Τρισδιάστατη μοντελοποίηση κυψελών καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων
3-D modeling of proton exchange membrane fuel cell
Διπλωματική εργασία
Author
Κουκούλης, Δημήτριος
Date
2023-07-20Advisor
Kavadias, KosmasΤζελέπης, Στέφανος
Keywords
Πράσινη ενέργεια ; Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ; ΑΠΕ ; Υδρογόνο ; Κυψέλες καυσίμου ; Κυψέλες καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων ; 3D modeling ; Καταλυτικές επιφάνειες ; COMSOL MultiphysicsAbstract
Η διπλωματική αυτή διατριβή μελετά τις κυψέλες καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων. Έχει χωριστεί σε 5 κεφάλαια που το καθένα πραγματεύεται ένα διαφορετικό ζήτημα. Στο 1ο κεφάλαιο διεξάγεται μια εκτενής και λεπτομερής συζήτηση για το μέλλον του υδρογόνου. Αυτή η συζήτηση έχει ως αφετηρία το διεθνές περιβάλλον και κλείνει με την Ελλάδα, παρουσιάζοντας τα σχέδια που πρόκειται να υλοποιηθούν. Εν τέλει, το κεφάλαιο αυτό συνοψίζεται με μια σύντομη, αλλά αναλυτική παρουσίαση πάνω στους τρόπους παραγωγής υδρογόνου, τα χρώματα του, τους τύπους κυψελών καυσίμου που υφίστανται και τους λόγους που προσομοιώθηκε η κυψέλη καυσίμου τύπου P.E.M. Στο 2ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά εξαρτήματα μιας κυψέλης καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων. Στο 3ο κεφάλαιο αναφέρονται οι απώλειες των κυψελών καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων. Στο 4ο κεφάλαιο αναπτύσσεται εξονυχιστικά το μαθηματικό μοντέλο, στο οποίο βασίστηκε η προσομοίωση αυτής της διπλωματικής. Σε αυτό αναφέρονται όλες οι διαφορικές εξισώσεις που χρησιμοποιήθηκαν για να προσομοιωθούν τα φυσικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε μια κυψέλη καυσίμου. Τέλος, στο 5ο κεφάλαιο παράγονται δεδομένα από ποικίλες προσομοιώσεις και το μοντέλο επικαιροποιείται από πρόσφατα άρθρα και παλαιά βιβλιογραφία.
Abstract
This dissertation thesis studies proton exchange fuel cells. It has been divided into 5 chapters each dealing with a different issue. Chapter 1 provides an extensive and detailed discussion upon the future of hydrogen. This discussion starts globally and concludes with Greece, presenting the projects that are to be implemented. Finally, this chapter is summarized with a short but detailed presentation on the different ways of producing hydrogen, its colours, the different type of fuel cells that exist and the reasons why the P.E.M. fuel cell was simulated. Chapter 2 presents the basic components of a proton exchange membrane fuel cell. Chapter 3 discusses the losses of proton exchange fuel cells. Chapter 4 thoroughly develops the mathematical model on which the simulation of this thesis was based on. Differential equations are explained thoroughly, because they are used to simulate the physical phenomena that take place in the fuel cell. Finally, Chapter 5 talks about the results from a variety of simulations and the model is updated from recent articles and old literature.