Купить (120 RUB)
|сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Хранение водорода в активированном угле для транспортных средств, работающих на топливных элементах: экономически эффективный и устойчивый подход
https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.146-164
Аннотация
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.
Ключевые слова
гибридный электромобиль,
автомобиль на топливных элементах,
ионный водород,
накопитель водорода,
активированный уголь
При поддержке: Авторы благодарят Международный научный комитет Седьмого Всемирного конгресса WCAEE-2023 за возможность представить доклад на конференции ВОДОРОД-2023 (WCAEE-HPSA-2023)
Об авторах
Маниш Кумар Сингла
Инженерно-технологический институт Университета Читкара, Университет Читкара
Индия
Индия
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
Джиоти Гупта
Университет К.Р. Мангалама
Индия
Индия
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
М. Сафаралиев
Уральский федеральный университет
Россия
Россия
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 долгосрочное
прогнозирование нагрузки и генераций; Публикации: более 100 научных статьей
Параг Нижаван
Тапарский инженерно-технологический институт
Индия
Индия
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
Амандип Сингх Оберой
Тапарский инженерно-технологический институт
Индия
Индия
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
Список литературы
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Transport uses 25 percent of world energy. (2015). The Maritime Executive. https://www.maritime-executive.com/article/transport-uses-25-percent-of-world-energy.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. Kirch A. (2020). The hydrogen revolution: An alternative to electric vehicles? https://www.openaccessgovernment.org/electric-vehicles/99170/.
17. Boretti, A. (2023). The perspective of hybrid electric hydrogen propulsion systems. International Journal of Hydrogen Energy. Doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.051.
18. 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.
19. Hayre Ryan O'. (2016). Fuel cell fundamentals. John Wiley and Sons, Inc.
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. 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.
24. 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.
25. 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.
26. 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.
27. 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.
28. 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.
29. 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.
30. 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.
31. 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.
32. https://www.researchgate.net/publication/374535307_ON_HYDROGEN_ENERGY_-THE_FOREVER_FUEL_A_CENTENNIAL_MEMORANDUM.
Рецензия
Для цитирования:
Сингла М.К., Гупта Д., Сафаралиев М., Нижаван П., Оберой А.С. Хранение водорода в активированном угле для транспортных средств, работающих на топливных элементах: экономически эффективный и устойчивый подход. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2023;(11):146-164. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.146-164
For citation:
Singla M.K., Gupta J., Safaraliev M., Nijhawan P., Oberoi A.S. Hydrogen storage in activated carbon for fuel cell-powered vehicles: a cost-effective and sustainable approach. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023;(11):146-164. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.11.146-164
Просмотров:
115
Послать статью по эл. почте 