Einfluss von Befeuchtung und Zellerwärmung auf die Betriebsstabilität von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen

Einfluss von Befeuchtung und Zellerwärmung auf die Betriebsstabilität von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen

Die Kommerzialisierung der PEM-Brennstoffzelle wird durch einige Faktoren behindert, darunter die Speicherung von Wasserstoff, Wasser- und Wärmemanagement, Katalysatorvergiftung, Korrosion in Kupferstromkollektoren. Zu den Faktoren gehören Wassermanagementprobleme, die hauptsächlich auf die Wassererzeugung (d. h. Überschwemmung) aufgrund der Elektrochemie zurückzuführen sind Reaktionen, die zu einer Verlangsamung der elektrochemischen Reaktionsgeschwindigkeit führen, was effektiv zu einem Produktionsrückgang führt. Daher sollte auch die Frage des Wassermanagements der PEM-Brennstoffzelle im Detail untersucht werden und es sollten Lösungen für eine bessere Kommerzialisierung der PEM-Brennstoffzellentechnologie gefunden werden, beispielsweise durch Methoden wie das Entfernen von Wasser, das sich während des Betriebs der PEM-Brennstoffzelle auf der Anodenseite angesammelt hat Es ist bekannt, dass zahlreiche andere Faktoren, darunter Betriebstemperatur, Druck und Gasstrombefeuchtung, einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der PEM-Brennstoffzelle haben. Das Verständnis der Auswirkungen dieser Faktoren auf den Betrieb von Brennstoffzellen ist für die Verbesserung der Leistung von PEM-Brennstoffzellen von entscheidender Bedeutung. Die Betriebstemperatur der Zelle wirkt sich dramatisch auf den elektrischen und thermischen Wirkungsgrad sowie die Leistung der PEM-Brennstoffzelle aus. Experimentell wurde gezeigt, wie sich die Betriebstemperatur der Zelle auf die Polarisationskurve auswirkte, wenn die Einlassgasreaktanten auf 75 °C, 80 °C, 85 °C erhitzt wurden °C und 90°C. Es wurde festgestellt, dass bei mittleren bis hohen Stromdichten die Leistung der Brennstoffzelle mit steigender Zelltemperatur deutlich zunahm.

Sie fanden heraus, dass die Tröpfchenzykluszeit drastisch von 14 s auf 0,5 s sank, wenn die Zelltemperatur von 25 °C auf 75 °C stieg. Und es wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Betriebstemperatur von 120 °C auf 200 °C die Effizienz der Brennstoffzelle verbesserte; Dennoch wurde angegeben, dass die optimale Betriebstemperatur im Bereich von 160 °C bis 180 °C liegt, um eine hohe Leistungsdichte und geringere Wartungskosten zu erreichen.

Es ist bekannt, dass die Leistung der PEM-Brennstoffzelle maßgeblich von der Befeuchtung auf der Kathoden- und Anodenseite beeinflusst wird, da sie den Wasserhaushalt innerhalb der Zelle steuert. Um den Wasserhaushalt innerhalb der Zelle zu verbessern, wurde das während des Betriebs in der Zelle erzeugte Wasser zur Hydratation der Reaktanten genutzt, was als Selbstbefeuchtung gilt. Durch die Selbstbefeuchtung entfällt die Notwendigkeit, ein externes Befeuchtungssystem bereitzustellen. Dadurch können sowohl das Gewicht als auch die Kosten der PEM-Brennstoffzellensysteme erheblich reduziert werden. Viele Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf Experimente und entwickelten Modelle, um die Auswirkung der Selbstbefeuchtung auf die Leistung der PEM-Brennstoffzelle zu verstehen. Untersuchte die Wasserverteilung in der Zelle im Trockengasbetrieb durch Messung der Wassermenge auf der Anoden- und Kathodenseite und bestätigte, dass unter verschiedenen Betriebsbedingungen die Rückdiffusion von Wasser zur Anode der primäre Mechanismus zur Wasserbewältigung war in der selbstbefeuchteten PEM-Brennstoffzelle.