Componentes do sistema de célula de combustível de hidrogênio

A fim de manter a operação normal do reator, o sistema de célula de combustível de hidrogênio também precisa da cooperação do sistema de abastecimento de hidrogênio, sistema de gerenciamento de água, sistema de ar e outros subsistemas auxiliares externos. Os componentes do sistema correspondente incluem bomba de circulação de hidrogênio, garrafa de hidrogênio, umidificador e compressor de ar. As células de combustível produzem muita água quando estão em operação. Um teor de água muito baixo produzirá um fenômeno chamado "filme seco", que impede a transmissão de prótons. O teor excessivo de água pode resultar em "waterlogging", o que dificulta a difusão do gás no meio poroso, resultando em baixa tensão de saída do reator. O acúmulo de gás impuro (N2) que penetra do lado do cátodo para o ânodo obstrui o contato entre o hidrogênio e a camada do catalisador, resultando em "falta de hidrogênio" local e corrosão química. Portanto, o balanço de água é de grande importância para a vida do reator de células de combustível de hidrogênio PEM. A solução é introduzir equipamentos de circulação de hidrogênio (bomba de circulação, injetor) no reator para obter purga de gás, reutilização de hidrogênio, umidificação de hidrogênio e outras funções.

A bomba de circulação de hidrogênio pode controlar o fluxo de hidrogênio em tempo real de acordo com as condições de trabalho e melhorar a eficiência de utilização do hidrogênio. No entanto, a "fragilização por hidrogênio" é fácil de ocorrer no ambiente envolvendo hidrogênio e vadear. O fenômeno de congelamento em baixa temperatura pode fazer com que o sistema não funcione normalmente. Portanto, a bomba de circulação de hidrogênio precisa ter forte resistência à água, pressão de saída estável e desempenho isento de óleo, o que é difícil de preparar e caro de fabricar. Portanto, os esquemas de ejetor único e ejetor duplo foram desenvolvidos. O primeiro não é fácil de manter a estabilidade do fluxo de trabalho sob carga alta/baixa, sistema start-stop, carga variável do sistema e outras condições de trabalho, enquanto o último pode se adaptar a diferentes condições de trabalho, mas possui estrutura complexa e difícil controle [18]. Há também algum ejetor e bomba de circulação de hidrogênio em paralelo, ejetor mais esquema de bomba de circulação de hidrogênio de desvio, também tem vantagens e desvantagens distintas. Em 2010, a empresa de consultoria de tecnologia americana propôs um projeto de sistema de ciclo de hidrogênio, que usa o gás de exaustão retornado para umidificar o hidrogênio injetado (sem umidificador de ânodo), que representa a direção de desenvolvimento do futuro equipamento de ciclo de hidrogênio.

O compressor de ar no sistema de célula de combustível de hidrogênio pode fornecer o oxidante (ar) que corresponda à densidade de potência do reator. Tem as vantagens de alta taxa de pressão, pequeno volume, baixo ruído, grande potência, sem óleo e estrutura compacta. O compressor de ar de célula de combustível comum a bordo tem os tipos de centrífuga, parafuso, rolagem e assim por diante. Atualmente, os compressores de ar de parafuso são amplamente utilizados, mas os compressores de ar centrífugos têm mais perspectivas de aplicação devido à sua boa estanqueidade, estrutura compacta, pequena vibração e alta eficiência de conversão de energia. Nos principais componentes do compressor de ar, rolamento, motor é a tecnologia de gargalo, baixo custo, material de revestimento de resistência ao atrito também é o foco do desenvolvimento. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis da Alemanha, Ballard Power Systems do Canadá e Toyota Motor Corporation do Japão têm linhas de produtos de compressores de ar comerciais.