تأثير الترطيب وتسخين الخلايا على الاستقرار التشغيلي لخلية وقود غشاء الإلكتروليت البوليمرية

تأثير الترطيب وتسخين الخلايا على الاستقرار التشغيلي لخلية وقود غشاء البوليمر بالكهرباء

تسويق ال خلية الوقود PEM تعوقه بعض العوامل، والتي تشمل تخزين الهيدروجين والمياه والإدارة الحرارية، والتسمم بالمحفزات، والتآكل في مجمعات التيار النحاسي من بين العوامل، وتنشأ مشكلة إدارة المياه بشكل أساسي بسبب توليد المياه (أي الفيضانات) بسبب الكهروكيميائية. التفاعلات مما يؤدي إلى تباطؤ معدل التفاعل الكهروكيميائي مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاج بشكل فعال. ومن ثم ينبغي أيضًا دراسة مسألة إدارة المياه لخلية الوقود PEM بالتفصيل، ويجب إيجاد حلول لتسويق تكنولوجيا خلايا الوقود PEM بشكل أفضل، وطرق مثل تطهير المياه المتراكمة في جانب الأنود أثناء تشغيل خلية الوقود PEM. يمكن أن تساعد في إدارة المياه والحفاظ على التشغيل الثابت للخلية، ومن المعروف أن العديد من العوامل الأخرى، بما في ذلك درجة حرارة التشغيل والضغط وترطيب تيار الغاز، لها تأثير كبير على أداء خلية الوقود PEM. يعد فهم تأثير هذه العوامل على عمليات خلايا الوقود أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز أداء خلايا الوقود PEM. تؤثر درجة حرارة تشغيل الخلية بشكل كبير على الكفاءة الكهربائية والحرارية بالإضافة إلى أداء خلية الوقود PEM، وقد تم توضيح ذلك تجريبيًا كيف أثرت درجة حرارة خلية التشغيل على منحنى الاستقطاب عندما تم تسخين متفاعلات الغاز الداخل إلى 75 درجة مئوية، 80 درجة مئوية، 85 درجة مئوية، و90 درجة مئوية. وقد وجد أنه بالنسبة لكثافة التيار المتوسطة إلى العالية، فإن أداء خلية الوقود يزداد بشكل كبير مع ارتفاع درجة حرارة الخلية.

ووجدوا أن زمن دورة القطيرات انخفض بشكل كبير من 14 ثانية إلى 0.5 ثانية عندما ارتفعت درجة حرارة الخلية من 25 درجة مئوية إلى 75 درجة مئوية. ووجد أن رفع درجة حرارة التشغيل من 120 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية أدى إلى تحسين كفاءة خلية الوقود؛ ومع ذلك، يُزعم أن درجة حرارة التشغيل المثالية تتراوح بين 160 درجة مئوية -180 درجة مئوية من أجل الحصول على كثافة طاقة عالية وتكاليف صيانة أقل.

ومن المعروف أن أداء خلية الوقود PEM سوف يتأثر بشكل كبير بالترطيب على جانبي الكاثود والأنود لأنه يتحكم في توازن الماء داخل الخلية. لتحسين توازن الماء داخل الخلية، تم استخدام الماء المتولد داخل الخلية أثناء عملها لترطيب المواد المتفاعلة، ويعتبر بمثابة ترطيب ذاتي. الترطيب الذاتي يقلل من ضرورة توفير نظام ترطيب خارجي. وبالتالي، يمكن تخفيض وزن وتكلفة أنظمة خلايا الوقود PEM إلى حد كبير. لقد ركزت العديد من الأعمال البحثية على التجارب وطورت نماذج لفهم تأثير الترطيب الذاتي على أداء خلية الوقود PEM. تم فحص توزيع الماء في الخلية تحت عملية الغاز الجاف عن طريق قياس كمية الماء على جانبي الأنود والكاثود، وأكد أنه في ظل مجموعة متنوعة من ظروف التشغيل، كان الانتشار الخلفي للمياه إلى الأنود هو الآلية الأساسية لإدارة المياه في خلية الوقود PEM ذاتية الترطيب.