Componenten van het waterstof-brandstofcelsysteem

Om de normale werking van de reactor te behouden, heeft het waterstof-brandstofcelsysteem ook de samenwerking nodig van het waterstoftoevoersysteem, het waterbeheersysteem, het luchtsysteem en andere externe hulpsubsystemen. De bijbehorende systeemcomponenten omvatten een waterstofcirculatiepomp, een waterstoffles, een luchtbevochtiger en een luchtcompressor. Brandstofcellen produceren veel water als ze in bedrijf zijn. Een te laag watergehalte veroorzaakt een fenomeen dat "droge film" wordt genoemd en dat de overdracht van protonen verhindert. Een te hoog watergehalte kan leiden tot "wateroverlast", wat de diffusie van gas in het poreuze medium belemmert, wat resulteert in een lage uitgangsspanning van de reactor. De opeenhoping van onzuiverheidsgas (N2) dat van de kathodezijde naar de anode dringt, belemmert het contact tussen waterstof en de katalysatorlaag, wat resulteert in lokale "waterstofgebrek" en chemische corrosie. Daarom is de waterbalans van groot belang voor de reactorlevensduur van PEM-waterstofbrandstofcellen. De oplossing is om waterstofcirculatieapparatuur (circulatiepomp, injector) in de reactor te introduceren om gaszuivering, hergebruik van waterstof, waterstofbevochtiging en andere functies te bereiken.

De waterstofcirculatiepomp kan de waterstofstroom in realtime regelen op basis van de werkomstandigheden en de efficiëntie van het waterstofgebruik verbeteren. "Waterstofbrosheid" treedt echter gemakkelijk op in de omgeving met waterstof en waden. Het bevriezingsfenomeen bij lage temperaturen kan ertoe leiden dat het systeem niet normaal werkt. Daarom moet de waterstofcirculatiepomp een sterke waterbestendigheid, een stabiele uitvoerdruk en olievrije prestaties hebben, wat moeilijk te bereiden en duur is om te vervaardigen. Daarom zijn de schema's van enkele uitwerper en dubbele uitwerper ontwikkeld. De eerste is niet eenvoudig om de stabiliteit van de workflow te handhaven onder hoge/lage belasting, systeemstart-stop, systeemvariabele belasting en andere werkomstandigheden, terwijl de laatste zich kan aanpassen aan verschillende werkomstandigheden, maar een complexe structuur en moeilijke controle heeft [18]. Er zijn ook enkele ejector en waterstofcirculatiepomp parallel, ejector plus bypass waterstofcirculatiepompschema, heeft ook duidelijke voor- en nadelen. In 2010 stelde het Amerikaanse technologieadviesbureau een ontwerp voor van een waterstofcyclussysteem, dat het teruggevoerde uitlaatgas gebruikt om de geïnjecteerde waterstof te bevochtigen (zonder anodebevochtiger), wat de ontwikkelingsrichting van de toekomstige waterstofcyclusapparatuur vertegenwoordigt.

De luchtcompressor in het waterstof-brandstofcelsysteem kan de oxidator (lucht) leveren die overeenkomt met de vermogensdichtheid van de reactor. Het heeft de voordelen van een hoge drukverhouding, een klein volume, een laag geluidsniveau, een groot vermogen, geen olie en een compacte structuur. De gewone brandstofcel-luchtcompressor aan boord heeft de soorten centrifugaal, schroef, scroll enzovoort. Momenteel worden schroefcompressoren veel gebruikt, maar centrifugale luchtcompressoren hebben meer toepassingsmogelijkheden vanwege hun goede luchtdichtheid, compacte structuur, kleine trillingen en hoge energieomzettingsefficiëntie. In de belangrijkste componenten van luchtcompressor, lager, motor is de knelpunttechnologie, lage kosten, wrijvingsweerstand coatingmateriaal is ook de focus van ontwikkeling. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis uit Duitsland, Ballard Power Systems uit Canada en Toyota Motor Corporation uit Japan hebben allemaal productlijnen voor commerciële luchtcompressoren.