Riassunto: Le celle a combustibile a idrogeno, note anche come celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC), sono ampiamente utilizzate nelle stazioni di ricarica per veicoli elettrici, nelle automobili e in altri impianti di produzione di energia grazie ai vantaggi di alta efficienza, zero emissioni e zero inquinamento.

1- Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno

Hydrogen fuel cells release a large amount of heat during operation, among which electrochemical reaction heat accounts for about 55%, irreversible electrochemical reaction heat accounts for about 35%, Joule heat accounts for about 10%, condensation heat and various heat losses account for about 5%. The heat generated by hydrogen fuel cells is approximately equal to the electrical energy they generate. If not dissipated in a timely manner, the temperature inside the battery will significantly increase, thereby affecting its service life.

2- Dissipazione del calore delle celle a combustibile a idrogeno

Rispetto ai veicoli alimentati a carburante, i veicoli a celle a combustibile a idrogeno hanno un potere calorifico più elevato e sistemi più complessi.Allo stesso tempo, a causa della limitazione della temperatura operativa delle celle a combustibile a idrogeno, la differenza di temperatura tra le celle a combustibile a idrogeno e il mondo esterno è ridotta, rendendo più difficile la dissipazione del calore da parte del sistema di dissipazione del calore.La temperatura operativa delle celle a combustibile a idrogeno ha un impatto significativo sulla resistenza al flusso del fluido, sull'attività del catalizzatore, sull'efficienza e sulla stabilità dello stack, quindi sono necessari sistemi efficienti di dissipazione del calore.

La tecnologia di raffreddamento a liquido è attualmente la tecnologia principale utilizzata nelle celle a combustibile a idrogeno nelle automobili.Mira a ridurre il consumo energetico della pompa dell'acqua riducendo la caduta di pressione del sistema, eliminando il calore in eccesso nelle celle a combustibile a idrogeno con un consumo energetico minimo e ottimizzando la distribuzione dei canali di flusso del fluido di lavoro circolante per ridurre le differenze di temperatura interna e migliorare l'uniformità della distribuzione della temperatura della batteria.

Il 90% del calore generato nelle celle a combustibile a idrogeno viene eliminato dal sistema di dissipazione del calore attraverso conduzione e convezione termica, mentre il 10% del calore viene dissipato nell'ambiente esterno attraverso la dissipazione del calore per irraggiamento.I metodi tradizionali di dissipazione del calore includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e la dissipazione del calore a cambiamento di fase.

3- Scambio termico del sistema PEMFC

3.1 Dissipazione del calore dello stack

Dopo che il calore è stato generato all'interno della PEMFC, il calore verrà trasferito tra i vari componenti all'interno della PEMFC e l'ambiente esterno.Il trasferimento di calore all'interno dello stack di celle a combustibile dipende principalmente dalla resistenza termica di ciascun componente e dalla resistenza termica di contatto tra i diversi componenti.Poiché lo strato di diffusione del gas è un "ponte" che collega i principali componenti generatori di calore (elettrodi a membrana) e i principali componenti di dissipazione del calore (piastre bipolari), la sua resistenza termica e la resistenza termica di contatto con altri componenti hanno un impatto significativo sul calore trasferire le prestazioni all'interno del PEMFC.Inoltre, la resistenza al contatto termico tra i diversi componenti può avere un impatto significativo sul trasferimento di calore interno dello stack di celle a combustibile.

3.2 trasferimento di calore del liquido di raffreddamento

I metodi di raffreddamento per le celle a combustibile includono il raffreddamento ad aria, il raffreddamento a liquido e il raffreddamento a cambiamento di fase.

I fattori che influenzano il trasferimento di calore del refrigerante includono l'estremità dello stack PEMFC, il refrigerante stesso e l'estremità del radiatore.Il refrigerante è a diretto contatto con le piastre bipolari all'estremità dello stack PEMFC, quindi la struttura del canale di flusso del refrigerante ha un impatto significativo sul suo trasferimento di calore.Inoltre, le proprietà del liquido refrigerante stesso influenzeranno anche il relativo processo di trasferimento del calore.Considerando la mancanza di spazio disponibile, la scelta di un refrigerante con una maggiore capacità termica può ridurre le dimensioni del dissipatore di calore e migliorare le prestazioni di gestione termica del PEMFC.Pertanto, la necessità di nuovi refrigeranti ad alta efficienza sta diventando sempre più evidente.

Aggiorneremo regolarmente la tecnologia e le informazioni sulla progettazione termica e sulla leggerezza e le condivideremo con voi come riferimento. Grazie per il tuo interesse per Walmate.