| dc.description.abstract | Η τεχνολογία των κυψελών καυσίμου, επιτυγχάνοντας υψηλές αποδόσεις
συγκριτικά με τα συμβατικά συστήματα παραγωγής ενέργειας, δύναται να συμβάλλει
στην εξοικονόμηση ενέργειας αλλά και γενικότερα στην αντιμετώπιση σύγχρονων
ενεργειακών προβλημάτων. Με βάση τα παραπάνω, στην παρούσα διδακτορική
διατριβή αναπτύχθηκε ένα υπολογιστικό μοντέλο για τη διερεύνηση της απόδοσης
μιας κυψέλης καυσίμου στερεού οξειδίου (Solid Oxide Fuel Cell – SOFC) σε
διάφορες συνθήκες λειτουργίας και με χρήση τροφοδοσίας διαφορετικών καυσίμων.
Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκαν τα φαινόμενα μεταφοράς (μεταφορά ορμής,
θερμότητας, μάζας, φορτίου) που λαμβάνουν χώρα και εξετάστηκε η επίδραση των
διαφόρων λειτουργικών παραμέτρων όπως η σύσταση του καυσίμου και το
επιβαλλόμενο δυναμικό τόσο στην κατανομή των χημικών ειδών και στο
θερμοκρασιακό προφίλ όσο και στην παραγόμενη ισχύ. Έκτος από το πιο
συνηθισμένο καύσιμο τροφοδοσίας των κυψελών καυσίμου, το υδρογόνο,
εξετάστηκαν μείγματα αερίου σύνθεσης, μεθανίου/υδρατμών καθώς και βιοαερίου.
Στις προσομοιώσεις που πραγματοποιηθήκαν λήφθηκαν υπόψη τόσο ομογενείς
αντιδράσεις (αντίδραση μετατόπισης της ισορροπίας του υδραερίου) όσο και
επιφανειακές (ετερογενείς καταλυτικές και ηλεκτρο-καταλυτικές διεργασίες). Από τη
σύγκριση των καμπυλών δυναμικού – ρεύματος - ισχύος που υπολογίστηκαν από τα
αποτελέσματα των προσομοιώσεων με τις αντίστοιχες καμπύλες των πειραματικών
μετρήσεων που διατίθενται στη διεθνή βιβλιογραφία, διαπιστώθηκε ικανοποιητική
προσέγγιση για τις εξεταζόμενες συνθήκες λειτουργίας. Επιπρόσθετα, για την
περίπτωση των μειγμάτων τροφοδοσίας που περιλαμβάνουν μεθάνιο,
πραγματοποιήθηκε θερμοδυναμική μελέτη ώστε να διερευνηθεί το ενδεχόμενο
εναπόθεσης άνθρακα στο ηλεκτρόδιο της ανόδου.
Συνολικά, οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι το είδος και η σύσταση της
τροφοδοσίας είναι καθοριστικοί παράγοντες για την παραγόμενη πυκνότητα ισχύος
και τη συνολική απόδοση. Διαπιστώθηκε επίσης ότι τροφοδοσίες πέραν του
υδρογόνου μπορούν να αξιοποιηθούν στα SOFCs με ικανοποιητικές αποδόσεις.
Παράλληλα, κατέστη σαφές ότι η αντίδραση μετατόπισης της ισορροπίας του
υδραερίου είναι ιδιαίτερα σημαντική στη διαμόρφωση των χωρικών κατανομών των
εμπλεκόμενων χημικών ειδών και κατ’ επέκταση στην παραγόμενη πυκνότητα
ισχύος. Επιπλέον, η ηλεκτρο-οξείδωση του CO, η οποία συνήθως δεν λαμβάνεται
υπόψη στα μοντέλα της διεθνούς βιβλιογραφίας, φάνηκε ότι μπορεί να συνεισφέρει
στην παραγωγή ρεύματος. Μέσω των προσομοιώσεων υπολογίστηκαν οι
θερμοκρασιακές διακυμάνσεις και εντοπίστηκαν οι θέσεις εμφάνισης θερμικών
τάσεων, ενώ παράλληλα έγινε μια πρώτη εκτίμηση για το ενδεχόμενο εναπόθεσης
άνθρακα στο ηλεκτρόδιο της ανόδου. | en_US |
