Materiály pro vodíkové technologie - NEVF174

• Anglický název: Materials for hydrogen technology
• Zajišťuje: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Další informace: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html
• Garant: prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr.; Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D.
• Vyučující: Mgr. Yurii Yakovlev, Ph.D.

Anotace

čeština

Cílem této přednášky je poskytnout úvod do vodíkových technologií - získávání vodíku a využití jeho chemické energie na výrobu elektřiny. Budou představeny pokročilé materiály, které se v těchto technologiích využívají. Budou představeny koncepty přípravy materiálů se zaměřením na jejich specifické vlastnosti a roli při získávání, přeměně a skladování energie.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

angličtina

The aim of this lecture is to provide an introduction to hydrogen technologies - hydrogen production and the use of its chemical energy to produce electricity. Advanced materials used in these technologies will be introduced including the concepts of materials preparation with focus on their specific properties and role in energy acquisition, conversion and storage.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

Literatura

čeština

1. D. Bessarabov, H. Wang, H. Li, N. Zhao: PEM Electrolysis for Hydrogen Production Principles and Applications, CRC Press, 2016, ISBN 9780429183607.

2. R. O’Hayre, S.-W. Cha, W. G. Colella, F.B. Prinz: Fuel Cell Fundamentals, John Wiley & Sons, 2016, 9781119191766.

3. Z. Qi: Proton Exchange Membrane Fuel Cells, CRC Press, Boca Ralton, 2014, ISBN13: 978-1-4665-1370-9.

4. A. A. Franco: Polymer Electrolyte Fuel Cells, Pan Standforrd Publishng Pte. Ltd., Singapore, 2013, ISBN13: 978-981-4310-82-6.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

Požadavky ke zkoušce

Zkouška je ústní se zadáním dvou otázek z probírané tématiky a možností přípravy na místě. Dále pak jsou možné doplňující krátké otázky.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

Sylabus

čeština

1. Palivové články, přehled hlavních typů (PEMFC, AEMFC, SOFC, MCFC, mikrobiální palivové články), základní výhody a nevýhody technologie, diskuze o rozdílech a perspektivách jednotlivých technologií.

2. Materiály pro PEMFC, podmínky a materiálové požadavky, role materiálů s různou velikostí (rozsah nano-, mikro- a milimetrů), výzvy a další perspektivy.

3. Výzkum materiálů pro PEMFC, charakterizace výkonu PEMFC, aktivních míst katalyzátoru, transportních vlastností a vodního hospodářství, techniky ex-situ a in-operando - PEIS, CV, IV, NAP-XPS.

4. Rozdíl mezi aniontovou výměnou a katexovými palivovými články, klady a zápory AEMFC a PEMFC, materiálové požadavky, materiálové výzvy AEMFC a další výzkum.

5. Vysokoteplotní palivové články, přehled různých typů vysokoteplotních palivových článků a používaných materiálů, pokročilé materiály a další výzkum.

6. Mikrobiální palivové články, principy technologie, hlavní používané materiály, charakteristika a perspektivy..

7. Elektrolýza vody, PEM vodní elektrolyzér jako hlavní zdroj zeleného vodíku, princip fungování a teoretické pozadí, výhody a výzvy, další výzkum.

8. Výzkum pro zlepšení vlastností PEM elektrolyzérů, materiálové požadavky, vývoj pokročilých materiálů, studium vlivu materiálů na výkon.

9. Alkalické elektrolyzéry, výhody a nevýhody alkalického média pro elektrolýzu vody, pokročilé materiály pro AEMWE.

10. Reverzibilní systémy PEM a AEM, pracovní cyklus reverzibilních systémů vodíkového palivového článku / vodního elektrolyzéru, hledání a studium pokročilých materiálů, výzvy.

11. Skladování vodíku, materiály s vysokými mechanickými vlastnostmi pro vysokotlaké skladování vodíku, materiály s vysokou absorpční kapacitou vodíku, jiné.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)

angličtina

1. Fuel cells, overview of main types (PEMFC, AEMFC, SOFC, MCFC, microbial fuel cells), fundamental advantages and drawbacks of the technology, discussion on differences and perspectives of each particular technology.

2. Materials for PEMFC, conditions and material requirements, role of materials with different size scale (form nano-, micro-, and millimeter range), challenges and further perspectives.

3. Research in materials for PEMFC, characterization of PEMFC performance, catalyst active sites, transport properties and water management, ex-situ and in-operando techniques - PEIS, CV, IV, NAP-XPS.

4. Difference between anion exchange and cation exchange fuel cells, pros and cons of AEMFC and PEMFC, material requirements, AEMFC material challenges and further research..

5. High temperature fuel cells, overview of different types of high temperature fuel cells and materials used, advanced materials and further research.

6. Microbial fuel cells, principes of technology, main materials used, characterization and perspectives.

7. Water electrolysis, PEM water electrolyzer as main source of the green hydrogen, working principle and theoretical background, advantages and challenges, further research.

8. Research in improvement of PEM electrolyzers characteristics, material requirements, development of the advanced materials, study of materials impact on the performance.

9. Alkaline based electrolyzers, advantages and disadvantages of the alkaline medium for water electrolysis, advanced materials for AEMWE.

10. Reversible PEM and AEM systems, working cycle of hydrogen fuel cell / water electrolyzer reversible systems, search and study of advanced materials, challenges

11. Hydrogen storage, materials with high mechanical properties for high pressure hydrogen storage, materials with high hydrogen absorption capacity, others.

Poslední úprava: Pavlů Jiří, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2022)