Samenstelling van de brandstofcel.
De brandstofcel bevat twee poreuze koolstofelektrodes die verbonden zijn door een elektrolyt. Op de elektrode is een dun laagje platina als katalysator aangebracht. Aan de anode wordt waterstof toegevoerd dat gesplitst wordt in protonen en elektronen. De elektronen leveren stroom in het externe circuit; de protonen gaan via een proton selectief membraan (Proton Exchange Membrane) naar de kathode. Aan de kathode wordt zuurstof (lucht) aangevoerd dat met de protonen reageert tot water.
Chemisch geeft dit de volgende reactie:
H₂ –> 2H+ + 2e- O₂+4H+ +4e– –> 2H₂O
Doordat één brandstofcel slechts 0,5V tot 1V aan spanning genereert, wordt er gebruik gemaakt van een zogenaamde ‘Stack’. Hierbij worden de brandstofcellen in serie geplaatst. Een brandstofcel ‘Stack’ kan uit honderden brandstofcellen bestaan. (Bastienne Wentzel, Chemische Feitelijkheden)
Balance Of Plant
Om het hele proces van de brandstofcel ‘Stack’ vlot en met het hoogste rendement te laten verlopen, moeten een aantal parameters gecontroleerd en indien nodig bijgestuurd worden. Alle randapparatuur die deze parameters monitort noemt men de Balance Of Plant (BOP). In deze Balance Of Plant zitten voornamelijk:
– Air Processing System
– Fuel Processing System
-Thermal Management System
- Air Processing System
De lucht komt via de inlaat binnen in het verwerkingssysteem. Daar gaat de lucht eerst door een (chemische) luchtfilter. De druk en temperatuur van de lucht worden gemeten met sensoren. Daarna gaat de lucht door een luchtstroomsensor, die indien nodig, de luchtstroom regelt via een klep. De lucht wordt vervolgens, door een luchtblazer, door een bevochtiger geblazen. Deze bevochtiger gebruikt waterdamp afkomstig van de brandstofcellen, om de droge lucht te bevochtigen. Een deel van de waterdamp gaat via de uitlaat naar buiten, terwijl een ander deel gerecupereerd wordt en terug naar de brandstofcel ‘Stack’ gevoerd word.
- Fuel Processing System
Waterstof komt van de waterstoftank, met een druk van 10bar, naar een klep. Vervolgens wordt de waterstof via een inlaatklep, en met een verlaagde druk, naar de Hydrogen Ejector gevoerd. De waterstof wordt nu in de ‘Stack’ ingespoten met een druk van 1,15bar tot 1,45bar. Doordat niet alle waterstof in één keer verbruikt wordt, gebruikt men een circulatieblazer die de niet gebruikte waterstof nog eens door het systeem zal laten gaan. De vrijgekomen waterdamp door de wel gebruikte waterstof wordt naar de bevochtiger geleid.
- Thermal Management System
De Fuel Cell maakt gebruik van een koelsysteem met een speciale koelvloeistof. In dit koelsysteem wordt nauwkeurig de temperatuur van de ‘Stack’ gecontroleerd alsook die van de koelvloeistof. De geleidingsgraad van de koelvloeistof moet ook zeer precies gevolgd worden. Door het werkingsproces van de brandstofcel komen ionen vrij, die in de koelvloeistof terecht komen. Indien de concentratie aan ionen te groot wordt, zouden de brandstofcellen onderling kortsluiting kunnen maken. Om dit te voorkomen zit in het systeem een de-ionisator.
Literatuurlijst
- Wentzel B. (2007), Chemische Feitelijkheden, editie 53, nr. 236, Brandstofcel
- (1) Afbeelding opgehaals van: https://www.google.com/search?q=fuel+cell+stack&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjjw7O6q-3mAhXCb1AKHUMhC2AQ_AUoAXoECA0QAw&biw=1366&bih=625#imgrc=UOk2QJX3CBL6TM:
- (2) Afbeelding opgehaald van: https://www.google.com/search?q=balance+of+plant+fuel+cell&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwiA1eensu3mAhVLKlAKHaGHC1gQ_AUoAXoECAsQAw&biw=1366&bih=625#imgrc=dT0tvAYPpG_74M:
Brandstofcel groep 7 