Componentes del sistema de pila de combustible de hidrógeno

Para mantener el funcionamiento normal del reactor, el sistema de pila de combustible de hidrógeno también necesita la cooperación del sistema de suministro de hidrógeno, el sistema de gestión de agua, el sistema de aire y otros subsistemas auxiliares externos. Los componentes del sistema correspondientes incluyen bomba de circulación de hidrógeno, botella de hidrógeno, humidificador y compresor de aire. Las pilas de combustible producen mucha agua cuando están en funcionamiento. Un contenido de agua demasiado bajo producirá un fenómeno llamado "película seca", que impide la transmisión de protones. Un contenido de agua excesivo puede provocar un "encharcamiento", lo que dificulta la difusión del gas en el medio poroso, lo que da como resultado un bajo voltaje de salida del reactor. La acumulación de gas de impureza (N2) que penetra desde el lado del cátodo hacia el ánodo obstruye el contacto entre el hidrógeno y la capa de catalizador, lo que da como resultado una "falta de hidrógeno" local y corrosión química. Por lo tanto, el balance de agua es de gran importancia para la vida útil del reactor de las celdas de combustible de hidrógeno PEM. La solución es introducir equipos de circulación de hidrógeno (bomba de circulación, inyector) en el reactor para lograr la purga de gas, la reutilización de hidrógeno, la humidificación de hidrógeno y otras funciones.

La bomba de circulación de hidrógeno puede controlar el flujo de hidrógeno en tiempo real de acuerdo con las condiciones de trabajo y mejorar la eficiencia de utilización del hidrógeno. Sin embargo, la "fragilización por hidrógeno" es fácil de ocurrir en un entorno que involucra hidrógeno y vadeo. El fenómeno de congelación a baja temperatura puede hacer que el sistema no funcione con normalidad. Por lo tanto, la bomba de circulación de hidrógeno debe tener una fuerte resistencia al agua, una presión de salida estable y un rendimiento sin aceite, lo cual es difícil de preparar y costoso de fabricar. Por ello, se han desarrollado los esquemas de eyector simple y eyector doble. El primero no es fácil de mantener la estabilidad del flujo de trabajo bajo carga alta/baja, sistema de arranque y parada, carga variable del sistema y otras condiciones de trabajo, mientras que el segundo puede adaptarse a diferentes condiciones de trabajo pero tiene una estructura compleja y un control difícil [18]. También hay un eyector y una bomba de circulación de hidrógeno en paralelo, un eyector más un esquema de bomba de circulación de hidrógeno de derivación, también tiene distintas ventajas y desventajas. En 2010, la consultora de tecnología estadounidense propuso un diseño de sistema de ciclo de hidrógeno, que utiliza los gases de escape devueltos para humedecer el hidrógeno inyectado (sin humidificador de ánodo), lo que representa la dirección de desarrollo del futuro equipo de ciclo de hidrógeno.

El compresor de aire en el sistema de celda de combustible de hidrógeno puede proporcionar el oxidante (aire) que iguala la densidad de potencia del reactor. Tiene las ventajas de alta relación de presión, pequeño volumen, bajo nivel de ruido, gran potencia, sin aceite y estructura compacta. El compresor de aire de pila de combustible integrado común tiene los tipos de centrífugo, tornillo, desplazamiento, etc. En la actualidad, los compresores de aire de tornillo son ampliamente utilizados, pero los compresores de aire centrífugos tienen más posibilidades de aplicación debido a su buena hermeticidad, estructura compacta, vibración pequeña y alta eficiencia de conversión de energía. En los componentes clave del compresor de aire, el cojinete, el motor es la tecnología de cuello de botella, el material de revestimiento de bajo costo y resistencia a la fricción también es el foco del desarrollo. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis de Alemania, Ballard Power Systems de Canadá y Toyota Motor Corporation de Japón tienen líneas comerciales de productos de compresores de aire.