Hidrogén üzemanyagcellás rendszer alkatrészei

A hidrogén-üzemanyagcellás rendszernek a reaktor normál működésének fenntartásához a hidrogénellátó rendszer, a vízgazdálkodási rendszer, a levegőrendszer és egyéb külső segédalrendszerek együttműködésére is szükség van. A megfelelő rendszerelemek közé tartozik a hidrogén keringtető szivattyú, hidrogénpalack, párásító és légkompresszor. Az üzemanyagcellák működés közben sok vizet termelnek. A túl alacsony víztartalom „száraz filmnek” nevezett jelenséget eredményez, amely megakadályozza a protonátvitelt. A túlzott víztartalom "elvizesedéshez" vezethet, ami akadályozza a gáz diffúzióját a porózus közegben, ami alacsony reaktor kimeneti feszültséget eredményez. A katód felől az anód felé behatoló szennyező gáz (N2) felhalmozódása akadályozza a hidrogén és a katalizátorréteg érintkezését, ami helyi "hidrogénéhezést" és kémiai korróziót eredményez. Ezért a víz egyensúlyának nagy jelentősége van a PEM hidrogén üzemanyagcellák reaktor élettartama szempontjából. A megoldás a hidrogén keringető berendezés (keringtető szivattyú, injektor) bevezetése a reaktorba gázöblítés, hidrogén újrafelhasználás, hidrogén párásítás és egyéb funkciók elérése érdekében.

A hidrogén keringtető szivattyú valós időben tudja szabályozni a hidrogén áramlását a munkakörülményeknek megfelelően, és javítja a hidrogén hasznosítási hatékonyságát. A "hidrogén ridegedés" azonban könnyen előfordulhat a hidrogénnel és gázolással járó környezetben. A fagyás jelensége alacsony hőmérsékleten azt okozhatja, hogy a rendszer nem működik megfelelően. Ezért a hidrogén keringető szivattyúnak erős vízállósággal, stabil kimeneti nyomással és olajmentes teljesítménnyel kell rendelkeznie, amelyet nehéz előállítani és költséges előállítani. Ezért kidolgozták az egy- és kettős kilökős sémáit. Az előbbivel nem könnyű fenntartani a munkafolyamat stabilitását nagy/alacsony terhelés, rendszerindítás-leállítás, rendszerváltozó terhelés és egyéb munkakörülmények mellett, míg az utóbbi képes alkalmazkodni a különböző munkakörülményekhez, de bonyolult felépítésű és nehézkes vezérlésű [18]. Vannak még néhány ejektor és hidrogén keringtető szivattyú párhuzamosan, ejektor plusz bypass hidrogén keringető szivattyú rendszer, szintén határozott előnyei és hátrányai vannak. Az amerikai technológiai tanácsadó cég 2010-ben javasolta a hidrogénciklus rendszer kialakítását, amely a visszavezetett kipufogógázt használja a befecskendezett hidrogén párásítására (anód-párásító nélkül), ami a jövő hidrogénciklusos berendezéseinek fejlesztési irányát jelenti.

A hidrogén-üzemanyagcellás rendszer légkompresszora olyan oxidálószert (levegőt) biztosíthat, amely megfelel a reaktor teljesítménysűrűségének. Előnyei a nagy nyomásarány, a kis térfogat, az alacsony zajszint, a nagy teljesítmény, az olajmentesség és a kompakt szerkezet. A közös fedélzeti üzemanyagcellás légkompresszor centrifugális, csavaros, tekercses és így tovább. Jelenleg a csavaros légkompresszorokat széles körben használják, de a centrifugális légkompresszorok jó légtömörségük, kompakt szerkezetük, kis vibrációjuk és nagy energiaátalakítási hatékonyságuk miatt több alkalmazási lehetőséget kínálnak. A légkompresszor kulcsfontosságú elemeiben a csapágy, a motor a szűk keresztmetszetű technológia, az alacsony költségű, súrlódásálló bevonatanyag szintén a fejlesztés középpontjában áll. A General Electric, a United Technologies, a Prager Energy, a német Xcellsis, a kanadai Ballard Power Systems és a japán Toyota Motor Corporation mindegyike rendelkezik kereskedelmi légkompresszor termékcsaláddal.