Španělští vědci vyvinuli nový palivový článek s protonovou výměnnou membránou s bipolární deskou založenou na struktuře inspirované přírodou. Tato architektura podle jejích tvůrců vykazuje pozoruhodný výkon při provozu při vysokých hodnotách relativní vlhkosti 90 %.
Nový palivový článek
Vědci z univerzity v Seville ve Španělsku vyvinuli palivový článek s protonovou výměnnou membránou (PEMFC) s bipolární deskou (BP). Článek je založený na struktuře, kterou se vývojáři nechali inspirovat přírodou.
Podle vědců jsou BP klíčové pro optimální hospodaření s vodou v buňce. Voda zabraňuje zaplavení a zlepšuje provoz buňky při vysokých proudových hustotách. „Správně optimalizovaný design toku umožňuje palivovému článku vyvinout rovnoměrný a stabilní výkon. Dále umí správně řídit vodu, která vzniká při reakci,“ uvedli.
Prostřednictvím modelů a simulací výpočetní dynamiky tekutin (CFD) zkoumala španělská skupina několik bioinspirovaných struktur průtokových kanálů. Patřily mezi ně listy, plíce nebo houby, a snažila se posoudit, které z nich nabízejí nejlepší výkon z hlediska distribuce reaktantů, tlaku a rychlostních polí.
Akademici vytvořili tři různé architektury průtokových kanálů pro palivové články. První Design A je symetrický vzhledem k diagonále BP. Skládá se z větve jdoucí podél úhlopříčky BP s rozvětvenými sekundárními větvemi v kolmém směru. Větve jsou zase propojené přes terciární kolmé větve.
Druhá konfigurace s názvem Design B, se skládá z dvojitého hadovitého průtokového kanálu s kontinuálním průtokem od vstupu k výstupu a geometrickou symetrií vzhledem k hlavní diagonále BP.
Architektura Design C je založená na vstupním kolektoru a výstupním kolektoru propojených paralelně se šesti skupinami přímých kanálů v sadách po sedmi kanálech.
Architektury a jejich výkon
Výkon těchto tří architektur článků porovnali s výkonem referenčního návrhu s paralelně hadovitým designem aktivní plochy 50 cm2 od společnosti ElectroChem Inc. se sídlem v USA.
Mírně upravená verze Design C včetně grafénových porézních houbových vložek se stala architekturou s nejlepším výkonem. Vykazoval nejhomogennější pole rychlosti proudění, (průměrnou rychlost 1,71 m/s), směrodatnou odchylku rychlosti 2,87 m/s a nižší tlakovou ztrátu 1042,8 Pa.
„I když jsme u biomimetického designu pozorovali nižší výkon ve srovnání s paralelním hadem pro nižší teploty článku (o 4,1 % nižší), vyšší protitlak článku (o 6,2 % nižší) a vyšší katodový stechiometrický faktor 3,5 (o 21,2 % nižší), nový biomimetický design ukázal lepší výkon při provozu při vyšších hodnotách relativní vlhkosti 90 %. Dále dosahoval špičkového výkonu o 6,0 % více, což naznačuje, že navrhovaný nový biomimetický design je zvláště vhodný pro lepší hospodaření s vodou při vysoké vlhkosti reaktantů.“
Zjištění prezentovali v článku Experimental and numerical Investigation on the design bioinspired PEM fuel cell, publikovaném v Energy.
Zdroje: pv-magazine, Top Vozíky
