Ogniwa Paliwowe - Układy (Systemy) Ogniw

Pojedyncza cela ogniwa paliwowego (fuel cell) wytwarza zbyt mało mocy wyjściowej (do około 1-2W/cm2), aby sprostać wymogom zasilania nawet niewielkich urządzeń elektrycznych. Z tego powodu ogniwa paliwowe łączy się w większe moduły nazywane stosami, których napięcie i moc wyjściowa są odpowiednio zwielokrotnione. Zazwyczaj w stosie połączone są ze sobą dziesiątki, a nawet setki pojedynczych ogniw. Ogniwa mogą być łączone szeregowo, równolegle lub szeregowo-równolegle. Sposób łączenia jest wynikiem spełnienia wymogów stawianych przez dany odbiornik energii elektrycznej. Najczęściej wykorzystywanym rozwiązaniem przy szeregowym łączeniu ogniw jest stosowanie tzw. płyt bipolarnych/interkonektora.

Głównym zadaniem interkonektorów w ogniwie paliwowym jest odprowadzenie/doprowadzenie ładunku oraz równomierne rozprowadzenie paliwa i utleniacza (powietrza) po całej powierzchni każdej z elektrod. W tym celu na powierzchni okładek wycina sie kanaliki o różnych kształtach, by mógł nimi płynąć wodór lub powietrze. W celu wykonania ogniw o większej mocy łączy sie kilka ogniw w pakiet. W tym wypadku okładki mają kanały po obu stronach i nazywa sie je płytami bądź okładkami zewnętrznymi bipolarnymi. Schemat pakietu zmienia sie w zależności od typu ogniwa i zastosowania. W zależności od założeń projektowanego ogniwa tj. produkowanej mocy, ciepła, rozmiaru lub kształtu ogniwa, projektuje sie okładki o różnorodnych kształtach (np. rurowe, zaprojektowane przez firmę Siemens dla wysokotemperaturowych ogniw paliwowych) Materiały, z którego są wykonywane interkonektory, przede wszystkim musza charakteryzować sie dobrym przewodnictwem ciepła i prądu.

kanaliki w płytkach bipolarnych

Przykładowe kształty kanalików wycinanych w płytkach bipolarnych.

Stos pracuje w układzie (zespole), na który składają się urządzenia niezbędne lub pomocnicze do pracy całego układu m.in. przeznaczone do:

  • Magazynowania i konwersji nośników energii niezbędnych przy produkcji wodoru,
  • Magazynowania wodoru i metanolu (otrzymywanych wcześniej lub dostarczonych z innego miejsca produkcji),
  • Zasilania katody ciepłym powietrzem (opcjonalnie),
  • Chłodzenia stosu ogniw oraz układu odzysku ciepła,
  • Przetwarzania prądu stałego na prąd przemienny, oraz
  • Aparatura pomocnicza (dopalanie paliwa, kontrola szczelności, automatyka procesów, itp.)

Stos ogniw paliwowych

Pojedyńcze cele ogniw polimerowych tworzące stos
o większej mocy i generowanym napięciu.