Enkelt net øger brændselscelleeffektiviteten med over 30 procent

TurbuGrid er navnet på et lille plastgitter på cirka 16 x 16 cm, der markant kan øge effektiviteten af ​​en luftkølet brændselscellebunke. Test foretaget af AAU -forskere viser en effektivitetsforøgelse på mindst 33,5 procent, men dette kan være endnu større, hvis nettet tilføjes til helt nye brændselscellestakke. Stigningen skyldes, at nettet tilføjer turbulens til luften, der strømmer ind i kanalerne i stakken. Turbulens har en stor effekt på varmeoverførslen, der opstår i brændselsceller, og dette har vigtige konsekvenser for, hvor høj en effekttæthed der kan opnås fra brændselscellerne.

"Vi vil gerne have brændselscellen i drift ved omkring 50-60 grader, fordi reaktionen mellem ilt og brint har de bedste betingelser ved den temperatur. Så vi har brug for en effektiv metode til at overføre spildvarmen, der opstår inde i brændselscellen, så cellen overophedes ikke, ”siger Torsten Berning, Lektor i Institut for Energiteknologi på Aalborg Universitet.

Luften, der trækkes gennem en brændselscellestabel, flyder på en laminær måde (det modsatte af turbulent). Men forskere fra Aalborg Universitet har nu fundet ud af, at ved at tilføre kunstig turbulens til luftstrømmen ved hjælp af det lille plastgitter kan øge varmeoverførslen til luften og dermed sikre øget effektivitet, fordi brændselscellen ikke bliver for varm.

Tilføjelse af kunstig turbulens til luftstrømmen er en radikal ændring i tilgangen til at få mere ud af en brændselscellestabel. Dette skyldes, at fokus tidligere på at opnå større effektivitet tidligere var centreret om at undgå et trykfald og ikke på en mere effektiv varmeoverførsel.

"Tidligere har forskere og industri havde til formål at skabe en luftstrøm, der var så laminær som muligt. Men vores forskning viser, at det meget mere handler om at sikre effektiv varmeoverførsel, og dette kan opnås ved at tilføje turbulens, ”siger Torsten Berning.

Jo mere magt, jo mere varme

Jo mere strøm der udvindes fra en brændselscellestabel, jo varmere stakken bliver. Derfor er det vigtigt at opnå bedre kontrol af temperaturen inde i cellerne. Med laminær luftstrøm, varmeoverførsel er relativt dårlig, og dette begrænser, hvor meget strøm der kan udvindes fra brændselscellestakken.

"Hvis vi ikke er gode til at kontrollere varmeoverførsel, stakken bliver hurtigt for varm, og vi kan ikke udtrække så meget magt, som der faktisk er potentiale for. Men ved at tilføje turbulens ser vi betydelige resultater med hensyn til at sikre effektiv varmeoverførsel til luften - og dermed også en markant stigning i brændselscelleeffektivitet, ”siger Torsten Berning.

Alt inde i en brændselscelle er så lille, gør det svært at beregne og måle temperaturen nøjagtigt. Torsten Berning og hans forskningskolleger brugte således computermodeller i kombination med fysiske eksperimenter. Og resultaterne fra både modellerne og virkeligheden var klare:en markant stigning i effektivitet og udgangseffekt, når nettet tilføjes.

Øget levetid for gamle brændselsceller

De luftkølede brændselsceller bruges i øjeblikket til materialehåndtering med gaffeltrucks, som nødkraftværker til IT og telekomindustrien og til mindre droner. Brændselsceller holder typisk 5-6 år, afhængigt af hvordan de er blevet betjent, men ved at tilføje gitteret til en brændselscellestabel vil det være muligt at forlænge levetiden, fordi temperaturen i celler styres på en mere passende måde. En luftkølet brændselscelle stak koster mindst $ 1000/kW, så ud over at bruge gitteret på de nye brændselscellestakke, det kan også være en god forretning at tilføje det til de brændselscellestakke, der allerede er i drift.