Sjöfarten är idag dominerad av förbränningsmotorer som är beroende av fossila drivmedel. Elektrifiering är en av huvudstrategierna för att möjliggöra fossilfri energiförsörjning inom internationell sjöfart. Polymerelektrolytbränslecellen (PEMFC) omvandlar vätgas till elektricitet med hög verkningsgrad och är för närvarande kommersiellt tillgängligt upp till MW-skala för ett fartyg. Vätgas är en utmärkt energibärare för att tillgodose hög energidensitet hos ett fraktfartyg. Rippelströmmar från elkraftskomponenter påstås accelerera åldring av materialen i PEMFC och kan därför skapa negativa effekter över tid som påverkar livslängden av systemet. De tillgängliga studier som utvärderar rippelströmmars påverkan på åldring i PEMFC är begränsade. Resultaten i dessa studier är tvetydiga och saknar tydliga kopplingar mellan rippelströmmarnas inverkan på åldringsfenomen, som på sikt kan påverka den tekniska livslängden. Målet med examensarbetet var att identifiera effekten av rippelströmmar på åldring av bränslecellen vid typiska körförhållanden för ett fraktfartyg. Tester genomfördes på en PEMFC genom att applicera en sinusformad (70 Hz, 50 % amplitud) rippelström på en dynamisk last som simulerar ett fraktfartyg. En konstant lastcykling vid 0.4 A/cm2 utfördes som ett komplement för att verifiera den dynamiska lastens inverkan på bränslecellen. Alla tester resulterade i prestandaförluster både under den konstanta och dynamiska lasten, med eller utan rippelström. Men resultaten indikerade att effekten av en sinusformad rippelström inte orsakade någon signifikant åldring varken vid konstant respektive dynamisk lastcykel. / The marine shipping industry is dominated by fossil fuel driven propulsion. Electrification of marine vessels is one of the main strategies to enable emission-free propulsion. Hydrogen is an excellent energy carrier to meet the power demand of a marine vessel. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) is a commercially available alternative for converting hydrogen into electricity. However, durability issues of the PEMFC is a constraint with the technology which limits technical lifetime. Research around ripple currents impact on degradation of PEMFC is scarce and the reported results are ambiguous and lack clear correlation between the effects of the ripple current on the lifetime of a PEMFC. This master thesis evaluates the impact on degradation of a single cell PEMFC by imposing a sinusoidal (70 Hz, 50 % amplitude) AC ripple to a dynamic load cycle. The dynamic load cycle is designed to simulate typical operating conditions of a marine vessel. Constant load cycling at 0.4 A/cm2 with the same ripple characteristics was also conducted to verify the dynamic load cycling impact on the performance losses of the PEMFC. The in-situ characterization showed performance losses both during the dynamic and constant load cycling, for the ripple current and reference tests. To conclude, no significant effects on degradation by the sinusoidal ripple current of 70 Hz and 50% amplitude is found when applied to a single cell PEMFC despite of performance losses for all cases.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-315284 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Ahlén Norberg, Evelina |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2022:227 |
Page generated in 0.0027 seconds