پشته پیل سوختی

در اصل، پشته پیل سوختی مجموعه‌ای مدولار از پیل‌های سوختی استاندارد شده منفرد است که در یک مجموعه پشته ادغام شده و توان خروجی مورد نیاز را برای کاربرد معین تولید می‌کند. فن‌آوری پشته پیل سوختی شامل تمام روش‌ها و اجزای مورد نیاز برای ادغام سلول‌های سوختی منفرد در پشته می‌شود، در نتیجه یک سیستم پیل سوختی "کلید در دست" و "بولت در" ایجاد می‌کند که می‌تواند در انواع برنامه‌های ثابت و موبایل ادغام شود.

در تشریح تعریف پشته پیل سوختی با جزئیات بیشتر، پشته های پیل سوختی هیدروژنی شامل مجموعه ای از سلول های سوختی است که به صورت موازی یا سری به هم متصل می شوند تا ولتاژ و جریان خروجی مورد نظر را ایجاد کنند. هر پیل سوختی در یک پشته از دو الکترود - یک کاتد و یک آند - تشکیل شده است که توسط یک الکترولیت از هم جدا شده اند. کاتد معمولاً از یک ماده متخلخل و رسانا مانند کربن ساخته شده است، در حالی که آند از ماده ای ساخته شده است که از نظر کاتالیزوری فعال است مانند پلاتین یا پالادیوم. الکترولیت یک ماده جامد یا مایع است که به یون ها اجازه عبور از آن را می دهد اما الکترون ها را مسدود می کند.

هنگامی که سوخت و اکسیدان به ترتیب به آند و کاتد وارد می شود، یک واکنش شیمیایی در الکترودها رخ می دهد و الکتریسیته تولید می کند. در آند، سوخت (معمولاً هیدروژن) اکسید می شود و الکترون ها و پروتون ها آزاد می شود. پروتون ها از طریق الکترولیت به کاتد می گذرند، در حالی که الکترون ها مجبور می شوند از طریق یک مدار خارجی جریان پیدا کنند و الکتریسیته تولید کنند. در کاتد، پروتون‌ها و الکترون‌ها با اکسیژن هوا برای تشکیل آب دوباره ترکیب می‌شوند و فرآیند الکتروشیمیایی را تکمیل می‌کنند.

رابط های پشته پیل سوختی با سایر اجزا

چهار رابط بین پشته پیل سوختی هیدروژنی و سایر اجزای یک سیستم پیل سوختی وجود دارد. این چهار رابط عبارتند از:

1. ورودی و خروجی سوخت اجازه می دهد تا سوخت هیدروژنی به پشته پیل سوختی عرضه شود و از آن خارج شود. ورودی سوخت معمولاً به یک سیستم تامین سوخت متصل است که ممکن است شامل یک کمپرسور، فیلتر و مخزن ذخیره باشد. خروجی سوخت معمولاً به یک سیستم خروجی سوخت متصل می شود که ممکن است شامل یک واحد تصفیه گاز و یک اسکرابر پشته برای حذف ناخالصی ها و آب اضافی باشد.
2. ورودی و خروجی اکسیدان اجازه می دهد تا اکسیدان (معمولاً هوا یا اکسیژن) به پشته پیل سوختی هیدروژن وارد شده و از آن خارج شود. ورودی اکسیدان معمولاً به یک سیستم تامین هوا متصل است که ممکن است شامل یک کمپرسور و فیلتر باشد. خروجی اکسیدان معمولاً به یک سیستم اگزوز متصل است که ممکن است شامل یک واحد تصفیه گاز و یک اسکرابر پشته برای حذف ناخالصی ها و آب اضافی باشد.
3. ورودی و خروجی مایع خنک کننده اجازه می دهد تا یک سیال خنک کننده (معمولا آب یا گلیکول) از طریق پشته پیل سوختی به گردش در آید تا گرمای تولید شده در طول فرآیند الکتروشیمیایی را حذف کند. ورودی مایع خنک کننده معمولاً به یک سیستم خنک کننده متصل می شود که ممکن است شامل پمپ، مبدل حرارتی و رادیاتور باشد. خروجی مایع خنک کننده معمولاً به یک خط برگشت متصل می شود که به سیستم خنک کننده باز می گردد.
4. رابط الکتریکی به پشته پیل سوختی هیدروژن اجازه می دهد تا به یک بار خارجی یا سیستم ذخیره انرژی متصل شود. رابط الکتریکی ممکن است شامل کانکتورها و کابل‌ها برای برق DC، و همچنین اینورترها و الکترونیک کنترل برای برق AC باشد.

اجزای پشته پیل سوختی

یک پشته پیل سوختی معمولی شامل این 7 جزء است.

1. پیل های سوختی قلب پشته پیل سوختی هستند و وظیفه تولید الکتریسیته از طریق فرآیند الکتروشیمیایی را بر عهده دارند. هر پیل سوختی از یک آند، کاتد و الکترولیت و همچنین جمع‌کننده‌ها و جداکننده‌های جریان برای تسهیل جریان یون‌ها و الکترون‌ها تشکیل شده است.
2. صفحات دوقطبی صفحات نازک و مسطحی هستند که بین پیل های سوختی در یک پشته پیل سوختی هیدروژنی قرار گرفته اند. آنها به عنوان ستون فقرات ساختاری پشته عمل می کنند و همچنین هدایت الکتریکی و مدیریت حرارتی را ارائه می دهند. صفحات دوقطبی ممکن است از مواد مختلفی از جمله فلزات، پلیمرها و سرامیک ها ساخته شوند.
3. واشر و مهر و موم برای ایجاد مهر و موم هرمتیک بین پیل های سوختی و صفحات دوقطبی در پشته پیل سوختی استفاده می شود که از نشت جلوگیری می کند و جریان گاز را ثابت نگه می دارد. واشرها و درزگیرها ممکن است از مواد مختلفی از جمله الاستومرها، گرافیت و مواد کامپوزیت ساخته شوند.
4. صفحات انتهایی در بالا و پایین پشته پیل سوختی قرار دارند و پشتیبانی ساختاری و آب بندی پشته را فراهم می کنند. آنها همچنین ممکن است شامل مقرراتی برای ورودی و خروجی سوخت، ورودی و خروجی اکسیدان، و ورودی و خروجی مایع خنک کننده باشند.
5. منیفولدهای گازی کانال ها یا لوله هایی هستند که سوخت و اکسیدان را به سلول های سوختی در پشته پیل سوختی هیدروژنی توزیع می کنند. آنها همچنین ممکن است شامل مقرراتی برای تصفیه گاز و حذف رطوبت باشند.
6. منیفولدهای خنک کننده کانال ها یا لوله هایی هستند که سیال خنک کننده را در پشته به گردش در می آورند تا گرما را از بین ببرند. آنها همچنین ممکن است شامل مقرراتی برای سنجش و کنترل دما باشند.
7. کانکتورها و کابل های الکتریکی یک رابط بین پشته پیل سوختی و بارهای خارجی یا سیستم های ذخیره انرژی ایجاد می کنند. آنها ممکن است شامل کانکتورها و کابل ها برای برق DC، و همچنین اینورترها و الکترونیک کنترل برای برق AC باشند.

فناوری پشته پیل سوختی

فناوری‌های پشته سوخت در انواع مختلفی مانند پیل‌های سوختی PEM، SOFC، PAFC، AFC، MCFC، DMFC و ZAFC در دسترس هستند.

• سلول های سوختی غشای الکترولیت پلیمری (PEM) : در سلول های یک پشته پیل سوختی PEM، یک غشای پلیمری نازک به عنوان الکترولیت استفاده می شود که معمولاً توسط گاز هیدروژن سوخت می شوند. طراحی پشته PEMFC برای چگالی توان بالا و زمان پاسخ سریع شناخته شده است و اغلب در برنامه های قابل حمل و موبایل استفاده می شود.
• سلول های سوختی اکسید جامد (SOFCs) : SOFC ها از یک ماده اکسید جامد به عنوان الکترولیت استفاده می کنند و می توانند توسط گازهای مختلفی از جمله هیدروژن، گاز طبیعی و بیوگاز سوخت رسانی شوند. پشته پیل سوختی اکسید جامد درجه بالایی از کارایی و دوام را ارائه می دهد و این طرح اغلب در کاربردهای برق ثابت استفاده می شود.
• پیل های سوختی اسید فسفریک (PAFC) : PAFC ها از اسید فسفریک به عنوان الکترولیت استفاده می کنند و معمولاً توسط گاز هیدروژن سوخت می شوند. آنها به دلیل راندمان بالا و هزینه نسبتا کم خود شناخته می شوند و اغلب در کاربردهای برق ثابت استفاده می شوند.
• سلول های سوختی قلیایی (AFC) : AFC ها از محلول قلیایی به عنوان الکترولیت استفاده می کنند و معمولاً توسط گاز هیدروژن سوخت می شوند. آنها به دلیل کارایی و قابلیت اطمینان بالا شناخته شده اند و اغلب در فضاپیماها و سایر کاربردهای تخصصی استفاده می شوند.
• سلول های سوختی کربنات مذاب (MCFCs) : MCFC ها از یک ماده کربنات مذاب به عنوان الکترولیت استفاده می کنند و می توانند توسط گازهای مختلفی از جمله هیدروژن، گاز طبیعی و بیوگاز سوخت شوند. آنها به دلیل راندمان بالا و انعطاف پذیری سوخت شناخته شده اند و اغلب در کاربردهای برق ثابت استفاده می شوند.
• سلول های سوختی مستقیم متانول (DMFCs) : DMFC ها از یک غشای تبادل پروتون به عنوان الکترولیت استفاده می کنند و سوخت آن توسط متانول حل شده در آب تامین می شود. آنها به دلیل چگالی توان بالا و زمان پاسخ سریع خود شناخته شده اند و اغلب در برنامه های قابل حمل و موبایل استفاده می شوند.
• پیل های سوختی روی-هوا : پیل های سوختی روی-هوا از اکسیژن هوا به عنوان اکسیدان استفاده می کنند و از روی سوخت می گیرند. آنها به خاطر چگالی انرژی بالا و هزینه کم خود معروف هستند و اغلب در برنامه های قابل حمل و موبایل استفاده می شوند.

معیارهای عملکرد در طراحی پشته پیل سوختی

چگالی توان، راندمان، دوام و هزینه 4 معیار عملکرد مهمی هستند که برای یک پشته سلول سوختی هیدروژنی پیشرفته مورد نیاز هستند.

1. چگالی توان به مقدار توانی اشاره دارد که می تواند در واحد سطح یا حجم پشته پیل سوختی تولید شود. چگالی توان بالاتر به پشته‌های کوچکتر و فشرده‌تر اجازه می‌دهد که برای کاربردهایی با فضای محدود مهم هستند.
2. بازده به نسبت انرژی الکتریکی خروجی به انرژی شیمیایی ورودی در پشته پیل سوختی اشاره دارد. راندمان بالاتر باعث اتلاف انرژی کمتر و مصرف سوخت کمتر می شود.
3. دوام به توانایی پشته پیل سوختی برای حفظ عملکرد خود در طول زمان اشاره دارد. عواملی که می توانند بر دوام تأثیر بگذارند عبارتند از: کیفیت و خلوص سوخت و اکسیدان، دما و رطوبت عملیاتی و وجود ناخالصی ها و آلاینده ها.
4. هزینه در طراحی پشته پیل سوختی یک ملاحظه مهم است. عواملی که می توانند بر هزینه یک پشته پیل سوختی تأثیر بگذارند شامل مواد و فرآیندهای ساخت مورد استفاده و همچنین مقیاس تولید است.

هفت ویژگی فنی برای انتخاب پشته پیل سوختی

هفت ویژگی فنی که معمولاً هنگام خرید و ادغام یک پشته پیل سوختی در یک سیستم پیل سوختی در نظر گرفته می شوند در زیر ذکر شده است.

1. نوع سوخت یکی از مهمترین ویژگی های فنی پشته پیل سوختی است. فن‌آوری‌های مختلف پیل سوختی برای کار بر روی سوخت‌های مختلف طراحی شده‌اند و مهم است که یک پشته پیل سوختی را انتخاب کنید که با سوخت مورد استفاده سازگار باشد. به عنوان مثال، پشته های پیل سوختی PEM معمولاً با هیدروژن استفاده می شوند، در حالی که پشته های پیل سوختی متانول مستقیم (DMFC) برای کار بر روی متانول طراحی شده اند.
2. دمای کارکرد پشته یک نکته مهم است، زیرا بر کارایی و دوام مجموعه پشته پیل سوختی تأثیر می گذارد. برخی از فناوری های پیل سوختی، مانند سلول های سوختی غشای تبادل پروتون (PEM)، به دما حساس هستند. بنابراین طراحی پشته پیل سوختی PEM برای عملکرد بهینه نیاز به کنترل دقیق دما دارد. طرح های دیگر، مانند طراحی پشته SOFC (پیل سوختی اکسید جامد - SOFC)، می توانند در دماهای بسیار بالاتر عمل کنند و ممکن است به کنترل دما نیاز نداشته باشند.
3. فشار عملیاتی پشته یکی دیگر از ملاحظات مهم است، زیرا می تواند بر کارایی و دوام پشته تأثیر بگذارد. برخی از فناوری‌های پیل سوختی، مانند پیل‌های سوختی PEM، در فشارهای پایین کار می‌کنند و برای عملکرد بهینه به کنترل دقیق فشار مجموعه پشته پیل سوختی PEM نیاز دارند. سایرین، مانند SOFC ها، می توانند در فشارهای بسیار بالاتری کار کنند و ممکن است به کنترل فشار زیادی نیاز نداشته باشند.
4. توان خروجی یک پشته پیل سوختی یک ملاحظه مهم است، زیرا میزان برق تولید شده توسط پشته را تعیین می کند. توان خروجی پشته را می‌توان با تغییر تعداد پیل‌های سوختی در پشته، اندازه پیل‌های سوختی یا شرایط عملکرد پشته تنظیم کرد.
5. ولتاژ و جریان خروجی یک پشته پیل سوختی ملاحظات مهمی هستند، زیرا سازگاری پشته با بارهای خارجی یا سیستم های ذخیره انرژی را تعیین می کنند. ولتاژ و جریان خروجی را می توان با اتصال پیل های سوختی به صورت سری یا موازی و یا با استفاده از الکترونیک تنظیم ولتاژ و جریان تنظیم کرد.
6. اندازه و وزن یک پشته پیل سوختی هیدروژنی ملاحظات مهمی هستند، زیرا ردپای فیزیکی و قابلیت حمل و نقل پشته را تعیین می کنند. پشته های پیل سوختی کوچکتر و سبک تر معمولاً برای کاربردهایی با فضای محدود یا نیازهای تحرک مطلوب تر هستند.
7. سهولت ادغام پشته پیل سوختی یک نکته مهم است. این تعیین می کند که چگونه می توان پشته را به راحتی در یک سیستم پیل سوختی گنجاند. عواملی که می توانند بر سهولت یکپارچه سازی تأثیر بگذارند عبارتند از: تعداد و نوع رابط ها، سازگاری با سایر مؤلفه ها، و در دسترس بودن اسناد و پشتیبانی فنی.

انباشته شدن پیل سوختی

قدرت یک پشته پیل سوختی هیدروژنی را می توان با انباشتن پیل های سوختی بیشتر در مجموعه پیل سوختی افزایش داد. این به این دلیل است که هر پیل سوختی در یک پشته به تولید توان کلی پشته کمک می کند و افزودن سلول های سوختی بیشتر باعث افزایش توان خروجی کل می شود. انباشته شدن پیل های سوختی به انعطاف پذیری بیشتری در طراحی سیستم پیل سوختی اجازه می دهد. ماژولار بودن ذاتی طراحی پشته پیل سوختی اجازه می دهد تا توان خروجی را به راحتی با افزودن یا حذف سلول های سوختی در صورت نیاز تنظیم کرد. بنابراین سیستم پیل سوختی را می توان بر اساس نیازهای قدرت خاص برنامه تنظیم کرد و با استفاده از اجزای یکسان، مقیاس سیستم را آسانتر یا پایین تر کرد.
علاوه بر افزایش توان خروجی، چیدمان پیل‌های سوختی به صورت مدولار، طراحی فشرده‌تر و سبک‌تر را نیز امکان‌پذیر می‌سازد، زیرا می‌توان قدرت بیشتری در حجم کمتری تولید کرد. این امر به ویژه برای برنامه هایی با محدودیت فضا یا وزن محدود، مانند دستگاه های قابل حمل یا وسایل نقلیه مهم است.

کارایی پشته پیل سوختی

راندمان پشته معمولاً به عنوان نسبت انرژی الکتریکی خروجی به انرژی شیمیایی ورودی اندازه گیری می شود. این با اندازه گیری و مقایسه توان الکتریکی خروجی پشته و همچنین میزان جریان و محتوای انرژی ورودی های سوخت و اکسیدان محاسبه می شود.
کارایی یک پشته پیل سوختی بسته به عوامل مختلفی از جمله تکنولوژی پشته پیل سوختی، شرایط عملکرد پشته و کیفیت و خلوص سوخت و اکسیدان می تواند متفاوت باشد. به طور کلی، پشته های پیل سوختی هیدروژنی زمانی که با توان نامی خود و در دماها و فشارهای بهینه کار می کنند، بیشترین کارایی را دارند.

اصول عملیاتی بهینه شود

یک مهندس پیل سوختی معمولاً بر بهینه سازی عملکرد و کارایی یک پشته پیل سوختی هیدروژنی و همچنین دوام و قابلیت اطمینان آن متمرکز است. برای رسیدن به این هدف، مهندس بر تعدادی از اصول عملیاتی تمرکز خواهد کرد، مانند:

1. خلوص سوخت و اکسیدان : اطمینان از خلوص بالای سوخت و گازهای اکسیدان می تواند به کاهش تخریب و افزایش طول عمر پشته پیل سوختی کمک کند. مهندس ممکن است از ابزارهایی مانند واحدهای تصفیه گاز، فیلترها و تله‌های رطوبت برای حذف ناخالصی‌ها و آلاینده‌ها از گازها استفاده کند.
2. دما و فشار عملیاتی : حفظ دما و فشار عملیاتی بهینه می تواند به حداکثر کردن کارایی و دوام پشته کمک کند. مهندس ممکن است از ابزارهایی مانند ترموکوپل ها، سنسورهای دما و سنسورهای فشار برای نظارت و کنترل شرایط عملیاتی پشته استفاده کند.
3. مدیریت بار : مدیریت بار روی پشته پیل سوختی می تواند به بهینه سازی عملکرد آن و افزایش طول عمر آن کمک کند. مهندس ممکن است از ابزارهایی مانند بانک‌های بار، سیستم‌های جمع‌آوری داده‌ها و الکترونیک کنترل برای نظارت و کنترل بار روی پشته استفاده کند.
4. تعمیر و نگهداری : تعمیر و نگهداری منظم می تواند به جلوگیری از تخریب و افزایش طول عمر پشته کمک کند. مهندس ممکن است از ابزارهایی مانند لوازم تمیز کردن، تجهیزات بازرسی و ابزارهای تشخیصی برای انجام تعمیرات روی پشته استفاده کند.
5. آزمایش : آزمایش منظم به شناسایی هر گونه مشکل یا مشکلی که ممکن است ایجاد شود کمک می کند و به مهندس اجازه می دهد تا در صورت نیاز اقدامات اصلاحی را انجام دهد. مهندس ممکن است از ابزارهایی مانند پایه های آزمایش پیل سوختی، بانک های بار و سیستم های جمع آوری داده ها برای آزمایش عملکرد و قابلیت اطمینان پشته استفاده کند.

علاوه بر این اصول عملیاتی، یک مهندس پیل سوختی همچنین ممکن است از طیف وسیعی از ابزارها و تجهیزات برای بهینه سازی عملکرد و قابلیت اطمینان یک پشته پیل سوختی هیدروژنی استفاده کند. این ابزار ممکن است شامل موارد زیر باشد:

1. ابزارهای محاسباتی : مهندسان پیل سوختی ممکن است از ابزارهای محاسباتی مانند نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) و ابزارهای شبیه سازی برای طراحی و بهینه سازی پشته پیل سوختی و اجزای آن استفاده کنند. این ابزارها می‌توانند به شناسایی مسائل بالقوه طراحی کمک کنند و به مهندس اجازه می‌دهند تا قبل از ساخته شدن پشته تغییرات و بهبودها را انجام دهد.
2. ابزارهای تجزیه و تحلیل داده ها : مهندسان پیل سوختی ممکن است از ابزارهای تجزیه و تحلیل داده ها مانند صفحات گسترده و نرم افزار تجسم داده ها برای تجزیه و تحلیل داده های آزمایشات پیل سوختی و شناسایی روندها و الگوها استفاده کنند. این می تواند به مهندس کمک کند تا عملکرد و قابلیت اطمینان پشته پیل سوختی هیدروژنی را درک کند و زمینه های بهبود را شناسایی کند.
3. تجهیزات تشخیصی : مهندسان پیل سوختی ممکن است از تجهیزات تشخیصی مانند مولتی متر و اسیلوسکوپ برای عیب یابی و تشخیص مشکلات پشته پیل سوختی استفاده کنند. این ابزارها می توانند به مهندس کمک کنند تا مسائل مربوط به پشته را شناسایی کند و در صورت نیاز اقدامات اصلاحی را انجام دهد.
4. تجهیزات تست : برای آزمایش عملکرد و قابلیت اطمینان، مهندسان ممکن است از طیف وسیعی از تجهیزات برای آزمایش پشته پیل سوختی، مانند بانک‌های بار، سیستم‌های جمع‌آوری داده‌ها و پایه‌های آزمایش پیل سوختی استفاده کنند. این ابزارها می توانند به مهندس کمک کنند تا مشکلات را شناسایی کرده و در صورت نیاز اقدامات اصلاحی انجام دهد.

اقدامات ایمنی

چندین تدابیر ایمنی وجود دارد که معمولاً در طراحی سیستم های پیل سوختی انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که پشته های پیل سوختی هیدروژنی ایمن کار می کنند.

1. جابجایی و تصفیه گاز : سیستم های پیل سوختی معمولاً شامل طیف وسیعی از اقدامات برای اطمینان از اینکه سوخت و گازهای اکسیدان به طور ایمن مدیریت و تصفیه می شوند، هستند. این ممکن است شامل فیلترهایی برای حذف آلاینده ها و ناخالصی ها، کمپرسورها و تنظیم کننده ها برای کنترل جریان و فشار گاز و واحدهای تصفیه گاز برای حذف رطوبت و سایر ناخالصی ها باشد.
2. سیستم های خنک کننده : پشته های پیل سوختی در طول فرآیند الکتروشیمیایی گرما تولید می کنند، و مهم است که اطمینان حاصل شود که پشته ها به درستی خنک می شوند تا از گرمای بیش از حد و آسیب جلوگیری شود. سیستم های پیل سوختی معمولاً شامل یک سیستم خنک کننده برای گردش سیال خنک کننده در میان پشته ها و حذف گرمای اضافی هستند.
3. ایمنی الکتریکی : سیستم های پیل سوختی برق تولید می کنند و مهم است که اطمینان حاصل شود که اجزای الکتریکی سیستم به طور ایمن طراحی و نصب شده اند. این ممکن است شامل اقداماتی مانند اتصال زمین، حفاظت در برابر جریان بیش از حد، و عایق برای جلوگیری از آتش سوزی و شوک الکتریکی باشد.
4. یکپارچگی ساختاری : پشته های پیل سوختی معمولاً در معرض طیف وسیعی از تنش های محیطی و مکانیکی قرار می گیرند، و مهم است که اطمینان حاصل شود که پشته ها با یکپارچگی ساختاری کافی برای مقاومت در برابر این تنش ها طراحی و ساخته شده اند. این ممکن است شامل اقداماتی مانند تقویت، مهاربندی، و پوشش های محافظ برای جلوگیری از آسیب باشد.
5. خاموشی اضطراری : سیستم های پیل سوختی معمولاً شامل یک سیستم خاموش شدن اضطراری هستند تا در صورت بروز نقص یا نقص، سیستم را به طور خودکار خاموش کنند. این ممکن است شامل سنسورهایی برای تشخیص شرایط خطرناک و همچنین کنترل الکترونیکی برای شروع خاموش شدن باشد.

جلوگیری از تخریب پشته های پیل سوختی

تخریب پشته پیل سوختی بر طول عمر پیل سوختی تأثیر می گذارد، اما اقدامات متعددی را می توان برای کاهش تخریب پشته پیل سوختی و افزایش عمر آنها به کار برد.

1. فیلتراسیون مناسب سوخت و گازهای اکسیدان می تواند به حذف ناخالصی ها و آلاینده هایی که می توانند باعث تخریب پیل های سوختی شوند کمک کند. این ممکن است شامل فیلترهایی برای حذف ذرات و همچنین واحدهای تصفیه گاز برای حذف رطوبت و سایر ناخالصی ها باشد.
2. خلوص سوخت هیدروژن همچنین می تواند بر عملکرد و طول عمر یک پشته پیل سوختی تأثیر بگذارد. سوخت هیدروژنی که به ناخالصی هایی مانند بخار آب، هیدروکربن ها یا فلزات آلوده است می تواند باعث خوردگی و تخریب پیل های سوختی شود. برای به حداقل رساندن این اثرات مهم است که اطمینان حاصل شود که سوخت هیدروژن از خلوص بالایی برخوردار است.
3. شرایط عملکرد یک پشته پیل سوختی هیدروژنی نیز می تواند بر عملکرد و طول عمر آن تأثیر بگذارد. عواملی مانند دما، فشار و رطوبت همگی می توانند بر پایداری و دوام پیل های سوختی تأثیر بگذارند. حفظ شرایط عملیاتی بهینه برای به حداقل رساندن تخریب و افزایش طول عمر پشته مهم است.
4. نگهداری صحیح پشته همچنین می تواند به جلوگیری از تخریب و افزایش طول عمر آن کمک کند. این ممکن است شامل اقداماتی مانند تمیز کردن و بازرسی منظم پیل‌های سوختی و سایر اجزاء و همچنین تعویض قطعات فرسوده یا آسیب‌دیده در صورت نیاز باشد.

تجهیزات تست پشته پیل سوختی

چندین قطعه از تجهیزات مانند جریان سنج گاز، ترموکوپل ها، بانک های بار، سیستم های جمع آوری داده ها و پایه های آزمایش پیل سوختی معمولاً برای آزمایش پشته های پیل سوختی هیدروژنی استفاده می شوند.

1. دبی سنج ها و تنظیم کننده های گاز برای اندازه گیری و کنترل سرعت جریان سوخت و گازهای اکسیدان به پشته پیل سوختی استفاده می شود. این اجازه می دهد تا شرایط عملیاتی پشته به طور دقیق کنترل و اندازه گیری شود.
2. از ترموکوپل ها و سنسورهای دما برای اندازه گیری دمای پشته و اجزای آن مانند پیل های سوختی، صفحات دوقطبی و مایع خنک کننده استفاده می شود. این اجازه می دهد تا مشخصات دمای پشته نظارت و کنترل شود.
3. بانک های بار برای اعمال بار به مجموعه پیل سوختی و اندازه گیری خروجی الکتریکی آن استفاده می شود. این اجازه می دهد تا عملکرد پشته تحت شرایط بار متفاوت مشخص شود.
4. سیستم‌های جمع‌آوری داده برای جمع‌آوری و ثبت داده‌ها از پشته پیل سوختی و اجزای آن در طول آزمایش استفاده می‌شوند. این ممکن است شامل داده هایی در مورد خروجی الکتریکی، نرخ جریان گاز، دما و سایر پارامترها باشد.
5. پایه های تست پیل سوختی سیستم های تخصصی هستند که برای تست پشته ها در شرایط مختلف استفاده می شوند. این سیستم ها ممکن است شامل ویژگی هایی مانند کنترل دما و رطوبت، کنترل جریان و فشار گاز، بانک های بار و سیستم های جمع آوری داده باشند. پایه های آزمایش پیل سوختی معمولاً برای توصیف عملکرد پشته های پیل سوختی هیدروژنی و همچنین برای آزمایش دوام و قابلیت اطمینان پشته ها در شرایط عملیاتی مختلف استفاده می شود.

راه اندازی پشته پیل سوختی هیدروژنی با استفاده از باتری یکپارچه

یک باتری یکپارچه در یک سیستم پیل سوختی می تواند برای افزایش طول عمر آن به طرق مختلف مورد استفاده قرار گیرد. یک راه استفاده از باتری برای "راه اندازی" پشته پیل سوختی است، به ویژه در شرایطی که پشته سرد است یا برای مدت طولانی بیکار بوده است. در این مورد، باتری می‌تواند یک تقویت موقت نیرو برای راه‌اندازی و راه‌اندازی پشته فراهم کند، تا زمانی که پس از رسیدن به دمای کارکرد، به عنوان منبع اصلی برق در نظر گرفته شود.
همچنین می توان از یک باتری یکپارچه برای تامین منبع تغذیه پشتیبان برای سیستم پیل سوختی در صورت قطع برق یا سایر وقفه ها در تامین سوخت استفاده کرد. در این مورد، باتری می تواند انرژی بارهای بحرانی را تا زمانی که مجموعه پشته بتواند دوباره راه اندازی شود یا منبع سوخت مجدداً برقرار شود، تامین کند.
روش دیگری که می توان از باتری یکپارچه برای افزایش طول عمر یک سیستم پیل سوختی استفاده کرد، «تراشیدن» بار روی پشته پیل سوختی است. این شامل استفاده از باتری برای ذخیره انرژی اضافی تولید شده در زمان‌های تقاضای بالا و سپس تخلیه مجدد آن به بار در زمان‌های تقاضای کمتر است. این می تواند به کاهش بار کلی روی پشته پیل سوختی هیدروژن کمک کند، که به نوبه خود می تواند طول عمر آن را افزایش دهد.

منبع: hyfindr