Vodíkové palivové články pro mobilní aplikace

Student: Vaculík Lukáš
Vedoucí: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.
Stav práce: přerušená

Abstrakt:

Úvod do problematiky Výroba elektrické energie z vodíku pomocí palivových článků představuje nový ekologický zdroj energie, který lze úspěšně využít v mnoha oblastech energetiky a mobility. Palivové články s polymerní membránou (proton exchange membrane fuel cells - PEMFC) se vyznačují nízkou hmotností a provozem při nízké teplotě, a proto jsou vhodné i pro mobilní aplikace, jako jsou auta na vodíkový pohon. Palivové články s polymerní membránou se začínají prosazovat i jako výkonné zdroje pro malé elektromobilní systémy a představují významnou alternativu k běžným bateriovým pohonům, zvláště v případech, kdy je potřeba zajistit dlouhodobý výkon. Do této kategorie patří i vodíkové drony pro dálkovou kontrolu infrastrukturních systémů a monitorovací činnost. Srdcem PEMFC je katalyzátor, který rozkládá palivo na protony a elektrony na anodě a na katodě dochází k jejich slučování s kyslíkem na vodu. Na našem pracovišti jsme vyvinuli zcela nové typy katalyzátorů chráněné několika zahraničními patenty, které v podobě nanostrukturních tenkých vrstev deponujeme magnetronovým naprašováním na nanoporézní uhlíkové nosiče. V současné době je výzkum podporován především dvěma velkými projekty z operačních programů OP VVV. Pro testování článků je naše pracoviště vybaveno špičkovými testovacími stanicemi, které jsou v ČR unikátní.

Anotace
Optimalizace malých svazků palivových článků využívajících přímého průchodu vzduchu k chlazení a přísunu kyslíku na katodu umožní dosáhnout vysokého poměru výkonu k hmotnosti pohonných jednotek tak, aby byly využitelné v malých mobilních systémech včetně dronů. V rámci práce bude provedena rešerše z oblasti vodíkového pohonu dronů a budou posouzeny optimální parametry z hlediska příkonu motorů a nosnosti. Pro řízení svazků bude navržena řídící elektronika. Experimentální svazek článků budou navrženy pro výkon 40 – 100 W a napětí 6 – 12 V. Budou sestaveny různé typy svazků vzduchem chlazených článků a budou proměřeny na existující testovací aparatuře.

Zásady pro vypracování:
1. Rešerše dosavadních aplikací a řešení vodíkového pohonu dromů
2. Návrh parametrů dronů z hlediska spotřeby elektrické energie a nosnosti, výběr vhodného dronu dostupného na trhu.
3. Optimalizace poměru hmotnost výkon s využitím konstrukčních prvků vyrobených metodou 3D tisku.
4. Vyhodnocení testů svazku článků s ohledem na jejich další využití v aplikacích.

Literatura:
1. PEM Fuel Cell Diagnostic Tool, edited by Haijiang Wang, CRC Press, 2012
2. Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Zhingang Qi, CRC Press 2013