Brennstoffzellen reagieren sehr empfindlich auf Verunreinigungen, die mehrere negative Auswirkungen haben können. Selbst Spuren von Verunreinigungen wie Feuchtigkeit (H₂O), Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂) oder Kohlenmonoxid (CO) können die Effizienz der Umwandlung beeinträchtigen und zu einer geringeren Leistung führen.
Mit der Zeit können diese Verunreinigungen auch die Komponenten der Brennstoffzelle beschädigen, insbesondere den Katalysator, was zu kostspieligen Reparaturen oder einem Austausch führen kann.
Die Reinhaltung ist besonders wichtig bei ISO 14687-konformen Brennstoffzellen, die strenge Grenzwerte für die Konzentration von Verunreinigungen wie H₂O, O₂ und N₂ vorschreiben.
Die genaue Art und Menge der Verunreinigungen kann je nach Wasserstoffquelle variieren – ob aus Dampfreformierung (SMR), Pyrolyse oder Elektrolyse.
Bei jeder Methode der Wasserstoffproduktion können verschiedene Verunreinigungen entstehen, die überwacht und kontrolliert werden müssen, bevor der Wasserstoff in die Brennstoffzelle gelangt.
Schlüsselmessungen zur Reinheit von Wasserstoff für Brennstoffzellen
Mehrere wichtige Reinheitsmessungen sind entscheidend, um sicherzustellen, dass der in Brennstoffzellen verwendete Wasserstoff die erforderlichen Standards für hohe Leistung erfüllt:
1. Feuchtigkeit (Wasserdampf) in Wasserstoff:
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Zu viel Feuchtigkeit kann die elektrochemischen Reaktionen in der Brennstoffzelle stören, was zu einer verminderten Effizienz und möglichen Schäden an den Komponenten der Brennstoffzelle führt. Die Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der Wasserstoffstrom trocken genug ist, um eine optimale Leistung der Brennstoffzelle zu gewährleisten.
2. Sauerstoff in Wasserstoff:
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Eine Verunreinigung mit Sauerstoff kann zu einer verminderten Leistung und Effizienz der Brennstoffzelle führen. Selbst geringe Mengen Sauerstoff können mit der Zeit zu einer erheblichen Verschlechterung der Leistung der Brennstoffzelle führen. Durch eine kontinuierliche Überwachung des Sauerstoffgehalts wird sichergestellt, dass der Wasserstoff frei von diesem schädlichen Verunreinigungsstoff bleibt.
3. Kohlenmonoxid (CO):
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Kohlenmonoxid ist einer der schädlichsten Verunreinigungen für Brennstoffzellen, insbesondere für PEM-Brennstoffzellen. CO kann sich auf dem Platinkatalysator ablagern und dessen Fähigkeit, die Wasserstoff-Sauerstoff-Reaktion zu fördern, verringern. Selbst Spuren von CO können die Leistung und Lebensdauer einer Brennstoffzelle drastisch verringern. Die Überwachung des CO-Gehalts ist unerlässlich, um eine Katalysatorvergiftung zu vermeiden.
4. Wasserstoff-Reinheitsgrade:
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Die Gesamtreinheit von Wasserstoff muss strengen Standards entsprechen, wie sie beispielsweise in der ISO 14687 definiert sind, die Richtlinien für akzeptable Verunreinigungswerte in Wasserstoff festlegt, der für Brennstoffzellen verwendet wird. Durch die kontinuierliche Überwachung der Wasserstoffreinheit wird sichergestellt, dass der Wasserstoff diesen Standards entspricht, wodurch Leistungsverluste vermieden und die Effizienz der Brennstoffzelle maximiert wird.
Zusätzliche Sicherheitshinweise: Installation und Unversehrtheit der Verpackung
Abgesehen von Reinheitsaspekten sind spezifische Maßnahmen zur Installationssicherheit und Systemintegrität für die Speicherung und Verteilung von Wasserstoff in Brennstoffzellensystemen von entscheidender Bedeutung. Es sind Leckerkennungssysteme erforderlich, um Leckagen in der Wasserstoffversorgung zu erkennen, die ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko darstellen können. Darüber hinaus kann das System durch Inertisierung – das Hinzufügen eines Inertgases zur Verringerung der Verbrennungsgefahr – vor unbeabsichtigten Entzündungen geschützt werden.
Welche Analysatoren werden für die Wasserstoffreinheit in Brennstoffzellen verwendet?
Um die für den Betrieb der Brennstoffzelle erforderliche Reinheit des Wasserstoffs aufrechtzuerhalten, werden verschiedene fortschrittliche Analysegeräte eingesetzt, um Verunreinigungen zu erkennen und zu entfernen, bevor der Wasserstoff in die Brennstoffzelle gelangt.
