Dans les piles à combustible à hydrogène, l'hydrogène est envoyé à l'anode tandis que l'air est envoyé à la cathode. Un catalyseur d'anode, généralement du platine, sépare l'hydrogène en protons et en électrons, qui empruntent des chemins différents vers la cathode - les protons migrant à travers l'électrolyte, tandis que les électrons alimentent l'extérieur. circuit. A la cathode, ils s'unissent tous les deux à l'oxygène pour produire de l'eau et de la chaleur.
"La décision clé est de sélectionner la taille de la pile à combustible pour un rendement optimal", selon Spectrum Instrumentation - plus de cette société plus tard. « Les cellules plus grandes fournissent plus de puissance car il y a une plus grande surface catalytique, mais cela augmente le poids et le coût, en particulier avec le platine comme catalyseur typique. L'ajustement de l'espacement entre les électrodes dans la pile à combustible et l'amélioration des flux de gaz à travers la pile peuvent améliorer la réaction catalytique et donc les performances au lieu d'augmenter la taille.
Au-delà de cela, d'autres parties du système moins évidentes doivent être optimisées dans la conception et le fonctionnement, par exemple : l'extraction de la vapeur d'eau usée pour éviter le blocage de la surface catalytique et le réglage de l'évacuation de la chaleur pour une efficacité et une durée de vie optimales.
Au sujet de la durée de vie : selon ZBT, le département américain de l'Énergie a fixé des objectifs de durée de vie du système de pile à combustible dans des conditions de fonctionnement réalistes à 8,000 30,000 heures pour les véhicules légers, 80,000 XNUMX pour les camions lourds et XNUMX XNUMX pour les systèmes d'alimentation distribués.
Pour étayer théoriquement à la fois la conception et le fonctionnement, ZBT travaille sur un modèle précis de fonctionnement des piles à combustible à électrolyte polymère (PEM), le confirmant et le calant avec des mesures expérimentales.
Un élément clé de ceci est la cartographie et la modélisation dynamiques du chemin cathodique.
"Sur la base de ces modèles, un modèle de contrôle prédictif a été développé qui contrôle l'interaction du compresseur, des manettes des gaz et également de la charge de la pile à combustible", selon Spectrum. « Ceci est utilisé pour optimiser le fonctionnement – le point de fonctionnement de la pile à combustible peut être sélectionné pour être aussi économe en énergie que possible, et un raccourcissement indésirable de la durée de vie peut être évité. »
Là où la société de test et mesure Spectrum entre dans le projet, dans la mise à niveau de l'instrumentation sur le banc d'essai.
La dynamique des grains fins et la localisation de la réaction dans une pile à combustible se sont avérées cruciales, par exemple pour éviter un sous-approvisionnement local en réactifs ou pour maintenir des conditions de fonctionnement locales.
« Nous avons rapidement réalisé que la capture de données de taux de chaque seconde ne nous fournissait pas le niveau de détail dont nous avions besoin », a déclaré Gössling de ZBT. « Nous utilisons maintenant trois numériseurs Spectrum, qui ont amélioré notre capture de débit de données à 3 Méchantillons/s, ainsi que vingt canaux de données simultanés. Cela nous permet d'analyser les changements de pas dynamiques ainsi que d'analyser les hautes fréquences superposées à un niveau de détail incroyable.
Ce sont des numériseurs M2i.4652 à huit canaux. « La synchronisation des cartes et la connexion à l'environnement du banc d'essai étaient intuitives et elles ont parfaitement fonctionné dès le premier jour », a déclaré Gössling.
ZBT est une société anonyme à but non lucratif située dans le nord-ouest de l'Allemagne près de la frontière néerlandaise, détenue par l'Université de Duisburg-Essen.
Spectrum Instrumentation propose des numériseurs et des générateurs de signaux dans des formats comprenant des cartes PC (PCIe et PXIe) et des unités Ethernet autonomes (LXI). Elle fabrique ses produits en Allemagne.