Vpliv koncentracije oksidanta na katodi na delovanje nizkotemperaturne gorivne celice

Kreuzer, Žiga (author), Mori, Mitja (mentor)

V magistrskem delu smo preučevali delovanje nizkotemperaturne gorivne celice s protonsko izmenjalno membrano. Glavni cilj naloge je bil eksperimentalno ovrednotiti učinek povečanja koncentracije oksidanta na katodi ter pogojev delovanja (temperatura, tlak) na karakteristiko delovanja gorivne celice. Rezultate, pridobljene na eksperimentalni merilni progi, smo ekstrapolirali na sklad gorivnih celic, ki bi bil uporabljen za pogon akrobatskega letala, ki obratuje v dveh režimih. V času akrobacij je za delovanje letala potrebna moč 300 kW, v preostalem času pa za let zadostuje moč 100 kW. Postavili smo numerični model delovanja sklada gorivnih celic, ki obratuje nad tlakom okolice in s koncentracijo kisika 100 %, ter enak sklad modelirali pri tlaku okolice in s koncentracijo kisika v zraku 21 %. S tem pristopom smo lahko primerjali delovanje sklada pri različnih pogojih. Rezultat numeričnega modela za izbrano misijo leta akrobatskega letala je sklad gorivnih celic, ki je večji in močnejši od skladov gorivnih celic, ki so trenutno na voljo na trgu. Za integracijo sklada gorivnih celic zahtevane moči v letalo smo predstavili več pristopov, kako izvesti modularno integracijo večih skladov manjših moči.

• Language: Slovenian
• Keywords: vodikove tehnologije, akrobatsko letalo, gorivne celice, prenapetostna krivulja, koncentracija kisika
• Work type: Master's thesis/paper
• Typology: 2.09 - Master's Thesis
• Organization: FS - Faculty of Mechanical Engineering
• Place of publishing: Ljubljana
• Publisher: [Ž. Kreuzer]
• Year: 2023
• Number of pages: XX, 64, [2] str.
• PID: 20.500.12556/RUL-152435
• UDC: 621.352.6: 546.11(043.2)
• COBISS.SI-ID: 182883587
• Publication date in RUL: 24.11.2023

KREUZER, Žiga, 2023, Vpliv koncentracije oksidanta na katodi na delovanje nizkotemperaturne gorivne celice [online]. Master’s thesis. Ljubljana : Ž. Kreuzer] . [Accessed 5 April 2025]. Retrieved from: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=eng&id=152435

Secondary language

• Language: English
• Title: Effect of oxidant concentration on the cathode on a low temperature fuel cell performance

Abstract

In this master’s thesis, we investigated the operation of a low-temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell (LT PEMFC), focusing on experimentally evaluating the effect of increasing oxidant concentration at the cathode and other operating conditions (temperature, pressure). The results obtained on the experimental test track were extrapolated to a stack of fuel cells that would be used to power an acrobatic aircraft. The aircraft operates in two modes; during acrobatics, a power of 300 kW is required, while 100 kW suffices for flying at other times. We developed a numerical model of a fuel cell stack operating above ambient pressure and with an oxygen concentration of 100 %. We then modeled the same stack at ambient pressure and oxygen concentration of 21 %, as it is present in air. The outcome of the numerical model for the selected mission of an aerobatics aircraft flight mission is a fuel cell stack, that is larger and more powerful than anything currently available on the market. To integrate a fuel cell stack of the required power into the aircraft, we have presented several approaches for the modular integration of multiple, lower-power stacks.

• Keywords: hydrogen technologies, aerobatic aircraft, fuel cells, overvoltage curve, oxygen concentration