TEHNOLOKI FAKULTET U NOVOM SADU

NISKOTEMPERATURNE GORIVE ELIJE

SEMINARSKI RADIZ PREDMETA "KATALIZA"

Student : VLADA LUKOVI, br. indeksa 232/11-M

Novi Sad, 2013

SADRAJ

1. UVOD3KRATKI ISTORIJSKI OSVRT4Gorive (elektrohemijske) elije princip rada41.1. Vrste gorivih elija61.2 Gorive elije sa alkalnim elektrolitom (AFC)61.3 Gorive elije sa rastopljenim karbonatima (MCFC)71.4 Gorive elije sa fosfornom kiselinom (PAFC)81.5 Gorive elije sa polimernom membranom (PEMFC)91.6 Gorive elije sa vrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)101.7 Primena gorivih elija u automobilima (FCEV)112. TERMODINAMIKI PROCESI133. PREGLED RAZVOJA KATALITIKIH SISTEMA I PROCESNI USLOVI154. SADANJI KATALIZATORI U PROCESU175. KORIENA LITERATURA18

1. UVOD

Gorivu eliju izumeo je u periodu od 1839-1842. godine britanski fiziar Sir William R. Grove. Zbog sloenih tehnikih zahteva i visoke cene, nije imala praktinu upotrebu sve do 1960. godine, kada je goriva elija ukljuena u kosmiki program Gemini, a zatim i u Apolo, gde je alkalna goriva elija koriena tokom 18 svemirskih misija u ukupnom trajanju od 10000 asova bez ijednog kvara. To je otvorilo gorivoj eliji vrata permanetnog razvoja. Meutim, sem u kosmikim programima, komercijalna upotreba gorive elije nije ostvarana sve do 1990. godine kada su najrazvijenije zemlje poele da bogatije finansiranju razvoj ovog eneregetskog koncepta. Naziv "goriva elija" (engl. fuel cell) uveden je krajem 19. veka. Na istraivanju gorivih elija radili su brojni naunici. Ve do 1995. godine preko stotinu gorivih elija za proizvodnju energije je instalisano odnosno impementirano u Evropi, SAD i Japanu. Danas postoji vie hiljada instalacija, sa veoma znaajnim energetskim kapacitetima.Najee primenjena hemijska reakcija koja tee u gorivoj eliji, odvija se, izmeu vodonika i kiseonika. Ovi gasovi se dovode na pogodne elektrode u eliji, gde se vodonik oksidie, a kiseonik redukuje, pri emu nastaje elektrina energija, voda i toplota, to je prikazano na slici 1.Najvea jedinica za proizvodnju elektrine energije na bazi tehnologije gorive elije, razvija snagu od 35 MW, a trenutno je grade General Motors i DOW Chemical Company u Freeportu (Teksas). Zbog svojih osobina goriva elija je superiorna u odnosu na druge komercijalne izvore elektrine energije, a ispunjava i ultimativni uslov savremenog doba - da pri radu ne zagauje ili samo minimalno zagauje okolinu. Kao takva, goriva elija moe da pomogne razreenju rascepa izmeu odrivog ekonomskog rasta i ouvanja prirodne odnosno ivotne sredine [4].Goriva elija ima neke od osobina primarnog hemijskog izvora struje, pre svega zato to vri direktnu konverziju hemijske energije u elektrinu, u odnosu na klasine sisteme za konverziju hemijske energije u toplotnu sve do mehanike energije, kao jednog vida korisnog rada, i u tom ukupnom ciklusu konverzija raznih vidova energije goriva elija ima znaajno veu efikasnost.Goriva elija, pored osobina primarnog izvora struje deli i druge znaajne osobine sa baterijom - beumna je i karakterie je odsustvo pokretnih delova [1].Za razliku od sekundarnog izvora struje, goriva elija radi neprekidno - nema potrebe za prekidom u radu zbog ponovnog, odnosno periodinog punjenja. Najee primenjena hemijska reakcija koja se odvija u gorivoj eliji, odvija se, izmeu vodonika i kiseonika. Ovi gasovi se dovode na pogodne elektrode u eliji, gde se vodonik oksidie, a kiseonik redukuje, pri emu nastaje elektrina energija, voda i toplota.

KRATKI ISTORIJSKI OSVRT

W.S. Grove je otkrio da usld elektrohemijskog sjedinjavanja vodonika i kiseonika dnastaje elektrina struja, to je i opisao u svom radu objavljenom 1842. U gorivoj eliji elektroliza vode se odvija u obrnutom smeru: od vodonika i kiseonika, uz oslobaanje toplote, nastaju elektricitet i voda. Budui da se pomou strujnog generatora, koji je izumeo Werner von Siemens elektrini efekat mogao proizvoditi mnogo jednostavnije, Groveovo se otkrie nije se uspelo nametnuti [4].Poetkom 1930-tih je F.T. Bacon doao do tehniki upotrebljivog reenja, eksperimentiui sa alkalnim gorivim elijama, gdje se umesto kiselinskog elektrolita (koji je koristio Grove) koristi alkalni elektrolit. Usledili su uspeni eksperimenti E. Baura i H. Preisa u vajcarskoj, sa visokotemperaturnim i vrstim oksidima kao elektrolitima.

Gorive (elektrohemijske) elije princip rada

Gorive ili elektrohemijske elije (gorivi elementi) su ureaji u kojima se hemijska energija neposredno pretvara u elektrinu. One se sastoje se od dvaju elektroda uronjenih u elektrolit, tako da goriva elija radi kao baterija. Za razliku od baterije, goriva elija se ne prazni, i ne treba ju nadopunjavati. Ona e proizvoditi energiju u obliku elektrine struje i topline dokle god bude opskrbljena gorivom.Gorivo je hemijski element ili jedinjenje visokog sadraja unutarnje energije koje se dovodi na anodu gde oksiduje, a rezultat oksidacije je oslobaanje elektrona koji putem spoljnog strujnog kola (provodnik i potroa) dolaze na katodu.Elektroni na katodi redukuju drugi hemijski element ili jedinjenje koje je oksidans u hemijskoj reakciji [4].Primer: Vodonik (kao gorivo) dovodi se na anodu, a kiseonik kao oksidacijsko sredstvo na katodu. Sledi hemijska reakcija oksidacije: atom vodonika postaje jonizovan i sada nosi pozitivno elektrino optereenje (tj. naelektrisanje). Negativno naelektrisani elektroni prenose struju preko provodnika do potroaa. Kiseonik ulazi u gorivu eliju na katodi i tamo se spaja sa elektronima koji se vraaju iz strujnog kruga i vodonikovim jonima koji su putovali kroz elektrolit od anode.Elektrolit ima posebno vanu funkciju da proputa samo odreene jone, jer u protivnom bi dolo do raskida hemijske reakcije. Elektroliti mogu biti teni ili kruti (vrsti). Teni elektroliti su tenosti koje rastvaraju jonske kristale ili rastvorljive soli.Najvaniji su vrsti elektrolitski jonski izmenjivai, a to su membrane od polimera s aktivnim skupinama SO3H, COOH, OH i NH2, dopirani dodatkom metala ili membrane od nikal-borida i bor-nitrida.

Slika 1. Princip rada gorive (elektrohemijske) elije[footnoteRef:2] [2: Slike koje slede preuzete su iz [7].]

Elektrode su tehnoloki najzahtevnije. Metali ili materijali s poluprovodnikim osobonama, a ija povrina pomae (tj. katalizira) kemijske reakcije moraju imati dobra mehanika svojstva, visoku specifinu povrinu i poroznost, i pri tome zadrati dobru otpornost na korozivno dejstvo elektrolita i jedinjenja koja su proizvod reakcija (npr. vodena para).Neki od materijala od kojih se izrauju elektrode su platina, paladijum, radijum, rutenijum itd.Vodonikova goriva elija daje napon svega oko 1 V. Da bi dobili veu snagu, stotine ovakvih sklopova anoda-membrana-katoda se slau redno jedna do druge tako da ine vie gorivih elija u jednoj.Do sada najvee projektovane jedinice imaju snagu do nekoliko MW (to je jo uvek malo u odnosu na klasine TE s neposrednim izgaranjem goriva, prenosom kretanja na mehaniki ureaj i generisanje struje u generatoru).Teorijski stepen korisnog dejstva iznosi i do 99.75%, ali u praksi je manji (60-80%). Ne pojavljuju se oganienja Carnotovog krunog procesa, tako da je efikasnost sistema znaajno vea nego pri upotrebi klasinih, pre svega fosilnih goriva.Stepen delovanja vei je pri niim temperaturama (to je tehniki naravno prihvatljivije).

1.1. Vrste gorivih elija

Gorive elije mogu se klasifikovati prema nainu rada i prema vrsti elektrolita.Prema nainu rada dele se na1. Primarne gorive elije; tokom rada neprestano dovodimo novo gorivo i oksidans iz spoljnog rezervoara, a proizvodi reakcije se odvode van elije.2. Sekundarne (regenerativne) gorive elijeReakcije se regeneriu u polazne reaktante dovoenjem nekog od standardnih oblika energije.

Prema vrsti elektrolita dele se na one sa1. alkalnim elektrolitom (AFC),2. rastaljenim karbonatima kao elektrolitom (MCFC),3. fosfornom kiselinom (PAFC),4. polimernom membranom kao elektrolitom (PEMFC) i5. vrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC).

1.2 Gorive elije sa alkalnim elektrolitom (AFC)

Razvojem ove gorive elije sa alkalnim elektrolitom se bavio F. T. Bacon jo davne 1830. godine. Ova vrsta gorive elije koristi komprimovani vodonik i kiseonik, te se uglavnom koristi rastvor kalijum-hidroksida (ili KOH) sa vodom koji slue kao elektrolit.Negativni joni hidroksida (OH-) putuju od katode prema anodi. Vodonikovi gasovi na anodi interreaguju sa OH - ionima pri emu proizvode vodu i otputaju elektrone. Elektroni se pojavljuju na anodi, te formiraju spoljno elektrino kolo, a zatim se vraaju na katodu, reaguju sa kisenikom i vodom ime se stvara jo jona hidroksida koji se ire kroz elektrolit.

Elektrokemijske reakcije:Anoda: H2 + 2(OH)- 2H2O + 2e- Katoda: O2 + H2O + 2e- 2(OH)- elija: H2 + O2 H2O

Slika 2. Goriva elija sa alkalnim elektrolitom (AFC)Radna temperatura unutar gorive elije se kree od 150 C do 200 C. Pri niim temperaturama se koristi koncentracija od 35 50 % KOH-a, a pri viim temperaturama oko 85 % KOH-a.Stepen korisnog dejstva je do najvie 70 %, i za razliku od drugih gorivih elija, stvara izuzetno malo zagaenje. Katodne reakcije su bre u alkalnom elektrolitu.Velik nedostatak je to za rad koristi veoma ist vodonik. Pri dobivanju vodonika iz drugih goriva uvek ostane malo CO2 (skupo odvajanje), to je znatno usporilo razvoj ove gorive elije. Koristi i velike koliine skupe platine kao katalizatora za ubrzanje reakcije.Razvija snagu od 300 W do 5 kW. Primena je za prouzvodnju elektrine energije i pijae voda, a korisi se u kosmikim letovima i u vojne svrhe.

1.3 Gorive elije sa rastopljenim karbonatima (MCFC)

Ove elije su razvijene 1950-tih. Radna temperatura se kree od 600 C do 1000 C. Kao elektrolit se koristi slani karbonat.Hemijske reakcije su sledee:

Slika 3. Gorive elije sa rastopljenim karbonatima (MCFC)Zagrejana do temperature 650 C, so se rastvara te se sprovode karbonatni joni (CO3) od katode do anode. Na anodi, vodonik dejstvuje sa jonima te se kao rezultat stvara voda, ugljen dioksid i elektroni. Elektroni putuju kroz spoljnje strujno kolo, dajui pri tome elektrinu energiju, i vraaju se ponovo na katodu.Ondje, kiseoik iz vazduha i CO2 (reciklovani) na anodi interreaguju sa elektronima stvarajuipri tome CO3 ione, koji pune elektrolit i prenose struju kroz gorivu eliju.

MCFC mogu izdvojiti vodonik iz niza goriva koristei ili unutarnji ili spoljanji vanjski reformator. Manje su sklonde stvaranju ugljin monoksida nego niskotemperaturne gorive elije, to ini gorivo na bazi ugljenika privlanijim za ovaj tip gorive elije. Kao katalizator se koristi nikal, koji je jeftiniji od platine. Stepen korisnog dejstva ove elije dosee 60 % to se moe poveati na 80 % ako se iskoristi otpadna toplina. Snage koju razvijaju ovi sistemi danas ide od 2 MW ak do 100 MW!

1.4 Gorive elije sa fosfornom kiselinom (PAFC)

Na razvoju ove elije su radili naunici G. V. Elmore i H. A. Tanner.

Slika 4. Gorive elije sa fosfornom kiselinom (PAFC)

Hemijske reakcije su:

Radna temperatura PAFC elije se kree od 150 C do 200 C. Kao to i samo ime govori, PAFC elije koriste fosforne kiseline kao elektrolit.Pozitivno naelektrisani vodonikovi joni sele se kroz elektrolit od anode prema katodi. Elektroni generisani na anodi putuju kroz spoljnje elektrinokolo, te se vraaju na katodu, gde elektroni, vodonikovi joni i kiseonik formiraju vodu, koja se odvodi iz elije.Za ubrzanje kemijske reakcije stavlja se na elektrode katalizator od platine. Stvaranje CO oko elektroda moe oneisititi gorivu eliju. 1.5 Gorive elije sa polimernom membranom (PEMFC)

PEM tehnologiju je ranih 1960-tih razvila firma General Electric u kojoj su na istraivanjima uestvovali T. Grubb i L. Niedrach.Koristi polimerni elektrolit u obliku tankog, propusnog lista. Membrana je mala i lagana, te radi na niim temperaturama do 80 C, dok je drugim elektrolitima za rad potrebna znaajno vea temperatura. Sa obe strane membrane stavlja se katalizator od platine radi ubrzanja reakcije.Na anodi: elektroni izvueni iz atoma vodonika, a jonizovani, pozitivno naelektrisani protoni se ire kroz poroznu membranu prema katodi. Elektroni stvaraju strujni krug kreui se kroz spoljnji provodnik. Na katodi elektroni, vodonikovi protoni i kiseonik iz vazduha formiraju vodu.

Slika 5. Gorive elije sa polimernom membranom (PEMFC)

Elektrohemijske reakcije su:

Da bi ova elija radila, membrana mora propustiti vodonikove protone, ali i spreiti prolaz elektrona i teih gasova.Stepen korisnog dejstva PEMFC elije se kree od 40 % do 50 %.Da bi se dobio vodonik iz metanola ili benzina potreban je spoljnji reformator. Trenutno su u ekspereimentalno radu jedinice od 50 kW, a razvijaju se jedinice snage os oko 250 kW. S obzirom na ove snage i injenicu da ta elija radi na niim temperaturama, podesna je za primenu u domainstvima i automobilima.

1.6 Gorive elije sa vrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)

Za ovo otkrie zasluni su vajcarski naunik E. Baur i njegov kolega H. Preis u kasnim 1930-tim.Za SOFC eliju se umjesto tenosti koristi vrsta keramika kao elektrolit, te radi na temperaturama do 1000 C obino je u pitanju meavina cirkonijum oksida i kalcijum oksida. vrsti elektrolit sa obe strane je zatvoren elektrodama od specijalnog poroznog materijala.

Pri visokim radnim temperaturama joni kiseonika (negativnog naelektrisanja) kreu se kroz kristalnu reetku. Kada gasovi goriva s vodonikom prou kroz anodu, bujica negativno nabijenih jona kiseonika krene kroz elektrolit da oksidira gorivo. Kiseonik iz vazduha dovodimo na katodu. Elektroni generirani na anodi putuju kroz spoljnji elektrini krug ka katodi.Elektrokemijske reakcije su: Anoda: H2 + O2- H2O + 2e- Katoda: O2 + 2e- O2- elija: H2 + O2 H2O

Stepen korisnog dejstva iznosi oko 60 %. Mogue su realizacije SOFC elija u obliku niza cevi ili u obliku vie ploa. Budui da SOFC elija radi na visokim temperaturama, za izdvajanje vodonika iz goriva nije potreban reformator, niti skupi katalizator, ali je keramika skupa.

Slika 6. Gorive elije sa vrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC)Postoje danas jedinice ovog tipa elija ukupne snage do 100 kW. Ove elije stvaraju malo zagaenje. Zbog male pojedinane snage i visoke cene jedinjenja anoda-membrana-katoda u komercijalnoj primeni (serijska proizvodnja) su gorivi elementi gorivih elija snage oko nekoliko stotina kW (obino oko 200 kW).

Primena: kole, hoteli, stambeni blokovi, automobili, brodovi i sl., ali i za proizvodnju elektrine.

1.7 Primena gorivih elija u automobilima (FCEV)

DC-DC pretvornik se sastoji od dva modula koji upravljaju radom vozila. Prvi modul slui za pokretanje, a drugi za normalnu vonju. Vodonik je zatvoren pod visokim pritiskom u eliju snabdevenu kiseonikom [4].Prilikom pokretanja vozila, pomou 12V akumulatora se pokree vazduni kompresor koji isporuuje kiseonik u eliju. Kiseonik ulazi u kemijsku reakciju sa vodonikom koji je doveden iz spremnika sa visokim pritiskom, te time dobivamo jednosmernu elektrinu struju kojom snabdevamo visokonaponsku sabirnicu.Tokom procesa pokretanja, napon pretvaramo od niskog prema visokom pomou DC-DC pretvaraa. Kada sistem postigne stacionarno stanje, stabilni jednosmerni napon, vozilo moe prei u reim normalne vonje. Podrazumeva se da se struja odvodi u elektromotor koji pokree automobil.Velika prednost FCEV vozila je to nema nikakvih izduvnih gasova, ali problem zadaje sam energent vodonik, jer bi se morale izgraditi nove mree pumpnih stanica za ovaj energent, dakle isti problem kao to je i za elektrine automobile koji se pokrei na punjive baterije.Mnogi svetski proizvoai automobila ve su pokrenuli probnu proizvodnju vozila pokretanih gorivim elijama. Kao dobar primjer moemo uzeti tvrtku Daimler Chrysler NECAR. Najnoviji model takvog vozila je NECAR 5. NECAR 5 je 4. 6. 2002. zavrio istorijsko putovanje San Francisco Washington, DC (za ukupno 16 dana).To je bila prva vonja automobila sa gorivom elijom u SAD.Ostale kompanije koje su proizvele prototipove vozila sa gorivim elijama su: Opel, Peugeot, Ford, Toyota [5], Honda itd.

2. TERMODINAMIKI PROCESI

Maksimalna mogua energija koja se moe dobiti iz neke hemijske reakcije, tzv. slobodna energija hemijske reakcije, G, definie se na sledei nain: G = H - TSgdje je H ukupna osloboena energija (reakcijska entalpija), T reakcijska temperatura (izoterma reakcija), a S promena entropije.Za elektroHemijske konvertere energije (baterije, gorivi lanci) vredi da je G = -nFE gdje je n broj ekvivalenta (jednak broju elektrona) odreen reakcijskom jednainom, F koliina elektriciteta vezana uz jedan ekvivalent (Faradayeva konstanta), a E elektromotorna sila lanka. Termodinamiki stepen delotvornosti gorive elije (nazivan jo i intrinzika efikasnost) definie se izrazom: i = G/H.Gorive elije imaju velik termodinamiki stepen korisnog dejstva. Procesi u njima ne podleu nekim ogranienjima kao kod Karnoovog ciklusa, pa je delotvornost konverzije energije znatno vea nego u direktnom izgaranju goriva gdje ta ogranienja postoje.Kogeneracija (engl. Combined Heat and Power ili CHP) je postupak istovremene proizvodnje elektrine i korisne toplotne energije u jedinstvenom procesu. Kogeneracija koristi otpadnu toplinu koja nastaje uobiajenom proizvodnjom elektrine energije u termoenergetskim postrojenjima te se najee koristi za grejanje graevina ili ak celih naselja, a ree u drugim proizvodnim procesima.Toplotna energija dobivena kogeneracijskom tehnikom takoer moe biti koriena i u apsorpcijskim friiderima. Elektrane koje proizvode struju, toplotu i hlade okruenje nazivaju se i trigeneracijama ili poligeneracijama. Kogeneracija je termodinamiki najpovoljnija u korienju goriva. U odvojenoj proizvodnji elektrine struje toplota koja se javlja kao nusprodukt mora biti odbaena kao toplinski otpad. Termoelektrane (ukljuujui i nuklearne) i uopte toplotne maine ne pretvaraju svu raspoloivu energiju u koristan oblik (ll. zakon termodinamike). CHP je efikasniji ako je mesto potronje blie mestu proizvodnje, dok mu korisnost pada sa rastojanjem od potroaa, za koje mu trebaju dobro izolovane cevi, to je skupo, dok se struja moe transportovati na daleko veu udaljenost za iste gubitke. Kogeneracijske elektrane se mogu nai u podrujima sa centralnim greanjem ili u velikim gradovima, bolnicama, rafinerijama. CHP elektrane mogu biti projektovane tako da rade s rspektom na potranju za toplotnom energijom (engl. heat driven operation) ili primarno kao elektrana iji se toplotni otpad koristi.

3. PREGLED RAZVOJA KATALITIKIH SISTEMA I PROCESNI USLOVI

Tok elektrohemijske reakcije i gustina struje zaise o katalitikim pojavama na povrini elektroda. Elektroda moe biti ujedno i katalizator (elektrokatalizator) ako se odreenim postupkom obradi ili ako se na njenu povrinu katalizator inkrustrira odnosno adsorbira[2]. Izbor katalizatora uavisi o najsporijem elementarnom stepenu ukupne reakcije, koji treba ubrzati ili mu smanjiti otpor.Pre iroke primene gorivih elija, osim niza manjih tekoa, treba reiti dva kljuna problema. Prvi je zamena plemenitih metala, pre svega platine i platini srodnih metala kao materijala elektroda, s drugim, jeftinijim i pristupanijim materijalima. Drugi je problem trajnost i pouzdanost gorivih lanaka. Ova svojstva zavise ovise od katalitike aktivnosti elektrodne povrine, od mogunosti njenog obnavljanja nakon nepredvienog, sluajnog zagaivanja hemijskim jedinjenjima, katalitikim otrovima iz goriva itd. Meutim, da odre radnu temperaturu, oni moraju ili neprekidno raditi, to snizuje njihov ukupan stepen iskorienja goriva, ili zahtijeva pomone izvore energije. Ako se uspeno ree pomenute tekoe, najvjerojatnije e se gorive elije najpre upotrebljavati za pogon cestovnih vozila. Tada bi pogonski motor bio istosmjerni elektrini motor napajan iz gorivog lanka. Gorivo i oksidans preuzimali bihse u rezervoare vozila u pumpnim stanicama koje bi odgovarale dananjim benzinskim stanicama. Razmatra se mogunost upotrebe gorivih lanaka s vodonikom kao gorivom za stabilne sisteme velike snage. Vodonik bi se proizvodio elektrolizom vode upotrebljavajui neiskoriene snage termoelektrana, u prvom redu nuklearnih, i to u periodima malih optereenja u elektroenergetskom sistemu [2].Postoji jo itav niz drugih mehanizama prema kojima se u gorivim elijama redukuje oksidans, a oksiduju razliiti molekuli koji slue kao gorivo. Pomenuti primer pokazuje kompleksnost elektrohemijskih reakcija i probleme s kojima se suoavaju konstruktori gorivih lanaka. Radi ubrzavanja reakcija elektrode su prekrivene slojem katalizatora. Vrsta katalizatora ovisi o tipu gorivog elementa, tj. elije ili niza povezanih elija.Na elektrodama gorivog lanka odvijaju se elektrohemijske reakcije oksidacije i redukcije. Elektrode imaju viestruku funkciju. One provode elektrone, pa se izrauju iz metala ili materijala s poluprovodnikim osobinama. Povrina elektrode mora katalizovati elektrohemijsku reakciju adsorbovanjem i disociranjem reaktanata, te brzim desorbovanje proizvoda reakcije. Od elektrode se trae dobra mehanika svojstva, tako da se mogu izraditi u eljenom obliku, s visokom specifinom povrinom i odreenom veliinom pora. Elektrode ne smeju korodirati u elektrolitu gorivih elija, a posebno su tetni i tzv. zatitni oksidni slojevi, koji pruaju otpor prolazu elektrona. Svim tim zahtevima odgovaraju samo neki metali: platina, paladijum, rodijum, rutenijum, te do neke mjere nikal za anode i srebro za katode. Grafit je takoer dobar materijal za elektrode u gorivim elijama koje rade pri srednjim ili visokim temperaturama.Tok elektrohemijske reakcije i gustina, pa dakle i jaina i napon struje ovise o katalitikim pojavama na povrini elektroda. Elektroda moe biti ujedno i katalizator (elektrokatalizator) ako se odreenim postupkom obradi ili ako se na njenu povrinu katalizator adsorbira. Izbor katalizatora ovisi o najsporijem elementarnom stupnju ukupne reakcije, koji treba ubrzati ili mu smanjiti otpor.Na elektrodama se odvijaju elektrohemijske reakcije oksidacije i redukcije. Elektrode imaju viestruku funkciju. One provode elektrone, pa se izrauju iz metala ili materijala s poluprovodikim osobinama. Povrina elektrode mora katalizovati elektrohemijsku reakciju adsorbiranjem i disociranjem reaktanata, te brzim desorbiranjem produkata reakcije. Od elektrode se trae dobra mehanika svojstva, tako da se mogu izraditi u eljenom obliku, s visokom specifinom povrinom i odreenom veliinom pora. Elektrode ne smeju korodirati u elektrolitu gorivog elementa, a posebno su tetni i zatitni oksidni slojevi (ra), koji pruaju otpor prolazu elektrona. Svim tim zahtjevima odgovaraju samo neki metali: platina, paladij, rodij, rutenij, te do neke mjere nikal za anode i srebro za katode. Grafit je takoer dobar materijal za elektrode u gorivim lancima koje rade pri srednjim ili visokim temperaturama.

4. SADANJI KATALIZATORI U PROCESU

Primarne gorive elije gorivo dovode iz spoljnih spremnika, a odvode se proizvodi reakcije. Alkalne gorive elije su primer takvih, a koriste se u svemirskim letelicama. Za razliku od gorivih elija koje koriste ve izdvojeni vodonik, mogua je i implementacija kod koje se vodonik potreban za rad gorive elije izdvaja iz nekog jedinjenja koje je bogato vodonikom. Na taj nain se reava veliki problem skladienja vodonika koji je potreban za rad [3]. Nedostatak ove izvedbe je emisija ugljen dioksida. Jedno od moguih goriva je metanol iz kojeg se vodonik izdvaja pomou vodene pare na 280 C uz prisustvo katalizatora!U gorivom elemente s kiselim elektrolitom vodonikovi joni, stvoreni na anodi, putuju kroz elektrolit i spajaju se u reakcijskom sloju katode s hidroksilnim jonima u vodu. U eliji sa alkalnim elektrolitom hidroksilni joni dolaze difuzijom kroz elektrolit u reakcijski sloj anode, gdje se s vodonikovim jonima rekombinuju u vodu. Pomenuti sled reakcija je tzv. oksidni put redukovanja kiseonika. Postoji jo itav niz drugih mehanizama prema kojima se u gorivim elijama redukuje oksidans, a oksiduju razliiti molekuli koje slue kao gorivo. Pomenuti primer pokazuje kompleksnost elektrohemijskih reakcija i probleme sa kojima se suoavaju konstruktori. Radi ubrzavanja reakcija elektrode su prekrivene slojem katalizatora. Vrsta katalizatora ovisi o tipu elije.

5. KORIENA LITERATURA

1. http://chemrec.se/Fuel-cells---the-future-energy-technology.aspx2. http://doc.utwente.nl/33778/1/t0000002.pdf3. Sivapregasen Naidoo, Synthesis of multi-metallic catalysts for fuel cell applications, UWCCT,2008, (PhD dizertacija)4. http://hr.wikipedia.org/wiki/Gorivi_lanak5. http://www.toyota.rs/innovation/technology/engines/fuel_cell.tmex6. Barbaro,P., Bianchini, C., Catalysis for Sustainable Energy Production, J.Wiley,New York, 20097. http://www.etfos.unios.hr/upload/OBAVIJESTI/obavijesti_diplomski/38260oie_7poglavlje_0809.pdf

18