مكونات نظام خلايا وقود الهيدروجين

من أجل الحفاظ على التشغيل العادي للمفاعل ، يحتاج نظام خلايا وقود الهيدروجين أيضًا إلى تعاون نظام إمداد الهيدروجين ونظام إدارة المياه ونظام الهواء والأنظمة الفرعية المساعدة الخارجية الأخرى. تشتمل مكونات النظام المقابلة على مضخة تدوير الهيدروجين وزجاجة الهيدروجين والمرطب وضاغط الهواء. تنتج خلايا الوقود الكثير من الماء عند تشغيلها. سيؤدي الانخفاض الشديد في محتوى الماء إلى ظهور ظاهرة تسمى "الفيلم الجاف" ، والتي تمنع انتقال البروتون. يمكن أن يؤدي المحتوى المائي الزائد إلى "التشبع بالمياه" ، مما يعيق انتشار الغاز في الوسط المسامي ، مما يؤدي إلى انخفاض جهد خرج المفاعل. إن تراكم غاز الشوائب (N2) المخترق من جانب الكاثود إلى القطب الموجب يعيق التلامس بين الهيدروجين وطبقة المحفز ، مما يؤدي إلى "تجويع الهيدروجين" المحلي والتآكل الكيميائي. لذلك ، فإن توازن الماء له أهمية كبيرة في عمر مفاعل خلايا وقود الهيدروجين PEM. الحل هو إدخال معدات دوران الهيدروجين (مضخة الدوران ، الحاقن) في المفاعل لتحقيق تطهير الغاز ، وإعادة استخدام الهيدروجين ، وترطيب الهيدروجين والوظائف الأخرى.

يمكن لمضخة تدوير الهيدروجين التحكم في تدفق الهيدروجين في الوقت الفعلي وفقًا لظروف العمل وتحسين كفاءة استخدام الهيدروجين. ومع ذلك ، من السهل حدوث "تقصف الهيدروجين" في البيئة التي تتضمن الهيدروجين والخوض في المياه. قد تؤدي ظاهرة التجميد عند درجة حرارة منخفضة إلى فشل النظام في العمل بشكل طبيعي. لذلك ، تحتاج مضخة تدوير الهيدروجين إلى مقاومة قوية للماء ، وضغط إخراج مستقر وأداء خالٍ من الزيت ، وهو أمر يصعب تحضيره ومكلف التصنيع. لذلك ، تم تطوير مخططات القاذف الفردي والقاذف المزدوج. ليس من السهل الحفاظ على استقرار سير العمل في ظل الحمل العالي / المنخفض ، وتوقف بدء النظام ، والحمل المتغير للنظام ، وظروف العمل الأخرى ، في حين أن الأخير يمكن أن يتكيف مع ظروف العمل المختلفة ولكن له هيكل معقد وتحكم صعب [18]. هناك أيضًا بعض مضخة تدوير الهيدروجين والقاذف بالتوازي ، كما أن القاذف بالإضافة إلى تجاوز مخطط مضخة تدوير الهيدروجين ، له مزايا وعيوب مميزة. في عام 2010 ، اقترحت شركة الاستشارات التكنولوجية الأمريكية تصميمًا لنظام دورة الهيدروجين ، والذي يستخدم غاز العادم المرتجع لترطيب الهيدروجين المحقون (بدون مرطب الأنود) ، والذي يمثل اتجاه التطوير لمعدات دورة الهيدروجين المستقبلية.

يمكن أن يوفر ضاغط الهواء في نظام خلايا وقود الهيدروجين المؤكسد (الهواء) الذي يطابق كثافة طاقة المفاعل. لديها مزايا نسبة الضغط العالي ، الحجم الصغير ، الضوضاء المنخفض ، الطاقة الكبيرة ، بدون زيت وهيكل مضغوط. يحتوي ضاغط هواء خلية الوقود المشترك على متن الطائرة على أنواع الطرد المركزي ، والمسمار ، والتمرير ، وما إلى ذلك. في الوقت الحاضر ، تُستخدم ضواغط الهواء اللولبية على نطاق واسع ، لكن ضواغط الهواء بالطرد المركزي لديها احتمالات أكثر للتطبيق بسبب محكم الهواء الجيد ، والهيكل المدمج ، والاهتزاز الصغير ، وكفاءة تحويل الطاقة العالية. في المكونات الرئيسية لضاغط الهواء ، المحمل ، المحرك هو تقنية عنق الزجاجة ، والتكلفة المنخفضة ، ومواد الطلاء المقاومة للاحتكاك هي أيضًا محور التطوير. جنرال إلكتريك ، يونايتد تكنولوجيز ، براغر إنيرجي ، إكسيلسيس الألمانية ، بالارد باور سيستمز الكندية وتويوتا موتور كوربوريشن اليابانية كلها لديها خطوط إنتاج ضاغط هواء تجاري.