Sostenere un futuro energetico: l'importanza dello sviluppo e test di pile a combustibile più efficaci.
Le pile a combustibile giocano un ruolo importante nella nostra transizione energetica a sostegno di un futuro migliore. Esse rendono possibile la trasformazione dell’idrogeno proveniente da fonti di energia rinnovabile in elettricità. La regolazione della portata massica è un fattore chiave nello sviluppo e nei test delle pile a combustibile, poiché esse dipendono fortemente dai parametri di fluidità durante i test. In questo blog spiegherò come la regolazione della portata massica contribuisce a questo sviluppo, focalizzandosi sulla tecnologia di bypass termico per i gas a bassa densità.
Sviluppo e test di pile a combustibile
Il progetto di una nuova pila a combustibile dipende da molti parametri. E per testarla correttamente, è necessario conoscere le proprietà e il numero di parametri gassosi il più accuratamente possibile. Una lezione importante che ho imparato da un complesso compito scolastico è che il risultato finale del test non è mai migliore della precisione con cui si controlla l’input. Le aziende che testano le pile a combustibile, le università e i produttori di attrezzature per il collaudo delle pile a combustibile traggono vantaggio da questa conoscenza di base quando utilizzano la nostra tecnologia di regolazione e misurazione della portata.
Perché la regolazione e la misurazione della portata massica sono importanti nello sviluppo e test di pile a combustibile?
Per quelli di voi che non hanno familiarità con le pile a combustibile, inizio con alcune nozioni di base; per esempio, le pile a combustibile di tipo PEM (Membrana elettrolitica polimerica), dipendono dalla realizzazione di un processo elettrochimico, tra gli altri tipi di pile a combustibile. Pertanto, può fornire corrente elettrica solo quando riceve i seguenti fluidi:
-L’anodo ha bisogno di un’alimentazione ottimale di idrogeno umidificato
-Il catodo ha bisogno di un’alimentazione ottimale di ossigeno umidificato o di aria
Questo viene eseguito preferibilmente con una “stechiometria” ottimale, che è un fattore chiave per l’efficienza della pila a combustibile. Leggi di più sul ruolo della regolazione della portata nella produzione di idrogeno.
Pila a combustibile a membrana elettrolitica polimerica (PEM)
Flusso di corrente
Strato di diffusione del gas
Catodo
Membrana elettrolitica polimerica (PEM)
Anodo
Test di tenuta degli stack di pile a combustibile
L’efficienza delle pile a combustibile dipende dalla composizione e dalla quantità di idrogeno umidificato e di aria, dalla loro velocità di flusso, dalle condizioni di pressione e dalla differenza di pressione attraverso le membrane. Il valore ottimale delle prestazioni è influenzato anche da fattori esterni, come il carico elettrico richiesto e le temperature dell’ambiente e del fluido. Un altro fattore in gioco è il design stesso della pila a combustibile e i suoi parametri collegati, come lo spessore della membrana, il tipo di elettrolita, la superficie attiva dell’elettrodo e l’efficacia degli strati di diffusione del gas.
Regolazione della portata massica nello sviluppo e test di pile a combustibile
Il grafico qui sotto fornisce un’indicazione degli strumenti di regolazione della portata massica come si vede nelle configurazioni di prova. Esso mostra dove è possibile applicare i nostri strumenti di regolazione della portata massica. Per semplificare: I misuratori di portata e gli strumenti di pressione si occupano dei principali compiti di misurazione e regolazione di liquidi, gas e pressione. Potete vedere chiaramente le dipendenze e le interazioni dei fluidi. Il miscelatore ad evaporazione controllata rappresentato è tipicamente usato per bassi flussi e bassi livelli di umidificazione. Per flussi più elevati, consigliamo spesso sistemi in cascata.
Motivi per utilizzare il regolatore di portata massica
Si consideri che tutte le dipendenze del controllo e della misura dei fluidi interagiscono sempre simultaneamente. Sapendo questo, si può capire che hanno una grande influenza sui test funzionali e sugli stress test, sia per pile a celle singole che per stack di pile a combustibile. Molti degli obiettivi dei test per le pile a combustibile o per i sistemi di trattamento del combustibile sono influenzati da questo; per esempio, quando si determinano gli indicatori di prestazione e le caratterizzazioni (secondo la serie IEC 62882 o altri standard). L’accuratezza del controllo dell’alimentazione in entrata realizzata può avere un enorme impatto sull’incertezza sistematica.
Regolatori di portata massica per flussi “elevati”; per test e uso commerciale o di alta potenza
La scelta migliore per regolare le condizioni di flusso, pressione e densità relative alle pile a combustibile sono i dispositivi basati su una tecnologia di misurazione della portata massica a bypass termico. Un regolatore di portata massica basato su questo principio può ottenere un controllo fluidico più flessibile, accurato e ripetibile, tra cui:
-Controllo affidabile con controllo PID veloce a bordo (valvola diretta)
-Misurazione istantanea basata sulla massa (nessuna conversione di volume e P+T in massa)
-Maggiore precisione sistematica per il controllo e la misurazione dei fluidi
-Controllo più flessibile della miscela e del rapporto di alimentazione per H2/N2/H2O e O2/H2O e altri gas
-Controllo indipendente della velocità e della pressione del flusso anodico e catodico
-Migliore supporto per la commutazione del profilo o il cambiamento delle caratteristiche per il cambio di carico, il ciclo di durata, la polarizzazione, lo spurgo, ecc.
Dalla singola pila a grandi impianti (alto flusso)
Bronkhorst può fornire strumenti per supportare configurazioni per una pila singola fino a stack di 100 kilowatt. I nostri prodotti (come la serie IN-FLOW ‘High-FLOW’ F-117DI) sono utilizzati per i test e per l’uso ad alta potenza o commerciale, che richiedono dinamiche di carico più ampie o una maggiore durata.
Abbiamo strumenti di regolazione della portata massica disponibili per applicazioni OEM, applicazioni di laboratorio e versioni industriali. Controllate la nostra serie IN-FLOW ‘High-FLOW’. Nel caso in cui vengano utilizzati più combustibili gassosi, i prodotti supportano la configurazione multi-fluido integrata.
