Thermodynamic modelling of hydrogen fuel cells

• Thesis title in Czech: Termodynamické modelování vodíkového palivového článku
• Thesis title in English: Thermodynamic modelling of hydrogen fuel cells
• Key words: elektrochemie, difuzní rovnice, reakce, vodík, palivový článek, termodynamika
• English key words: electrochemistry, diffusion equations, reactions, hydrogen, fuel cells, thermodynamics
• Academic year of topic announcement: 2019/2020
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: angličtina
• Department: Mathematical Institute of Charles University (32-MUUK)
• Supervisor: doc. RNDr. Michal Pavelka, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 02.03.2020
• Date of assignment: 02.03.2020
• Confirmed by Study dept. on: 21.04.2020
• Date and time of defence: 08.09.2020 09:00
• Date of electronic submission: 30.07.2020
• Date of submission of printed version: 30.07.2020
• Date of proceeded defence: 08.09.2020
• Opponents: Tomáš Němec
• Advisors: doc. Ing. Václav Klika, Ph.D.

Guidelines

Práce by měla obsahovat následující kroky:
1) Rešerše o využití a možnostech vodíkových palivových článků
2) Základní schéma, jak fungují
3) Základní termodynamické modelování nejdůležitějších procesů
4) Numerický 0D nebo 1D izotermální model palivového článku
5) Analýza účinnosti na bázi produkce entropie

References

[1] Atkins, De Paula, Physical Chemistry, Oxford University Press, 2009
[2] Pavelka, M., Klika, V., Vágner, P., Maršík, F., Generalization of Exergy Analysis, Applied Energy 137 (2015), pp. 158-172
[3] Pavelka, M., Wandschneider, F. and Mazur, P., Thermodynamic derivation of open circuit voltage in vanadium redox flow batteries, J. Power Sources (293), 2015, 400-408
[4] Pavelka, M., Thermodynamic analysis of processes in Hydrogen fuel cells, dissertation, MFF UK, 2015.
[5] Václav Klika, Jan Kubant, Michal Pavelka, Jay B. Benziger, Non-equilibrium thermodynamic model of water sorption in Nafion membranes, Journal of Membrane Science 540 (2017) 35-49
[6] 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

Preliminary scope of work

Palivové článku přeměňují elektrickou energii na chemickou energii ve formě vodíku a zpátky. Proto jsou vhodným doplňkem obnovitelných zdrojů energie, kde je potřeba nespotřebovanou elektrickou energii v době přebytku uložit a pak použít v době nedostatku. Palivové články navíc neprodukují žádné zplodiny. Jaké napětí palivový článek produkuje? A kde jsou v palivovém článku lokalizované největší termodynamické ztráty?