Ανάπτυξη συστήματος φωτοηλεκτροχημικής κυψελίδας – κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM) για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής ήταν ο σχεδιασμός, η μελέτη και η ανάπτυξη φωτοηλεκτροχημικού (ΦΗΧ) συστήματος, που να μπορεί να λειτουργεί εναλλακτικά και ως μονάδα ηλεκτρόλυσης με Ηλεκτρόδια INOX316 για την παραγωγή υδρογόνου. Για τις ανάγκες της εργασίας κατασκευάστηκαν 2 μεγέθη ΦΗΧ κυψελίδων, ενεργής επιφάνειας 100cm2 και 6,5cm2, αντίστοιχα. Το παραγόμενο υδρογόνο αρχικά ανιχνεύεται σε κάθε περίπτωση, με τη χρήση συστήματος αέριας χρωματογραφίας με ανιχνευτή TCD. Στη συνέχεια το υδρογόνο διατίθεται για την τροφοδοσία συστοιχίας κυψελών καυσίμου Υδρογόνου (Hydrogen Stack Fuel Cells), τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEM - Proton Exchange Membrane), η οποία κατασκευάστηκε στα πλαίσια της εργασίας, για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Για την καθ' αυτού λειτουργία του ΦΗΧ Συστήματος, χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) (φωτο-άνοδος) / λευκόχρυσου (Pt), τα οποία δοκιμάστηκαν σε διάφορους ηλεκτρολύτες. Η καταγραφή των χαρακτηριστικών τάσης/ρεύματος πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση κυκλικής βολταμετρίας. Η ΦΗΧ κυψέλη χρησιμοποιήθηκε ως φωτοκυψέλη καυσίμου (Photofuel cell, PFC) για την απευθείας παραγωγή ρεύματος, με ταυτόχρονη αποδόμηση οργανικών ρύπων, όπως της μεθανόλης (CH3OH). Επίσης, αναλύθηκαν οι παράμετροι λειτουργίας των ΦΗΧ κυψελίδων και της κυψέλης καυσίμου ώστε να βελτιστοποιηθεί η απόδοσή τους για τις πειραματικές συνθήκες.

In this thesis, the study, design and implementation of two photoelectrochemical (PEC) cell systems having active surface areas of 100cm2 and 6.5cm2, is described. The systems can alternatively operate as hydrogen production electrolysis units utilizing INOX316 electrodes. The generated hydrogen initially was detected in each case, with a gas chromatography system, carrying a TCD detector. Then the hydrogen supplied to the fuel cell array power Hydrogen (Hydrogen Stack Fuel Cells), type proton exchange membrane (PEM - Proton Exchange Membrane), which was constructed as part of the work, for the production of electricity. The basic function of PEC cell systems utilizes titanium dioxide (TiO2) (anode) / platinum (Pt) electrodes, which were tested in several electrolyte solutions. The voltage/current data were obtained with the use of cyclic voltammetry. The PEC cell systems used as a Photofuel cell, (PFC), for the direct current output, with organic pollutants degradation, such as that of methanol (CH3OH), was also investigated. In order to optimize the PEC and fuel cell systems performances, basic analysis of the operating parameters, was also performed.