Dalam sel bahan bakar hidrogen, hidrogen diumpankan ke anoda sementara udara diumpankan ke katoda. Katalis anoda, biasanya platinum, memisahkan hidrogen menjadi proton dan elektron, yang mengambil jalur berbeda ke katoda – proton bermigrasi melalui elektrolit, sementara elektron memberi daya pada eksternal sirkit. Di katoda, keduanya bersatu dengan oksigen untuk menghasilkan air dan panas.
“Keputusan kuncinya adalah memilih ukuran sel bahan bakar untuk output yang optimal,” menurut Spectrum Instrumentation – lebih lanjut tentang perusahaan ini nanti. “Sel yang lebih besar memberikan lebih banyak output daya karena ada area permukaan katalis yang lebih besar, tetapi ini meningkatkan berat dan biaya, terutama dengan platinum sebagai katalis tipikal. Menyesuaikan jarak antara elektroda di tumpukan sel bahan bakar dan meningkatkan aliran gas melalui sel dapat meningkatkan reaksi katalitik dan karenanya kinerja alih-alih meningkatkan ukuran.
Di luar ini, bagian sistem lain yang kurang jelas harus dioptimalkan dalam desain dan operasi, misalnya: ekstraksi uap air limbah untuk menghindari pemblokiran permukaan katalitik, dan penyetelan penghilangan panas untuk efisiensi dan masa pakai terbaik.
Mengenai masa pakai: menurut ZBT, Departemen Energi AS telah menetapkan target untuk masa pakai sistem sel bahan bakar di bawah kondisi operasi yang realistis pada 8,000 jam untuk kendaraan ringan, 30,000 untuk truk tugas berat, dan 80,000 untuk sistem tenaga terdistribusi.
Untuk mendukung desain dan operasi secara teoritis, ZBT sedang mengerjakan model yang tepat dari operasi sel bahan bakar elektrolit polimer (PEM), mengonfirmasi dan mengkalibrasinya dengan pengukuran eksperimental.
Elemen kuncinya adalah pemetaan dan pemodelan jalur katoda secara dinamis.
“Atas dasar model ini, model kontrol prediktif telah dikembangkan yang mengontrol interaksi kompresor, throttle, dan juga beban sel bahan bakar,” menurut Spectrum. “Ini digunakan untuk mengoptimalkan operasi – titik operasi sel bahan bakar dapat dipilih seefisien mungkin, dan pemendekan masa pakai yang tidak diinginkan dapat dihindari.”
Di mana perusahaan pengujian dan pengukuran Spectrum masuk ke dalam proyek, dalam peningkatan instrumentasi pada rig eksperimental.
Dinamika butiran halus dan lokasi reaksi dalam sel bahan bakar ternyata sangat penting, misalnya untuk menghindari kekurangan pasokan reagen lokal atau untuk mempertahankan kondisi operasi lokal.
“Kami segera menyadari bahwa kecepatan pengambilan data setiap detik tidak memberikan tingkat detail halus yang kami butuhkan,” kata Gössling dari ZBT. “Kami sekarang menggunakan tiga digitizer Spectrum, yang meningkatkan pengambilan data rate kami menjadi 3Msample/s, serta memiliki dua puluh saluran data secara simultan. Ini memungkinkan kami untuk menganalisis perubahan langkah dinamis serta menganalisis frekuensi tinggi yang ditumpangkan pada tingkat detail yang luar biasa.”
Mereka adalah digitiser M2i.4652 delapan saluran. “Sinkronisasi kartu dan koneksi ke lingkungan bangku tes intuitif dan telah bekerja dengan sempurna sejak hari pertama,” kata Gössling.
ZBT adalah perusahaan terbatas nirlaba di barat laut Jerman dekat asrama Belanda, yang dimiliki oleh Universitas Duisburg-Essen.
Instrumentasi Spektrum menawarkan digitiser dan generator sinyal dalam format termasuk kartu PC (PCIe dan PXIe) dan unit Ethernet yang berdiri sendiri (LXI). Itu membuat produknya di Jerman.