Abstracta: Las pilas de combustible de hidrógeno, también conocidas como pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC), se utilizan ampliamente en estaciones de carga de vehículos eléctricos, automóviles y otras instalaciones de generación de energía debido a sus ventajas de alta eficiencia, cero emisiones y cero contaminación.Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno emiten entre 3 y 5 veces más calor que los vehículos de combustible tradicionales durante su funcionamiento.Este artículo presenta brevemente las tecnologías actuales relacionadas para la disipación de calor de las pilas de combustible de hidrógeno.

1-Cómo funcionan las pilas de combustible de hidrógeno

Las pilas de combustible de hidrógeno liberan una gran cantidad de calor durante el funcionamiento, del cual el calor de reacción electroquímica representa aproximadamente el 55%, el calor de reacción electroquímica irreversible representa el 35%, el calor de Joule representa aproximadamente el 10% y el calor de condensación y diversas pérdidas de calor representan aproximadamente 5%.Las pilas de combustible de hidrógeno producen aproximadamente tanto calor como electricidad.Si no se disipa a tiempo, la temperatura dentro de la batería aumentará significativamente, afectando su vida útil.

2-Disipación de calor de la pila de combustible de hidrógeno

En comparación con los vehículos propulsados por combustible, los vehículos con pila de combustible de hidrógeno tienen un mayor poder calorífico y sistemas más complejos.Al mismo tiempo, debido a la limitación de la temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno, la diferencia de temperatura entre las pilas de combustible de hidrógeno y el mundo exterior es pequeña, lo que dificulta que el sistema de disipación de calor disipe el calor.La temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible de hidrógeno tiene un impacto significativo en la resistencia al flujo de fluido, la actividad del catalizador, la eficiencia y la estabilidad de la pila, por lo que se requieren sistemas eficientes de disipación de calor.

La tecnología de refrigeración líquida es actualmente la tecnología principal utilizada en las pilas de combustible de hidrógeno en los automóviles.Su objetivo es reducir el consumo de energía de la bomba de agua al reducir la caída de presión del sistema, eliminar el exceso de calor en las celdas de combustible de hidrógeno con un consumo de energía mínimo y optimizar la distribución de los canales de flujo del fluido de trabajo en circulación para reducir las diferencias de temperatura interna y mejorar la uniformidad de la distribución de la temperatura de la batería.

El 90% del calor generado en las pilas de combustible de hidrógeno se elimina mediante el sistema de disipación de calor mediante conducción térmica y convección, mientras que el 10% del calor se disipa al ambiente externo mediante disipación de calor por radiación.Los métodos tradicionales de disipación de calor incluyen refrigeración por aire, refrigeración líquida y disipación de calor por cambio de fase.

3-Transferencia de calor en sistemas PEMFC

3.1Disipación de calor de la pila de baterías

Una vez que se genera calor dentro del PEMFC, el calor se transferirá entre varios componentes dentro del PEMFC y el ambiente externo.La transferencia de calor dentro de la pila de pilas de combustible depende principalmente de la resistencia térmica de cada componente y de la resistencia térmica de contacto entre los diferentes componentes.Dado que la capa de difusión de gas es un "puente" que conecta los principales componentes generadores de calor (electrodos de membrana) y los principales componentes disipadores de calor (placas bipolares), su resistencia térmica y su resistencia térmica de contacto con otros componentes tienen un impacto significativo en la transferencia de calor. rendimiento de transferencia dentro del PEMFC.Además, la resistencia de contacto térmico entre diferentes componentes puede tener un impacto significativo en la transferencia de calor interna de la pila de pilas de combustible.

3.2Transferencia de calor del refrigerante

Los métodos de enfriamiento para celdas de combustible incluyen enfriamiento por aire, enfriamiento por líquido y enfriamiento por cambio de fase.

Los factores que afectan la transferencia de calor del refrigerante incluyen el extremo de la pila de PEMFC, el propio refrigerante y el extremo del disipadores de calor.El refrigerante está en contacto directo con las placas bipolares al final de la pila de PEMFC, por lo que la estructura del canal de flujo de refrigerante tiene un impacto significativo en su transferencia de calor.Además, las propiedades del propio refrigerante también afectarán el proceso de transferencia de calor relacionado.Teniendo en cuenta la falta de espacio disponible, seleccionar un refrigerante con mayor capacidad calorífica puede reducir el tamaño del disipador de calor y mejorar el rendimiento de la gestión térmica del PEMFC.Por tanto, la necesidad de nuevos refrigerantes de alta eficiencia es cada vez más evidente.

Actualizaremos periódicamente la tecnología y la información sobre diseño térmico y peso ligero y las compartiremos con usted para su referencia. Gracias por su atención a Walmate.