Komponen sistem sel bahan api hidrogen

Untuk mengekalkan operasi biasa reaktor, sistem sel bahan api hidrogen juga memerlukan kerjasama sistem bekalan hidrogen, sistem pengurusan air, sistem udara dan subsistem tambahan luaran yang lain. Komponen sistem yang sepadan termasuk pam edaran hidrogen, botol hidrogen, pelembap dan pemampat udara. Sel bahan api menghasilkan banyak air apabila ia beroperasi. Kandungan air yang terlalu rendah akan menghasilkan fenomena yang dipanggil "filem kering", yang menghalang penghantaran proton. Kandungan air yang berlebihan boleh mengakibatkan "waterlogging", yang menghalang resapan gas dalam medium berliang, mengakibatkan voltan keluaran reaktor rendah. Pengumpulan gas kekotoran (N2) yang menembusi dari bahagian katod ke anod menghalang sentuhan antara hidrogen dan lapisan mangkin, mengakibatkan "kebuluran hidrogen" tempatan dan kakisan kimia. Oleh itu, keseimbangan air adalah sangat penting kepada hayat reaktor sel bahan api hidrogen PEM. Penyelesaiannya adalah dengan memperkenalkan peralatan peredaran hidrogen (pam edaran, penyuntik) ke dalam reaktor untuk mencapai pembersihan gas, penggunaan semula hidrogen, pelembapan hidrogen dan fungsi lain.

Pam edaran hidrogen boleh mengawal aliran hidrogen dalam masa nyata mengikut keadaan kerja dan meningkatkan kecekapan penggunaan hidrogen. Namun begitu, “hidrogen embrittlement” mudah berlaku dalam persekitaran yang melibatkan hidrogen dan harungan. Fenomena pembekuan pada suhu rendah boleh menyebabkan sistem gagal berfungsi secara normal. Oleh itu, pam edaran hidrogen perlu mempunyai rintangan air yang kuat, tekanan keluaran yang stabil dan prestasi bebas minyak, yang sukar disediakan dan mahal untuk dikeluarkan. Oleh itu, skim ejektor tunggal dan ejektor berganda telah dibangunkan. Yang pertama tidak mudah untuk mengekalkan kestabilan aliran kerja di bawah beban tinggi/rendah, sistem start-stop, beban berubah sistem dan keadaan kerja lain, manakala yang kedua boleh menyesuaikan diri dengan keadaan kerja yang berbeza tetapi mempunyai struktur yang kompleks dan kawalan yang sukar [18]. Terdapat juga beberapa ejektor dan pam edaran hidrogen secara selari, ejector ditambah dengan skim pam edaran hidrogen pintasan, juga mempunyai kelebihan dan keburukan yang berbeza. Pada tahun 2010, syarikat perunding teknologi Amerika mencadangkan reka bentuk sistem kitar hidrogen, yang menggunakan gas ekzos yang dikembalikan untuk melembapkan hidrogen yang disuntik (tanpa pelembap anod), yang mewakili arah pembangunan peralatan kitaran hidrogen masa hadapan.

Pemampat udara dalam sistem sel bahan api hidrogen boleh menyediakan pengoksida (udara) yang sepadan dengan ketumpatan kuasa reaktor. Ia mempunyai kelebihan nisbah tekanan tinggi, volum kecil, bunyi rendah, kuasa besar, tiada minyak dan struktur padat. Pemampat udara sel bahan api on-board biasa mempunyai jenis emparan, skru, skrol dan sebagainya. Pada masa ini, pemampat udara skru digunakan secara meluas, tetapi pemampat udara emparan mempunyai lebih banyak prospek aplikasi kerana kedap udara yang baik, struktur padat, getaran kecil dan kecekapan penukaran tenaga yang tinggi. Dalam komponen utama pemampat udara, galas, motor adalah teknologi kesesakan, kos rendah, bahan salutan rintangan geseran juga menjadi tumpuan pembangunan. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis dari Jerman, Ballard Power Systems of Canada dan Toyota Motor Corporation of Japan semuanya mempunyai barisan produk pemampat udara komersial.