Készítette: Móring Zsófia Vavra Szilvia Pórusos anyagok az energiatárolásban: Szuperkapacitorok és Üzemanyagcellák Készítette: Móring Zsófia Vavra Szilvia 2013

SZUPERKAPACITOROK

Nagy teljesítmény rövid ideig I. Jelentőség Nagy teljesítmény rövid ideig Mechanikus energia tárolása, majd ‘háttér energiaként’ történő felhasználása Ragone diagram Gyakorlati felhasználás: Szélerőművek Járművek, liftek Defibrilátor

II. Működés elméleti háttere Fizikai jellemzők (fegyverzet) kapacitás áramerősség teljesítmény P max => t min, C max

Ciklikus voltammetria Galvanosztatikus töltés/kisülés III. Jellemző paraméterek meghatározása Ciklikus voltammetria Galvanosztatikus töltés/kisülés Állandó v – potenciálváltozás sebessége (dU/dt) i- áramerősség Mérik i – áramerősség U - feszültség t - idő Eredmény CV diagramból: 1) C- kapacitás 2) elektrolit GCD diagramból: 1) C- kapacitás 2) töltés/kisülés ciklusok CV DIAGRAM GCD DIAGRAM

II. Pszeudokapacitorok IV. Szuperkapacitorok típusai I. EDL kapacitorok II. Pszeudokapacitorok

I. EDL kapacitorok

szerves oldószerben szolvatált szerves sók EDL kapacitorok As C Pórusos anyagok SZENEK aktív szén szén alapú aerogélek szén nanocsövek szén nanoszálak szén hálók Ionok: szerves oldószerben szolvatált szerves sók DE ! Határt szab: As nő => szilárdság és vezetőképesség gyengül Túl kicsi pórusok =>nagy ionok számára elérhetetlenek

II. Pszeudo kapacitorok

Pszeudo kapacitorok A) Vezető polimerek - töltéshordozók létrehozása dopolással (+/- töltésű térháló) polypyroll B) Dopolt szén - karbon felületén lévő funkciós csoport C) Átmeneti fémoxidok - oxidációs állapot változás RuOx(OH)y + ne- + nH+ => RuOx-n(OH)y+n

Üzemanyagcellák Kifejlesztője: Grove A bele töltött üzemanyagból kémiai reakció során, közvetlenül elektromos energiát állít elő Üzemanyag: hidrogén, szénhidrogén származékok (pl. földgáz, metanol, gázolaj) Előny: alacsony károsanyag-kibocsátás, folyamatos működés Hátrány: gyúlékony, robbanásveszélyes gáz

Felhasználásuk

Felépítésük Reakciók: Anódon: 2H2 => 4H+ + 4e- Katódon: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O A teljes reakció: 2H2 + O2 => 2H2O

Pórusos elektródok Igazi áttörés Elektrokémiai reakció a 2 fázis határán játszódik le Cella teljesítménye függ: Elektród felülete  pórusos elektródok alkalmazása Reakció sebessége  katalizátor felhasználása Előnyük: nagy aktív felülettel rendelkeznek Fajtái: membrán, vékony szénréteg felületén a platina katalizátorral

Típusai

Magas hőmérsékleten működő üzemanyag cellák (200-1000°C) Olvadt karbonátos cella Előnye nem kell reformer, közvetlenül földgázt használ Elektrolit olvadt karbonát sók LiAlO2 kerámia mátrixban Szilárd oxidos cella Legmagasabb működési hőmérsékletű Elektrolit szilárd ZrO Magas teljesítmény Olcsó, nem kell nemesfém katalizátor Erőmű

Alacsony hőmérsékleten működő üzemanyag cellák (20-100°C) Protoncserélő membrános cella Membrán elektród rendszer Külső rész szénszövet, katalizátorréteg, ez protonvezető membránhoz van préselve Membrán feladata: Katód, anód elválasztása Protonvezetés biztosítása Elektronátmenet biztosítása

Alacsony hőmérsékleten működő üzemanyag cellák (20-100°C) Direkt metanol membrános cella Feltalálója Oláh György Nobel-díjas kémikus Üzemanyaga metanol Végtermék: CO2, H2O Alkáli elektrolitos cella Legegyszerűbb, legrégebbi NASA  Apollo küldetésre, ma is az űrhajózásban Ok: csak tiszta O2, H2 alkalmazható

Ragone diagram

Köszönöm a figyelmet!

Kérdések Rajzolja fel a Ragone diagrammot! A fegyverzet fajlagos felületének növekedésével hogyan változik a kondenzátor kapacitása? Üzemanyagcellák fogalma, előnyei és hátrányai!