Raziskovalci Fakultete za strojništvo, Laboratorija za motorje z notranjim zgorevanjem in elektromobilnost, so razvili inovativno diagnostično metodologijo za gorivne celice s protonsko izmenjevalno membrano (PEMFC), ki jo omogoča večskalni modelski pristop.
Sočasna optimizacija delovnih pogoje v in trajnosti PEMFC zahteva uporabo napredne diagnostike State-of-X (SoX), kjer SoX pomeni stanje delovnih pogojev (State-of-Operation-Conditions – SoOC), stanje zdravja (State-of-Health – SoH) in stanje delovanja (State-of-Function – SoF). Za razliko od trenutno uporabljenih metod SoX, ki temeljijo na izmerjenih električnih parametrih in zato omogočajo omejen vpogled v notranja stanja in parametre gorivne celice, kar posledično omejuje njihove diagnostične sposobnosti, omogoča razviti diagnostični pristop virtualni vpogled v PEMFC. Tako razvita diagnostična metodologija, ki kot vhodno informacijo uporablja zgolj izmerjeni električni tok in napetost, omogoča nove SoX funkcionalnosti z inovativno uporabo modelsko osnovanega vpogleda v notranja stanja PEMFC in parametre, ki predstavljajo hitrost in učinkovitost reakcij ter transportnih mehanizmov.
Razvita diagnostična metodologija SoX omogoča izračun notranjih stanj gorivne celice v realnem času, kar pomeni, da omogoča funkcionalnost virtualnih zaznaval v realnem času in torej inovativno diagnostiko SoOC ter funkcionalnost digitalnega dvojčka. Podobno modelsko podprta analiza parametrov, povezanih s hitrostjo in učinkovitostjo reakcij ter transportnih mehanizmov, odpira nove SoH diagnostične funkcionalnosti, medtem ko obe funkcionalnosti podpirata inovativne funkcionalnosti SoF.
Ta zahteven izziv so raziskovalci rešili z razvojem inovativne metode za SoX diagnostiko, ki temelji na računsko učinkovitem večskalnem modelskem pristopu za PEMFC, metodah identifikacije parametrov in metodah za ocenjevanje enolične določljivosti identifikacije parametrov, ki je bila objavljena v International Journal of Hydrogen Energy. Predlagani izviren modelski pristop vključuje napreden podmodel za prostorsko razločeno dinamiko vode v kapljevitem stanju in novo razviti podmodel, ki upošteva vpliv učinkov prehoda plina čez membrano na mešane potenciale gorivne celice.
Rezultati potrjujejo sposobnost inovativne metodologije diagnostike SoX za napredno določanje notranjih stanj PEMFC in natančno določanje sprememb parametrov, ki so posledica degradacije in so povezane z aktivnostjo katalizatorja, izgubami v membrani in izgubami v plinsko-difuzijski plasti. Razvita metodologija diagnostike SoX je torej sposobna razbrati specifične prispevke posameznih komponent k napetostnim izgubam. Razvita metodologija torej odpira nova obzorja modelsko osnovane diagnostike gorivnih celic in predstavlja ključno orodje za napredne metode zaznavanja in določitve napak ter odpira nove perspektive na področju strategij preprečevanja napak.
Avtorji slike: Andraž Kravos, Tomaž Katrašnik in Jon Hauptman