A two-dimensional steady-state model for phosphoric acid fuel cells (PAFC)

Choudhury, Suman Roy; Deshmukh, M. B.; Rengaswamy, Raghunathan

doi:10.1016/s0378-7753(02)00369-5

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“…It also describes the physicochemical phenomena that occur in those layers: gas diffusion in gas-filled pores, gas dissolution, dissolved gas diffusion in liquid-filled pores, ohmic conduction, and electrochemical reaction. We used a variation of the standard flooded agglomerate model [20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30] that has successfully described the diffusion, adsorption, and reaction phenomena in cathode and anode electrodes of hydrogen phosphoric acid fuel cells (PAFC) and polymer electrolyte fuel cells (PEMFC). The agglomerate model describes the electrode's catalyst layer as a collection of homogeneously distributed spherical agglomerates that are composed of carbon particles on which the electrocatalyst platinum particles are dispersed.…”

Section: Mathematical Model Descriptionmentioning

confidence: 99%

Mathematical model for a direct propane phosphoric acid fuel cell

et al. 2005

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A mathematical model was developed and used to predict the performance of direct propane phosphoric acid (PPAFC) fuel cells, utilizing both Pt/C state-of the-art electrodes and older Pt black electrodes. It was found that the overpotential caused by surface processes on the platinum catalyst in the anode is much greater than the potential losses caused by either ohmic resistance or propane diffusion in gas-filled and liquid-filled pores. In one comparison, the anode overpotential (0.5 V) was larger than the cathode overpotential (0.3 V) at a current density of 0.4 A cm )2 for Pt loadings 4 mg Pt cm )2 . The need for sufficient water concentration at the anode, where water is a reactant, was indicated by the large effect of H 3 PO 4 concentration. In another comparison, the model predicted that at 0.2 A cm )2 , modern carbon supported Pt catalysts would produce 0.35 V compared to 0.1 V for unsupported Pt black catalysts that were used several decades ago, when the majority of the research on direct hydrocarbon fuel cells was performed. The propane anode and oxygen cathode catalyst layers were modeled as agglomerates of spherical catalyst particles having their interior spaces filled with liquid electrolyte and being surrounded by gasfilled pores. The Tafel equation was used to describe the electrochemical reactions. The model incorporated gas and liquid-phase diffusion equations for the reactants in the anode and cathode and ionic transport in the electrolyte. Experimental data were used for propane and oxygen diffusivities, and for their solubilities in the electrolyte. The accuracy of the predicted electrical potentials and polarization curves were normally within ±0.02 V of values reported in experimental investigations of temperature and electrolyte concentration. Polarization curves were predicted as a function of temperature, pressure, electrolyte concentration, and Pt loading. A performance of 0.45 V at 0.5 A cm )2 was predicted at some conditions.

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Section: Mathematical Model Descriptionmentioning

confidence: 99%

Mathematical model for a direct propane phosphoric acid fuel cell

et al. 2005

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“…By using Eqs. (2)e(4) and the data listed in Table 1 [39,40,44], the electrochemical characteristics of a PAWE are clearly shown in Fig. 2.…”

mentioning

confidence: 89%

Performance evaluation and optimum design strategies of an acid water electrolyzer system for hydrogen production

Zhang

Chen

et al. 2012

International Journal of Hydrogen Energy

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“…A tecnologia PAFC não consta dos planos de desenvolvimento do MCT, descrito no "Programa de Ciência, Tecnologia e Inovação para a Economia do Hidrogênio" (ProH2) 6 e nem é listada no "Roteiro para Estruturação da Economia do Hidrogênio no Brasil" 7 , desenvolvido sob a coordenação do MME. Entretanto, os resultados da pesquisa em célu-las PAFC realizada no Brasil 5,8,9 e no mundo [10][11][12][13][14][15][16][17][18] sugerem uma oportunidade tecnológica ao país. As células PAFC são duráveis, eficientes e podem ser fabricadas com custos competitivos.…”

Section: Figura 1 Planta De Células a Combustível De áCido Fosfóricounclassified

Avaliação da eficiência de uma célula a combustível estacionária de ácido fosfórico

et al. 2007

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Recebido em 10/5/06; aceito em 9/2/07; publicado na web em 30/7/07 EFFICIENCY EVALUATION FOR STATIONARY PHOSPHORIC ACID FUEL CELL. Operation and performance of a commercial PAFC power plant were analyzed. Processes influencing energy conversion efficiency were studied in each module of the fuel cell power plant. The main processes were simulated using mass and energy balance equations, and the results were validated by means of experimental data. It was concluded that the electrical efficiency is higher in comparison with microturbines. The main result achieved is a better understanding of balance of plant processes, knowledge necessary for fuel cell power plant development.Keywords: fuel cell; balance of plant; efficiency. INTRODUÇÃOCélulas a combustível são alternativa interessante e promissora na solução dos problemas ambientais provocados pela geração de energia elétrica a partir de combustíveis fósseis. A vantagem da utilização das células a combustível, quando comparadas aos sistemas termoelétricos convencionais, consiste na sua elevada eficiên-cia. O fato de um processo ser mais eficiente que outro significa que para uma mesma quantidade de energia elétrica gerada o consumo de combustível é menor. Com isso, a quantidade de poluentes que são lançados para o meio ambiente, como CO 2 , CO, NO x , SO x , hidrocarbonetos e particulados, pode ser reduzida 1 . Células a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem a energia química de um combustível (normalmente o hidrogênio) em eletricidade [1][2][3][4] . As células são classificadas segundo o eletrólito utilizado, sendo as principais tecnologias descritas a seguir:• célula de eletrólito polimérico, ou com membrana de troca protônica (PEMFC): opera em temperaturas baixas (em torno de 80 °C) e por isso utiliza catalisadores de platina. É adequada à utilização estacionária de pequena potência e à aplicação veicular; célula alcalina (AFC): o eletrólito é uma solução de KOH e conduz íons OH -. Foi bastante utilizada no programa espacial americano, mas sua sensibilidade a CO 2 previne sua utilização em sistemas terrestres. A célula alcalina opera em temperaturas próximas de 100 °C; • célula de ácido fosfórico (PAFC): o ácido fosfórico é condutor protônico a temperaturas entre 150 e 200 °C. O catalisador de platina é menos sensível à contaminação por CO nesta faixa de temperatura e por isso a célula PAFC apresenta comprovada durabilidade e é bastante adequada à geração estacionária de energia; • célula de carbonato fundido (MCFC): o eletrólito conduz íons CO 3 2-em temperaturas em torno de 700 °C, o que a torna adequada à cogeração e à geração estacionária. A célula MCFC pode, em princí-pio, ser alimentada diretamente com hidrocarbonetos, convertidos a hidrogênio pelo processo de reforma interna; • célula de óxido sólido (SOFC): funciona em temperaturas entre 800 e 1000 °C e pode ser alimentada com hidrogênio e monóxido de carbono. A alta temperatura de operação dificulta a construção e encarece a tecnologia, razão pela qual se buscam cerâmicas condutora...

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A two-dimensional steady-state model for phosphoric acid fuel cells (PAFC)

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Mathematical model for a direct propane phosphoric acid fuel cell

Mathematical model for a direct propane phosphoric acid fuel cell

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