Raziskovalci UL Fakultete za strojništvo so pokazali, da na odpornost visokotemperaturnih gorivnih celic proti nečistočam ne vplivata le material in katalizator, temveč tudi oblika kanalov, po katerih priteka gorivo. Ustrezna zasnova lahko zmanjša izgube, prispeva k daljši življenjski dobi ter olajša uporabo vodika, pridobljenega iz metanola, v kompaktnih energetskih sistemih. Članek je bil objavljen v reviji International Journal of Hydrogen Energy (IF 9,2).
Foto: Eksperimentalno ohišje visokotemperaturne PEM gorivne celice na preskuševališču
Visokotemperaturne gorivne celice lahko uporabljajo vodik, ki nastane pri parnem reformiranju metanola. Tak plin ni popolnoma čist, saj vsebuje ogljikov dioksid, ogljikov monoksid (CO) in vodno paro. Predvsem CO zasede aktivna mesta katalizatorja in ovira pretvorbo vodika v električno energijo. Dosedanje raziskave so se večinoma osredotočale na materiale in povprečno zmogljivost celice, manj pa na razlike med posameznimi območji v njeni notranjosti.
Raziskovalci UL Fakultete za strojništvo so skupaj s podjetjem Blue World Technologies primerjali dve zasnovi kanalov za dovod plina: serpentinasto pot in več vzporednih kanalov. Gorivno celico so pri 160 in 170 °C izpostavili simulirani plinski mešanici iz reformiranga metanola. Z elektrokemijskimi meritvami in tipalom s 144 segmenti so hkrati spremljali vzroke izgub ter mesta, kjer se je električni tok spremenil.
Slika: Grafični abstract
Rezultati so pokazali, da je CO povzročil največje izgube, vendar njihov obseg in razporeditev nista bila enaka. Pri višjih koncentracijah CO so bile napetostne izgube v vzporedni zasnovi približno 15 % večje kot pri serpentinasti. Serpentinasti kanal je obremenitev razporedil vzdolž poti plina in se izkazal za elektrokemijsko odpornejšega, vendar se je poslabšanje kopičilo proti izhodu. Pri vzporednih kanalih so bili bolj prizadeti prav deli, ki so bili sprva najaktivnejši. Vodna para je zastrupitev s CO delno ublažila, prevelika količina vode pa je lahko povzročila nove omejitve pri prenosu plinov.
»Pokazali smo, da ista plinska mešanica ne obremeni vseh delov gorivne celice enako. Z izbiro kanalov lahko vplivamo na to, kje nastanejo izgube, in izboljšamo robustnost celotnega sistema,« pojasnjuje prva avtorica Emilija Todorovski.
Ugotovitve so smernica za učinkovitejše in trajnejše povezovanje reformerje metanola z gorivnimi celicami ter za manj zahtevno čiščenje proizvedenega vodika.
Foto: Eksperimentalno delo na področju vodikovih tehnologij v Laboratoriju za termoenergetiko