2007/1–2 - Széchenyi István Egyetem
2007/1–2 - Széchenyi István Egyetem
2007/1–2 - Széchenyi István Egyetem
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
csak az Egyesült Államok kormánya 1,2 milliárd dollárt invesztál<br />
(és még legalább ugyanannyit a magánszektor)? Kutatócsoportunk<br />
a tüzelőanyag-elemek fejlesztésének egy kis, ámde jelentős<br />
szeletével foglalkozik, nevezetesen azok szabályozásának és<br />
hatékonyabb működtetésének<br />
kérdéseivel. Célunk olyan algoritmusok<br />
kidolgozása, amely a cellák<br />
hatásfokát a nagy teljesítményű<br />
szakaszban is magasan tudja tartani.<br />
Ehhez ötvözzük az elektrokémiai,<br />
matematikai és informatikai<br />
ismereteket. Mindezt a tudást<br />
egy olyan szabályozó mikrochipbe<br />
kívánjuk integrálni, amely hasonló<br />
hatást vált ki, mint a ma széles<br />
körben népszerű chiptunning megoldások.<br />
Megoldásunk által a jövő<br />
autói nemcsak környezetbarátok<br />
a) golftáska<br />
lesznek, hanem felülmúlják benzines<br />
társaikat gyorsulásban, teljesítményben,<br />
és lehetőséget kínálnak a<br />
maitól eltérő dinamikusabb vezetési<br />
élményre.<br />
b) elemlámpa 24 vagy 30 órás<br />
folyamatos működéssel – a lámpa<br />
nyele 22 liter hidrogént tud tárolni<br />
fém-hidrid tárolójában<br />
c) robogó<br />
d) üzemanyagcellás mini helikopter működés közben<br />
A TÜZELŐANYAG-ELEMEK<br />
MODELLJE<br />
Mi volt az a technológia, amely<br />
a Grove-féle cella teljesítményét<br />
megtöbbszörözte és mára a gyakorlatban<br />
is használható áramforrássá<br />
tette? A válasz természetesen<br />
összetett, de az egyik legjelentősebb<br />
teljesítményfokozó a pórusos<br />
elektródok alkalmazása volt. Az<br />
elektrokémiai reakció ugyanis két<br />
fázis határán játszódik le. Ez azt<br />
jelenti, hogy az elektród felülete<br />
és a reakció sebessége szabja meg<br />
az időegység alatt reagáló anyag<br />
mennyiségét, a cella teljesítményét.<br />
A katalizátorok a reakció aktiválási<br />
energiájának a csökkentésével<br />
érnek el hatékonyságnövekedést,<br />
míg a pórusos elektródok az aktív<br />
felületet képesek több nagyságrenddel<br />
is megnövelni. Az ilyen<br />
elektródok olyanok, mint egy szi-<br />
3. ábra: üzemanyagcellák néhány alkalmazása (a fotók a szerzők saját felvételei)<br />
vacs, rengeteg kis belső üreggel, ezáltal óriási aktív felülettel rendelkeznek,<br />
ahol a hidrogén oxidációja vagy az oxigén redukciója<br />
lejátszódhat. A pórusos elektród sematikus felépítését mutatja a<br />
4. ábra. A szivacs mátrixában elektron, míg az elektrolit fázisában<br />
ionáram van. A két fázis között az elektrokémiai reakció játszódik<br />
a töltésneutralitás makroszkopikus megtartásával.<br />
Erre a rendszerre az alábbi differenciál egyenletrendszert írhatjuk fel<br />
Ong és Newman alapján [4]:<br />
A mátrix fázisban az elektronáramra<br />
az Ohm-törvény<br />
érvénes, azaz az i 1 az áramsűrűség,<br />
σ eff a vezetőképesség és<br />
φ 1 a mátrix fázis potenciálja,<br />
jelöléssel<br />
A jövő járműve <strong>2007</strong>/<strong>1–2</strong>.<br />
63<br />
i<br />
1<br />
= −σ<br />
eff<br />
∂ϕ1<br />
∂x<br />
(1)<br />
Ugyanezen megfontolás alapján<br />
az elektrolitban a hidrogénion<br />
vezetésére az<br />
i = −k<br />
2<br />
eff<br />
∂ϕ2<br />
∂x<br />
összefüggés érvényes.<br />
Az elektron neutralitása miatt az teljes áram i 1 +i 2 divergenciája<br />
zérus, azaz<br />
− ∂i1<br />
∂i2<br />
=<br />
∂ x ∂x<br />
A továbbiakban az elektrokémiai reakciót és a kettős rétegkapacitást<br />
feltételezve, a (2) képletbe behelyettesítve a<br />
− ∂ ⎛<br />
∂x<br />
⎜<br />
⎝<br />
k<br />
∂ϕ<br />
⎞ ∂ ϕ −ϕ<br />
2 1 2<br />
∂<br />
⎟ = a ⋅C<br />
x ⎠<br />
∂t<br />
eff dl<br />
összefüggést nyerjük. Bevezetve a<br />
η := ϕ1 −ϕ<br />
2<br />
függvényt, (4) alapján a<br />
a ⋅C<br />
egyenletet kapjuk.<br />
Kezdetben a rendszeren nem folyik áram, ezért<br />
azaz az új függvényre a<br />
( )<br />
t x k<br />
∂η<br />
∂ ⎛ ∂ϕ2<br />
⎞<br />
= − a i<br />
∂ ∂<br />
⎜<br />
⎝ ∂x<br />
⎟ − ⋅<br />
⎠<br />
dl eff<br />
ϕ ( x, 0) = ϕ ( x,<br />
0)<br />
1 2<br />
η( x, 0) 0 , x 0,<br />
L<br />
= ∈[ ]<br />
4. ábra: az üzemanyagcella katalizátor és<br />
membrán rétegének sematikus rajza<br />
kezdeti feltételt kapjuk. A cella kapcsain mérhető elektromos<br />
áram, I(t) a cella membrán részéhez eljutva teljes egészében<br />
ionárammá alakul át, ezért a peremfeltételek ebből közvetlenül<br />
származtathatók:<br />
i ( 0,<br />
t) = I( t)<br />
1<br />
i ( 0, t)<br />
= 0<br />
2<br />
i ( L, t)<br />
= 0<br />
1<br />
i ( L, t) = I( t)<br />
2<br />
Járműipari innováció – JRET<br />
(2)<br />
(3)<br />
⎛ F ⎞<br />
+ a ⋅i ⎜ ( − ) (4)<br />
0 exp α ϕ1 ϕ2<br />
⎟<br />
⎝ RT ⎠<br />
0 exp<br />
⎛ F ⎞<br />
⎜α<br />
η ⎟<br />
⎝ RT ⎠<br />
(5)<br />
(6)<br />
(7)<br />
(8)<br />
(10)<br />
(11)
Change language