Exam text content

EE.EMU.310 Polttokennot ja vetyteknologia

Heidi Kalliojärvi

Tentti 2.4. 2025

Oman ohjelmoitavan laskimen käyttö sallittu.

1

Vastaa lyhyesti
a) Mitäymmärretään polttokennojärjestelmässä kirjainlyhenteellä BOP?

b) Mikä polttokennon häviölähde on erityisen merkityksellinen korkean lämpötilan
polttokennossa, kuten kiinteäoksidikennossa?

c) Millainen on kiinteän polymeerikennon elektrolyytin rakenne?

d) Miten määritellään polttokennon reversiibeli tyhjäkäyntijännite?

e) Mitä tarkoitetaan ns. Power2X-konseptilla?

1) Mitäpolttokennojen yhteydessä tarkoitetaan ns. yhdistetyllä järjestelmällä?

Polttokennoa voidaan tavalliseen tapaan mallintaa jännitelähteenä, ts.

Vopen-circuit

 

Kyseessä on PEM-kenno, jonka tyhjäkäyntijännite on Vopen-circuit = 0.7 V sekä eri häviöistä
koostuva häviöresistanssi Rin: = 0.00015 O. Kuormitetussa tilanteessa vedyn kulutus on
15 mg/s. Kuinka suuri on tällöin polttokennon napoihin kytketyn kuorman resistanssi?

Vedyn H> moolimassa on 2.016 g/mol ja Faradayn vakio F= 96 485 C/mol.
Polttokennossa tapahtuvat reaktioyhtälöt ovat

anodi: H, >2H* +2e”
katodi: 2H* +267 +507 > H;0

Kennoston tuottama virta on 2 A. Vedyn hapettumisen hyötysuhde on 80 %. Vedyn
varastona toimii metallihydridi, jonka varastointikapasiteetti on 4 wt%. Hydridin
kokonaismassa on 200 g. Mikä on kennon toiminta-aika? Vedyn H> moolimassa on 2.016

g/mol ja Faradayn vakio on F = 96485 C/mol.

Kuvaile PEM-polttokennon rakennetta ja kennon eri osien tehtäviä. Miten tehdään
yksikkökennojen yhdistäminen kennostoksi ja mitä hyötyä tällä saavutetaan?

Ovatko seuraavat väittämät totta (T) vai epätotta (E)? Kukin oikea vastaus tuottaa yhden
pisteen, kustakin väärästä vastauksesta saa -0,5 pistettä. Vastaamatta jättäminen

tuottaa olla pistettä. isa
a) Vedyn energiasisältö massayksikkö kohti on huomattavasti suurempi kuin kivihiilen.

b) Polttokennon aktivointihäviöiden pienentämiseksi kennon ns. siirtymävirrantiheyden

tulisi olla mahdollisimman pieni. 2 SIA
c) Sulakarbonaattikennossa kierrätetään hiilidioksidia anodin ja katodin välillä.
d) Alkaalipolttokennojen toimintalämpötila on tyypillisesti erittäin korkea, jopa yli 800 *C.

 
e) Matalan lämpötilan polttokennoilla aktivointiylijännite on tärkein polttokennon
hyötysuhdetta alentava tekijä.
f) Alkaalipolttokennoissa tyypillinen elektrolyytti on kaliumhydroksidi.