В водородных топливных элементах водород подается на анод, а воздух - на катод. Анодный катализатор, обычно платиновый, разделяет водород на протоны и электроны, которые идут к катоду разными путями - протоны мигрируют через электролит, в то время как электроны питают внешнюю энергию. схема. На катоде они оба соединяются с кислородом, чтобы произвести воду и тепло.
«Ключевое решение - выбрать размер топливного элемента для оптимальной производительности», - сообщает Spectrum Instrumentation - подробнее об этой компании позже. «Ячейки большего размера обеспечивают большую выходную мощность, поскольку имеют большую площадь поверхности катализатора, но это увеличивает вес и стоимость, особенно с платиной в качестве типичного катализатора. Регулировка расстояния между электродами в батарее топливных элементов и улучшение потоков газа через элемент может улучшить каталитическую реакцию и, следовательно, производительность вместо увеличения размера ».
Помимо этого, другие менее очевидные части системы должны быть оптимизированы по конструкции и работе, например: отвод отработанного водяного пара, чтобы избежать блокировки каталитической поверхности, и настройка отвода тепла для обеспечения максимальной эффективности и срока службы.
Что касается срока службы: согласно ZBT, министерство энергетики США установило целевые показатели срока службы топливных элементов в реальных условиях эксплуатации на уровне 8,000 часов для легковых автомобилей, 30,000 80,000 часов для тяжелых грузовиков и XNUMX XNUMX часов для распределенных энергосистем.
Чтобы теоретически обосновать как дизайн, так и работу, ZBT работает над точной моделью работы топливного элемента с полимерным электролитом (PEM), подтверждая и калибруя ее с помощью экспериментальных измерений.
Ключевым элементом этого является динамическое отображение и моделирование катодного пути.
«На основе этих моделей была разработана прогнозирующая модель управления, которая контролирует взаимодействие компрессора, дросселей, а также нагрузку на топливный элемент», - сообщает Spectrum. «Это используется для оптимизации работы - рабочая точка топливного элемента может быть выбрана как можно более энергоэффективной, и можно избежать нежелательного сокращения срока службы».
Где в проект входит испытательная и измерительная компания «Спектрум» - модернизация контрольно-измерительной аппаратуры на экспериментальной установке.
Мелкозернистая динамика и расположение реакции в топливном элементе оказались решающими, например, для предотвращения местного дефицита реагентов или для поддержания местных рабочих условий.
«Мы быстро поняли, что сбор данных с частотой каждой секунды не дает нам необходимого уровня детализации», - сказал Гесслинг из ZBT. «Сейчас мы используем три дигитайзера Spectrum, которые улучшили нашу скорость захвата данных до 3 млн отсчетов / с, а также получили двадцать каналов данных одновременно. Это позволяет нам анализировать динамические ступенчатые изменения, а также анализировать наложенные высокие частоты с невероятным уровнем детализации ».
Это восьмиканальный дигитайзер М2и.4652. «Синхронизация карт и подключение к среде испытательного стенда были интуитивно понятными, и они отлично работали с первого дня», - сказал Гесслинг.
ZBT - это некоммерческая компания с ограниченной ответственностью, расположенная на северо-западе Германии недалеко от голландской границы, принадлежащая Университету Дуйсбург-Эссен.
Spectrum Instrumentation предлагает дигитайзер и генераторы сигналов в форматах, включая PC-карты (PCIe и PXIe) и автономные блоки Ethernet (LXI). Производит свою продукцию в Германии.