Marcin Wołowicz

Modelowanie matematyczne węglanowego ogniwa paliwowego

Abstract:

Celem rozprawy była budowa modelu matematycznego ogniwa paliwowego MCFC, w którym sta-rano się uwzględnić szereg czynników pomijanych w modelach obecnie stosowanych. Model ten oparty został o ogólne zależności z zakresu termodynamiki, chemii i elektrotechniki praktycznie bez stosowania równań empirycznych opartych wyłącznie o dane doświadczalne. W dotychczasowych modelach opartych na stałych rozłożonych, procesy elektrochemiczne są opisywane analogicznymi zależnościami jak w podejściu o stałych skupionych. W związku z tym skoncentrowano się na po-dejściu zerowymiarowym, podstawowym przy analizie układów energetycznych. Opracowanie właściwych zależności elektrochemicznych na poziomie zerowymiarowym jest też niezbędnym punktem wyjścia do modelu o stałych rozłożonych. W efekcie realizacji rozprawy uzyskano w znacznym stopniu uogólniony w stosunku do obecnie stosowanych, model matematyczny ogniwa paliwowego MCFC. Model ten wyraźnie rozróżnia pracę ogniwa w punkcie obliczeniowym oraz zmienione warunki pracy. Najważniejszą cechą modelu wyróżniającą go od dotychczas stosowa-nych jest uniwersalność pod względem zastosowań. Jako model zerowymiarowy jest możliwy do symulacji osiągów ogniwa natomiast szeregowe połączenie takich kilku modeli pozwala na okre-ślenie osiągów całego stosu oraz wzajemnych oddziaływań poszczególnych cel ogniwa. Istotną zaletą opracowanego modelu jest to, iż na podstawie dostępnych danych doświadczalnych możliwe jest jego wyskalowanie, a następnie przeprowadzenie symulacji pracy ogniw paliwowych dla wa-runków innych niż panujące podczas doświadczenia. Oznacza to, iż model ten nie jest modelem empirycznym opartym na opisie jednej bądź kilku krzywych prądowo-napięciowych jak to jest ro-bione obecnie. Integralnym elementem pracy były badania otrzymanego modelu pod kątem jego zgodności z dostępnymi danymi doświadczalnymi. W szczególności badania obejmowały wpływ na pracę ogniwa takich parametrów jak: ilości czynników doprowadzanych do powierzchni jednost-kowej ogniwa czy grubości i rodzaju elektrolitu.