Primijenjena termodinamika – inženjerstvo energetskih pretvorbi

Voditelj grupe

izv. prof. dr. sc. Ivan Tolj

Životopis · Publikacije · Nastava

Suradnici

doc. dr. sc. Ivan Pivac

Životopis · Publikacije · Nastava

dr. sc. Jakov Šimunović

Životopis · Publikacije · Nastava

Opis područja istraživanja i specifičnih aktivnosti

  1. Vodik u sustavima obnovljivih izvora energije
  2. Integracija gorivnih članaka u industrijska vozila (viličare)
  3. Dijagnostika i degradacija elektrokemijskih kompresora za vodik
  4. Proizvodnja vodika elektrolizom vode: utjecaj radnih parametara na rad i trajnost elektrolizatora
  5. Optimizacija i dizajn metal-hidridnih spremnika za skladištenje vodika u smislu intenziviranja dovođenja/odvođenja topline
  6. Karakterizacija spremnika metalnih hidrida pri apsorpciji/desorpciji vodika
  7. Rad, dizajn i primjena gorivnih članaka
  8. Razvoj algoritama za upravljanje sustavima gorivnih članaka i elektrolizatora
  9. Ispitivanje elektrokemijskog kompresora

Opis laboratorija i opreme

Grupa koristi laboratorij za nove termo-energetske tehnologije (C516) koji je opremljen za testiranje i dijagnostiku membranskih gorivnih članaka i elektrolizatora.

Oprema uključuje:

  • Testna stanica za ispitivanje pojedinačnih gorivnih članaka različitih veličina (Teledyne Medusa) s ugrađenom elektronikom za analizator frekvencijskog odgovora, koja omogućuje prilagodbu različitih radnih parametara: protok vodika (0-5SLPM), protok zraka (0-20 SLPM), tlak (0-30 psig), vlažnost (0-100%), temperatura (20-100 °C), napon (0-20 V), struja (0-125A)
  • Testna stanica za ispitivanje pojedinačnih gorivnih članaka i manjih sklopova različitih veličina (Scribner Associates) s mogućnošću prilagodbe različitih radnih parametara: protok vodika (0-20 SLPM), protok zraka (0-50 SLPM), tlak (0-30 psi(g)), vlažnost (0-100%), temperatura (20-100 °C), napon (0-20 V), struja (0-500 A)
  • Testna stanica za ispitivanje pojedinačnih elektrolizatora različitih veličina (Sustainable Innovations Test Station for PEM Electrolyzers) s mogućnošću prilagodbe radnih parametara: napon (0-8 V), struja (0-125 A), protok vode: 0-2,5 L/min, protok vodika: 0-2 SLPM, tlak (0-100 psig), temperatura (20-80 °C)
  • Potencijostat/galvanostat (BioLogic SP-150) s vanjskim pojačivačem struje do 10 A (napon: +-10 V, struja: +-400 mA; pojačivač: napon: +-10 V, struja: +-10 A) za elektro kemijska ispitivanja
  • S++ skener struje i temperature – ispitna ploča za mjerenje lokalne struje na 121 ispitnih točaka i temperature na 49 ispitnih točaka (0-2 V, 0-100 °C) u gorivnom članu (50 cm2)
  • Samostalni sustav za vodikovu energiju (solarnih panela (snaga 1600 W), vjetroturbine (električna snaga 1400 W ), elektrolizatora: električna snaga 2,8 kW , maksimalni tlak: 30 bar, volumen spremnika vodika: 600 L, kapacitet H2: 1,5 kg; gorivni članak: električna snaga: 1,2 kW, baterije: napon: 24 V, kapacitet: 1000 Ah; DC/AC inverter: snaga: 3,5 kW; programabilno električno opterećenje: maksimalna snaga 1500W)

Kontakti s akademskim i drugim institucijama

  • HySA Systems, University of Western Cape, Bellville, Južna Afrika
  • Harbin Institute of Technology (HIT), Nan’gang, NR Kina
  • University of Waikato, Hamilton, Novi Zeland
  • Huazhong University of Science and Technology (HUST), Wuhan, NR Kina
  • Jilin University, Changchun, NR Kina
  • RMIT University, Melbourne, Australija
  • Politechnika Warszawska, Varšava, Poljska
  • Univerzitet u Beogradu, Institut za nuklearne nauke “Vinča”, Srbija
  • University of Alaska, Anchorage, SAD
  • The University of Tokyo, Japan
  • Politechnika Lubelska, Department of Thermodynamics, Fluid Mechanics and Aviation Propulsion Systems, Poljska
  • Indiana University Indianapolis, SAD
  • Purdue University in Indianapolis, SAD
  • Institutt for Energiteknikk, Norveška
  • Universite de Franche-Comté, FCLAB, Belfort, Francuska
  • SINTEF, Trondheim, Norveška
  • Zentrum für Sonnenenergie u. Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Ulm, Njemačka
  • Univerza v Ljubljani, Fakultet za strojništvo (FS), Slovenija
  • Univerzitet u Beogradu, Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju, Srbija
  • AVL, Graz, Austrija
opis istraživanja

Vodikove energetske tehnologije: proizvodnja i korištenje vodika (HET-PRO-USE)

Opis istraživanja za jednogodišnje razdoblje

Istraživanje će obuhvatiti tehnologije pohrane i primjene vodika, s posebnim naglaskom na pohranu u metalnim hidridima. Posebna pažnja posvetit će se toplinskim efektima tijekom punjenja i pražnjenja hidridnih spremnika, uz dodatna istraživanja njihove sprege s fazno promjenjivim materijalima (PCM). Cilj je poboljšanje toplinske upravljivosti i povećanje ukupne učinkovitosti sustava. Najvažnija primjena gorivnih članaka predviđena je u električnim vozilima, s posebnim fokusom na viljuškare i autobuse. Aktivnosti će uključivati dimenzioniranje i dizajn sustava, hibridizaciju s baterijama, upravljanje sustavom i odvođenjem topline, integraciju hidridnih spremnika te iskorištavanje otpadne topline gorivnih članaka za desorpciju vodika. Paralelno s tim, istraživanje će se usmjeriti na proizvodnju vodika iz obnovljivih izvora energije. Poseban naglasak stavit će se na integraciju elektrolizatora s fotonaponskim sustavima i proučavanje njihovog rada pod promjenjivim ulaznim električnim uvjetima. U sklopu toga provodit će se ispitivanja elektrokemijskog kompresora, s ciljem pravilnog dimenzioniranja i razvoja naprednih upravljačkih algoritama. Također će se provesti detaljna dijagnostika i analiza degradacije elektrokemijskih kompresora radi osiguravanja njihove dugotrajnosti i pouzdanosti. U okviru projekta planirana je i integracija sustava gorivnih članaka i baterija u stacionarne primjene, uz razvoj sofisticiranih algoritama za upravljanje energijom i radnim stanjima. Predviđena je priprema i objava više CC znanstvenih radova koji će objediniti ključne rezultate istraživanja. Posebno se ističe izrada rada za specijalno izdanje časopisa Journal of Alloys and Compounds, u kojem izv. prof. dr. sc. Ivan Tolj sudjeluje kao jedan od gostujućih urednika.