Consistent non-equilibrium thermodynamic modeling of hydrogen fuel cells
| Název práce v češtině: | Konzistentní modelování vodíkových palivových článků pomocí nerovnovážné termodynamiky |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Consistent non-equilibrium thermodynamic modeling of hydrogen fuel cells |
| Klíčová slova: | Non-equilibrium thermodynamics|fuel cells|numerics |
| Klíčová slova anglicky: | Nerovnovážná termodynamika|palivové články|numerika |
| Akademický rok vypsání: | 2020/2021 |
| Typ práce: | diplomová práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Matematický ústav UK (32-MUUK) |
| Vedoucí / školitel: | doc. RNDr. Michal Pavelka, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 28.03.2021 |
| Datum zadání: | 13.04.2021 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 25.05.2021 |
| Datum a čas obhajoby: | 15.06.2022 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 03.05.2022 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 03.05.2022 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 15.06.2022 |
| Oponenti: | doc. RNDr. Ondřej Souček, Ph.D. |
| Konzultanti: | Mgr. Ondřej Kincl, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| 1) Review of classical irreversible thermodynamics
2) Formulation of equations for a stirred-tank-reactor stationary hydrogen fuel cell 3) Numerical analysis of a 1D fuel cell with hydrogen on both sides 4) Analysis of the relation between the apparent drag coefficient and boundary conditions (e.g. applied potential) 5) If possible, an answer will be provided to the question of why the proton current and water flux cease to be linearly correlated for higher applied voltages. |
| Seznam odborné literatury |
| [1] Benziger, J. B., Cheah, M. J., Klika, V. and Pavelka, M., Interfacial constraints on water and proton transport across Nafion membranes, J. Polym. Sci. Part B, July 2015
[2] Pavelka, M., Thermodynamic analysis of processes in Hydrogen fuel cells, Ph. D. dissertation, Charles University, 2015. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Water and proton fluxes across a Nafion based membrane electrode assembly can be expressed as functions of the applied electric potential while controlling water activity an temperature. For sufficiently small applied electrical potential differences, water and proton fluxes are correlated, and the ratio of water flux to proton flux, the drag coefficient, is constant and independent of the applied electrical potential, water activity and temperature. [1,2]
For larger applied electric potential differences, water and proton fluxes are no longer linearly correlated; the proton flux saturates with increasing electrical potential while the water flux increases with applied electric potential. Why? |