Narzędzie do diagnostyki ogniw paliwowych w trakcie pracy
Ogólna wydajność w trakcie cyklu życia systemu membran do wymiany protonów (PEM) odgrywa istotną rolę w całkowitych kosztach systemu FC. Ograniczenie lub wyeliminowanie degradacji oraz awaryjności dzięki narzędziom diagnostycznym działającym podczas pracy urządzeń jest bardzo ważne dla komercjalizacji systemów PEM FC. W ramach finansowanego ze środków UE projektu D-CODE (DC/DC converter-based diagnostics for PEM systems) opracowano innowacyjną procedurę diagnostyczną umożliwiającą wykrywanie defektów stosów FC i wspierającą analizę stopnia ich degradacji. W projekcie wykorzystano w praktyce obiecującą technikę spektroskopii impedancji elektrochemicznej (EIS), wcześniej stosowaną tylko w warunkach laboratoryjnych. EIS to metoda charakteryzowania dynamiki procesu elektrochemicznego. Uczeni wbudowali oprogramowanie i sprzęt EIS zarówno w nisko-, jak i wysokotemperaturowych ogniwach paliwowych PEM. W porównaniu z konwencjonalnymi technikami widmo impedancji umożliwia uzyskanie obszernych informacji przy tylko jednym pomiarze. Pod uwagę wzięto dwa zastosowania stacjonarne, a mianowicie generowanie energii pomocniczej i kogenerację. Dzięki nowemu sprzętowi do konwersji oraz algorytmom diagnostycznym możliwe jest wykrywanie wielu usterek i potencjalnych awarii podczas pracy systemu. Dotyczą one procesów elektrochemicznych, awarii podzespołów (dmuchawy, elektronicznych układów zasilania i siłowników) lub parametrów zewnętrznych (błędy sterowania lub obciążenie krytyczne). Po wyłączeniu systemu FC dodatkowe urządzenie o specjalnej funkcji diagnostycznej monitoruje stan stosu. Koncepcję D-CODE można z łatwością zastosować do innych technologii FC, takich jak ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, dzięki sprzętowi oraz ogólnym metodologiom teoretycznym i doświadczalnym. Oprócz usprawnienia detekcji błędów i awarii w ogniwach paliwowych PEM, diagnostyka oparta na EIS powinna przyczynić się do zwiększenia skuteczności konserwacji, obniżenia kosztów oraz wydłużenia czasu eksploatacji i poprawy niezawodności. Zwiększanie konkurencyjności tego typu technologii powinno sprzyjać komercjalizacji tego produktu, przynosząc duże korzyści zainteresowanym branżom, konsumentom i środowisku.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, diagnostyka w trakcie pracy, membrana do wymiany protonów, zużycie stosu, spektroskopia impedancji elektrochemicznej.
