TurbuGrid is de naam van een klein kunststof rooster van ongeveer 16 x 16 cm dat de efficiëntie van een luchtgekoelde brandstofcelstapel aanzienlijk kan verhogen. Testen van AAU-onderzoekers laten een efficiëntieverbetering zien van maar liefst 33,5 procent, maar dit kan nog groter zijn als het net wordt toegevoegd aan geheel nieuwe brandstofcelstapels. De toename is te wijten aan het feit dat het rooster turbulentie toevoegt aan de lucht die in de kanalen in de stapel stroomt. Turbulentie heeft een grote invloed op de warmteoverdracht die plaatsvindt in brandstofcellen, en dit heeft belangrijke implicaties voor hoe hoog een vermogensdichtheid kan worden bereikt met de brandstofcellen.

"We zouden graag willen dat de brandstofcel op ongeveer 50-60 graden werkt, omdat de reactie tussen zuurstof en waterstof bij die temperatuur de beste omstandigheden heeft. We hebben dus een effectieve methode nodig om de afvalwarmte die in de brandstofcel optreedt, over te brengen, zodat de cel raakt niet oververhit, " zegt Torsten Berning, Universitair hoofddocent bij de afdeling Energietechnologie aan de Universiteit van Aalborg.

De lucht die door een brandstofcelstack wordt getrokken, stroomt op een laminaire manier (het tegenovergestelde van turbulent). Maar onderzoekers van de Universiteit van Aalborg hebben nu ontdekt dat door kunstmatige turbulentie aan de luchtstroom toe te voegen door gebruik te maken van het kleine plastic rooster, de warmteoverdracht naar de lucht kan worden verhoogd en zo voor een verhoogde efficiëntie kan zorgen omdat de brandstofcel niet te heet wordt.

Het toevoegen van kunstmatige turbulentie aan de luchtstroom is een radicale verandering in de benadering om meer uit een brandstofcelstack te halen. Dit komt door het feit dat voorheen de focus op het bereiken van een grotere efficiëntie gericht was op het vermijden van een drukval en niet op een effectievere warmteoverdracht.

"Eerder, onderzoekers en de industrie wilden een luchtstroom creëren die zo laminair mogelijk was. Maar ons onderzoek toont aan dat het veel meer gaat om een ​​effectieve warmteoverdracht, en dit kan worden bereikt door turbulentie toe te voegen, ', zegt Torsten Berning.

Hoe meer kracht, hoe meer warmte

Hoe meer vermogen uit een brandstofcelstack wordt gehaald, hoe heter de stapel wordt. Daarom is het belangrijk om de temperatuur in de cellen beter te beheersen. Met laminaire luchtstroom, warmteoverdracht is relatief slecht, en dit beperkt de hoeveelheid stroom die uit de brandstofcelstack kan worden gehaald.

"Als we niet goed zijn in het beheersen van warmteoverdracht, de stapel wordt snel te heet, en we kunnen niet zoveel macht onttrekken als er werkelijk potentieel voor is. Maar door turbulentie toe te voegen, zien we significante resultaten in termen van een efficiënte warmteoverdracht naar de lucht - en dus ook een duidelijke toename van het brandstofcelrendement, ', zegt Torsten Berning.

Alles in een brandstofcel is zo klein, waardoor het moeilijk is om de temperatuur nauwkeurig te berekenen en te meten. Torsten Berning en zijn onderzoekscollega's gebruikten daarom computermodellen in combinatie met fysieke experimenten. En de resultaten van zowel de modellen als de werkelijkheid waren duidelijk:een duidelijke toename van efficiëntie en uitgangsvermogen wanneer het net wordt toegevoegd.

Langere levensduur van oude brandstofcellen

De luchtgekoelde brandstofcellen worden momenteel gebruikt in material handling met vorkheftrucks, als noodcentrales voor IT en de telecomindustrie en voor kleinere drones. Brandstofcellen gaan doorgaans 5-6 jaar mee, afhankelijk van hoe ze zijn geopereerd, maar door het rooster toe te voegen aan een brandstofcelstapel kan de levensduur worden verlengd omdat de temperatuur in de cellen op een meer geschikte manier wordt geregeld. Een luchtgekoelde brandstofcelstack kost minstens $ 1000/kW, dus naast het gebruik van het net op de nieuwe brandstofcelstacks, het kan ook een goede zaak zijn om het toe te voegen aan de brandstofcelstacks die al in bedrijf zijn.