في خلايا وقود الهيدروجين ، يتم تغذية الهيدروجين إلى القطب الموجب بينما يتم تغذية الهواء إلى القطب السالب. محفز الأنود ، عادة البلاتين ، يفصل الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات ، والتي تأخذ مسارات مختلفة إلى الكاثود - البروتونات المهاجرة عبر الإلكتروليت ، بينما تعمل الإلكترونات على الطاقة الخارجية الدارة الكهربائية. عند الكاثود ، يتحد كلاهما مع الأكسجين لإنتاج الماء والحرارة.
"القرار الأساسي هو تحديد حجم خلية الوقود للحصول على أفضل إنتاج" ، وفقًا لـ Spectrum Instrumentation - المزيد من هذه الشركة لاحقًا. "توفر الخلايا الأكبر حجمًا خرج طاقة أكبر نظرًا لوجود مساحة سطح محفز أكبر ، ولكن هذا يزيد من الوزن والتكلفة ، خاصة مع البلاتين كمحفز نموذجي. يمكن أن يؤدي ضبط التباعد بين الأقطاب الكهربائية في كومة خلايا الوقود وتحسين تدفقات الغاز عبر الخلية إلى تحسين التفاعل التحفيزي وبالتالي الأداء بدلاً من زيادة الحجم ".
علاوة على ذلك ، يجب تحسين أجزاء النظام الأخرى الأقل وضوحًا في التصميم والتشغيل ، على سبيل المثال: استخراج بخار مياه الصرف لتجنب انسداد السطح الحفاز ، وضبط إزالة الحرارة للحصول على أفضل كفاءة وعمر.
فيما يتعلق بموضوع عمر الخدمة: وفقًا لـ ZBT ، حددت وزارة الطاقة الأمريكية أهدافًا لعمر نظام خلايا الوقود في ظل ظروف تشغيل واقعية عند 8,000 ساعة للمركبات الخفيفة ، و 30,000 للشاحنات الثقيلة و 80,000 لأنظمة الطاقة الموزعة.
لدعم كل من التصميم والتشغيل نظريًا ، تعمل ZBT على نموذج دقيق لتشغيل خلية وقود البوليمر المنحل بالكهرباء (PEM) ، وتأكيدها ومعايرتها بالقياسات التجريبية.
العنصر الأساسي في ذلك هو رسم الخرائط ونمذجة مسار الكاثود ديناميكيًا.
وفقًا لـ Spectrum ، "على أساس هذه النماذج ، تم تطوير نموذج تحكم تنبؤي يتحكم في تفاعل الضاغط ، والخانق ، وكذلك حمل خلية الوقود". "يستخدم هذا لتحسين التشغيل - يمكن اختيار نقطة تشغيل خلية الوقود لتكون موفرة للطاقة قدر الإمكان ، ويمكن تجنب التقصير غير المرغوب فيه في عمر الخدمة."
حيث تدخل شركة Spectrum للاختبار والقياس في المشروع ، في ترقية الأجهزة على منصة الحفر التجريبية.
لقد تبين أن ديناميكيات الحبيبات الدقيقة وموقع التفاعل في خلية الوقود أمران حاسمان ، على سبيل المثال لتجنب نقص الإمداد المحلي للكواشف أو للحفاظ على ظروف التشغيل المحلية.
قال Gössling من ZBT: "لقد أدركنا بسرعة أن معدل التقاط البيانات لكل ثانية لا يوفر لنا مستوى التفاصيل الدقيقة التي نحتاجها". "نستخدم الآن ثلاثة أجهزة رقمية للطيف الترددي ، مما أدى إلى تحسين التقاط معدل البيانات لدينا إلى 3Msample / s ، بالإضافة إلى وجود عشرين قناة بيانات متزامنة. يتيح لنا ذلك تحليل تغييرات الخطوة الديناميكية وكذلك تحليل الترددات العالية المتراكبة بمستوى مذهل من التفاصيل ".
هم ثمانية قنوات M2i.4652 digitisers. قال Gössling: "كانت مزامنة البطاقات والاتصال ببيئة مقاعد الاختبار أمرًا بديهيًا وعملوا بشكل مثالي منذ اليوم الأول".
ZBT هي شركة محدودة غير ربحية في شمال غرب ألمانيا بالقرب من الحدود الهولندية ، مملوكة لجامعة Duisburg-Essen.
توفر Spectrum Instrumentation مولدات رقمية وإشارات بتنسيقات تشمل بطاقات الكمبيوتر الشخصي (PCIe و PXIe) ووحدات Ethernet المستقلة (LXI). تصنع منتجاتها في ألمانيا.