燃料电池阴极空气过滤器 – 信息和选择方法
减少对化石燃料依赖的全球环境努力和举措为替代的、可行的能源解决方案提供了机会。氢燃料电池技术利用过滤的环境空气中的氧气和储存的氢气来发电，已经获得了显著的市场份额。
质子交换膜 (PEM) 氢燃料电池是一种有吸引力的发电方式，因为唯一的副产品是热量和水。因此，这种燃料电池技术具有零碳排放，为发电提供了一种非常环保和可持续的选择。
为了最大限度提高系统效率，每个组件都需要进行分析和优化。PEM 燃料电池由三个主要部分组成：阳极、阴极和电解质。大气或“阴极空气”流过燃料电池的阴极侧，氢气流过燃料电池的阳极侧。由此产生的电化学反应产生电流，可以利用该电流作为动力。最大程度提高阴极的空气纯度对于优化 PEM 燃料电池至关重要。
燃料电池的应用通常可分为移动和非移动。移动应用主要由大型车辆组成，例如运输巴士和卡车。非移动或静态应用主要包括商业或工业场所的小规模到大规模发电。所产生的电力可以立即使用，也可以储存到电池中以备将来使用。Solberg 为全球移动和静态应用提供过滤解决方案。
为什么燃料电池需要保护和过滤？
在大规模生产之前，大多数燃料电池都是在相对清洁和空气条件理想的实验室中开发的。然而，现实世界的应用，特别是移动部署，经常受到恶劣的环境操作条件的影响，这对清洁空气输送和可靠性能提出了独特的挑战。
根据细分市场和地理位置，适用的过滤标准、规范和测试有很多。根据燃料电池制造商的偏好，全球范围内对颗粒过滤和吸附过滤的要求有所不同。燃料电池制造商通常会指定颗粒尺寸限额和空气成分的特定最大浓度。该市场接受的规范包括 ISO11155-1 和 ISO11155-2（以前为 DIN 71460）。ISO11155-1 指的是颗粒尺寸测试，而 ISO11155-2 则涉及量化成分吸附性能。
确定过滤系统的适当尺寸首先要选择合适的渗透介质或介质。图 1 演示了渗透介质过滤的基本概念。
图 1
过滤公司利用不同的材料来实现各种过滤目标。使用各种非织造介质和配置来实现颗粒过滤。
表 1
哪些空气成分会损害燃料电池？
吸附空气中的成分是一些燃料电池制造商的首要任务。这是利用碳吸附技术实现的。不同行业和世界各地的术语各不相同，但最常用的术语是“活性炭”技术。一般来说，活性炭与过滤介质（如上表 1 所列）结合在一起。它也可以单独以颗粒形式使用，以实现对不需要的成分的吸附（如下表2所示）。
表 2
活性炭过滤通常经过第三方测试，以根据前面提到的 ISO 规范或其他“本地”标准验证吸附等级。
为燃料电池提供洁净空气
大多数燃料电池利用鼓风机吸入大气并将其输送至阴极（见图 2）。许多用于工业空气移动设备的标准进气和直列式空气过滤器设计适用于燃料电池过滤应用。褶式过滤器是行业标准，因为紧凑的设计最大限度地扩大了可用表面积，有助于实现最佳性能并延长元件寿命。典型的元件配置是圆柱形的，空气从外向内流动。
图 2
在选择过滤器的表面积和尺寸时，考虑整个系统的优化非常重要。从性能角度来看，过滤元件中会装载颗粒物，这些颗粒物会随着时间的推移逐渐限制空气流动并降低吸附剂的有效性。过滤元件上的压力差增加最终会减少空气输送，并使阴极无法达到所需的氧气水平。提供足够的表面积来应对预期的粉尘负荷（基于操作环境并满足鼓风机的流量曲线要求）对于为燃料电池提供高效发电所需的清洁空气至关重要。一旦选择了介质类型，流速要求将根据所需的表面积决定所需的过滤元件的尺寸。
设计过程的最后阶段是选择容纳过滤器的外壳。过滤器外壳的设计旨在与燃料电池制造商的占地面积相匹配，并提供适当的连接尺寸和类型。
Solberg 制造外壳和过滤元件作为燃料电池市场的完整解决方案，并利用各种专有褶皱介质组合来实现所需的颗粒和吸附过滤。
维护燃料电池空气过滤器
这些系统中的过滤需要对过滤元件进行定期监控和维护。建议对燃料电池的性能进行压差监测。压差和（如果适用）吸附能力将决定过滤元件的维修间隔。此外，湿度传感器已被证明是一种可以观察到过滤器随时间剩余吸附能力的可接受方法。
结论
随着燃料电池制造商寻求开发高效、持久的燃料电池系统，指定合适的工业空气移动设备和所需的过滤推动了与过滤专家合作的需要。燃料电池工程师青睐于微米级小颗粒的高效率和吸附过滤技术，为燃料电池提供清洁、无污染的空气。因此，过滤供应商必须开发并提供高效、紧凑且经济的设计。
Solberg 拥有为燃料电池开发项目提供成熟创新的过滤产品的专业知识。我们能够通过标准、配置和定制解决方案来充分满足市场需求。