수소연료전지시스템 부품

원자로의 정상적인 작동을 유지하기 위해 수소 연료 전지 시스템은 수소 공급 시스템, 물 관리 시스템, 공기 시스템 및 기타 외부 보조 하위 시스템의 협력도 필요합니다. 해당 시스템 구성 요소에는 수소 순환 펌프, 수소 병, 가습기 및 공기 압축기가 포함됩니다. 연료 전지는 작동 중에 많은 양의 물을 생성합니다. 수분 함량이 너무 낮으면 "드라이 필름"이라는 현상이 발생하여 양성자 전달을 방지합니다. 과도한 수분 함량은 "워터로깅(waterlogging)"을 유발할 수 있으며, 이는 다공성 매질에서 가스의 확산을 방해하여 낮은 반응기 출력 전압을 초래합니다. 음극 측에서 양극으로 침투하는 불순물 가스(N2)의 축적은 수소와 촉매층 사이의 접촉을 방해하여 국부적인 "수소 고갈" 및 화학적 부식을 초래합니다. 따라서 물의 균형은 PEM 수소 연료 전지의 반응기 수명에 매우 중요합니다. 해결책은 가스 퍼지, 수소 재사용, 수소 가습 및 기타 기능을 달성하기 위해 반응기에 수소 순환 장비(순환 펌프, 인젝터)를 도입하는 것입니다.

수소 순환 펌프는 작업 조건에 따라 실시간으로 수소 유량을 제어할 수 있어 수소 이용 효율을 높일 수 있다. 그러나, "수소 취화"는 수소 및 도랑이 포함된 환경에서 발생하기 쉽습니다. 저온에서 동결 현상으로 인해 시스템이 정상적으로 작동하지 않을 수 있습니다. 따라서 수소순환펌프는 내수성이 강하고 토출압력이 안정적이며 무급유 성능이 요구되어 준비가 어렵고 제조비용이 비싸다. 따라서 단일 이젝터와 이중 이젝터의 방식이 개발되었습니다. 전자는 고/저부하, 시스템 시작-정지, 시스템 가변 부하 및 기타 작업 조건에서 작업 흐름의 안정성을 유지하기 쉽지 않은 반면, 후자는 다양한 작업 조건에 적응할 수 있지만 구조가 복잡하고 제어가 어렵습니다[18]. 또한 일부 이젝터와 수소 순환 펌프가 병렬로 연결되어 있으며 이젝터와 바이패스 수소 순환 펌프 방식도 뚜렷한 장점과 단점이 있습니다. 2010년에는 미국의 기술 컨설팅 회사에서 반환된 배기가스를 이용하여 주입된 수소를 가습하는(양극 가습기 없이) 수소 순환 시스템의 설계를 제안했으며, 이는 미래 수소 순환 장비의 개발 방향을 나타냅니다.

수소 연료 전지 시스템의 공기 압축기는 원자로의 출력 밀도에 맞는 산화제(공기)를 제공할 수 있습니다. 그것은 높은 압력 비율, 작은 부피, 저소음, 큰 힘, 기름 없음 및 조밀한 구조의 이점이 있습니다. 일반적인 온보드 연료 전지 공기 압축기에는 원심, 나사, 스크롤 등의 유형이 있습니다. 현재 스크류 공기 압축기가 널리 사용되고 있지만 원심 공기 압축기는 기밀성이 좋고 구조가 콤팩트하며 진동이 적고 에너지 변환 효율이 높기 때문에 더 많은 응용 가능성이 있습니다. 공기 압축기, 베어링, 모터의 핵심 구성 요소에서 병목 기술, 저비용, 마찰 저항 코팅 재료도 개발의 초점입니다. General Electric, United Technologies, Prager Energy, 독일의 Xcellsis, 캐나다의 Ballard Power Systems 및 일본의 Toyota Motor Corporation은 모두 상업용 공기 압축기 제품 라인을 보유하고 있습니다.