Effect van bevochtiging en celverwarming op de operationele stabiliteit van polymeerelektrolytmembraanbrandstofcellen

Effect van bevochtiging en celverwarming op de operationele stabiliteit van polymeerelektrolytmembraanbrandstofcellen

De commercialisering van de PEM-brandstofcel wordt gehinderd door een aantal factoren, waaronder de opslag van waterstof, water en thermisch beheer, katalysatorvergiftiging, corrosie in koperen stroomcollectoren. Het probleem met het waterbeheer ontstaat voornamelijk als gevolg van de waterproductie (d.w.z. overstromingen) als gevolg van de elektrochemische reacties, wat leidt tot een vertraging van de elektrochemische reactiesnelheid, wat effectief resulteert in een daling van de productie. Daarom moet het waterbeheerprobleem van de PEM-brandstofcel ook in detail worden bestudeerd, en moeten er oplossingen worden gevonden voor een betere commercialisering van de PEM-brandstofceltechnologie. Methoden zoals het zuiveren van water dat zich in de anodezijde heeft opgehoopt tijdens de werking van de PEM-brandstofcel. kan helpen bij het waterbeheer en het handhaven van de stabiele werking van de cel. Het is bekend dat tal van andere factoren, waaronder bedrijfstemperatuur, druk en bevochtiging van de gasstroom, een aanzienlijke invloed hebben op de prestaties van de PEM-brandstofcel. Het begrijpen van de impact van deze factoren op de werking van brandstofcellen is cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van PEM-brandstofcellen. De bedrijfstemperatuur van de cel heeft een dramatische invloed op de elektrische en thermische efficiëntie, evenals op de prestaties van de PEM-brandstofcel. Experimenteel werd geïllustreerd hoe de bedrijfsceltemperatuur de polarisatiecurve beïnvloedde wanneer de inlaatgasreactanten werden verwarmd tot 75°C, 80°C, 85 °C en 90 °C. Er werd gevonden dat bij matige tot hoge stroomdichtheden de prestaties van de brandstofcel aanzienlijk toenamen bij een stijging van de celtemperatuur.

Ze ontdekten dat de cyclustijd van de druppels drastisch afnam van 14 s naar 0,5 s wanneer de celtemperatuur steeg van 25°C naar 75°C. En ontdekte dat het verhogen van de bedrijfstemperatuur van 120°C naar 200°C de efficiëntie van de brandstofcel verbeterde; niettemin werd beweerd dat de optimale bedrijfstemperatuur in het bereik van 160°C -180°C lag om een hoge vermogensdichtheid en lagere onderhoudskosten te verkrijgen.

Het is bekend dat de prestaties van de PEM-brandstofcel aanzienlijk zullen worden beïnvloed door de bevochtiging aan de kathode- en anodezijde, omdat deze de waterbalans in de cel regelt. Om de waterbalans in de cel te verbeteren, werd het water dat tijdens de werking in de cel werd gegenereerd, gebruikt voor hydratatie van de reactanten, en dit wordt beschouwd als zelfbevochtiging. Zelfbevochtiging vermindert de noodzaak van een extern bevochtigingssysteem. Zo kunnen zowel het gewicht als de kosten van de PEM-brandstofcelsystemen in grote mate worden verlaagd. Veel onderzoekswerk is gericht op de experimenten en ontwikkelde modellen om het effect van zelfbevochtiging op de prestaties van de PEM-brandstofcel te begrijpen. Onderzoekde de verdeling van water in de cel onder drooggaswerking door de hoeveelheid water aan de anode- en kathodezijde te meten en bevestigde dat onder verschillende bedrijfsomstandigheden de terugdiffusie van water naar de anode het belangrijkste mechanisme was voor het beheren van water in de zelfbevochtigde PEM-brandstofcel.