The subject of this Master Thesis is construction of hydrogen generator for automotive industry. The objective is to design system which is able to produce required amount of gas. The master thesis includes basic analysis of situation, mathematical equations of electrolytic process and procedure of mechanical design according required power of generator. The next part is design of power control system of hydrogen generator based on informations from automobile. The last part describes power supply of whole system with electric energy. The output of the Master Thesis is the whole design of hydrogen generator including sensor system and control system. The thesis also includes suggestions for next improvements and research.

In the study, micro-PEM fuel cells are designed and fabricated in-house through a deep UV lithography SU-8 process and a wet etching technique for perforated holes plates (diameter is 750 £gm) of 50 £gm thickness of pure copper. Measurements of cell performance are performed using the low percentage of the weight concentration (1-10 wt. %) of NaOH solution, Al paper as the source material for hydrogen production, and different open ratios of the perforated plates to determine which best improves cell power density. Experimental results are presented in the form of polarization VI and PI curves under the above operating conditions. The experimental results show cell performance is enhanced by the self-heating, humidifying of hydrogen production, hydrogen internal circulation and accumulated pressure. Finally, the micro-PEM fuel cell system with DC/DC boost converter can generate 4.99 V for use in cellular phone accumulators charging.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / An integrated micro PEM fuel cell system with self-regulated hydrogen generation from ammonia borane is reported to power portable electronics. Hydrogen is generated via catalytic hydrolysis reaction of ammonia borane solution in microchannels with nanoporous platinum catalyst electroplated inside the microchannels. The self-regulation of the ammonia borane solution is achieved by using directional growth and selective venting of hydrogen bubbles in microchannels, which leads to agitation and addition of fresh solution without power consumption. The device is fabricated on combination of polystyrene sheets cut by graphic cutter, a stainless steel layer cut using wire electrical discharge machining and bonding layers with double-sided polyimide tape. Due to the seamless bonding between the hydrogen generator and the micro fuel cell, the dead volume in the gas connection loops can be significantly reduced and the response time of self-regulation is reduced.

M. Tech. (Department of Electronic Engineering, Faculty of Engineering and Technology) --Vaal University of Technology| / Global warming is of increasing concern due to several greenhouse gases. The combustion of fossil fuels is the major contributor to the greenhouse effect. To minimalise this effect, alternative energy sources have to be considered. Alternative energy sources should not only be environmentally friendly, but also renewable and/or sustainable. Two such alternative energy sources are hydrogen and solar energy. The regenerative fuel cell, commonly known as a hydrogen generator, is used to produce hydrogen. The current solar/hydrogen system at the Vaal University of Technology’s Telkom Centre of Excellence makes use of PV array to supply power to an inverter and the inverter is connected to the hydrogen generator. The inverter provides the hydrogen generator with 220VAC. The hydrogen generator has its own power supply unit to convert the AC power back to DC power. This reduces the efficiency of the system because there will be power loss when converting DC power to AC power and back to DC power. The hydrogen generator, however, could be powered directly from a PV array. However, the hydrogen generator needs specific input parameters in order to operate. Three different input voltages with their own current rating are required by the hydrogen generator to operate properly. Thus, a DC-DC power supply unit needs to be designed to be able to output these parameters to the hydrogen generator. It is also important to note that current PV panel efficiency is very low; therefore, the DC-DC power supply unit also needs to extract the maximum available power from the PV array. In order for the DC-DC power supply unit to be able to extract this maximum power, a maximum power point tracking algorithm needs to be implemented into the design. The DC-DC power supply is designed as a switch mode power supply unit. The reason for this is that the efficiency of a switch mode power supply is higher than that of a linear power supply. To reach the objective the following methodology was followed. The first part of the research provided an introduction to PV energy, charge controllers and hydrogen generators. The problem statement is included as well as the purpose of this research and how this research was to be carried out. The second part is the literature review. This includes the background study of algorithms implemented in MPPT’s; it also explains in detail how to design the MPPT DC-DC SMPS. The third part was divided into two sections. The first section is the design, programming and manufacturing of the MPPT DC-DC SMPS. The second section is the simulation of the system as a whole which is the simulation of the PV array connected to the MPPT DC-DC SMPS and the hydrogen generator. The fourth part in the research compared the results obtained in the simulation and practical setup. The last part of the research provided a conclusion along with recommendation made for further research. The simulation results showed that the system works with an efficiency of 40,84%. This is lower than expected but the design can be optimised to increase efficiency. The practical results showed the efficiency to be 38%. The reason for the lower efficiency is the simulation used ideal components and parameters, whereas the practical design has power losses due to the components not being ideal. The design of the DC-DC switch mode power supply, however, indicated that the hydrogen generator could be powered from a PV array without using an inverter, with great success.

Drei Wasserstoffgenerator-Systeme (WGS) auf Basis chemischer Hydride wurden in dieser Arbeit als Labormuster ausgelegt, gefertigt und in ihren Betriebseigenschaften analysiert. Es wurden ein 20 W-WGS und zwei 100 W-WGS untersucht. Als chemische Hydride wurden Amminboran und Natriumborhydrid ausgewählt. Aufgrund ihrer vergleichsweise einfachen Lagerfähigkeit, ihren moderaten Freisetzungsbedingungen und ihrer volumetrisch wie gravimetrisch hohen Wasserstoffdichten erschienen sie in besonderer Weise geeignet für Wasserstoffgeneratoren im Kleinleistungsbereich. Zwar zeigen diese chemischen Hydride zurzeit hinsichtlich ihrer Kosten, ihrer Energieeffizienz bei der Herstellung und ihrer Umweltverträglichkeit keine Vorteile gegenüber verdichtetem Wasserstoff, jedoch besitzen sie mit ihrer hohen, auf das Hydrid bezogenen Energiedichte ein positives Alleinstellungsmerkmal. Bei der Entwicklung der WGS standen daher neben der Betriebszuverlässigkeit und Regelbarkeit die Optimierung der systembezogenen Energiedichte WGS im Fokus.

Drei Wasserstoffgenerator-Systeme (WGS) auf Basis chemischer Hydride wurden in dieser Arbeit als Labormuster ausgelegt, gefertigt und in ihren Betriebseigenschaften analysiert. Es wurden ein 20 W-WGS und zwei 100 W-WGS untersucht. Als chemische Hydride wurden Amminboran und Natriumborhydrid ausgewählt. Aufgrund ihrer vergleichsweise einfachen Lagerfähigkeit, ihren moderaten Freisetzungsbedingungen und ihrer volumetrisch wie gravimetrisch hohen Wasserstoffdichten erschienen sie in besonderer Weise geeignet für Wasserstoffgeneratoren im Kleinleistungsbereich. Zwar zeigen diese chemischen Hydride zurzeit hinsichtlich ihrer Kosten, ihrer Energieeffizienz bei der Herstellung und ihrer Umweltverträglichkeit keine Vorteile gegenüber verdichtetem Wasserstoff, jedoch besitzen sie mit ihrer hohen, auf das Hydrid bezogenen Energiedichte ein positives Alleinstellungsmerkmal. Bei der Entwicklung der WGS standen daher neben der Betriebszuverlässigkeit und Regelbarkeit die Optimierung der systembezogenen Energiedichte WGS im Fokus.:Versicherung Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Grundlagen1 2.1 Aufbau eines Wasserstoffgenerator-Systems 2.2 Anforderungen an das Wasserstoffgenerator-System 2.2.1 Anwendungsspezifische Anforderungen 2.2.2 Brennstoffzellenspezifische Anforderungen 2.3 Auswahl der Wasserstoffquelle 2.3.1 Reversible Wasserstoffquellen 2.3.2 Irreversible Wasserstoffquellen 2.4 Auslegung der Subsysteme 2.4.1 Auslegung des Vorratssystems 2.4.2 Auslegung des Reaktors 2.4.3 Auslegung des Aufbereitungssystems 3 Wasserstoffgenerator zur Amminboran-Thermolyse 3.1 Thermolyse von Amminboran in Triglyme 3.2 Systemspezifikationen 3.3 Untersuchungen der Wasserstoffquelle 3.3.1 Konzentrationsabhänigkeit der Thermolysereaktion 3.3.2 Der Mechanismus der H2-Freisetzung 3.3.3 Temperaturabhängigkeit der Thermolysereaktion 3.4 Systemkonzeption und Reaktorauslegung 3.5 Charakterisierung und Diskussion 3.5.1 Thermische Analyse 3.5.2 Betriebsverhalten 3.5.3 Energiedichte des Wasserstoffgenerator-Systems 3.6 Fazit zum Amminboran-Thermolyse basierten System 4 Wasserstoffgenerator zur Amminboran-Hydrolyse 4.1 Wasserstofferzeugung durch Amminboran-Hydrolyse 4.2 Systemspezifikationen 4.3 Untersuchungen der Wasserstoffquelle 4.3.1 Die Säure der Wasserstoffquelle 4.3.2 Reaktionskinetik der Wasserstoffquelle 4.3.3 Umsatz und Energiedichte der Wasserstoffquelle 4.4 Systemkonzept und Reaktorauslegung 4.4.1 Systemkonzept 4.4.2 Reaktorauslegung 4.4.3 Reaktorkonstruktion 4.5 Charakterisierung und Diskussion 4.5.1 Betriebsverhalten 4.5.2 Thermische Analyse 4.5.3 Energiedichte des Wasserstoffgenerator-Systems 4.5.4 Gasanalyse 4.6 Fazit zu AB-Hydrolyse basierten WGS 5 Wasserstoffgenerator zur Natriumborhydrid-Hydrolyse 5.1 Wasserstofferzeugung durch Natriumborhydrid-Hydrolyse 5.2 Systemspezifikationen 5.3 Untersuchung der Wasserstoffquelle 5.3.1 Die Säure der Wasserstoffquelle 5.3.2 Lagerfähigkeit der Wasserstoffquelle 5.3.3 Umsatz und Energiedichte der Wasserstoffquelle 5.4 Systemkonzept und Reaktorauslegung 5.5 Charakterisierung und Diskussion 5.5.1 Betriebsverhalten 5.5.2 Thermische Analyse 5.5.3 Energiedichte des Wasserstoffgenerator-Systems 5.6 Fazit zu Natriumborhydrid basierten Wasserstoffgenerator- Systemen 6 Zusammenfassung 7 Ausblick Anhang A1 Ergänzende Informationen zu den Grundlagen A2 Ergänzende Informationen zum Wasserstoffgenerator-System zur Amminboran-Thermolyse A3 Ergänzende Informationen zur Auswahl des Systemkonzeptes des Wasserstoffgenerator-Systems zur Amminboran-Hydrolyse A3.1 Bewertungskategorien und ihre Gewichtung A3.2 Einzelbewertungen der Systemkonzepte zur AB-Hydrolyse A4 Berechnungsgrundlagen der Reaktorkonstruktion zur Amminboran-Hydrolyse A5 Experimentelle Parameter und Daten zur thermischen Analyse des Reaktors zur Amminboran-Hydrolyse A.6 Ergänzende Informationen zum Wasserstoffgenerator-System zur Hydrolyse von festem Natriumborhydrid A6.1 Untersuchung der Wasserstoffquelle A6.2 Systemkonzept und Reaktorauslegung A6.3 Charakterisierung und Diskussion Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Publikationen