Исследователи разработали методику обнаружения снижения эффективности водородных топливных элементов

Специалисты из Университета Цукуба (University of Tsukuba) представили свою новую методику, предназначенную для обнаружения снижения эффективности водородных топливных элементов, вызванное избытком или недостатком воды. Для этого они использовали датчики, измеряющие плотность магнитного потока. Как заявляют ученые, с их помощью они смогли неинвазивно контролировать величину генерируемого тока. В зависимости от его величины датчик может сигнализировать о проблеме.

По мере того, как идёт поиск новых экологичных технологий для транспортных средств, автомобили на водородных элементах с каждым годом становится всё более совершенными и удобными для эксплуатации. В отличие от аккумуляторных электромобилей эти транспортные средства могут без проблем работать при низких температурах и имеют больший запас хода.

Одной из разновидностей водородных топливных элементов являются модели с протонообменной мембраной (PEMFC). Это мембрана, проницаемая для ядер водорода (отдельные протоны), разделяет водородные и кислородные отсеки. Когда протоны проходят через мембрану для соединения с атомами кислорода, электроны двигаются по проводам, чтобы завершить формирование молекулы воды. Вода в водородных элементах является единственным продуктом, помимо вырабатываемого электричества.

Слабым местом водородных топливных элементов PEMFC является возможность выхода из строя из-за недостатка или избытка воды в системе. Для обеспечения стабильной работы и максимальной производительности требуются новые датчики, способные обнаружить избыток или недостаток воды. Они особенно полезны в сборках топливных элементов, где сложно определить, в каком из них возникла проблема. Именно такие датчики и разработали учёные из Университета Цукуба.

Новые датчики основаны на изменение магнитного потока, создаваемого электрическими токами внутри топливного элемента. Если система работает штатно, то производимые электрические токи будут генерировать характерную картину магнитных полей. Эти магнитные поля обнаруживаются новыми датчиками. Если вдруг изменяется картина магнитных полей, то датчик моментально регистрирует состояние отказа.

Недостаток или избыток воды в топливных элементах делает их работу непредсказуемой, говорит один из авторов исследования, профессор Ютаро Акимото. Команда специалистов провела тестирование своей системы из пяти водородных топливных элементов с 50-ваттным блоком PEMFC, имеющим воздушное охлаждение. Датчики помещались внутрь охлаждающих отверстий. При обнаружении неисправности по сигналу датчика можно реализовать соответствующие меры. Акимото считает, что их разработка прокладывает путь к более эффективным и практичным автомобилям на водородных элементах.

Исследовательская работа была поддержана грантом JSPS, TEPCO, Yashima Environment Technology Foundation, Mazda Foundation. Результаты исследования были опубликованы здесь.