トラックやバス用の水素燃料電池の詳細を覗き込む

水素燃料電池では、水素はアノードに供給され、空気はカソードに供給されます。 アノード触媒（通常はプラチナ）は、水素をプロトンと電子に分離します。これらは、カソードへの異なる経路をたどります。プロトンは電解質を通って移動し、電子は外部に電力を供給します。 回路。 陰極では、両方が酸素と結合して水と熱を生成します。

理論的には単純ですが、実際には、使用する燃料電池のサイズと設計、それを最大限に活用する制御システムなど、特定のアプリケーションに対して行うべき微妙な決定があります。

「重要な決定は、最適な出力を得るために燃料電池のサイズを選択することです」と、Spectrum Instrumentationによると、この会社の詳細は後で説明します。 「より大きなセルは、より大きな触媒表面積があるため、より多くの出力を提供しますが、これは、特に典型的な触媒としての白金の場合、重量とコストを増加させます。 燃料電池スタックの電極間の間隔を調整し、セルを通過するガスの流れを改善することで、サイズを大きくする代わりに、触媒反応を改善し、パフォーマンスを向上させることができます。」

これに加えて、他のあまり目立たないシステム部品は、設計と操作で最適化する必要があります。たとえば、触媒表面の閉塞を回避するための廃水蒸気の抽出、最高の効率と寿命のための熱除去の調整などです。

耐用年数について：ZBTによると、米国エネルギー省は、現実的な運転条件下での燃料電池システムの寿命の目標を、小型車で8,000時間、大型トラックで30,000時間、分散型電力システムで80,000時間に設定しています。

設計と操作の両方を理論的にサポートするために、ZBTは高分子電解質（PEM）燃料電池の操作の正確なモデルに取り組んでおり、実験測定でそれを確認および較正しています。

「燃料電池のコンピューターモデルは非常に洗練されているため、パフォーマンスに影響を与える多くの変数を調整して、どのような変更がパフォーマンスの向上をもたらすかを確認できます」と、ZBTシミュレーションリーダーのSönkeGössling氏は述べています。 「しかし、これらは単なる理論上のものなので、テストベンチ[左]実世界のパラメータの変更がパフォーマンスにどのように影響するかを確認できます。」

この重要な要素は、カソードパスを動的にマッピングおよびモデリングすることです。

「これらのモデルに基づいて、コンプレッサー、スロットル、さらには燃料電池の負荷の相互作用を制御する予測制御モデルが開発されました」と、Spectrum氏は述べています。 「これは、動作を最適化するために使用されます。燃料電池の動作点は、可能な限りエネルギー効率が高くなるように選択でき、耐用年数の望ましくない短縮を回避できます。」

テストおよび測定会社Spectrumがプロジェクトに参加する場合、実験装置の計装のアップグレード。

ダイナミクスのモデリングと測定

燃料電池の微細なダイナミクスと反応の位置は、たとえば試薬の局所的な供給不足を回避したり、局所的な動作条件を維持したりするために重要であることが判明しています。

「毎秒の速度のデータキャプチャでは、必要なレベルの詳細が提供されていないことにすぐに気付きました」とZBTのGössling氏は述べています。 「現在、3つのSpectrumデジタイザーを使用しています。これにより、データレートキャプチャがXNUMXMsample / sに向上し、同時にXNUMXのデータチャネルがあります。 これにより、動的なステップの変化を分析できるだけでなく、重ね合わせた高周波を信じられないほど詳細に分析することができます。」

それらは2チャンネルのM4652i.XNUMXデジタイザーです。 「カードの同期とテストベンチ環境への接続は直感的で、初日から完璧に機能しました」とGössling氏は述べています。

ZBTは、ドイツ北西部のオランダ国境近くにある非営利の有限会社で、デュイスブルクエッセン大学が所有しています。

Spectrum Instrumentationは、PCカード（PCIeおよびPXIe）およびスタンドアロンイーサネットユニット（LXI）を含むフォーマットでデジタイザーおよび信号発生器を提供します。 ドイツで製品を製造しています。