En las pilas de combustible de hidrógeno, el hidrógeno se alimenta al ánodo mientras que el aire se alimenta al cátodo. Un catalizador de ánodo, típicamente platino, separa el hidrógeno en protones y electrones, que toman diferentes caminos hacia el cátodo: los protones migran a través del electrolito, mientras que los electrones alimentan el externo. circuito. En el cátodo, ambos se unen con el oxígeno para producir agua y calor.
“La decisión clave es seleccionar el tamaño de la celda de combustible para un rendimiento óptimo”, según Spectrum Instrumentation, más de esta compañía más adelante. “Las celdas más grandes proporcionan más potencia de salida ya que hay una mayor área de superficie del catalizador, pero esto aumenta el peso y el costo, especialmente con platino como catalizador típico. Ajustar el espacio entre los electrodos en la pila de celdas de combustible y mejorar los flujos de gas a través de la celda puede mejorar la reacción catalítica y, por lo tanto, el rendimiento en lugar de aumentar el tamaño ".
Más allá de esto, otras partes del sistema menos obvias deben optimizarse en diseño y operación, por ejemplo: la extracción de vapor de agua residual para evitar el bloqueo de la superficie catalítica y el ajuste de la eliminación de calor para una mejor eficiencia y vida útil.
Sobre el tema de la vida útil: según ZBT, el Departamento de Energía de EE. UU. Ha establecido objetivos para la vida útil del sistema de celdas de combustible en condiciones de funcionamiento realistas en 8,000 horas para vehículos ligeros, 30,000 para camiones pesados y 80,000 para sistemas de energía distribuida.
Para respaldar teóricamente tanto el diseño como la operación, ZBT está trabajando en un modelo preciso de operación de celda de combustible de electrolito de polímero (PEM), confirmándolo y calibrándolo con mediciones experimentales.
Un elemento clave de esto es mapear y modelar dinámicamente la ruta del cátodo.
“Sobre la base de estos modelos, se ha desarrollado un modelo de control predictivo que controla la interacción del compresor, los aceleradores y también la carga de la pila de combustible”, según Spectrum. "Esto se utiliza para optimizar el funcionamiento: el punto de funcionamiento de la pila de combustible se puede seleccionar para que sea lo más eficiente en energía posible y se puede evitar un acortamiento indeseable de la vida útil".
Donde la empresa de pruebas y medición Spectrum entra en el proyecto, en la actualización de la instrumentación en el equipo experimental.
La dinámica de grano fino y la ubicación de la reacción en una celda de combustible han resultado ser cruciales, por ejemplo, para evitar el escaso suministro local de reactivos o para mantener las condiciones operativas locales.
“Rápidamente nos dimos cuenta de que la captura de datos de la velocidad de cada segundo no nos estaba proporcionando el nivel de detalle que necesitábamos”, dijo Gössling de ZBT. “Ahora usamos tres digitalizadores Spectrum, que mejoraron nuestra velocidad de captura de datos a 3 Mmuestras / s, además de tener veinte canales de datos simultáneos. Esto nos permite analizar los cambios de pasos dinámicos, así como analizar las altas frecuencias superpuestas con un increíble nivel de detalle ”.
Son digitalizadores M2i.4652 de ocho canales. “La sincronización de las tarjetas y la conexión con el entorno del banco de pruebas fue intuitiva y han funcionado perfectamente desde el primer día”, dijo Gössling.
ZBT es una sociedad anónima sin fines de lucro en el noroeste de Alemania cerca de la frontera holandesa, propiedad de la Universidad de Duisburg-Essen.
Spectrum Instrumentation ofrece digitalizadores y generadores de señales en formatos que incluyen tarjetas de PC (PCIe y PXIe) y unidades Ethernet independientes (LXI). Fabrica sus productos en Alemania.