Εξαρτήματα συστήματος κυψελών καυσίμου υδρογόνου

Για να διατηρηθεί η κανονική λειτουργία του αντιδραστήρα, το σύστημα κυψελών καυσίμου υδρογόνου χρειάζεται επίσης τη συνεργασία του συστήματος παροχής υδρογόνου, του συστήματος διαχείρισης νερού, του συστήματος αέρα και άλλων εξωτερικών βοηθητικών υποσυστημάτων. Τα αντίστοιχα εξαρτήματα του συστήματος περιλαμβάνουν αντλία κυκλοφορίας υδρογόνου, φιάλη υδρογόνου, υγραντήρα και αεροσυμπιεστή. Οι κυψέλες καυσίμου παράγουν πολύ νερό όταν βρίσκονται σε λειτουργία. Η πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε νερό θα προκαλέσει ένα φαινόμενο που ονομάζεται "ξηρό φιλμ", το οποίο εμποδίζει τη μετάδοση πρωτονίων. Η υπερβολική περιεκτικότητα σε νερό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα «υδραγωγοποίηση», η οποία εμποδίζει τη διάχυση του αερίου στο πορώδες μέσο, ​​με αποτέλεσμα τη χαμηλή τάση εξόδου του αντιδραστήρα. Η συσσώρευση ακαθαρσιών αερίων (N2) που διεισδύει από την πλευρά της καθόδου στην άνοδο εμποδίζει την επαφή μεταξύ του υδρογόνου και του στρώματος του καταλύτη, με αποτέλεσμα την τοπική «ασιτία υδρογόνου» και τη χημική διάβρωση. Επομένως, η ισορροπία του νερού είναι μεγάλης σημασίας για τη διάρκεια ζωής του αντιδραστήρα των κυψελών καυσίμου υδρογόνου PEM. Η λύση είναι η εισαγωγή εξοπλισμού κυκλοφορίας υδρογόνου (αντλία κυκλοφορίας, εγχυτήρας) στον αντιδραστήρα για να επιτευχθεί καθαρισμός αερίου, επαναχρησιμοποίηση υδρογόνου, ύγρανση υδρογόνου και άλλες λειτουργίες.

Η αντλία κυκλοφορίας υδρογόνου μπορεί να ελέγξει τη ροή του υδρογόνου σε πραγματικό χρόνο σύμφωνα με τις συνθήκες εργασίας και να βελτιώσει την απόδοση χρήσης του υδρογόνου. Ωστόσο, η «ευθραυστότητα του υδρογόνου» είναι εύκολο να συμβεί στο περιβάλλον που περιλαμβάνει υδρογόνο και βόλτα. Το φαινόμενο παγώματος σε χαμηλή θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει την αποτυχία της κανονικής λειτουργίας του συστήματος. Επομένως, η αντλία κυκλοφορίας υδρογόνου πρέπει να έχει ισχυρή αντίσταση στο νερό, σταθερή πίεση εξόδου και απόδοση χωρίς λάδια, η οποία είναι δύσκολη στην προετοιμασία και ακριβή στην κατασκευή. Ως εκ τούτου, έχουν αναπτυχθεί τα σχήματα μονής και διπλής εκτίναξης. Το πρώτο δεν είναι εύκολο να διατηρηθεί η σταθερότητα της ροής εργασίας υπό υψηλό/χαμηλό φορτίο, start-stop συστήματος, μεταβλητό φορτίο συστήματος και άλλες συνθήκες εργασίας, ενώ το δεύτερο μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικές συνθήκες εργασίας, αλλά έχει πολύπλοκη δομή και δύσκολο έλεγχο [18]. Υπάρχουν επίσης μερικοί εκτοξευτής και αντλία κυκλοφορίας υδρογόνου παράλληλα, το σχέδιο αντλίας κυκλοφορίας υδρογόνου με εκτοξευτήρα συν παράκαμψη, έχει επίσης ευδιάκριτα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Το 2010, η αμερικανική εταιρεία συμβούλων τεχνολογίας πρότεινε ένα σχέδιο συστήματος κύκλου υδρογόνου, το οποίο χρησιμοποιεί τα επιστρεφόμενα καυσαέρια για την υγρασία του εγχυόμενου υδρογόνου (χωρίς υγραντήρα ανόδου), το οποίο αντιπροσωπεύει την κατεύθυνση ανάπτυξης του μελλοντικού εξοπλισμού κύκλου υδρογόνου.

Ο αεροσυμπιεστής στο σύστημα κυψελών καυσίμου υδρογόνου μπορεί να παρέχει τον οξειδωτικό (αέρα) που ταιριάζει με την πυκνότητα ισχύος του αντιδραστήρα. Έχει τα πλεονεκτήματα της αναλογίας υψηλής πίεσης, μικρού όγκου, χαμηλού θορύβου, μεγάλης ισχύος, χωρίς λάδι και συμπαγή δομή. Ο κοινός ενσωματωμένος αεροσυμπιεστής κυψελών καυσίμου έχει τους τύπους φυγόκεντρου, βιδωτού, κυλιόμενου και ούτω καθεξής. Επί του παρόντος, οι αεροσυμπιεστές με κοχλία χρησιμοποιούνται ευρέως, αλλά οι φυγοκεντρικοί αεροσυμπιεστές έχουν περισσότερες προοπτικές εφαρμογής λόγω της καλής αεροστεγανότητάς τους, της συμπαγούς δομής, των μικρών κραδασμών και της υψηλής απόδοσης μετατροπής ενέργειας. Στα βασικά εξαρτήματα του αεροσυμπιεστή, ρουλεμάν, κινητήρας είναι η τεχνολογία συμφόρησης, το χαμηλό κόστος, το υλικό επίστρωσης με αντοχή στην τριβή είναι επίσης το επίκεντρο της ανάπτυξης. Η General Electric, η United Technologies, η Prager Energy, η Xcellsis της Γερμανίας, η Ballard Power Systems του Καναδά και η Toyota Motor Corporation της Ιαπωνίας διαθέτουν όλες εμπορικές σειρές προϊόντων αεροσυμπιεστών.