Preskočiť na hlavný obsah
Bosch Slovensko
Elektrifikovaná mobilita

Zásobník palivových článkov: recept na úspech v hromadnej výrobe

Fuel-cell stacks

Aký je zaručený návod na výrobu zásobníka palivových článkov? Bosch spojil sily so startupom PowerCell Sweden, aby spustili hromadnú výrobu tejto technológie a vyhlásili jej prelom.

Obrovský potenciál technológie

Achim Moritz (naľavo), produktový manažér, Fuel Cell Mobility Solutions a Per Wassén, generálny riaditeľ PowerCell Sweden.
Achim Moritz (naľavo), produktový manažér, Fuel Cell Mobility Solutions a Per Wassén, generálny riaditeľ PowerCell Sweden.

Na prvý pohľad je veľmi ťažké rozlíšiť automobil s palivovým článkom od toho, ktoré jazdí na benzín alebo naftu. Po doplnení paliva – čo trvá iba niekoľko minút – je dojazdová vzdialenosť vozidla viac ako 500 kilometrov. Je tu však jeden zásadný rozdiel, oproti benzínovým či naftovým motorom produkuje elektrická pohonná jednotka nulové emisie. To je dôvod, prečo bude vodíková technológia figurovať na popredných miestach na ceste k nízkouhlíkovej doprave, pokiaľ ide o elektrifikáciu nákladných vozidiel. Automobily s pohonnými článkami zaiste dokážu konkurovať tým konvenčným, avšak je tu stále jedna veľká prekážka, ktorú je potrebné prekonať: a to sú vysoké výrobné náklady. Bosch a startup PowerCell Sweden sa už usilujú o vyriešenie tohto problému. Pre zníženie ceny sa tieto dve firmy sústredia na zásobník palivových článkov, srdce vodíkového hnacieho ústrojenstva. Zásobník palivových článkov s protónovo výmennou membránou (PEMFC) – taktiež známy ako palivový článok s polymérnym elektrolytom (PEM) – je miestom, kde dochádza k produkcii elektriny elektrochemickou výmenou reaktívnych plynov vodíka a kyslíka.

Zásobník palivových článkov sa pripravuje na veľkovýrobu.
Zásobník palivových článkov sa pripravuje na veľkovýrobu.

H₂

Vodík slúži ako palivo. V palivovom článku sú vodíkové molekuly na strane anódy. Sú tvorené elektrónmi a protónmi.

„Spolupráca s Bosch nám umožní rýchlo rozšíriť našu technológiu pre priemyselnú výrobu.“
Per Wassén, CEO PowerCell Sweden

Na čom záleží v hromadnej výrobe najviac

Jediný palivový článok negeneruje dostatočné množstvo energie, preto ich inžinieri zo spoločnosti Bosch ukladajú do zväzkov oddelených bipolárnymi doskami. Akonáhle sa do osobného automobilu dá približne 400 palivových článkov, môžu spoločne vyprodukovať až 120 kilowattov (163 koní). Pri úžitkových vozidlách je kladený dôraz na vyšší výkon, inžinieri preto môžu podľa požiadaviek zvýšiť počet zásobníkov. Produktový manažér Bosch Achim Morritz nechce prezradiť príliš veľa o špecifikách nákladov na palivové články a zásobníky. Povedal ale toto: „Dôležitým prístupom je používanie lacnejších materiálov. Usilujeme sa taktiež o ďalšie pokroky v iných oblastiach, ako je napríklad zvýšenie výkonu jednotlivých článkov.“ Dodáva, že náklady na zásobník by sa mali výrazne znížiť, keďže počet jednotiek vo veľkých výrobných cykloch stúpa.

Avšak rozsiahla výroba tak komplexného systému ako sú zásobníky palivových článkov nie je jednoduchá. „Každý jednotlivý zásobník musí pracovať spoľahlivo. Riadiace jednotky preto hrajú pri prevádzke vozidla kľúčovú úlohu,“ uviedol Moritz. Podobne ako riadiace jednotky motora v automobiloch na benzínový alebo naftový pohon, tieto účinné mini počítače riadia všetky funkcie palivového článku a udržujú hnacie ústrojenstvo v čo najefektívnejšej prevádzke. V tejto oblasti je Bosch v dostatočnom predstihu pred konkurenciou. Spoločnosť vyvíja ECU už mnoho rokov. „Vďaka mnohým interným odborným znalostiam a skúsenostiam v tejto oblasti môžeme využiť tieto synergické efekty pre zásobníky palivových článkov. To nám pomáha v mnohých veciach, ako je napríklad modulárny dizajn hardvérovej súpravy a logika riadenia, ktoré sú charakteristické pre tieto riadiace jednotky,“ hovorí Moritz.

Ako vyzerajú zásobníky palivových článkov?

Ako vyzerajú zásobníky palivových článkov?

O₂

Kyslík je reaktívny plyn. V palivovom článku je to na strane katódy. Protónovo výmenná membrána oddeľuje O₂ od H₂ a katódu od anódy.

Čo sa deje v zásobníku palivových článkov?

Čo sa deje v zásobníku palivových článkov?

Náskok, ktorý prichádza so skúsenosťami

Aké prekážky bránia pokroku na ceste k spoľahlivej priemyselnej výrobe? Bližší pohľad na túto technológiu poskytuje lepší obraz o výzvach spojených s výrobou palivových článkov. Molekuly vodíka sú malé a majú nízku viskozitu, čo znamená, že zásobník musí mať dokonalé tesnenie, aby fungoval efektívne a bezpečne. Ako zdôrazňuje produktový manažér Achim Moritz, dĺžka 120 kw tesnenia zásobníka je asi jeden kilometer. „Toto je oblasť, v ktorej sa usilujeme splniť náročné požiadavky na kvalitu automobilových aplikácii,“ dodal Moritz. Už pri práci na iných typoch pohonných technológii spoločnosť Bosch ukázala, že jej odborníci majú bohaté skúsenosti vo vývoji produktov a procesov súbežne. Súčasťou toho je schopnosť vopred zvoliť vhodný výrobný postup pre komponenty pri navrhovaní produktu – inými slovami, myslieť vždy vopred.

„Simultánne inžinierstvo je jedným z našich USP,“ hovorí Moritz. Per Wassén dodáva: „Bosch patrí medzi popredných dodávateľov automobilovej technológie a v tejto oblasti má obrovské skúsenosti a inovatívnu silu. V automobilovom priemysle dominujú veľké medzinárodné spoločnosti a táto oblasť sa vyznačuje dlhodobým vývojom a prísnymi požiadavkami na kvalitu. Pre startup ako je PowerCell bude ťažké využiť obrovský potenciál trhu, bez ohľadu na jeho technologickú vyspelosť. Vďaka spolupráci so spoločnosťou Bosch pomôžeme našej technológii dosiahnuť prelom rýchlejšie,“ hovorí generálny riaditeľ spoločnosti PowerCell Sweden.

2H₂+O₂ → 2H₂O

Vedľajším produktom je voda. Je výsledkom vodíkových iónov – teda protónov – reagujúcich s kyslíkom v procese urýchlenom katalyzátorom v palivovom článku.

Namiesto litra kilogram

Namiesto litra kilogram
Pre energetický obsah automobilov platí všeobecné pravidlo, ktoré vraví, že jeden kilogram vodíka má dosah 100 kilometrov. V prípade ťažkých nákladných vozidiel stúpne na zhruba 10 kilogramov.

DC

Palivové články sú určené na výrobu jednosmerného prúdu (DC). Tento prúd vzniká vedením vodíkových elektrónov cez anódu, kde prúdi cez vonkajší obvod a vracia sa ku katóde. Potom je jednosmerný prúd prevedený na striedavý (AC), ktorý poháňa elektromotor.

Zatiaľ čo spoločnosti ako Bosch a PowerCell pokračujú vo svojom úsilí o priemyselnú výrobu mobilných palivových článkov, tržná sila podlieha ďalšej prekážke, ktorá bráni prijatiu tejto technológie a tou je dostupnosť. V mnohých krajinách už počet vodíkových čerpacích staníc stúpa. Niektoré čerpacie stanice na vodík sú stavané vďaka dotáciám, avšak za podporu tohto rozvoja bojujú aj združenia ako je Hydrogen Council. „Zameriavame sa predovšetkým na trhy v Číne, Severnej Amerike a Európe, kde môžeme zo strany priemyslu vidieť rastúcu vôľu prijímať elektrické pohonné jednotky s palivovými článkami,“ hovorí Moritz.

Tento pozitívny prístup vychádza z poznania, že cesta k mobilite bez emisií musí odrážať otvorený prístup. Ako sú neustále sa zdokonaľujúce benzínové a naftové varianty spaľovacích motorov, rovnako tak na strane elektromobility sú spoločne vyvíjané aj čisto elektrické pohonné jednotky a palivové články. Spoločnosť Bosch už túto technologickú neutralitu prijala za vlastnú, takže sa očakáva, že spomínané inovatívne sady palivových článkov vyjdú z výrobných liniek v závode v Bambergu už v roku 2022.

„Vidíme príležitosť výrazne znížiť náklady, akonáhle sa zvýši objem výroby.“
Achim Moritz, produktový manažér, Fuel Cell Mobility Solutions, Bosch

Zdieľať toto na: