• Od 1 maja 2015 r. Wojskowa Akademia Techniczna we współpracy z RIOT Technologies realizuje projekt, którego celem jest konstrukcja i budowa samochodu elektrycznego, zasilanego ogniwem wodorowym i wyposażonego w innowacyjny zbiornik na wodór.


czytaj dalej

Cel projektu

...

Celem projektu jest konstrukcja i budowa zbiornika do przechowywania wodoru, w którym wodór jest związany w metalicznym stopie. Wykonany zbiornik charakteryzuje się wysoką wydajnością dzięki podwyższonej szybkości wymiany ciepła i będzie zastosowany w hybrydowym samochodzie elektrycznym FCV (ang. Fuel Cell Vehicle) zasilanym wodorowym ogniwem paliwowym typu PEM (ang. Proton Exchange Fuel Cell) o mocy 5kW i pakietem akumulatorów o wysokiej pojemności.

GODLO_WAT_png

Nasz zespół

...




WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA
  • Andrzej PANAS

    prof. dr hab. inż.

    • Tomasz CZUJKO

      dr hab. inż

      • Paweł PŁATEK

        dr inż.

        • Dariusz SIEMIASZKO

          dr inż.

          • Sławomir DYJAK

            mgr inż.

            • Izabela KUNCE

              mgr inż.

              • Tomasz POGORZELSKI

                mgr inż.

                • Katarzyna WITEK

                  mgr inż.

                  • Bartosz FIKUS

                    inż.

                    • Paulina KUZIORA

                      inż.

                      EKSPERCI ZEWNĘTRZNI


                      • Kacper ZIOŁO

                        inż.

                        • Stefan HAMIGA

                          mgr inż.

                          • Michał BEŁZOWSKI

                            inż.

                            • Jan ŻARÓW

                              inż.

                              • Władysław HAMIGA

                                inż.

                                • Paweł JABŁOŃSKI

                                  inż.


                                  Trochę teorii

                                  ...

                                  Czy kilka odpowiedzi na pytania dotyczące tematyki, związanej z projektem realizowanym przez WAT i RIOT Technologies.

                                  Czy samochody „na wodór” to samochody spalinowe czy elektryczne? Czym jest pojazd FCV?

                                  W motoryzacji, wodór może być wykorzystywany na dwa sposoby. Jako paliwo, gdzie jest spalany w silniku o specjalnej konstrukcji (np. BMW Hydrogen 7, Mazda RX-8 Hydrogen RE) lub jako nośnik energii. W tym drugim przypadku, wodór bierze udział w reakcji elektrochemicznej, w wyniku której jest generowany prąd elektryczny i która stanowi zasadę działania ogniw paliwowych. Prąd, generowany przez stos ogniw wodorowych, jest wykorzystany do zasilania silnika elektrycznego pojazdach FCV (ang. Fuel Cell Vehicle). Pierwszym samochodem wykorzystującym ogniwo typu PEM do zasilania silnika elektrycznego był, zaprezentowany w 1966 roku przez GM, Chevrolet Electrovan. Od 2014 roku, pierwszym seryjnie produkowanym samochodem FCV jest Toyota Mirai.




                                  Dlaczego mówi się, że samochody FCV są hybrydowe, skoro rodzaj napędu jest jeden (tylko elektryczny)?

                                  W samochodzie hybrydowym współistnieją dwa rodzaje napędów: spalinowy i elektryczny. Definicja hybrydy w odniesieniu do napędu elektrycznego (zgodnie z normą ISO 6469-1:2009) odnosi się do różnych źródeł zasilania silnika elektrycznego. W przypadku pojazdów FCV są to: ogniwo wodorowe i akumulatory. Akumulatory mogą być ładowane ze źródła zewnętrznego, przez ogniwo typu PEM lub w wyniku odzysku energii hamowania.

                                  Silnik elektryczny samochodu zaprezentowanego przez zespół WAT i RIOT Technologies będzie zasilany ogniwem typu PEM oraz akumulatorami. Akumulatory będą wspomagać ogniwo w czasie ruszania i przyspieszania auta. Będą one ładowane w czasie zrównoważonej jazdy z ogniwa typu PEM, z odzysku energii hamowania lub z zewnętrznego źródła.


                                  PRZYSPIESZANIE


                                  ZRÓWNOWAŻONA JAZDA


                                  Jak ogniwo wodorowe generuje prąd?

                                  Ogniwo paliwowe typu PEM (PEMFC, ang. Proton Exchange Membrane Fuel Cell) to urządzenie elektrochemiczne, w którym prąd elektryczny otrzymywany jest na skutek reakcji chemicznej między wodorem i tlenem. Pojedyncza komórka ogniwa, przedstawiona na rysunku poniżej1, składa się z elektrod i stałego elektrolitu w postaci protonowymiennej membrany. Aby ogniwo generowało prąd, wodór w postaci cząsteczkowej (H2) jest dostarczany do anody, gdzie pod wpływem platynowego katalizatora jest rozbijany na elektrony oraz protony H+, które po przejściu przez protonowymienną membranę polimerową, trafiają do katody. Na niej, pod wpływem dostarczanego powierza, generują się jony O, które w reakcji w jonami H+ tworzą cząsteczki wody i ciepło. Elektrony tworzą odrębny obieg prądu, generując napięcie na pojedynczej komórce ogniwa, z których buduje się stosy ogniw o danym napięciu.




                                  1 http://www.chempage.de/theorie/bz.htm

                                  W jakiej formie może być przechowywany wodór?

                                  Wodór można magazynować na wiele sposobów. W praktyce, najczęściej wykorzystywane są zbiorniki na wodór ciekły i gazowy (pod ciśnieniem ok. 700 atm). Trzecim podstawowym sposobem magazynowania wodoru jest synteza tzw. wodorków metalicznych, w których wodór jest związany w sieci krystalicznej metalu lub stopu, w sposób odwracalny. W praktyce, magazynowanie wodoru w stopach metali w dużym uproszczeniu przebiega następująco: w danej (dla danego materiału) temperaturze i ciśnieniu wodoru, cząsteczki wodoru oddziałują z siecią krystaliczną metalu rozpadając się na atomy i lokując w wolnych przestrzeniach jego sieci. Aby wydobyć wodór ze stopu należy podwyższyć temperaturę układu lub obniżyć panujące w nim ciśnienie wodoru. Każde z powyższych rozwiązań magazynowania wodoru ma swoje zalety i wady, więc musi być rozpatrywane indywidualnie, pod kątem zastosowania w danych warunkach.


                                  Ile kilogramów wodoru trzeba „zatankować’, żeby samochód przejechał 500 km?

                                  Na potrzeby przejechania dystansu ok. 500 km, potrzeba ok. 5 kg wodoru. W zależności od sposobu magazynowania, ta sama masa wodoru będzie zajmować inną objętość, jak przedstawiono na rysunku poniżej:





                                  Dlaczego celem projektu jest stworzenie zbiornika wodorkowego?

                                  Zaletą stosowania wodorków metali, jako magazynów wodoru, jest duża gęstość wodoru na jednostkę objętości. Procesy oddawania wodoru przez wodorek „niskotemperaturowy” i tankowania zbiornika przebiegają w temperaturze z zakresu 30-70°C. Najczęściej, ciśnienie wodoru w zbiorniku wodorkowym nie przekracza 15 atm., co przekłada się na brak potrzeby stosowania zbiorników o specjalnej konstrukcji i podwyższenie bezpieczeństwa użytkowania zbiorników wodorkowych w porównaniu do butli wysokociśnieniowych. W przeszłości, głównym czynnikiem zaniechania prób komercjalizacji zbiorników wodorkowych była wysoka cena metali i stopów zdolnych do magazynowania wodoru. Obecnie, w miarę zwiększania produkcji tych materiałów, aspekt ekonomiczny traci na znaczeniu. Technologicznym problemem w komercjalizacji zbiorników wodorkowych jest ich niska wydajność, mierzona czasem potrzebnym do pochłonięcia wodoru przez stop.
                                  Aby poznać istotę tego problemu, należy zrozumieć mechanizm tworzenia się wodorków metalicznych, który schematycznie przedstawiono na rysunku poniżej2,3. Wodorek metaliczny (ozn. β) tworzy się poprzez stopniową absorpcję (lokowanie się) atomów wodoru w lukach sieci krystalicznej metalu lub stopu (ozn. α). Proces absorpcji wodoru (linia ciągła na wykresie) rozpoczyna się, kiedy ciśnienie wodoru p osiągnie w danej temperaturze wartość krytyczną- ciśnienie równowagowe absorpcji, natomiast kończy się kiedy materiał zostanie nasycony wodorem w ilości określonej jako x. Chcąc odzyskać wodór z wodorku metalu należy obniżyć ciśnienie wodoru panujące w układzie poniżej granicznej wartości- ciśnienia równowagowego desorpcji (linia przerywana) dla danej temperatury. Na rysunku poniżej można zauważyć, że im wyższa jest temperatura procesów absorpcji lub desorpcji wodoru, tym wyższe są wartości ciśnień równowagowych tych procesów, ale również mniejsza ilość zaabsorbowanego wodoru. Proces absorpcji wodoru jest procesem egzotermicznym (przebiegającym z wydzielaniem ciepła), co ma niekorzystny wpływ na ilość pochłoniętego przez dany stop wodoru, dlatego kluczową rolą w całym układzie jest wydajne odprowadzanie ciepła. Wodorki „niskotemperaturowe”, zwłaszcza w postaci złoża proszkowego, charakteryzują się bardzo niską przewodnością cieplną. Specjalna konstrukcja zbiornika zbudowanego w ramach projektu zapewnia szybkie odprowadzanie ciepła w czasie ‘tankowania’ wodorem i zwiększenie wydajności tego procesu.




                                  2 Marc Linder „Automotive Cooling Systems based on Metal Hydrides”, Doctoral Thesis, Institute of Nuclear Technology and Energy Systems, University of Stuttgart 2010
                                  3 Martin Dornheim „Thermodynamics of Metal Hydrides: Tailoring Reaction Enthalpies of Hydrogen Storage Materials”, Chapter 33- „Thermodynamics – Interaction Studies – Solids, Liquids and Gases”, book edited by Juan Carlos Moreno-Pirajan, ISBN 978-953-307-563-1


                                   

                                  Kontakt

                                  ...

                                  Skontaktuj sie z nami:



                                  Imię i nazwisko (wymagane)

                                  Adres email (wymagane)

                                  Temat

                                  Treść wiadomości


                                  Adres


                                  Wojskowa Akademia Techniczna
                                  im. Jarosława Dąbrowskiego
                                  ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2
                                  00-908 Warszawa 49

                                   

                                  tel. centrala WAT +48 261 839 000
                                  faks +48 261 839 901
                                  WWW: wat.edu.pl


                                  Kierownik projektu:
                                  prof. dr hab. inż. Leszek Jaroszewicz
                                  jarosz@wat.edu.pl
                                   
                                  Koordynator zaspołu :
                                  dr inż. Marek Polański
                                  marek.polanski@wat.edu.pl

                                  Dziękujemy firmie AutonomouStuff za oprogramowanie