποία εκμεταλλεύονται το υδρογόνο και τις ιδιότητές του με σκοπό την ενεργειακή κάλυψη πληθώρας εφαρμογών.Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία αφού παρουσιάσει μία ιστορική αναδρομή ως προς την εξέλιξη της τεχνολογίας υδρογόνου, εκθέτει τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας μίας κυψέλης καυσίμου, καθώς και τον αντίκτυπο που έχει η χρήση της στο περιβάλλον.Ακολούθως, γίνεται εκτενής αναφορά στο υδρογόνο ως καυσίμο καθώς και στο εύρος διαφορετικών διατάξεων κυψελών καυσίμου που έχουν αναπτυχθεί ως σήμερα, εκθέτοντας τα λειτουργικά χαρακτηριστικά που διαφοροποιούν τις διατάξεις αυτές. Εν συνεχεία, η εργασία επικεντρώνεται στις κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, παραθέτοντας αναλυτικά τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους και τις χημικές εξισώσεις που την περιγράφουν.Ακόμη, παρουσιάζεται ένα μοντέλο το οποίο προσομοιώνει τη λειτουργία μιας συστοιχίας κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων σε καθεστώς κανονικής καθώς και μεταβατικής λειτουργίας ενώ μελετάται η συμπεριφορά της συστοιχίας υπό διαφορετικές λειτουργικές συνθήκες.Τέλος, παρατίθενται τα αποτελέσματα πειραματικών μετρήσεων σε πραγματικές διατάξεις κυψελών καυσίμου.