Im Betrieb des Brennstoffzellensystems diffundiert kontinuierlich Stickstoff und Produktwasser von der Kathoden- zur Anodenseite. Da der Frischwasserstoff druckabhängig nachgeführt wird und das Anodenabgas rezirkuliert sowie dem Frischwasserstoff beigemischt wird, sinkt der Wasserstoffpartialdruck aufgrund des diffundierten Stickstoffs und Produktwassers ab. Sinkt der Wasserstoffpartialdruck unter einen systemabhängigen Grenzwert begünstigt dies erhöhte Degradationserscheinungen des Brennstoffzellenstapels aufgrund von lokalen Wasserstoffunterversorgungen in den einzelnen Zellen. Um einer Unterversorgung vorzubeugen, kommen Ventile zum Einsatz, welche zyklisch öffnen und das Gasgemisch abblasen. Frischwasserstoff wird, entsprechend dem Druckverlust durch die Ablassprozedur, nachgeführt und sorgt für einen Anstieg des Wasserstoffpartialdrucks.
Arten
- Schnell schaltende Magnetventile
Herausforderungen
Wasserstoffanwendungen stellen erhöhte Dichtheitsanforderungen an die jeweiligen Komponenten. Die Gewährleistung einer hohen Lebensdauer über eine große Anzahl von Lastzyklen stellt dabei eine Hauptanforderung dar. Die Herausforderung besteht in der Entwicklung einer Purge-Strategie. Dafür müssen die systemspezifischen Grenzwerte für die Partialdrücke bekannt sein, ab denen ein Spülvorgang durchgeführt wird. Dies ermöglicht es ein Purgeintervall (zeitlicher Abstand zwischen zwei Spülvorgängen) zu definieren, welches möglichst hoch gewählt wird, um die erforderlichen Spülvorgänge zu minimieren. Ebenso ist die erforderliche Spüldauer zur Minimierung des Stickstoffpartialdrucks zu definieren. Im Allgemeinen überschreitet die Spüldauer eine Sekunde nicht. Das Purgeintervall kann systemabhängig mehrere Minuten betragen. [1]
Literatur
[1] Z. Liu et al., „Anode purge management for hydrogen utilization and stack durability improvement of PEM fuel cell systems,“ Applied Energy, Jg. 275, S. 115110, 2020, doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115110.
