Водородные топливные элементы с протонообменной мембраной вырабатывают электричество без прямых выбросов углекислого газа. Но их работа зависит от водного баланса: лишняя жидкость внутри элемента приводит к затоплению, а пересыхание мембраны снижает проводимость. Чтобы вовремя замечать такие сбои, состояние элемента нужно отслеживать прямо во время работы.

Обычно для этого применяют электрохимическую импедансную спектроскопию - метод, при котором через элемент пропускают слабый переменный ток разных частот и оценивают отклик. Стандартное измерение занимает несколько десятков секунд и дольше, а за это время условия внутри элемента могут измениться.

В статье в International Journal of Hydrogen Energy группа из Университета Цукубы описала способ сократить и диапазон частот, и число точек измерения. Вместо 41 частоты, как в обычной спектроскопии, исследователи использовали меньшее число частот. Сравнение с полным набором данных показало: если подобрать частоты так, чтобы они улавливали изменения импеданса - полного сопротивления элемента переменному току, - точность диагностики выше, чем при стандартном выборе частот.

Кроме того, авторы собрали программу, объединяющую измерение импеданса, анализ данных и управление работой элемента. Индикаторами внутреннего состояния служили параметры сопротивления, вычисленные из импеданса. Программа автоматически меняла условия работы, обнаруживая и устраняя пересыхание мембраны и недостаточную подачу воздуха.

По словам авторов, подход позволяет диагностировать и корректировать состояние топливного элемента почти в реальном времени, не сильно усложняя систему. Ограничение работы в том, что метод проверяли на сокращённом наборе частот, а не на полностью произвольных режимах. Дальше исследователи планируют ещё больше сократить время измерения и оптимизировать выбор частот, чтобы довести технологию до практического применения.

Источник: Tech Xplore