Componenti del sistema di celle a combustibile a idrogeno

Per mantenere il normale funzionamento del reattore, il sistema di celle a combustibile a idrogeno necessita anche della collaborazione del sistema di alimentazione dell'idrogeno, del sistema di gestione dell'acqua, del sistema dell'aria e di altri sottosistemi ausiliari esterni. I componenti del sistema corrispondenti includono la pompa di circolazione dell'idrogeno, la bombola dell'idrogeno, l'umidificatore e il compressore d'aria. Le celle a combustibile producono molta acqua quando sono in funzione. Un contenuto d'acqua troppo basso produrrà un fenomeno chiamato "film secco", che impedisce la trasmissione di protoni. L'eccessivo contenuto d'acqua può provocare "ristagno", che ostacola la diffusione del gas nel mezzo poroso, con conseguente bassa tensione di uscita del reattore. L'accumulo di gas di impurità (N2) che penetra dal lato del catodo verso l'anodo ostruisce il contatto tra l'idrogeno e lo strato di catalizzatore, con conseguente "carenza di idrogeno" locale e corrosione chimica. Pertanto, l'equilibrio dell'acqua è di grande importanza per la vita del reattore delle celle a combustibile a idrogeno PEM. La soluzione consiste nell'introdurre apparecchiature per la circolazione dell'idrogeno (pompa di circolazione, iniettore) nel reattore per ottenere lo spurgo del gas, il riutilizzo dell'idrogeno, l'umidificazione dell'idrogeno e altre funzioni.

La pompa di circolazione dell'idrogeno può controllare il flusso di idrogeno in tempo reale in base alle condizioni di lavoro e migliorare l'efficienza di utilizzo dell'idrogeno. Tuttavia, è facile che si verifichi "infragilimento da idrogeno" nell'ambiente che coinvolge l'idrogeno e il guado. Il fenomeno del congelamento a bassa temperatura può causare il malfunzionamento del sistema. Pertanto, la pompa di circolazione dell'idrogeno deve avere una forte resistenza all'acqua, una pressione di uscita stabile e prestazioni senza olio, che è difficile da preparare e costosa da produrre. Pertanto, sono stati sviluppati gli schemi di espulsore singolo e doppio espulsore. Il primo non è facile da mantenere la stabilità del flusso di lavoro in condizioni di carico alto/basso, sistema start-stop, carico variabile del sistema e altre condizioni di lavoro, mentre il secondo può adattarsi a diverse condizioni di lavoro ma ha una struttura complessa e un controllo difficile [18]. Ci sono anche alcuni eiettore e pompa di circolazione dell'idrogeno in parallelo, lo schema della pompa di circolazione dell'idrogeno eiettore più bypass, presenta anche vantaggi e svantaggi distinti. Nel 2010, la società di consulenza tecnologica americana ha proposto un progetto del sistema del ciclo dell'idrogeno, che utilizza il gas di scarico restituito per umidificare l'idrogeno iniettato (senza umidificatore anodico), che rappresenta la direzione di sviluppo della futura apparecchiatura del ciclo dell'idrogeno.

Il compressore d'aria nel sistema di celle a combustibile a idrogeno può fornire l'ossidante (aria) che corrisponde alla densità di potenza del reattore. Presenta i vantaggi di un rapporto di pressione elevato, volume ridotto, bassa rumorosità, grande potenza, assenza di olio e struttura compatta. Il comune compressore d'aria a celle a combustibile di bordo ha i tipi di centrifugo, vite, scroll e così via. Attualmente, i compressori d'aria a vite sono ampiamente utilizzati, ma i compressori d'aria centrifughi hanno maggiori prospettive di applicazione grazie alla loro buona tenuta all'aria, alla struttura compatta, alle vibrazioni ridotte e all'elevata efficienza di conversione dell'energia. Nei componenti chiave del compressore d'aria, cuscinetto, motore è la tecnologia del collo di bottiglia, a basso costo, materiale di rivestimento resistenza all'attrito è anche al centro dello sviluppo. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis of Germany, Ballard Power Systems of Canada e Toyota Motor Corporation of Japan hanno tutte linee di prodotti per compressori d'aria commerciali.