Pourquoi les piles à combustible ont-elles besoin de filtration? Filtres à air pour piles à combusti
Filtres à air de cathode pour piles à combustible - Informations et méthodes de sélection
Les efforts environnementaux mondiaux et les initiatives visant à réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles favorisent les possibilités de solutions énergétiques alternatives et viables. La technologie des piles à hydrogène, qui utilise l'oxygène de l'air ambiant filtré et l'hydrogène stocké pour créer de l'électricité, a atteint une part de marché remarquable.
Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) sont un moyen intéressant de produire de l'énergie, car les seuls sous-produits sont de la chaleur et de l'eau. Par conséquent, cette technologie de pile à combustible n'émet aucune émission de carbone et constitue une option très écologique et durable pour la production d'électricité.
Pour maximiser l'efficacité du système, chaque composant doit être analysé et optimisé. Les piles à combustible PEM se composent de trois éléments principaux : l'anode, la cathode et l'électrolyte. L'air atmosphérique ou "air cathodique" passe par le côté cathodique de la pile à combustible et l'hydrogène passe par le côté anodique de la pile à combustible. La réaction électrochimique qui en résulte produit un courant électrique qui peut être exploité et utilisé pour produire de l'énergie. Il est essentiel de maximiser la pureté de l'air pour la cathode afin d'optimiser une pile à combustible PEM.
Les applications des piles à combustible peuvent généralement être classées en deux catégories : les applications mobiles et les applications non mobiles. Les applications mobiles concernent principalement les véhicules de grande taille, tels que les bus et les camions de transport. Les applications non mobiles, ou statiques, consistent principalement en la production d'électricité à petite ou grande échelle pour des sites commerciaux ou industriels. L'énergie produite peut être utilisée immédiatement ou stockée dans une batterie pour une utilisation ultérieure. Solberg fournit des solutions de filtration pour des applications mobiles et statiques dans le monde entier.
Pourquoi les piles à combustible ont-elles besoin d'être protégées avec une filtration?
Avant la production à grande échelle, la plupart des piles à combustible sont développées dans des laboratoires où les conditions atmosphériques sont relativement propres et idéales. Cependant, les applications réelles, en particulier les déploiements mobiles, sont souvent soumises à des conditions environnementales difficiles qui posent des défis uniques en matière de distribution d'air pur et de fiabilité des performances.
Il existe de nombreux standards, normes et tests de filtration qui sont appliqués en fonction du segment de marché et de la situation géographique. Les exigences en matière de filtration des particules et d'adsorption varient globalement en fonction des préférences du fabricant de piles à combustible. Les fabricants de piles à combustible spécifient généralement la taille des particules autorisées et certaines concentrations maximales de constituants en suspension dans l'air. Les normes acceptées pour ce marché sont ISO11155-1 et ISO11155-2 (anciennement DIN 71460). ISO11155-1 se réfère aux essais sur la taille des particules et ISO11155-2 à la quantification de la performance d'adsorption des constituants.
Le dimensionnement correct d'un système de filtration commence par la sélection du ou des média(s) perméable(s) approprié(s). La figure 1 illustre le concept de base de la filtration sur média perméable.
Figure 1
Les entreprises de filtration utilisent différents matériaux pour atteindre les différents objectifs de filtration. La filtration des particules est réalisée à l'aide de différents médias non tissés et de différentes configurations.
Tableau 1
Quels sont les composés en suspension dans l'air qui peuvent nuire à une pile à combustible ?
L'adsorption des constituants en suspension dans l'air est une priorité pour certains fabricants de piles à combustible. Pour ce faire, on utilise la technologie de l'adsorption sur charbon. La terminologie varie d'un secteur à l'autre et d'un pays à l'autre, mais le terme de référence le plus courant est la technologie du "charbon actif". En général, le charbon actif est intégré aux médias de filtration (énumérés ci-dessus dans le tableau 1). Il peut également être utilisé seul, sous forme de granulés, pour obtenir l'adsorption de constituants indésirables (voir le tableau 2 ci-dessous).
Tableau 2
La filtration sur charbon actif est généralement testée par une tierce partie pour vérifier les taux d'adsorption conformément aux normes ISO mentionnées précédemment ou à d'autres normes "locales".
Fournir de l'air pur aux piles à combustible
La plupart des piles à combustible utilisent une turbine pour aspirer l'air atmosphérique et l'acheminer vers la cathode (voir figure 2). De nombreuses conceptions de filtres à air d'admission et de filtres à air en ligne standard pour les équipements industriels de circulation d'air conviennent aux applications de filtration des piles à combustible. Les filtres plissés sont la norme dans l'industrie car leur conception compacte maximise la surface disponible, ce qui contribue à des performances optimales et à une durée de vie prolongée des éléments. La configuration typique d'un élément est cylindrique avec un flux d'air de l'extérieur vers l'intérieur.
Figure 2
Il est important de prendre en compte l'optimisation de l'ensemble du système lors du choix de la surface et de la taille d'un filtre. Du point de vue des performances, un élément filtrant se charge de particules qui restreignent progressivement le flux d'air au fil du temps et réduisent l'efficacité de l'adsorbant. L'augmentation de la perte de charge à travers l'élément filtrant finira par réduire le débit d'air et privera la cathode des niveaux d'oxygène nécessaires. Il est essentiel de prévoir une surface suffisante pour tenir compte de la charge de poussière anticipée (en fonction de l'environnement d'exploitation et des exigences de la courbe de débit de la turbine) afin de fournir à la pile à combustible l'air propre nécessaire pour produire efficacement de l'énergie. Une fois le type de média sélectionné, le débit requis déterminera la taille de l'élément filtrant nécessaire en fonction de la surface requise.
La dernière étape du processus de conception consiste à choisir un boîtier pour le(s) filtre(s). Le boîtier du filtre est conçu pour s'adapter à l'espace disponible du fabricant de la pile à combustible et pour fournir la taille et le type de connexion appropriés.
Solberg fabrique le boîtier et les éléments filtrants en tant que solution complète pour le marché des piles à combustible et utilise diverses combinaisons de médias plissés exclusifs pour obtenir la filtration des particules et l'adsorption requises.
Entretien du filtre à air d'une pile à combustible
La filtration dans ces systèmes nécessite une surveillance et un entretien réguliers des éléments filtrants. Il est recommandé de contrôler la performance de la pile à combustible par pression différentielle. La pression différentielle et, le cas échéant, la capacité d'adsorption déterminent les intervalles de service des éléments filtrants. En outre, les capteurs d'humidité se sont révélés être un moyen acceptable d'observer la capacité d'adsorption restante d'un filtre au fil du temps.
Conclusion
Alors que les fabricants de piles à combustible cherchent à développer des systèmes de piles à combustible très efficaces et durables, la spécification de l'équipement industriel de déplacement d'air approprié et de la filtration requise nécessite une collaboration avec des spécialistes de la filtration. Les ingénieurs des piles à combustible privilégient les taux d'efficacité élevés pour les particules de petite taille et les technologies de filtration par adsorption pour fournir de l'air propre et exempt de contaminants à la pile à combustible. Par conséquent, les fournisseurs de systèmes de filtration doivent développer et fournir des modèles hautement efficaces, compacts et économiques.
Solberg possède l'expertise nécessaire pour fournir des produits de filtration éprouvés et innovants pour les projets de développement de piles à combustible. Nous sommes reconnus pour répondre aux besoins du marché grâce à nos solutions standard, configurées et personnalisées.