Hladni zagoni vozil na vodikove gorivne celice ne povzročajo zgolj nižjega izkoristka in slabše zmogljivosti, temveč pomembno vplivajo tudi na življenjsko dobo gorivne celice. Raziskovalci Laboratorija za motorje z notranjim zgorevanjem in elektromobilnost (LICeM) so z validiranim simulacijskim modelom pokazali, da je lahko pri hladnem zagonu pri nižjih temperaturah kumulativna degradacija katalizatorja, merjena kot izguba elektrokemijske aktivne površine katalizatorja (ECSA) v gorivnih celicah tudi 100-krat hitrejša kot pri višjih temperaturah.
PEM gorivne celice omogočajo brezemisijsko mobilnost, vendar njihovo življenjsko dobo omejuje degradacija ključnih komponent, med katerimi je tudi katalizator. Pri hladnem zagonu PEM gorivne celice pri temperaturah pod lediščem je potrebno gorivno celico hitro segreti na ustrezno obratovalno temperaturo. To se najpogosteje doseže s pospešenim ogrevanjem, pri katerem se namenoma zniža izkoristek in poveča nastajanje toplote, vendar takšne strategije hkrati ustvarjajo neenakomerne razmere znotraj celice. Zraven tega lahko pride do zamrzovanja vode, kar omeji dostop reaktantov do reakcijskih mest in povzroči lokalno visoke potenciale in heterogeno obremenitev gorivne celice. Posledica je lokalno pospešena degradacija katalizatorja.
V članku »Predicting the impact of ambient temperature on PEM fuel cell cold start-up catalyst degradation with a multi-domain and multi-scale modeling framework«, objavljenem v prestižni reviji Energy Conversion and Management (IF = 10.9), je predstavljen napreden simulacijski pristop z uporabo večdomenskega in večskalnega modeliranja. Simulacijsko orodje povezuje sistemski elektrokemijski model z mehanističnim modelom degradacije katalizatorja, ki vključuje raztapljanje platine in korozijo ogljikove podpore. Z uporabo modela, ki je validiran na podatkih vozila Toyota Mirai pri temperaturah od −18 °C do 35 °C, je prikazano, da nastanek ledu povzroči tranzientne heterogenosti znotraj celice, lokalno pomanjkanje vodika in visoke potenciale, kar vodi v približno za dva velikostna reda hitrejšo degradacijo katalizatorja kot pri zagonu pri višjih temperaturah. V prvih 200 sekundah hladnega zagona je kumulativna izguba ECSA pri temperaturah pod lediščem približno 100-krat hitrejša kot pri zagonu pri višjih temperaturah.
Avtorji ugotavljajo, da temperatura okolice pri hladnem zagonu in izbrana strategija vodenja zagona pomembno vplivata na življenjsko dobo katalizatorja, model pa lahko služi kot virtualni testni poligon za optimizacijo zagonskih protokolov z vidika zmogljivosti in dolgoživosti. V prihodnje lahko takšen model postane tudi del digitalnih dvojčkov, ki virtualno napovedujejo hitrost degradacije in omogočajo napredno, modelsko podprto upravljanje z gorivnimi celicami.
Slika 1 Povzetek ključnih doprinosov