References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2023.11.146-164

alternative-2323

Research Article

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА. 12-4-1-0 Хранение водорода в углеродных наносистемах

IV. HYDROGEN ECONOMY. 12-4-1-0 Hydrogen storage in carbon nanosystems

Хранение водорода в активированном угле для транспортных средств, работающих на топливных элементах: экономически эффективный и устойчивый подход

Hydrogen storage in activated carbon for fuel cell-powered vehicles: a cost-effective and sustainable approach

Сингла

Маниш Кумар

Singla

Manish Kumar

Маниш Кумар Сингла, доцент, доктор философии

кафедра междисциплинарных курсов в области инженерии

140401; Пенджаб; Раджпура

Образование: Степень доктора философии на факультете электротехники и приборостроения Тапарского инженерно-технологического института, Индия; Область научных интересов: включает, но не ограничивается ими топливные элементы, энергетические системы, возобновляемые источники энергии, оптимизацию и машинное обучение; Публикации: около 50 научных статей, выдано 8 патентов

Manish Kumar Singla, Assistant Professor

Department of Interdisciplinary Courses in Engineering

140401; Punjab; Rajpura

Education: Ph.D. degree in Electrical and Instrumentation Engineering Department at Thapar Institute of Engineering and Technology, India; Research interests: include but are not limited to, Fuel Cell, Power System, Renewable Energy, Optimization and Machine Learning; Publication: about 50 scientific research articles, 8 Patents Granted

Гупта

Джиоти

Gupta

Jyoti

Джиоти Гупта, доцент, доктор философии

кафедра компьютерных наук и инженерии

кафедра школьного образования и инженерного дела

122103; Гуруграм; Харьяна; Сохна-Рурал; Сохна

Образование: Степень доктора философии на факультете электротехники и приборостроения Тапарского инженерно-технологического института, Индия; Область научных интересов: включает, но не ограничивается ими топливные элементы, энергетические системы, возобновляемые источники энергии, оптимизацию и машинное обучение; Публикации: около 40 научных статей, выдано 6 патентов

Jyoti Gupta, Assistant Professor

Department of Computer Science Engineering

Department of School and Engineering

122103; Gurugram; Haryana; Sohna Rural; Sohna

Сафаралиев

М.

Safaraliev

Murodbek

Муродбек Холназарович Сафаралиев, к. т. н., старший научный сотрудник

кафедра автоматизированных электрических систем

620002; Екатеринбург

Образование: академ. степень магистра по специальности «Электрические станции», Таджикский технический Университет, 2016 г.; Награды и научные премии: Стипендиат Губернатора Свердловской области за выдающуюся научную деятельность, 2020; Область научных интересов: оптимизация энергетических потоков, модель оптимизации развития энергосистем, краткосрочное, среднесрочное и долгосрочноепрогнозирование нагрузки и генераций; Публикации: более 100 научных статьей

Murodbek Safaraliev, PhD, Senior Researcher

Department of Automated Electrical Systems

620002; Yekaterinburg

Education: academic. Master's degree in Electric Stations, Tajik Technical University, 2016 Awards and scientific awards: Scholarship of the Governor of the Sverdlovsk Region for outstanding scientific activity, 2020; Research interests: optimization of energy flows, model optimization of energy systems development, short-term, medium-term and long-term load and generation forecasting; Publications: more than 100 scientific articles

Нижаван

Параг

Nijhawan

Parag

Параг Нижаван, доцент, доктор философии

кафедра электротехники и приборостроения

147001; Пенджаб; Патиала

Образование: окончил Национальный технологический институт Курукшетры по специальности "электротехника"; Область научных интересов: включает, но не ограничивается ими устройства Facts, повышение качества электроэнергии, топливные элементы, энергосистемы, возобновляемые источники энергии, оптимизацию и машинное обучение; Публикации: около 50 научных статей, выдано 6 патентов

Parag Nijhawan, Associate Professor

Electrical and Instrumentation Engineering Department

147001; Punjab; Patiala

Education: PhD. in Electrical Engineering from National Institute of Technology, Kurukshetra; Research interests: include but are not lim-ited to, Facts Devices, Power Quality Improvement, Fuel Cell, Power System, Renewable Energy, Optimization and Machine Learning; Publication: about 50 scientific research articles, 6 Patents Granted

Оберой

Амандип Сингх

Oberoi

Amandeep Singh

Амандип Сингх Оберой, доцент, доктор философии

кафедра машиностроения

147004; Пенджаб; Патиала

Образование: Степень доктора философии на факультете машиностроения и технологии производства Королевского Мельбурнского технологического института (RMIT), Мельбурн, Австралия; Область научных интересов: включает, но не ограничиваются ими топливные элементы, энергетические системы, возобновляемые источники энергии, оптимизацию и машинное обучение; Публикации: около 40 научных статей, выдано 6 патентов

Amandeep Singh Oberoi, Associate Professor

Mechanical Engineering Department

147004; Punjab; Patiala

Education: Ph.D. degree in Mechanical and Manufacturing Engineering Department at Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) University, Melbourne, Australia; Research interests: include but are not limited to, Fuel Cell, Power System, Renewable Energy, Optimization and Machine Learning; Publication: about 40 scientific research articles, 6 Patents Granted

Инженерно-технологический институт Университета Читкара, Университет ЧиткараИндияChitkara University Institute of Engineering & Technology, Chitkara UniversityIndia

Университет К.Р. МангаламаИндияK.R. Mangalam UniversityIndia

Уральский федеральный университетРоссияUral Federal UniversityRussian Federation

Тапарский инженерно-технологический институтИндияThapar Institute of Engineering and TechnologyIndia

2023

09042024

011146164

2024

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2323

Все крупнейшие экономики мира работают над достижением коммерческой рентабельности транспортных средств на топливных элементах и гибридных электромобилях в условиях ограниченных запасов ископаемого топлива, а также экологических факторов. Работая в аналогичном направлении, данный проект представляет собой экспериментальное исследование накопления ионного водорода в электроде с активированным углем, встроенном в модифицированный топливный элемент с обратимым полимерным электролитом для транспортных целей, который проводится с целью проверки экономической эффективности по сравнению с HEV. Разработан лабораторный ПЭФК, оснащенный автономным пористым электродом переменного тока для адсорбции/десорбции водорода. Разработанный ПЭФК проходит тестовый запуск, и записанные параметры сравниваются с типичными ПЭВ для анализа экономической эффективности с помощью программного обеспечения HOMER Pro microgrid. Полученные результаты подтверждают техническую осуществимость концепции и демонстрируют более низкую стоимость FCV по сравнению с HEV при фиксированном сроке службы. Входящий и выходящий водород в разработанном PEFC с активной площадью 6,25 см2 позволяет успешно накапливать 559,65 мАч/г во время зарядки и выделять 510,51 мАч/г во время разрядки. Различные такие ячейки могут быть установлены последовательно или параллельно, чтобы удовлетворить требования к нагрузке приводных двигателей HEV. Это первая попытка провести сравнение стоимости FCV и HEV в режиме реального времени, что поможет сделать выбор в пользу будущих транспортных средств в устойчивом обществе.

All the major economies across the globe have been working towards achieving a commercial viability of fuel cell-powered (FCV) and hybrid electric vehicles (HEV) amid limited fossil fuel reserves as well as environmental factors. Working in the similar direction, the presented work is an experimental investigation on ionic hydrogen storage in an activated carbon (AC) electrode integrated in a modified reversible polymer electrolyte fuel cell (PEFC) for transport applications that is carried out with an aim to check the cost benefits over the HEVs. A lab scale PEFC is developed and equipped with a self-standing porous aC electrode for hydrogen adsorption/desorption. The developed PEFC is test run and recorded parameters are compared with a typical HEV for cost benefit analysis using HOMER Pro microgrid software. The obtained results confirm the technical feasibility of the concept and showcase the lower cost of FCV compared to a HEV for a fixed span of running life time. The ingress and egress of hydrogen within the developed PEFC of 6.25 cm2 active area successfully stored 559.65 mAh/g during charging and give out 510.51 mAh/g while discharging. Various such cells could be stacked either in series or parallel to meet the load demand of the HEV drive motors. It is a maiden attempt to present a real-time cost comparison between a FCV and a HEV that would contribute towards make a selection of future vehicles in a sustainable society.

гибридный электромобильавтомобиль на топливных элементахионный водороднакопитель водородаактивированный уголь

hybrid electric vehiclefuel cell vehicleionic hydrogenhydrogen storageactivated carbon

Авторы благодарят Международный научный комитет Седьмого Всемирного конгресса WCAEE-2023 за возможность представить доклад на конференции ВОДОРОД-2023 (WCAEE-HPSA-2023)

The authors thank the International Scientific Committee of the Seventh World Congress WCAEE-2023 for the opportunity to present a report at the HYDROGEN- 2023 conference (WCAEE-HPSA-2023)

References1

Mikael Höök and Xu Tang. (2013). Depletion of fossil fuels and anthropogenic climate change — A review. Energy Policy, 52, 797-809. Doi: 10.1016/j.enpol.2012.10.046.

Iñigo Capellán-Péreza, Margarita Mediavilla, Carlos de Castro, Óscar Carpintero, Luis Javier Miguel. (2014). Fossil fuel depletion and socio-economic scenarios: An integrated approach. Energy, 77, 641-666. Doi: 10.1016/j.energy.2014.09.063.

Creina Day and Garth Day. (2017). Climate change, fossil fuel prices and depletion: The rationale for a falling export tax. Economic Modelling, 63, 153-160. Doi: 10.1016/j.econmod.2017.01.006.

Liu, S., Liu, K., Wang, K., Chen, X., & Wu, K. (2023). Fossil-fuel and food systems equally dominate anthropogenic methane emissions in China. Environmental Science & Technology, 57, 2495-2505. Doi: 10.1021/acs.est.2c07933.

Destek, M. A., & Pata, U. K. (2023). Carbon efficiency and sustainable environment in India: impacts of structural change, renewable energy consumption, fossil fuel efficiency, urbanization, and technological innovation. Environmental Science and Pollution Research, 30, 92224-92237. Doi: 10.1007/s11356-023-28641-3.

Transport uses 25 percent of world energy. (2015). The Maritime Executive. https://www.maritime-executive.com/article/transport-uses-25-percent-of-world-energy.

Dar, J., & Asif, M. (2023). Environmental feasibility of a gradual shift from fossil fuels to renewable energy in India: Evidence from multiple structural breaks cointegration. Renewable Energy, 202, 589-601. Doi: 10.1016/j.renene.2022.10.131.

Halkos, G., & Gkampoura, E. C. (2023). Assessing Fossil Fuels and Renewables’ Impact on Energy Poverty Conditions in Europe. Energies, 16, 560. Doi: 10.3390/en16010560.

Jozsef Popp, Sebastian Kot, Zoltan Lakner, Judit Oláh. (2018). Biofuel use: Peculiarities and implications. Journal of Security and Sustainability Issues, 7(3), 477-493. URL: https://journals.lka.lt/journal/jssi/article/1105/info.

Azni, M. A., Md Khalid, R., Hasran, U. A., & Kamarudin, S. K. (2023). Review of the effects of fossil fuels and the need for a hydrogen fuel cell policy in Malaysia. Sustainability, 15, 4033. Doi: 10.3390/su15054033.

Kim T., Song W., Son D. Y., Ono K. K., Qi Y. (2019). Lithium-ion batteries: outlook on present, future and hybridized technologies. Journal of Materials Chemistry A, 7, 2942-2964. Doi: 10.1039/C8TA10513H.

Capasso, C., & Veneri, O. (2014). Experimental analysis on the performance of lithium based batteries for road full electric and hybrid vehicles. Applied Energy, 136, 921-930. Doi: 10.1016/j.apenergy.2014.04.013.

Selvaraj, V., & Vairavasundaram, I. (2023). A comprehensive review of state of charge estimation in lithium-ion batteries used in electric vehicles. Journal of Energy Storage, 72, 108777. Doi: 10.1016/j.est.2023.108777.

Lain M. J., Kendrick E. (2021). Understanding the limitations of lithium ion batteries at high rates. Journal of Power Sources, 493, 229690. Doi: 10.1016/j.jpowsour.2021.229690.

Fedotov A. A., Popel O. S., Kiseleva S. V., Tarasenko A. B. (2021). Limitations for lithiumion batteries application in engine cold cranking. Journal of Physics: conference series, 1787, 012065. Doi: 10.1088/1742-6596/1787/1/012065.

Kirch A. (2020). The hydrogen revolution: An alternative to electric vehicles? https://www.openaccessgovernment.org/electric-vehicles/99170/.

Boretti, A. (2023). The perspective of hybrid electric hydrogen propulsion systems. International Journal of Hydrogen Energy. Doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.051.

Aminudin, M. A., Kamarudin, S. K., Lim, B. H., Majilan, E. H., Masdar, M. S., & Shaari, N. (2023). An overview: Current progress on hydrogen fuel cell vehicles. International Journal of Hydrogen Energy, 48, 4371-4388. Doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.10.156.

Hayre Ryan O'. (2016). Fuel cell fundamentals. John Wiley and Sons, Inc.

Singla, M. K., Gupta, J., Nijhawan, P., Alsharif, M. H., & Kim, M. K. (2023). Sustainable development of fuel cell using enhanced weighted mean of vectors algorithm. Heliyon, 9. Doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e14578.

Singla, M. K., Hassan, M. H., Gupta, J., Jurado, F., Nijhawan, P., & Kamel, S. (2023). An enhanced efficient optimization algorithm (EINFO) for accurate extraction of proton exchange membrane fuel cell parameters. Soft Computing, 27, 9619-9638. Doi: 10.1007/s00500-023-08092-1.

Nijhawan, P., Singla, M. K., & Gupta, J. (2023). A proposed hybrid model for electric power generation: a case study of Rajasthan, India. IETE Journal of Research, 69, 1952-1962. Doi: 10.1080/03772063.2021.1878940.

Singla, M. K., Gupta, J., Alsharif, M. H., & Jahid, A. (2023). Optimizing Integration of Fuel Cell Technology in Renewable Energy-Based Microgrids for Sustainable and Cost-Effective Energy. Energies, 16, 4482. Doi: 10.3390/en16114482.

Singla, M. K., Gupta, J., Singh, B., Nijhawan, P., Abdelaziz, A. Y., & El-Shahat, A. (2023). Parameter Estimation of Fuel Cells Using a Hybrid Optimization Algorithm. Sustainability, 15, 6676. Doi: 10.3390/su15086676.

Babel K., Janasiak D., Jurewicz K. (2012). Electrochemical hydrogen storage in activated carbons with different pore structures derived from certain lignocellulose materials. Carbon, 50(14), 5017-5026. Doi: 10.1016/j.carbon.2012.06.030.

Jurewicz K., Frackowiak E., Béguin F. (2002). Electrochemical storage of hydrogen in activated carbons. Fuel Processing Technology, 77-78, 415-421. Doi: 10.1016/S0378-3820(02)00092-9.

Alhousni, F. K., Alnaimi, F. B. I., Okonkwo, P. C., Ben Belgacem, I., Mohamed, H., & Barhoumi, E. M. (2023). Photovoltaic Power Prediction Using Analytical Models and Homer-Pro: Investigation of Results Reliability. Sustainability, 15, 8904. Doi: 10.3390/su15118904.

Basheer, Y., Qaisar, S. M., Waqar, A., Lateef, F., & Alzahrani, A. (2023). Investigating the Optimal DOD and Battery Technology for Hybrid Energy Generation Models in Cement Industry Using HOMER Pro. IEEE Access. Doi: 10.1109/ACCESS.2023.3300228.

Channi, H. K. (2023). Optimal designing of PV-diesel generator-based system using HOMER software. Materials Today: Proceedings. Doi: 10.1016/j.matpr.2023.01.053.

Steward D., Mayyas A., Mann M. (2019). Economics and Challenges of Li-Ion Battery Recycling from end-of-life vehicles. Procedia Manufacturing, 33, 272-279. Doi: 10.1016/j.promfg.2019.04.033.

Gusev, A. L. and T. N. Veziroglu. "Centenary Memorandum of November 13, 2006 to the Heads of the G8." International Scientific Journal of Alternative Energy and Ecology (ISJAEE) 3 (2007): 11.

https://www.researchgate.net/publication/374535307_ON_HYDROGEN_ENERGY_-THE_FOREVER_FUEL_A_CENTENNIAL_MEMORANDUM.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.