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Composants du système de pile à combustible à hydrogène

2023-02-16


Afin de maintenir le fonctionnement normal du réacteur, le système de pile à combustible à hydrogène a également besoin de la coopération du système d'alimentation en hydrogène, du système de gestion de l'eau, du système d'air et d'autres sous-systèmes auxiliaires externes. Les composants correspondants du système comprennent une pompe de circulation d'hydrogène, une bouteille d'hydrogène, un humidificateur et un compresseur d'air. Les piles à combustible produisent beaucoup d'eau lorsqu'elles sont en fonctionnement. Une teneur en eau trop faible produira un phénomène appelé "film sec", qui empêche la transmission des protons. Une teneur en eau excessive peut entraîner un " engorgement ", qui entrave la diffusion du gaz dans le milieu poreux, entraînant une faible tension de sortie du réacteur. L'accumulation de gaz d'impureté (N2) pénétrant du côté de la cathode à l'anode obstrue le contact entre l'hydrogène et la couche de catalyseur, entraînant une "privation d'hydrogène" locale et une corrosion chimique. Par conséquent, l'équilibre de l'eau est d'une grande importance pour la durée de vie du réacteur des piles à hydrogène PEM. La solution consiste à introduire un équipement de circulation d'hydrogène (pompe de circulation, injecteur) dans le réacteur pour réaliser la purge des gaz, la réutilisation de l'hydrogène, l'humidification de l'hydrogène et d'autres fonctions.


La pompe de circulation d'hydrogène peut contrôler le débit d'hydrogène en temps réel en fonction des conditions de travail et améliorer l'efficacité d'utilisation de l'hydrogène. Cependant, la "fragilisation par l'hydrogène" se produit facilement dans l'environnement impliquant l'hydrogène et le wading. Le phénomène de gel à basse température peut empêcher le système de fonctionner normalement. Par conséquent, la pompe de circulation d'hydrogène doit avoir une forte résistance à l'eau, une pression de sortie stable et des performances sans huile, ce qui est difficile à préparer et coûteux à fabriquer. Par conséquent, les schémas d'éjecteur simple et d'éjecteur double ont été développés. Le premier n'est pas facile à maintenir la stabilité du flux de travail sous charge élevée/faible, démarrage-arrêt du système, charge variable du système et autres conditions de travail, tandis que le second peut s'adapter à différentes conditions de travail mais a une structure complexe et un contrôle difficile [18]. Il existe également un éjecteur et une pompe de circulation d'hydrogène en parallèle, un éjecteur plus un schéma de pompe de circulation d'hydrogène de dérivation, présente également des avantages et des inconvénients distincts. En 2010, la société américaine de conseil en technologie a proposé une conception de système de cycle à hydrogène, qui utilise les gaz d'échappement renvoyés pour humidifier l'hydrogène injecté (sans humidificateur d'anode), ce qui représente l'orientation du développement du futur équipement du cycle à hydrogène.


Le compresseur d'air du système de pile à combustible à hydrogène peut fournir le comburant (air) qui correspond à la densité de puissance du réacteur. Il présente les avantages d'un rapport de pression élevé, d'un petit volume, d'un faible bruit, d'une grande puissance, d'aucune huile et d'une structure compacte. Le compresseur d'air à pile à combustible embarqué commun a les types de centrifuge, vis, défilement et ainsi de suite. À l'heure actuelle, les compresseurs d'air à vis sont largement utilisés, mais les compresseurs d'air centrifuges ont plus de perspectives d'application en raison de leur bonne étanchéité à l'air, de leur structure compacte, de leurs faibles vibrations et de leur efficacité de conversion d'énergie élevée. Dans les composants clés du compresseur d'air, le roulement, le moteur est la technologie du goulot d'étranglement, le matériau de revêtement à faible coût et résistant au frottement est également au centre du développement. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis d'Allemagne, Ballard Power Systems du Canada et Toyota Motor Corporation du Japon ont tous des gammes de produits de compresseurs d'air commerciaux.


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