Effetto dell'umidificazione e del riscaldamento della cella sulla stabilità operativa della cella a combustibile con membrana elettrolitica polimerica

Effetto dell'umidificazione e del riscaldamento della cella sulla stabilità operativa della cella a combustibile con membrana elettrolitica polimerica

La commercializzazione del Cella a combustibile PEM è ostacolato da alcuni fattori, tra cui lo stoccaggio dell'idrogeno, la gestione dell'acqua e termica, l'avvelenamento del catalizzatore, la corrosione nei collettori di corrente in rame tra i fattori, il problema della gestione dell'acqua sorge principalmente a causa della generazione di acqua (ovvero, allagamenti) a causa dell'effetto elettrochimico reazioni, che porta al rallentamento della velocità della reazione elettrochimica, con conseguente calo della produzione effettiva. Pertanto anche il problema della gestione dell’acqua della cella a combustibile PEM dovrebbe essere studiato in dettaglio e si dovrebbero trovare soluzioni per una migliore commercializzazione della tecnologia delle celle a combustibile PEM. Metodi come lo spurgo dell’acqua accumulata sul lato dell’anodo durante il funzionamento della cella a combustibile PEM può aiutare nella gestione dell'acqua e nel mantenere il funzionamento costante della cella. È noto che numerosi altri fattori, tra cui la temperatura operativa, la pressione e l'umidificazione del flusso di gas, hanno un impatto significativo sulle prestazioni della cella a combustibile PEM. Comprendere l'impatto di questi fattori sulle operazioni delle celle a combustibile è fondamentale per migliorare le prestazioni delle celle a combustibile PEM. La temperatura operativa della cella ha un impatto drammatico sull'efficienza elettrica e termica nonché sulle prestazioni della cella a combustibile PEM, illustrato sperimentalmente come la temperatura operativa della cella ha influenzato la curva di polarizzazione quando i reagenti del gas in ingresso sono stati riscaldati a 75°C, 80°C, 85 °C e 90°C. Si è riscontrato che per densità di corrente da moderate ad elevate, le prestazioni delle celle a combustibile aumentavano considerevolmente con l'aumento della temperatura della cella.

Hanno scoperto che il tempo del ciclo delle goccioline diminuiva drasticamente da 14 s a 0,5 s quando la temperatura della cella aumentava da 25°C a 75°C. E ha scoperto che l'aumento della temperatura operativa da 120°C a 200°C ha migliorato l'efficienza delle celle a combustibile; tuttavia, la temperatura operativa ottimale è stata dichiarata compresa tra 160°C e 180°C per ottenere un'elevata densità di potenza e minori costi di manutenzione.

È noto che le prestazioni della cella a combustibile PEM saranno significativamente influenzate dall'umidificazione sui lati del catodo e dell'anodo perché controlla il bilancio dell'acqua all'interno della cella. Per migliorare l'equilibrio idrico all'interno della cella, l'acqua generata all'interno della cella durante il suo funzionamento è stata utilizzata per l'idratazione dei reagenti ed è considerata autoumidificante. L'autoumidificazione riduce la necessità di prevedere un sistema di umidificazione esterno. Pertanto, il peso e il costo dei sistemi di celle a combustibile PEM possono essere notevolmente ridotti. Molti lavori di ricerca si sono concentrati sugli esperimenti e sui modelli sviluppati per comprendere l'effetto dell'autoumidificazione sulle prestazioni della cella a combustibile PEM. Ha esaminato la distribuzione dell'acqua nella cella durante il funzionamento a gas secco misurando la quantità di acqua sui lati dell'anodo e del catodo e ha confermato che in una varietà di condizioni operative, la retrodiffusione dell'acqua all'anodo era il meccanismo principale per la gestione dell'acqua nella cella a combustibile PEM autoumidificata.