SK CZ
  1. Domovská stránka
  2. Aktuality a zajímavosti
  3. Zkušební systémy pro testy (nejenom) vodíkových palivových článků

Zkušební systémy pro testy (nejenom) vodíkových palivových článků

11.1.2021
David Groh

Zkušební systémy pro testy (nejenom) vodíkových palivových článků

Problematika alternativních zdrojů pohonu pro dopravní techniku a automobily je nejen zajímavá, ale i poměrně složitá a komplexní. Tlak na snižování environmentální zátěže, například emisí škodlivých látek do ovzduší, je vyvíjen i ze strany EU. Jednotlivé státy se dohodly, že do roku 2030 sníží o 35% emise CO2 v oblasti pohonů automobilů. Tlaku značně napomáhají i rozhodnutí evropských metropolí o zákazu vstupu na jejich území naftovým autům. Potřebujeme proto hledat nové způsoby mobility, mnohem šetrnější vůči životnímu prostředí. Oblast dopravy a přepravy proto bude čelit nelehké výzvě v následujících letech.

Aktuálně je módním hitem přechod na bateriemi poháněné vozy. Avšak až čas ukáže, zda je to správná cesta. Problémů s auty, která jsou poháněná na bázi Li-Ion baterií, je několik, například jsou to:

https://kaitrade.cz/media/aktuality/batery-testing/pexels-mike-110844.jpg
  • Dlouhý čas nabíjení
  • Nebezpečí v případě poruchy (např. termální únik)
  • Zdravotní a bezpečnostní rizika - jak například uhasit Li-Ion velkokapacitní baterie pokud začnou hořet díky poruše nebo díky externímu zdroji ohně?
  • Problematické zdroje pro komponenty baterií - vytěžit dostatek zdrojů rozhodně není levné ani ekologické.
  • Výroba baterií není bez výroby CO2!
  • Jak se postarat o staré baterie, máme již vyřešenou recyklaci a likvidaci?

 

Možným řešením by mohli být vodíkové palivové články

Například vlak jezdící v Německu na bázi pohonu vodíku jezdí už dnes, spotřebuje cca 180 kg H2 na cca 1000 km. Výkon jeho pohonné jednotky je 200 kW a zatím se pyšní celodenním bezproblémovým provozem. To je jen jeden příklad, jak se dají využít palivové články.

A jak vlastně pracují palivové články? Spalovací motory fungují se špatnou efektivitou a emisemi ze spalování. Technologie palivových článků má lepší efektivitu, méně komplexní palivo a žádné vedlejší produkty ze spalování. Typickými palivy jsou: vodík, metan, metanol a další krátce řetězové uhlovodíky. Jednotlivé články jsou obvykle naskládány do zásobníku. Palivové články vyrábějí elektřinu. Ta poté pohání elektromotory, které jsou výrazně efektivní, v poměru energie / točivý moment.

Výhody palivových článků jsou například:

  • U vodíku nenajdeme žádné místní emise uvolňované do atmosféry.
  • Odpadá problém dojezdu, ten je srovnatelný s konvenčními spalovacími motory.
  • Vodík se může generovat s obnovitelnou energií, nezávisle na fosilních zdrojích.
  • Jednoduché a rychlé doplnění vodíku do vozidla, vlaku, autobusu, atd.
  • Jedinou místní emisí je voda (v případě vodíku - vodíkového palivového článku).
https://kaitrade.cz/media/aktuality/testing/palivove-clanky/hydrogen-powered-train-coradia-ilint-2018.jpg

Jako vše na tomto světě, nic není dokonalé, i vodíkové palivové články mohou mít své nevýhody. Avšak troufneme si říci, že jich je méně oproti jiným zdrojům energie pro lidskou mobilitu.

Aktuální nevýhody palivových článků jsou:

  • Infrastruktura pro opětovné naplňování potřebuje masivní expanzi (aktuálně to je podobné i s elektrifikací v podobě dobíjecích stanic pro elektromobily).
  • Pro uskladnění dostatečného množství vodíku v nádrži je potřebný tlak až do 700 bar, to je jistě jistě výzva pro konstruktéry a výrobce.
  • V současnosti zatím vyrábíme nejvíce vodíku pomocí fosilních zdrojů, ale již se blíží lepší časy.
  • Palivo a auta jsou zatím drahá, technologie se stále vyvíjí a pomalu tak zlevňuje.

 

Právě kvůli vypsaným nevýhodám evidujeme významný nárůst výzkumných a vývojových projektů pro palivové články po celém světě. Různé oblasti světa mají různé povětrnostní podmínky, a tak různým způsobem ovlivňují funkčnost palivových článků. Ty čelí výzvám jakými jsou například: studený start, vysoká nadmořská výška při používání, klimatická zátěž - horko - mráz - vlhko, čelí také možné korozi, vibracím a dalším. V reálném životě i kombinaci mnoha negativních vlivů současně. 

Pro vývojové týmy a výrobce v současnosti existuje řada zkušebních norem či standardů, které definují požadavky na testy palivových článků, například to jsou tyto normy:

  • IEC 62282-3-100 / 2012 / ANSI / CSA FC 1-2014
  • GB / T29838
  • SAE J 2574 / SAE J 2572
  • ASME-PTC50
  • IEC 62282-x
  • ISO 23273 / ISO 16110 / ISO 22734
  • ISO / TR 15916
  • a postupně přibývají další...
https://kaitrade.cz/media/aktuality/3401-wv-us-li-ionen-st-so-hp-closed-s-l-851x553pxpngpagespeedcecpfjj5avvt.png

 

Z uvedených zkušebních norem a specifikací vyvstávají potřeby provádění různých druhů testů. Zařízení z našeho sortimentu (Weisstechnik / Vötschtechnik) dokážou pokrýt zkušební požadavky velké části testů, mezi které můžeme zařadit:

  • odolnost vůči suchému teplu
  • teplotní cyklická zkouška
  • stárnutí vlivem ozónu
  • postřiková zkouška (IP test)
  • odolnost vůči UV záření
  • korozní zkouška
  • zkouška výfukovými nebo korozními plyny
  • a další testy..

 

Naše klimatické komory, solné komory, šokové komory a další naše zkušební zařízení tyto zkoušky provádějí v reprodukovatelných podmínkách, ve vysoké přesnosti a spolehlivosti. Samotný palivový článek pro svoji funkčnost potřebuje palivo (vodík, metan a další možné látky), kyslík, vlhkost, teplotu, odtahový systém pro vodu, odtahový systém pro použitý vzduch a klimatizaci katody. Zcela klíčovou vlastností celého výsledného systému je stabilita teploty a funkčnosti seskupení článků. Nehomogenní distribuce teploty může vést k nestabilitě článku. Vysoušení / vlhnutí může vést k poškození či snížení výkonu. Vlhkost v přívodu vzduchu může způsobit výkonnostní rozdíly. Atd.. atd...

V případě studeného startu, který popisují některé standardy, se bavíme o rozmezí -25 ° C do -40 ° C. Zde může být zmrzlá voda mezi jednotlivými články. To způsobuje poškození interních struktur (ztráta výkonu v čase), v nejhorším případě fyzické poškození článku, snížení toku plynů během studeného startu, zredukována efektivita a výkon článku, což samozřejmě může vést k poruchovým studeným startům. Řešením je proplachování plynem či stlačeným vzduchem před vypnutím, případně vakuové vysoušení (ve vakuu se voda rychleji odpařuje), alternativně přidání adsorbentu (nebo jiných chemických činidel), přičemž je ale třeba dbát na zamezení vytváření koroze bipolárních komponentů. Další způsob je externí nebo interní ohřev před nastartováním pomocí chemické reakce či přívodu energie z baterie.

Testovací zařízení pro palivové články také musí splnit náročné požadavky.

Jak jsme pospali výše, tématika palivových článků není rozhodně jednoduchá a samotné výrobky musí čelit mnoha výzvám z okolního prostředí při svém používání. Jsme rádi, že přispíváme s naším sortimentem k vývoji a výzkumu těchto technologií. Například naše testovací zkušební komory musí čelit také výzvám, pokud se bavíme o testování palivových článků. Přídavná zařízení na úpravu přívodního vzduchu, navýšení tepelné kompenzace komory, zpracování a sběr dat z jednotlivých článků, vysoušení membrán či mnoho dalších rozšíření a modifikace jsou na místě, aby se zamezilo rizikům při zkoušení.

V některých případech musí být komora vyrobena v tzv. ATEX provedení, což znamená v provedení vhodném pro testování výbušné atmosféry. V tom případě je zkušební komora vybavena celou škálou bezpečnostních opatření, která jsou odvozena od možných rizik...

... oblast zkušebnictví, vývoje, výzkumu, vlastní re-validace palivových článků, opakovaného přezkoušení již používaných výrobků je velmi široká, pokud byste se chtěli dozvědět více, kontaktujte nás, rádi vám budeme k pomoci.