Thermodynamic modelling of hydrogen fuel cells

Abstract

V této bakalářské práci jsou zkoumány palivové články s membránou pro výměnu protonů. Na začátku jsou uvedeny myšlenky, na nichž stojí funkce těchto článků, a před- staveny některé možnosti využití. Posléze se zaměřujeme na popis dějů probíhajících uvnitř článku, a to v souladu se zákonitostmi termodynamiky a s materiálovými vztahy získanými experimentálně. Konkrétně nás zajímají toky vody a protonů skrze mem- bránu, kde působí termodynamické síly, a elektrochemické reakce na elektrodách, jež můžeme vystihnout Butler-Volmerovými rovnicemi. Na základě produkce entropie způ- sobené těmito ději v článku zkoumáme také jeho účinnost. Cílem výpočetní části této práce je navrhnout přibližný bodový model článku, který bychom následně porovnali s výsledky doktorské práce vedoucího této práce bakalářské. 1

In this thesis, proton exchange membrane fuel cells are studied. At the beginning, the ideas underlying their function are exposed and some possibilities of usage are pre- sented. Thereafter, we aim to describe the processes inside the fuel cells with the aid of thermodynamics and in agreement with constitutive relations that have been obtained experimentally. Namely, we are interested in the fluxes of water and protons inside the membrane, where they are acted upon by thermodynamic forces, and the electrochemical reactions at the electrodes, which can be described by the Butler-Volmer equations. Also do we study the efficiency of the fuel cell by evaluating the production of entropy due to the diverse processes that take place in the fuel cell. It is the goal of the computational part of this thesis to propose a zero-dimensional model and compare it with the results provided in the supervisor's doctoral thesis. 1