Součásti systému vodíkových palivových článků

Pro udržení normálního provozu reaktoru potřebuje systém vodíkových palivových článků také spolupráci systému zásobování vodíkem, systému vodního hospodářství, vzduchového systému a dalších externích pomocných subsystémů. Odpovídající součásti systému zahrnují vodíkové oběhové čerpadlo, vodíkovou láhev, zvlhčovač a vzduchový kompresor. Palivové články produkují velké množství vody, když jsou v provozu. Příliš nízký obsah vody způsobí jev zvaný „suchý film“, který brání přenosu protonů. Nadměrný obsah vody může mít za následek „zavodnění“, které brání difúzi plynu v porézním médiu, což má za následek nízké výstupní napětí reaktoru. Hromadění plynu nečistot (N2) pronikajícího ze strany katody k anodě brání kontaktu mezi vodíkem a vrstvou katalyzátoru, což má za následek místní „hladovění vodíku“ a chemickou korozi. Rovnováha vody má proto velký význam pro životnost reaktoru vodíkových palivových článků PEM. Řešením je zavedení zařízení pro cirkulaci vodíku (oběhové čerpadlo, injektor) do reaktoru, aby se dosáhlo proplachování plynem, opětovného použití vodíku, zvlhčování vodíku a dalších funkcí.

Vodíkové oběhové čerpadlo může řídit průtok vodíku v reálném čase podle pracovních podmínek a zlepšit efektivitu využití vodíku. K „vodíkovému zkřehnutí“ však snadno dochází v prostředí zahrnujícím vodík a brodění. Zmrazování při nízké teplotě může způsobit, že systém nebude fungovat normálně. Vodíkové oběhové čerpadlo proto musí mít silnou odolnost proti vodě, stabilní výstupní tlak a bezolejový výkon, což je obtížné na přípravu a nákladné na výrobu. Proto byla vyvinuta schémata jednoduchého ejektoru a dvojitého ejektoru. První není snadné udržet stabilitu pracovního toku při vysokém/nízkém zatížení, start-stop systému, proměnné zatížení systému a dalších pracovních podmínkách, zatímco druhý se může přizpůsobit různým pracovním podmínkám, ale má složitou strukturu a obtížné ovládání [18]. Tam jsou také některé ejektor a vodíkové oběhové čerpadlo paralelně, ejektor plus obtokové vodíkové cirkulační čerpadlo schéma, má také výrazné výhody a nevýhody. Americká technologická konzultační společnost navrhla v roce 2010 návrh systému vodíkového cyklu, který využívá vracené výfukové plyny ke zvlhčování vstřikovaného vodíku (bez anodového zvlhčovače), což představuje směr vývoje budoucího zařízení pro vodíkový cyklus.

Vzduchový kompresor v systému vodíkových palivových článků může poskytovat okysličovadlo (vzduch), které odpovídá hustotě výkonu reaktoru. Má výhody vysokého tlakového poměru, malého objemu, nízkého hluku, velkého výkonu, bez oleje a kompaktní struktury. Běžný palubní vzduchový kompresor s palivovými články má typy odstředivý, šroubový, spirálový a tak dále. V současné době jsou šroubové vzduchové kompresory široce používány, ale odstředivé vzduchové kompresory mají větší vyhlídky na použití kvůli jejich dobré vzduchotěsnosti, kompaktní struktuře, malým vibracím a vysoké účinnosti přeměny energie. V klíčových komponentách vzduchového kompresoru, ložiska, motoru je technologie úzkého hrdla, nízká cena a povlakový materiál odolný proti tření je také zaměřen na vývoj. General Electric, United Technologies, Prager Energy, Xcellsis z Německa, Ballard Power Systems z Kanady a Toyota Motor Corporation z Japonska mají komerční produktové řady vzduchových kompresorů.