Поскольку продолжается поиск экологически чистых транспортных технологий для замены двигателя внутреннего сгорания, автомобили, работающие на водородных топливных элементах, с каждым днем выглядят все лучше. В дополнение к нулевым выбросам углекислого газа, эти устройства для выработки электроэнергии обладают высокой эффективностью и работают при более низких температурах по сравнению с другими методами. Один из основных типов называется протонообменным мембранным топливным элементом (PEMFC). В нем мембрана, проницаемая для ядер водорода (которые представляют собой всего лишь отдельные протоны), разделяет кислородный и водородный отсеки. Когда протоны проходят через мембрану, соединяясь с атомами кислорода, электроны проходят по проводу, образуя молекулу воды, которая является единственным продуктом, помимо электричества. Однако PEMFC подвержен выходу из строя либо из-за пересыхания, либо из-за переполнения системы избыточной водой. Для обеспечения максимальной производительности требуются новые детекторы, которые быстро распознают, когда это происходит, особенно в блоках топливных элементов, в которых может быть трудно точно определить, где возникает проблема.

Теперь команда исследователей из Университета Цукубы разработала новую систему, основанную на магнитном потоке, создаваемом электрическими токами внутри топливного элемента. Когда система работает правильно, вырабатываемые электрические токи будут генерировать характерную картину магнитных полей, которая может быть обнаружена датчиками. Это позволяет немедленно регистрировать состояния отказа из-за изменений магнитного потока. "Условия воды делают работу топливных элементов непредсказуемой и ненадежной даже при номинально идентичных условиях эксплуатации", - говорит автор исследования профессор Ютаро Акимото.

Команда протестировала свою систему с 50-ваттным блоком PEMFC с воздушным охлаждением, состоящим из пяти топливных элементов. Плотность магнитного потока измерялась с помощью датчиков, которые были размещены внутри охлаждающих отверстий. Если была обнаружена неисправность, можно было бы реализовать соответствующие меры контроля. "Наше исследование открывает возможность для интеграции автоматизированных систем управления в будущие топливные элементы", - говорит профессор Акимото. Это может проложить путь к созданию более эффективных и практичных транспортных средств с нулевым уровнем выбросов.

Эта работа была поддержана грантом JSPS KAKENHI номер 17K14650, Фондом экологических технологий Yashima, Мемориальным фондом TEPCO и Фондом Mazda.