TurbuGrid är namnet på ett litet plastnät cirka 16 x 16 cm som markant kan öka effektiviteten hos en luftkyld bränslecellsbunt. Tester från AAU -forskare visar en effektivitetsökning på minst 33,5 procent, men detta kan bli ännu större om nätet läggs till helt nya bränslecellstaplar. Ökningen beror på att nätet tillför turbulens till luften som strömmar in i kanalerna i stapeln. Turbulens har en stor effekt på värmeöverföringen som sker i bränsleceller, och detta har viktiga konsekvenser för hur hög effekttäthet som kan uppnås från bränslecellerna.

"Vi skulle vilja ha bränslecellen i cirka 50-60 grader eftersom reaktionen mellan syre och väte har de bästa förhållandena vid den temperaturen. Så vi behöver en effektiv metod för att överföra spillvärmen som uppstår inuti bränslecellen så att cellen överhettas inte, säger Torsten Berning, Docent vid Institutionen för energiteknik vid Aalborg universitet.

Luften som dras genom en bränslecellsbunt flyter på ett laminärt sätt (motsatsen till turbulent). Men forskare från Aalborg universitet har nu fått reda på att genom att tillföra konstgjord turbulens till luftflödet genom att använda det lilla plastnätet kan öka värmeöverföringen till luften och därmed säkerställa ökad effektivitet eftersom bränslecellen inte blir för varm.

Att lägga till konstgjord turbulens till luftflödet är en radikal förändring i tillvägagångssättet för att få ut mer av en bränslecellsbunt. Detta beror på det faktum att fokuset på att uppnå högre effektivitet tidigare fokuserade på att undvika tryckfall och inte på mer effektiv värmeöverföring.

"Tidigare, forskare och industri syftade till att skapa ett luftflöde som var så laminärt som möjligt. Men vår forskning visar att det handlar mycket mer om att säkerställa effektiv värmeöverföring, och detta kan uppnås genom att lägga till turbulens, säger Torsten Berning.

Ju mer makt, desto mer värme

Ju mer kraft som utvinns från en bränslecellstack, ju varmare bunten blir. Det är därför det är viktigt att uppnå bättre kontroll av temperaturen inne i cellerna. Med laminärt luftflöde, värmeöverföringen är relativt dålig, och detta begränsar hur mycket kraft som kan utvinnas från bränslecellstacken.

"Om vi ​​inte är bra på att kontrollera värmeöverföring, bunten blir snabbt för varm, och vi kan inte utvinna så mycket makt som det faktiskt finns potential för. Men genom att lägga till turbulens ser vi betydande resultat när det gäller att säkerställa effektiv värmeöverföring till luften - och därmed också en markant ökning av bränslecells effektivitet, säger Torsten Berning.

Allt i en bränslecell är så litet, vilket gör det svårt att beräkna och mäta temperaturen exakt. Torsten Berning och hans forskningskollegor använde alltså datormodeller i kombination med fysiska experiment. Och resultaten från både modellerna och verkligheten var tydliga:en markant ökning av effektivitet och uteffekt när nätet läggs till.

Ökad livslängd för gamla bränsleceller

De luftkylda bränslecellerna används för närvarande vid materialhantering med gaffeltruckar, som nödkraftverk för IT och telekomindustrin och för mindre drönare. Bränsleceller håller normalt 5-6 år, beroende på hur de har fungerat, men genom att lägga nätet till en bränslecellstack blir det möjligt att förlänga livslängden eftersom temperaturen i cellerna styrs på ett mer lämpligt sätt. En luftkyld bränslecellsstack kostar minst $ 1000/kW, så förutom att använda nätet på de nya bränslecellstackarna, Det kan också vara bra att lägga till den i de bränslecellstaplar som redan är i drift.