Comparación de sistemas de energía de pilas de combustible de hidrógeno y motores de combustión interna de hidrógeno

El principio básico de pilas de combustible de hidrógeno El principio de funcionamiento de una pila de combustible de hidrógeno consiste en la descomposición del hidrógeno en electrones e iones de hidrógeno (protones) por un catalizador (platino) en el ánodo de la pila. Los protones pasan a través de la membrana de intercambio de protones hasta el cátodo, donde reaccionan con el oxígeno para formar agua y calor. Los electrones correspondientes fluyen del ánodo al cátodo a través de un circuito externo, generando energía eléctrica. La estructura de las pilas de combustible de hidrógeno consta principalmente de placas bipolares, electrodos de membrana (membrana de intercambio de protones recubierta con una capa catalizadora), capas de difusión de gases, placas aislantes, etc. A partir de la pila, se integran sistemas adicionales como el sistema de aire, el sistema de hidrógeno, el sistema electrónico y eléctrico, y el sistema de gestión hidrotérmica para formar un sistema de energía de pila de combustible de hidrógeno, que es esencialmente un motor de pila de combustible de hidrógeno.

Los motores de combustión interna de hidrógeno obtienen su potencia quemando hidrógeno. Al igual que los motores de combustible convencionales, este tipo de motor opera en cuatro tiempos: admisión, compresión, potencia y escape, y el hidrógeno reemplaza a los combustibles convencionales. Si tomamos como ejemplo el motor Cummins, su estructura es esencialmente similar a la de un motor de gas natural, incluyendo componentes como el bloque de cilindros, el cigüeñal, la culata, el sistema de encendido y las piezas de montaje. Además, algunas piezas de los motores de combustión interna de hidrógeno y los motores diésel son parcialmente intercambiables, como los bloques de cilindros, los cigüeñales, los soportes, las carcasas del volante y otros componentes de montaje. El alto grado de similitud e intercambiabilidad de estos componentes permite aprovechar las ventajas económicas de los motores de combustión interna de hidrógeno Cummins, mejorar la confiabilidad de los equipos y brindar un apoyo crucial en la transición de la industria hacia prácticas bajas en carbono.

Las similitudes entre ambos requieren hidrógeno y oxígeno para participar en la reacción; se requieren todas las unidades de almacenamiento de combustible y los tanques de hidrógeno para alimentar el vehículo. La diferencia radica en que ambos generan energía de maneras distintas, lo que también genera una diferencia significativa en eficiencia, por lo que los vehículos de pila de combustible tendrán mayor autonomía con el mismo consumo de hidrógeno. La construcción de los motores también es completamente diferente; las pilas de combustible son más respetuosas con el medio ambiente que los motores de combustión de hidrógeno. Además, no hay diferencia en la velocidad de liberación de energía, y tanto los motores de combustión interna como las pilas de combustible pueden alcanzar una alta potencia a corto plazo.
En comparación con las dos rutas, las ventajas de pilas de combustible de hidrógeno Tienen una alta eficiencia de conversión, bajas emisiones contaminantes y un alto grado de aplicación comercial, especialmente en términos de eficiencia de conversión, la eficiencia térmica de los motores de combustible de hidrógeno es difícil de superar el 45%, mientras que la eficiencia de conversión de las pilas de combustible de hidrógeno puede alcanzar más del 60%.
Las ventajas de los motores de hidrógeno son su bajo coste (aproximadamente el 10 % de las pilas de combustible), sus bajos requisitos de pureza del hidrógeno y su posibilidad de modernización con motores de combustible existentes. Además, los motores de combustión interna de hidrógeno son más adecuados para su uso en vehículos comerciales, como camiones medianos y pesados, gracias a su mayor eficiencia de salida en condiciones de alta carga.