Includes bibliographical references (p. 115-129).

Thesis (Ph.D)--Chemical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2010. / Committee Chair: Meredith, Carson; Committee Member: Bucknall, David; Committee Member: Fuller, Tom; Committee Member: Griffin, Anselm; Committee Member: Koros, William. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Thesis (M.S.)--Florida State University, 2006. / Advisor: Juan C. Ordonez, Florida State University, College of Engineering, Dept. of Mechanical Engineering. Title and description from dissertation home page (viewed Sept. 15, 2006). Document formatted into pages; contains viii, 78 pages. Includes bibliographical references.

Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάστηκαν όλα τα θεωρητικά και τεχνικά στοιχεία των κελιών καυσίμου. Επίσης, έγινε ανάλυση των διαθέσιμων τεχνολογιών των κελιών καυσίμου, καθώς και μια ιστορική αναδρομή. Τα κελιά καυσίμου και ειδικότερα το υδρογόνο σαν καύσιμο αναμένεται να διαδραματίσει τον σημαντικότερο ρόλο τις επόμενες δεκαετίες. Η τεχνολογία των κελιών καυσίμου συνεχώς βελτιώνεται. Τα κελιά καυσίμου βρίσκουν ολοένα και μεγαλύτερο εύρος εφαρμογών, καθώς είναι ιδιαίτερα φιλικά προς το περιβάλλον. Η αρχή λειτουργίας τους είναι από πολύ παλιά γνωστή, στους επιστημονικούς κύκλους. Το πρόβλημα ήταν ανέκαθεν η βελτιστοποίηση των συστημάτων, ώστε να γίνουν οικονομικότερα και πιο αποδοτικά. Η τεχνολογία της κυψέλης καυσίμου και της μετατροπής του υδρογόνου σε ηλεκτρικό ρεύμα είναι ακόμα σε πρώιμο στάδιο, και έχει αρκετά υψηλό κόστος, αλλά βελτιώνεται με ιδιαίτερα ταχείς ρυθμούς. Τα κελία καυσίμου στο παρελθόν αποτελούσαν λύσεις για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε πολύ εξειδικευμένες κατασκευές όπως είναι οι διαστημοσυσκευές. Στις προηγούμενες δεκαετίες η τεχνολογία των κελιών καυσίμου ήταν οικονομικά ασύμφορη και όχι και τόσο αποδοτική. Γίνεται ανάλυση των επιμέρους δυσκολιών για την βελτιστοποίηση των συστημάτων τεχνολογίας κελιών καυσίμου και οι τρόποι επίλυσης τους που έχουν προταθεί. Το θεωρητικό μέρος της διπλωματικής συμπληρώνεται από την πειραματική μελέτη, που πραγματοποιήθηκε σε μία εμπορική εφαρμογή. Επίσης, με την βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή έγιναν προσομοιώσεις όλων των θεωρητικών μοντέλων που έχουν προταθεί από διάφορους επιστήμονες, πρωτοπόρους στην τεχνολογία των κελιών καυσίμου. Η εμπορική εφαρμογή που χρησιμοποιήθηκε για την εξακρίβωση των θεωρητικών παρατηρήσεων, καλύπτει μόνο ένα μέρος της τεχνολογίας των κελιών καυσίμου, καθώς ήταν μια στοίβα κελιών καυσίμου τεχνολογίας PEM. Τα κελιά καυσίμου τεχνολογίας PEM είναι τα πιο απλά στην κατασκευή και την χρήση, και είναι μια εφαρμοσμένη τεχνολογία εδώ και δεκαετίες. Οι υπόλοιπες τεχνολογίες απαιτούν διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και πολλές από αυτές βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο. Τα κελία καυσίμου υψηλών θερμοκρασιών είναι ένα σημαντικό τεχνολογικό επίτευγμα που υπόσχεται πολλά. Η παρούσα διπλωματική αποτελεί ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την κατανόηση της λειτουργίας ενός κελιού καυσίμου, καθώς και την κατανόηση των διαφόρων θερμοδυναμικών και ηλεκτροχημικών φαινομένων τα οποία συμβαίνουν μέσα στο κελί καυσίμου και είναι υπεύθυνα για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας. Εκθέτονται όλοι οι λόγοι που οδηγούν στην ανάγκη μοντελοποίησης της λειτουργίας των κελιών καυσίμου. Παρουσιάζονται όλα τα μοντέλα τα οποία έχουν προταθεί κατά καιρούς και βοηθούν στην βαθύτερη κατανόηση της λειτουργίας ενός κελιού καυσίμου. 4 Επίσης, γίνεται σύγκριση των υπαρχόντων μοντέλων με την βοήθεια πειραματικής διάταξης, όπου συγκρίνονται τα πειραματικά αποτελέσματα με τα θεωρητικά. Το καύσιμο του μέλλοντος είναι το υδρογόνο και αυτό δύσκολα μπορεί κανείς να το αμφισβητήσει. Υπάρχουν εδώ και μια δεκαετία εφαρμοσμένες λύσεις σε αυτόνομα και διασυνδεδεμένα συστήματα, τα οποία λειτουργούν εξ’ ολοκλήρου με κελιά καυσίμου. Η μελλοντική ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων αναμένεται μεγάλη δεδομένου των ενεργειακών προβλημάτων που αντιμετωπίζει η παγκόσμια κοινότητα σήμερα. Πρόκειται για συστήματα τα οποία μπορούν να δώσουν ανεξαρτησία και φιλική προς το περιβάλλον ενέργεια. Οι εναλλακτικές μορφές ενέργειας αποτελούν σημαντική λύση στη δραματική μείωση των ορυκτών πόρων και πρέπει η έρευνα και η αγορά να στραφούν προς την εκμετάλλευσή τους. / This Essay presents all the theoretical and technical attributes of the Fuel Cell technology. There is a thorough analysis of the available fuel cell technologies and also a historic review. Fuel cells, and specially Hydrogen as fuel, will play a significant role during the next decades. This technology develops at an escalated rate. Fuel Cells have a wide range of applications, due to their environmental friendly operation. The working principal of fuel cells is known for many years, the problem is the efficiency improvement of these systems. The transformation of Hydrogen to electricity has a significant cost today, but is estimated to be decreased as the rate of fuel cell usage is increased. Global warming due to carbon dioxide emissions lead to the need of a more efficient and clean fuel. The high rate of development of Hydrogen fuel cell technology means that fuel cell systems will have many more applications than they had in the past. Fuel cell technology was only applied as a power source for very special applications such as space shuttles and generally space devices. The main difficulties for fuel cell operation optimization are discussed here, so as the ways to solve these problems. The theoretical part of this essay is completed with the experimental study made on a commercial application. Moreover, with computer aided simulations, all the theoretical data was compared with the experimental. Theoretical electrical models that had been proposed by many scientists are presented and the results were also compared to the experimental data. This comparison covers only a certain part of the fuel cell technology, that of low temperature proton exchange membrane fuel cells. PEM fuel cells are much easier to construct and operate. This technology is well known for many years, as it has been applied by NASA for over 50 years. The rest of fuel cell types require special working conditions and many of them are in an experimental stage. For example, the much promising technology of high temperature PEM fuel cells. This essay is of great importance for scientist to understand the working principals of fuel cells and the various thermodynamic and electrochemical phenomena taking place inside the fuel cell. These phenomena are responsible for the production of the electrical energy. The need for theoretical modelling of fuel cells is also discussed and analysed. A review of the proposed pem fuel cell models is also made. The fuel of the future is definitely hydrogen and that’s a fact not easily questioned. The future development of hydrogen fuel cell systems for autonomous and interconnected electric power production is expected very high. These systems can produce clean and environmentally friendly energy. Renewable power sources are the most important solution to the global warming problem.

Σε μια μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου (ΜΚΚ), τα βακτήρια που οξειδώνουν την οργανική ύλη συγκρατούνται ξεχωριστά από τον δέκτη ηλεκτρονίων μέσω μιας μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (ΜΑΠ). Τα ηλεκτρόνια περνούν από τα βακτήρια στο ηλεκτρόδιο (άνοδος) που βρίσκεται στον ίδιο θάλαμο με αυτά και στη συνέχεια διοχετεύονται μέσω κυκλώματος στην κάθοδο όπου συνδυάζονται με πρωτόνια και οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό. Η διαφορά στο δυναμικό εξαιτίας της ροής των ηλεκτρονίων παράγει το ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτή την κυψελίδα καυσίμου. Σε πρώτη φάση, λοιπόν, η ΜΚΚ περιλαμβάνει συνθετικό μέσο βασισμένο στη γλυκόζη ως καύσιμο και οξυγόνο ως δέκτη ηλεκτρονίων με τεχνητό φορέα ηλεκτρο-νίων και στη συνέχεια γίνεται εμπλουτισμός με ηλεκτροχημικά βακτήρια. Προσδιορίζονται οι βασικοί παράγοντες που επιδρούν περιοριστικά στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Οι συνήθεις περιοριστικοί παράγοντες είναι η χαμηλής απόδοσης μεταφορά ηλεκτρονίων από τα κύτταρα στα ηλεκτρόδια, η διέλευση του οξυγόνου μέσω της μεμβράνης επιτρέποντας την αερόβια ανάπτυξη των μικροοργανισμών, το φράξιμο της μεμβράνης και η μικρή επιφάνεια της ανόδου που περιορίζει την απελευθέρωση των ηλεκτρονίων από την άνοδο (Liu et al., 2004; Kim et al., 2004). / -

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10383.pdf: 4486773 bytes, checksum: 83c80c2cf5b3151ff95cc7463b14a364 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Intituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10384.pdf: 9700840 bytes, checksum: b2fbf22494ca3f10b89bc09793b74be1 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Intituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:55:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP