TurbuGrid è il nome di una piccola griglia di plastica di circa 16 x 16 cm che può aumentare notevolmente l'efficienza di una pila di celle a combustibile raffreddata ad aria. I test dei ricercatori AAU mostrano un aumento dell'efficienza di almeno il 33,5 percento, ma questo potrebbe essere ancora maggiore se la griglia viene aggiunta a pile di celle a combustibile completamente nuove. L'aumento è dovuto al fatto che la griglia aggiunge turbolenza all'aria che fluisce nei canali del camino. La turbolenza ha un effetto importante sul trasferimento di calore che avviene nelle celle a combustibile, e questo ha importanti implicazioni sull'elevata densità di potenza che può essere ottenuta dalle celle a combustibile.

"Vorremmo avere la cella a combustibile funzionante a circa 50-60 gradi perché la reazione tra ossigeno e idrogeno ha le migliori condizioni a quella temperatura. Quindi abbiamo bisogno di un metodo efficace per trasferire il calore di scarto che si verifica all'interno della cella a combustibile in modo che la cella non si surriscalda, "dice Torsten Berning, Professore Associato presso il Dipartimento di Tecnologia Energetica dell'Università di Aalborg.

L'aria aspirata attraverso una pila di celle a combustibile scorre in modo laminare (l'opposto di turbolento). Ma i ricercatori dell'Università di Aalborg hanno ora scoperto che aggiungendo turbolenza artificiale al flusso d'aria utilizzando la piccola griglia di plastica si può aumentare il trasferimento di calore all'aria e quindi garantire una maggiore efficienza perché la cella a combustibile non si surriscalda.

L'aggiunta di turbolenza artificiale al flusso d'aria rappresenta un cambiamento radicale nell'approccio per ottenere di più da una pila di celle a combustibile. Ciò è dovuto al fatto che in precedenza l'attenzione al raggiungimento di una maggiore efficienza era incentrata sull'evitare una caduta di pressione e non su un trasferimento di calore più efficace.

"In precedenza, ricercatori e industria miravano a creare un flusso d'aria il più laminare possibile. Ma la nostra ricerca mostra che si tratta molto di più di garantire un trasferimento di calore efficace, e questo può essere ottenuto aggiungendo turbolenza, "dice Torsten Berning.

Più potenza, più calore

Maggiore è la potenza estratta da una pila di celle a combustibile, più caldo diventa lo stack. Ecco perché è importante ottenere un migliore controllo della temperatura all'interno delle celle. Con flusso d'aria laminare, il trasferimento di calore è relativamente scarso, e questo limita la quantità di energia che può essere estratta dalla pila di celle a combustibile.

"Se non siamo bravi a controllare il trasferimento di calore, la pila si surriscalda rapidamente, e non possiamo estrarre tanto potere quanto ce n'è effettivamente potenziale. Ma aggiungendo la turbolenza vediamo risultati significativi in ​​termini di garanzia di un efficiente trasferimento di calore all'aria - e quindi anche un netto aumento dell'efficienza delle celle a combustibile, "dice Torsten Berning.

Tutto all'interno di una cella a combustibile è così piccolo, rendendo difficile calcolare e misurare con precisione la temperatura. Torsten Berning ei suoi colleghi di ricerca hanno quindi utilizzato modelli informatici in combinazione con esperimenti fisici. E i risultati sia dei modelli che della realtà sono stati chiari:un netto aumento dell'efficienza e della potenza di uscita quando viene aggiunta la rete.

Maggiore durata delle vecchie celle a combustibile

Le celle a combustibile raffreddate ad aria sono attualmente utilizzate nella movimentazione di materiali con carrelli elevatori, come centrali elettriche di emergenza per l'industria IT e delle telecomunicazioni e per i droni più piccoli. Le celle a combustibile in genere durano 5-6 anni, a seconda di come sono stati operati, ma aggiungendo la griglia a una pila di celle a combustibile sarà possibile prolungare la vita di servizio perché la temperatura nelle celle è controllata in modo più appropriato. Una pila di celle a combustibile raffreddata ad aria costa almeno $ 1000/kW, quindi oltre a utilizzare la griglia sui nuovi stack di celle a combustibile, può anche essere un buon affare aggiungerlo agli stack di celle a combustibile già in funzione.