Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΔΕ)

Permanent URI for this collection

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 5 of 78
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Non noble transition metal elements for the modification of Ni based electrodes in solid oxide fuel and electrolysis cells applications
    (2023-01-23) Σουβαλιώτη, Αθηνά; Souvalioti, Athina
    Water electrolysis via fuel cell technology is an efficient technique, which through the electro-chemical reaction produces H2 and O2. Alkaline water electrolysis takes place in low temperatures (<100oC), the electrodes are made of metal, the electrolyte is liquid usually KOH and the two electro-lyser chambers are divided by a diaphragm. This technology produces low purity hydrogen, is expen-sive and has low efficiency due to high operating voltage [8]. Proton Exchange Membrane (PEM) electrolysis cells/stacks operate at low temperature (e.g. 70 oC), have a proton conductive polymer membrane as electrolyte and comprise noble metal-containing electrodes (Pt/C-based and IrOx-based). They generally, succeed higher current densities, compared to the alkaline electrolyzer, but they are more expensive and inadequate for long term operation [9]. Another pathway is the high-temperature electrolysis of steam, using solid oxide electrolysis cell (SOEC). The latter technological proposal is more efficient due to more favorable thermodynamic and electrochemical kinetic condi-tions for the water splitting and exhibits the highest tolerance to CO contamination among all fuel cell technologies. In the present, alkaline and proton electrolysers are commercial but confront many issues. In order to be used as interconnectors for power balancing and energy storage, these systems need two separate features, one operating in the fuel cell mode and the other in the electrolysis mode. These configurations are complex and difficult to manage. On the other hand, solid oxide cells (SOCs) can operate as electrolysers and/or fuel cells, depending on the production needs [10]. Re-versible solid oxide cells have lower activation losses at lower current densities (in comparison to alkaline and PEM electrolytes) which indicates higher power generation during the fuel cell mode and decreased energy demands during electrolysis [8]. In general, RSOCs have many advantages in comparison with the other cell technologies. Poten-tially, such reversible SOCs can be combined with already existing energy technologies. RSOCs is the only system that can operate bi-directionally [10]. In the SOE mode, hydrogen is produced via Power-to-Gas process (P2G) and, the same module is able to operate in the reverse mode as SOFC and produce power, via Gas-to-Power process (G2P). It has been demonstrated that a SOFC system can achieve low electrode overvoltages even for high current densities. Furthermore, at SOEC operation an electrical-to-hydrogen conversion efficiency above 100% is feasible [8]. The RSOC is a very prom-ising technology, that has reduced capital expenses and energy requirements as there is no need for hydrogen’s transportation and delivery. RSOCs, can store energy for micro- grid or large context, as unique standalone solution or hybridised with other storage systems. RSOC system has a variety of applications. Great interest presents the possibility of direct electro-lyzing CO2, or even co-electrolyzing of CO2 and H2O simultaneously. The product of this process is syngas (CO and H2) which is a widely used fuel. Syngas is traditionally derived from fossil fuels, con-tributing to the greenhouse effect. Syngas from co-electrolysis in a SOEC system can be feedstock to produce every hydrocarbon that can be used in the chemical industry, refineries via Fischer-Tropsch synthesis or for the production of synthetic natural gas (SNG) via Sabatier process with zero environ-mental impact [11]. SOFC operation can distribute power as CHP unit (Combined Heat and Power), can generate power using natural gas or LPG (remote system), and backup power [12]. Fuel cell mode, with methane as fuel, generates high purity hydrogen through steam-reforming process and dry re-forming process. Additionally, surplus heat from coupling processes can be used or exported from the RSOC system, achieving surplus energy. SOCs due to the innovative functions, have been acknowl-edged appropriate for earthy and space applications. Hydrogen produced in RSOC system can be potential useful in the chemical, metallurgical and glass industry, directly as fuel for cars, and public transport generally, in refineries to replace fossil-based feedstocks, or for electricity and heat pro-duction [12]. So far SOCs technology is an innovative proposal, operating still at the lab-scale due to stability problems that prevent the widespread use and commercialization. Limited long-term durability and high capital costs are the key challenges to implement large scale power production. For large scale applications, the good scalability allows construction of stacks by assembling individual SOCs cells. By increasing the size of the cell and the stack, the cost per unit of product (power, fuel) minimizes, but the internal stack temperature increases causing degradation to the cells. Furthermore, an issue that has been noticed is the deactivation of the Ni/GDC (or Ni/YSZ) hydrogen/steam electrode, which is usually ascribed to nickel’s re-oxidation, coarsening, evaporation and agglomeration during H2O elec-trolysis, or/and carbon deposition during H2O/CO2 co-electrolysis. Oxidization of nickel by the for-mation of volatile compounds, such as nickel hydroxides results to decreased electronic conductivity and causes mechanical stress to the electrode [13]. Another disadvantage is the delamination of the oxygen electrode. In conclusion, it is believed that material’s failure accelerates cell’s degradation in long term operation [14], [15]. Fuel cells are an alternative to heat engines for electricity generation. The coefficient of perfor-mance of heat engines, where the produced heat by the combustion of a fuel is converted into me-chanical energy, it is not possible to exceed the Carnot coefficient of efficiency. Fuel cells are not subjected to this limitation and therefore their efficiency is usually greater than a thermal engine’s. Nevertheless, the overall disadvantage of RSOCs is the low Technology Readiness Level. More re-search and development must be carried out before rSOCs technology is ready for the general power and fuel market. Constantly efforts are conducting to optimize materials to give high performance and durability, with low-cost and long-term stable cells. Investigations are conducting of new and more tolerant fuel and oxygen electrodes and of optimization of operating conditions and adequate utilization of external heat sources [15]. This diploma thesis is an introduction to the key features and characteristics of RSOCs’ working principles and optimization of the fuel electrode, by means of chemical modification with transition metal elements, for water electrolysis and power production. Specifically, the presented assignment is part of a wider research study, which aims to elucidate the modifying effect from different loadings of Mo and Au in Ni/GDC, with the objective to find their optimum content, especially limiting Au, for stable and enhanced operation under RSOC mode.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Επεξεργασία τροφίμων με πλάσμα διηλεκτρικού φράγματος ατμοσφαιρικής πίεσης
    (2022-10-18) Τζινίδης, Παναγιώτης; Tzinidis, Panagiotis
    Στη παρούσα διπλωματική εξετάστηκε το ψυχρό πλάσμα ατμοσφαιρικής πίεσης ως μέθοδος επεξεργασίας τροφίμων με σκοπό την παράταση της διάρκειας ζωής τους. Γενικότερα, η αποτελεσματικότητα του πλάσματος στην επεξεργασία επιφανειών είναι αδιαμφισβήτητη. Όταν όμως αυτό χαρακτηρίζεται από χαμηλή θερμοκρασία καθίσταται ιδανικό για εφαρμογή σε πιο ευπαθή υλικά όπως τα τρόφιμα. Ταυτόχρονα, η χρήση ατμοσφαιρικού αέρα μειώνει δραματικά το κόστος της επεξεργασίας. Η χρήση του επομένως σε εφαρμογές επεξεργασίας τροφίμων χρήζει διερεύνησης.Στα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, για την παραγωγή του πλάσματος χρησιμοποιήθηκε διάταξη εκκένωσης διηλεκτρικού φράγματος (Dielectric Barrier Discharge). Με μια πληθώρα ηλεκτρικών μετρήσεων επιχειρήθηκε η εύρεση διάταξης κατάλληλης για επεξεργασία δειγμάτων τυριού. Τα δείγματα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με πλάσμα για διάφορους χρόνους και τιμές ισχύος. Βασικές προϋποθέσεις για οποιονδήποτε συνδυασμό συνθηκών κρίθηκαν η ελαχιστοποίηση της αλλοίωσης του δείγματος και η ομοιομορφία του πλάσματος. Έπειτα έγινε παρακολούθηση της αλλοίωσης των δειγμάτων σε βάθος χρόνου και εξετάστηκε μια ποικιλία μεθόδων αποθήκευσης για να βρεθεί η πιο αποτελεσματική. Για την ποσοτικοποίηση των αλλοιώσεων που εμφάνισαν τα δείγματα αναπτύχθηκε μια μορφή χρωματομετρίας, με την οποία εξετάστηκε η μεταβολή του χρώματος της επιφάνειας των δειγμάτων και ποσοτικοποιήθηκαν άλλες δομές που εμφανίστηκαν σε αυτά.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Ετερογενής ενεργοποίηση υπερθειικών αλάτων με χρήση καταλυτών BaxSr1-xNiO3
    (2022-11) Λαγουδάκη, Βασιλική; Lagoudaki, Vasiliki
    Τα τελευταία χρόνια, καταγράφεται αξιοσημείωτη αύξηση στην ανίχνευση φαρμακευτικών προϊόντων στις εκροές των μονάδων επεξεργασίας λυμάτων καθώς και στον υδροφόρο ορίζοντα. Για την αντιμετώπιση του συγκεκριμένου προβλήματος, οι Προηγμένες Διεργασίες Οξείδωσης (Advanced Oxidation Processes, AOPs) λαμβάνουν όλο και μεγαλύτερη προσοχή, λόγω των ελπιδοφόρων αποτελεσμάτων που εμφανίζουν στον καθαρισμό και την απολύμανση των υδάτων. Κοινός άξονας δράσης των διεργασιών αυτών είναι η δημιουργία δραστικών οξειδωτικών ειδών (κυρίως ριζών υδροξυλίου και θειικών ριζών). Μία πολλά υποσχόμενη κατηγορία των Προηγμένων Διεργασιών Οξείδωσης είναι η ενεργοποίηση υπερθειικών αλάτων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη της ετερογενούς ενεργοποίησης του υπερθειικού άλατος του νατρίου (Sodium persulfate, SPS) με χρήση καταλυτών της μορφής 〖Ba〗_x 〖Sr〗_(1-x) NiO_3 για την πλήρη διάσπαση του αντιβιοτικού σουλφαμεθοξαζόλη (Sulfamethoxazole, SMX) στο νερό. Για το λόγο αυτό παρασκευάστηκαν οι καταλύτες BaNiO_3 (BNO),〖 Ba〗_0.8 〖Sr〗_0.2 NiO_3 (BSNO) και 〖Ba〗_0.6 〖Sr〗_0.4 NiO_3 (B6S4NO), των οποίων ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε με τις μεθόδους: φυσικής ρόφησης αζώτου σε θερμοκρασία υγρού αζώτου (ΒΕΤ), περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD) και μέτρησης του δυναμικού ζ. Το 〖Ba〗_0.8 〖Sr〗_0.2 NiO_3 έδειξε υψηλή δραστικότητα όσον αφορά την ενεργοποίηση του SPS (500 mg/L), με αποτέλεσμα την πλήρη αποδόμηση 0.5 mg/L SMX σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επιπλέον δεν παρατηρήθηκαν φαινόμενα προσρόφησης και απευθείας οξείδωσης του SMX από το SPS. Περαιτέρω πειράματα διεξήχθησαν για την μελέτη της επίδρασης διαφόρων λειτουργικών παραμέτρων του συστήματος στην διάσπαση του SMX, όπως το pH, η συγκέντρωση του καταλύτη (250-750 mg/L), η συγκέντρωση του SPS (100-750 mg/L) και η συγκέντρωση του SMX (0.25-1 mg/L). Βρέθηκε ότι η διεργασία ευνοείται σε pH≈8, η αύξηση της συγκέντρωσης του SPS (100-500 mg/L) και της συγκέντρωσης του BSNO επιταχύνει το ρυθμό αποδόμησης του SMX καθώς και η μείωση της συγκέντρωσης του SMX οδηγεί σε μικρότερους χρόνους διάσπασης του ρύπου. Παράλληλα, με τη βοήθεια πειραμάτων που έγιναν παρουσία κατάλληλων ουσιών που δρουν σαν παγίδες ριζών, βρέθηκε ότι το κύριο οξειδωτικό είδος στην εν λόγω διεργασία είναι οι θειικές ρίζες. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση του είδους της υδατικής μήτρας στον ρυθμό της αντίδρασης με πειράματα που πραγματοποιήθηκαν τόσο σε πραγματικές όσο και σε συνθετικές υδατικές μήτρες, όπου παρατηρήθηκε ότι τα διττανθρακικά ιόντα (〖HCO〗_3^-) και το οργανικό φορτίο είναι παράγοντες που επιβραδύνουν τη διάσπαση του SMX.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Μελέτη δυναμικού επιφάνειας πολυακρυλικών υδρόφιλων ενδοφακών
    (2022-10-18) Ζιώμας, Γεώργιος; Ziomas, Georgios
    Η εμφάνιση καταρράκτη στον ανθρώπινο οφθαλμό αποτελεί μια αρκετά συνήθη πάθηση η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στην φυσιολογική γήρανση του. Για αυτό τον λόγο, η χειρουργική του καταρράκτη καθίσταται μια από τις συνηθέστερες επεμβάσεις που γίνονται στο ανθρώπινο σώμα παγκοσμίως. Η πάθηση αυτή ταλαιπωρεί τον άνθρωπο εδώ και πολλούς αιώνες και λόγω αυτού οι μέθοδοι αντιμετώπισής του εμφανίζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις μέσα στο χρόνο. Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί σε αυτόν τον επιστημονικό τομέα τις τελευταίες δεκαετίες καθώς έχουν πραγματοποιηθεί σημαντικές εξελίξεις, τόσο στον τεχνολογικό εξοπλισμό όσο και στην καλύτερη κατανόηση του φαινομένου. Από το 1980, ο κύριος τρόπος αντιμετώπισης είναι η φακοθρυψία, κατά την οποία με εφαρμογή υπερήχων θρυμματίζεται και απομακρύνεται με αναρρόφηση ο θολωμένος φυσικός φακός. Στη συνέχεια εισάγεται ενδοφάλμιος φακός, κατασκευασμένος από κατάλληλο βιοσυμβατό πολυμερικό υλικό. Το υλικό κατασκευής των ενδοφθάλμιων φακών (Intraocular Lenses, IOL) αποτελεί ζήτημα που έχει απασχολήσει ιδιαίτερα την επιστημονική κοινότητα και έχει μελετηθεί διεξοδικά. Διάφορα υλικά έχουν δοκιμαστεί για την αντικατάσταση του φυσικού κρυσταλλικού φακού, μερικά από τα οποία έδωσαν αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ άλλα χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Τα κύρια υλικά κατασκευής των πολυμερικών ενδοφακών είναι φακοί από σιλικόνη, από μεθακρυλικό πολυμεθυλεστέρα (PMMA) αλλά και εύκαμπτοι ακρυλικοί ενδοφακοί, κατασκευασμένοι από Πολύ (2-υδροξυαιθυλ μεθακρυλικό εστέρα), (PHEMA) οι οποίοι διακρίνονται σε υδρόφιλους και υδρόφοβους. Το 1949, το PMMA αποτέλεσε το πρώτο υλικό, το οποίο δοκιμάσθηκε στην εμφύτευση ενδοφακού σε ασθενή, διευρύνοντας με τον τρόπο αυτό τις προοπτικές στην χρήση βιοϋλικών ως εμφυτεύματα στον τομέα της κλινικής οφθαλμολογίας. Οι ενδοφακοί ΡΜΜΑ είναι υδρόφοβοι και η περιεκτικότητά τους σε νερό είναι < 0.5%. Αντίθετα οι ενδοφακοί από ΡΗΕΜΑ είναι υδρόφιλοι με περιεκτικότητα σε νερό μεταξύ 18-38%. Βασικό κριτήριο επιλογής ενός βιοϋλικού για θεραπευτική χρήση σε ανθρώπους, αποτελεί η βιοσυμβατότητά του, ώστε να περιοριστούν όσο το δυνατόν περισσότερο οι μετεγχειρητικές επιπλοκές. Οι υδρόφιλοι ακρυλικοί ενδοφακοί είναι πολύ εύκαμπτοι και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ευρύτατα, ιδιαίτερα στον Ευρωπαϊκό χώρο. Το πρόβλημα το οποίο εμφανίζουν οι υδρόφιλοι IOL είναι ότι ένα μικρό ποσοστό τους μετά την πάροδο χρόνου, ο οποίος ποικίλλει από μήνες έως και αρκετά χρόνια, εμφανίζουν θόλωση, η οποία οφείλεται στο σχηματισμό φωσφορικού ασβεστίου, στην επιφάνεια, στο εσωτερικό ή και στα δύο. Στην ιατρική βιβλιογραφία, υπάρχει αρκετή τεκμηρίωση εντοπισμού και ταυτοποίησης της ασβεστοποίησης των IOLs αλλά υπάρχουν ελάχιστες μελέτες, σχετικά με το μηχανισμό σχηματισμού των εναποθέσεων του φωσφορικού ασβεστίου, το οποίο έχει ταυτοποιηθεί ως κρυσταλλικός υδροξυαπατίτης (Ca5(PO4)3OH, HAP). H επικρατούσα επί του παρόντος άποψη, είναι ότι το πολυμερές ΡΗΕΜΑ διαθέτει δραστικές ομάδες -ΟΗ, οι οποίες ιοντίζονται μερικώς αναλόγως της τιμής του pH του ηλεκτρολυτικού διαλύματος με αποτέλεσμα τη δημιουργία επιφανειακών συμπλόκων του τύπου -Ο…Ca+ ή -Ο…Ca0…O-, τα οποία αποτελούν τα ενεργά κέντρα πυρηνογένεσης και κρυσταλλικής ανάπτυξης του ΗΑΡ λόγω της δημιουργίας τοπικά υψηλού υπερκορεσμού. Η υπόθεση αυτή, είναι δυνατό να ελεγχθεί με μετρήσεις του φορτίου της επιφάνειας του ΡΗΕΜΑ. Στην παρούσα μελέτη στόχος ήταν ο προσδιορισμός του ηλεκτροστατικού δυναμικού της επιφάνειας των υδρόφιλων ακρυλικών ενδοφακών από PHEMA. Συγκεκριμένα υπολογίστηκε το ζ δυναμικό των ενδοφακών, με ή χωρίς εναποθέσεις ΗΑΡ. Η μεθοδολογία των μετρήσεων ήταν αυτή της μέτρησης του δυναμικού ροής. Κατά τη ροή ηλεκτρολυτικού διαλύματος εφαπτομενικά προς ηλεκτρικά φορτισμένη επιφάνεια δημιουργείται δυναμικό ροής λόγω της διαφοράς δυναμικού η οποία δημιουργείται μεταξύ των άκρων μιας επιφάνειας, λόγω επιβράδυνσης των ιόντων με φορτίο αντίθετου προσήμου από την επιφάνεια ενώ λόγω απώσεων τα ομόσημα ιόντα απομακρύνονται ταχύτερα. Η διαφορά αυτή δυναμικού, μετρείται με ένα βολτόμετρο ακριβείας. Η ροή του ηλεκτρολύτη ως προς τη φορτισμένη επιφάνεια επιβάλλεται με διαφορά πιέσεως μεταξύ των δύο άκρων της επιφανείας. Λόγω του σχήματος και του μεγέθους των ενδοφακών, οι ενδοφακοί τεμαχίσθηκαν σε μικροσκοπικά σωματίδια μεγέθους 1 mm και τοποθετήθηκαν σε ειδική κυψελίδα δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό ένα πορώδες δισκίο, δια του οποίου πραγματοποιήθηκε ροή ηλεκτρολυτικού διαλύματος KCl. Από τις μετρούμενες τιμές του δυναμικού ροής υπολογίσθηκε σε κάθε περίπτωση η τιμή του δυναμικού ζ, του δυναμικού δηλαδή στο επίπεδο ολίσθησης της ηλεκτρικής διπλής στιβάδας η οποία δημιουργείται στη διαφασική επιφάνεια IOL/ Hλεκτρολύτη. Μετρήθηκε το δυναμικό ροής και υπολογίσθηκε το δυναμικό ζ, IOL συναρτήσει της συγκέντρωσης του ηλεκτρολύτη, ΚCl και βρέθηκε ότι σε συγκεντρώσεις <0.5 mΜ KCl η επιφανειακή αγωγιμότητα επηρεάζει τις μετρούμενες τιμές. Οι μετρήσεις αυτές, έγιναν και συναρτήσει της τιμής του pH του ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Βρέθηκε ότι το ισοηλεκτρικό σημείο των υδρόφιλων ακρυλικών ενδοφακών ΡΗΕΜΑ ήταν < pH 4, τιμή η οποία είναι παραπλήσια με την τιμή pK του μονομερούς ΗΕΜΑ. Αυξανομένης της τιμής του pH, οι τιμές του δυναμικού ζ ήταν πολύ αρνητικές και αυξάνονταν αυξανομένης της τιμής του pH σε συμφωνία με την αρχική υπόθεση ότι οι ιοντιζόμενες ομάδες -ΟΗ του ΡΗΕΜΑ είναι υπεύθυνες για το φορτίο της επιφάνειας. Οι εναποθέσεις ΗΑΡ στους IOL μετατόπισαν το ζ δυναμικό σε σημαντικά υψηλότερες αρνητικές τιμές. Η μετατόπιση αυτή ήταν αναμενόμενη δεδομένου του ότι μετρήσεις του δυναμικού ζ με την ίδια μέθοδο, του ΗΑΡ έδειξαν ότι έχει αρνητικές τιμές στην περιοχή τιμών του pH μεταξύ 6-10. Το αξιοσημείωτο είναι ωστόσο ότι το ζ δυναμικό των IOL PHEMA με τις εναποθέσεις ΗΑΡ ήταν πολύ μεγαλύτερο από το αναμενόμενο άθροισμα ζ δυναμικό ΗΑΡ και ζ δυναμικό ΡΗΕΜΑ. Αυτό δηλώνει την συνεργιστική αύξηση του αρνητικού δυναμικού της επιφάνειας των ασβεστοποιημένων IOL. Τροποποίηση της επιφάνειας των IOL με εναπόθεση στρωμάτων οξειδίου του γραφενίου (GO) έδειξαν πολύ υψηλές αρνητικές τιμές δυναμικού ζ, οι οποίες προφανώς οφείλονται στις καρβοξυλομάδες του GO. Η υπόθεση αυτή επιβεβαιώθηκε από μετρήσεις του δυναμικού ζ μετά την αναγωγή του GO προς ανηγμένο γραφένιο (RGO). Λόγω της αναγωγής των καρβοξυλομάδων και τη μετατροπή τους είτε σε C είτε σε καρβονυλομάδες =C=O, η τιμή του δυναμικού ζ μειώθηκε δραστικά.
  • Thumbnail Image
    Item
    Open Access
    Κατασκευή διατάξεων και μελέτη της λειτουργίας μιας συστοιχίας κελιών καυσίμου υδρογόνου τύπου PEM
    (2022-10-17) Λυμπεράκη, Μαρία Βασιλική; Lymperaki, Maria Vasiliki
    Οι κυψέλες καυσίμου αποτελούν ηλεκτροχημικές διατάξεις οι οποίες επιτρέπουν την απευθείας μετατροπή της χημικής ενέργειας ενός καυσίμου σε ηλεκτρική. Η λειτουργία τους βασίζεται σε μία αντίδραση οξείδωσης ενός καυσίμου η οποία λαμβάνει χώρα στην άνοδο και σε μία αντίδραση ανα-γωγής ενός οξειδωτικού μέσου η οποία λαμβάνει χώρα στην κάθοδο. Το κυριότερο καύσιμο που χρησιμοποιείται στις κυψέλες καυσίμου είναι το υδρογόνο το οποίο παράγεται συνήθως από διεργα-σίες αναμόρφωσης υδρογονανθράκων ή αλκοολών ενώ σαν οξειδωτικό χρησιμοποιείται αέρας ή κα-θαρό οξυγόνο. Οι κυψέλες καυσίμου πολυμερικής μεμβράνης (ΡΕΜ) χρησιμοποιούν ηλεκτρολύτη αγωγιμότητας Η+, λειτουργούν σε μεγάλο σχετικά θερμοκρασιακό εύρος μεταξύ των 40-200oC. Αποτελούν μία πολλά υποσχόμενη τεχνολογία λόγω των χαμηλών εκπομπών και υψηλών αποδόσεων η οποία μέχρι πρόσφατα εφαρμοζόταν κυρίως σε ερευνητικό επίπεδο εξαιτίας υψηλού κόστους και ζητημάτων ανθεκτικότητας και αξιοπιστίας, πλέον όμως, βρίσκεται πολύ κοντά στο στάδιο της εμπο-ρευματοποίησης. Η λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες (160-200oC, High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells, HT-PEMFCs) παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με την τεχνο-λογία των χαμηλών θερμοκρασιών (40-80oC, Low Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells, LT-PEMFCs), προσδίδοντας στην κυψελίδα υψηλότερη ανοχή σε ακαθαρσίες της τροφοδοσίας υδρογόνου (π.χ. μονοξείδιο του άνθρακα), ευκολότερη διαχείριση της εκλυόμενης θερμότητας και της υγρασίας, υψηλότερες κινητικές και αποδόσεις. Η τάση μιας μοναδιαίας κυψελίδας καυσίμου είναι πολύ χαμηλή για να τροφοδοτήσει εφαρμογές σε πραγματική κλίμακα και ως εκ τούτου, συνήθως, συνδέονται πολλές κυψελίδες σε σειρά για να σχηματίσουν μια συστοιχία κυψελίδων καυσίμου ικανή να παράξει μεγαλύτερη τάση. Μια συ-στοιχία PEMFC αποτελείται συνήθως από διπολικές πλάκες (bipolar plates), διατάξεις ηλεκτροδίου ηλεκτρολύτη (MEAs), στεγανοποιητικά υλικά (sealing gaskets) και τερματικές πλάκες (end plates). Γενικότερα, έχουν διεξαχθεί εκτεταμένες πειραματικές έρευνες όσον αφορά στην απόδοση μιας μοναδιαίας κυψελίδας PEMFC ενώ οι έρευνες σε επίπεδο συστοιχίας έχουν συγκεντρώσει χαμηλότερο ποσοστό ενδιαφέροντος. Η έρευνα ενός κελιού επικεντρώνεται κυρίως στις ιδιότητες των χρησιμοποιούμενων υλικών όπως ο πολυμερικός ηλεκτρολύτης, ο καταλύτης, το σχέδιο των καναλιών ροής της διπολικής πλάκας κ.ο.κ.. Η έρευνα σε επίπεδο συστοιχίας επικεντρώνεται κυρίως σε μακροσκοπικά ζητήματα όπως η απόδοση και η ανθεκτικότητα. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή, η λειτουργία και η αξιολόγηση της απόδοσης μιας συστοιχίας κυψελών καυσίμου HT-PEMFC ισχύος 1kW. Εκτενής έρευνα είχε πραγματοποιηθεί εκ των προτέρων από την εργαστηριακή ομάδα του Ι.Τ.Ε/Ι.Ε.Χ.ΜΗ επάνω σε μια συστοιχία κυψελών καυσίμου μικρότερης κλίμακας για την επιλογή των υλικών που στελεχώνουν την κυψέλη και για τον τρόπο συναρμολόγησής της. Πραγματοποιούνται, έτσι, μελέτες της βέλτιστης φόρτισης των ηλεκτροδίων ανόδου και καθόδου και κατά συνέπεια της ηλεκτροχημικής απόδοσης των διατάξεων ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη χρησιμοποιώντας την συστοιχία μικρής κλίμακας. Αυτές οι μελέτες παρείχαν, λοιπόν, τις απαραίτητες πληροφορίες και δεδομένα για την κατασκευή μιας μεταλλικής συστοιχίας HT-PEMFC ισχύος 1kW με εσωτερική υγρή ψύξη η οποία αποτελείται από τριάντα διατάξεις ηλεκτροδίου ηλεκτρολύτη των 200 cm2 και για πυκνότητα ρεύματος 0.3 A/cm2 και θερμοκρασία λειτουργίας ~180οC η παραγόμενη ισχύς της αγγίζει τα 1100 Watt.