Komponen sistem sel bahan bakar hidrogen

Untuk mempertahankan operasi normal reaktor, sistem sel bahan bakar hidrogen juga memerlukan kerja sama dari sistem pasokan hidrogen, sistem pengelolaan air, sistem udara, dan subsistem bantu eksternal lainnya. Komponen sistem yang sesuai meliputi pompa sirkulasi hidrogen, botol hidrogen, pelembab udara, dan kompresor udara. Sel bahan bakar menghasilkan banyak air saat beroperasi. Kandungan air yang terlalu rendah akan menghasilkan fenomena yang disebut "film kering", yang mencegah transmisi proton. Kandungan air yang berlebihan dapat mengakibatkan "waterlogging", yang menghambat difusi gas dalam media berpori, sehingga tegangan output reaktor menjadi rendah. Akumulasi gas pengotor (N2) yang menembus dari sisi katoda ke anoda menghalangi kontak antara hidrogen dan lapisan katalis, mengakibatkan "kelaparan hidrogen" lokal dan korosi kimia. Oleh karena itu, keseimbangan air sangat penting bagi umur reaktor sel bahan bakar hidrogen PEM. Solusinya adalah dengan memasukkan peralatan sirkulasi hidrogen (pompa sirkulasi, injektor) ke dalam reaktor untuk mencapai pembersihan gas, penggunaan kembali hidrogen, pelembapan hidrogen, dan fungsi lainnya.

Pompa sirkulasi hidrogen dapat mengontrol aliran hidrogen secara real time sesuai dengan kondisi kerja dan meningkatkan efisiensi pemanfaatan hidrogen. Namun, "penggetasan hidrogen" mudah terjadi di lingkungan yang melibatkan hidrogen dan pengarungan. Fenomena pembekuan pada suhu rendah dapat menyebabkan sistem gagal bekerja secara normal. Oleh karena itu, pompa sirkulasi hidrogen harus memiliki ketahanan air yang kuat, tekanan keluaran yang stabil, dan kinerja bebas oli, yang sulit disiapkan dan mahal untuk diproduksi. Oleh karena itu, skema single ejector dan double ejector telah dikembangkan. Yang pertama tidak mudah untuk menjaga stabilitas alur kerja di bawah beban tinggi/rendah, start-stop sistem, beban variabel sistem dan kondisi kerja lainnya, sedangkan yang terakhir dapat beradaptasi dengan kondisi kerja yang berbeda tetapi memiliki struktur yang kompleks dan kontrol yang sulit [18]. Ada juga beberapa ejektor dan pompa sirkulasi hidrogen secara paralel, skema ejektor plus pompa sirkulasi hidrogen bypass, juga memiliki kelebihan dan kekurangan yang berbeda. Pada tahun 2010, perusahaan konsultan teknologi Amerika mengusulkan desain sistem siklus hidrogen, yang menggunakan gas buang yang dikembalikan untuk melembabkan hidrogen yang disuntikkan (tanpa pelembab anoda), yang mewakili arah pengembangan peralatan siklus hidrogen di masa depan.

Kompresor udara dalam sistem sel bahan bakar hidrogen dapat menyediakan oksidator (udara) yang sesuai dengan rapat daya reaktor. Ini memiliki keunggulan rasio tekanan tinggi, volume kecil, kebisingan rendah, daya besar, tanpa oli dan struktur kompak. Kompresor udara sel bahan bakar on-board yang umum memiliki jenis sentrifugal, sekrup, gulir, dan sebagainya. Saat ini, kompresor udara sekrup banyak digunakan, tetapi kompresor udara sentrifugal memiliki lebih banyak prospek aplikasi karena kedap udara yang baik, struktur yang kompak, getaran kecil, dan efisiensi konversi energi yang tinggi. Dalam komponen utama kompresor udara, bantalan, motor adalah teknologi hambatan, biaya rendah, bahan pelapis tahan gesekan juga menjadi fokus pengembangan. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis dari Jerman, Ballard Power Systems dari Kanada dan Toyota Motor Corporation Jepang semuanya memiliki lini produk kompresor udara komersial.