Достижения и перспективы управления тепловыми режимами и рекуперации сбросного тепла в топливных элементах с протонообменной мембраной

Хотя топливный элемент с протонообменной мембраной (PEMFC) считается эффективным энергетическим устройством, примерно половина энергии, вырабатываемой в ходе электрохимической реакции, рассеивается в виде тепла вследствие необратимости катодной реакции, омического сопротивления и перенапряжений массопереноса. Эффективное отведение тепла от PEMFC посредством охлаждения имеет решающее значение для поддержания равномерной рабочей температуры элемента или сборки и обеспечения долговечности устройства, поскольку чрезмерно высокая рабочая температура может привести к высыханию мембраны и уменьшению площади поверхности катализатора, что снижает производительность элемента. Помимо охлаждения, улавливание образующегося тепла и его повторное использование с помощью технологий рекуперации сбросного тепла (WHR) является эффективным способом повышения экономической ценности энергетических систем на основе PEMFC. Глобальное потепление, изменение климата и высокая стоимость производства энергии являются основными факторами, стимулирующими повышение энергетической эффективности PEMFC посредством WHR. В статье представлен обзор последних достижений в области стратегий охлаждения PEMFC и возможностей рекуперации сбросного тепла. Описаны и оценены основные методы охлаждения PEMFC с точки зрения их преимуществ и недостатков. Кроме того, рассмотрены и оценены потенциальные направления применения WHR в системах на основе PEMFC, включая теплоснабжение, охлаждение и выработку электроэнергии. Наконец, обсуждаются основные проблемы и перспективы исследований в области стратегий охлаждения и рекуперации сбросного тепла PEMFC.