Fuel-cell
Elektrifikovaná mobilita

Zásobník palivových článků: recept na úspěch v hromadné výrobě

Doba čtení: 7 minut

Jaký je zaručený návod na výrobu zásobníku palivových článků? Bosch spojil síly se startupem PowerCell Sweden, aby spustili hromadnou výrobu této technologie a vyhlásili její průlom.

Obrovský potenciál technologie

Achim Moritz (nalevo), produktový manažer, Fuel Cell Mobility Solutions a Per Wassén, generální ředitel PowerCell Sweden.
Achim Moritz (nalevo), produktový manažer, Fuel Cell Mobility Solutions a Per Wassén, generální ředitel PowerCell Sweden.

Na první pohled je velice těžké rozlišit automobil s palivovým článkem od toho, které jezdí na benzín anebo naftu. Po doplnění paliva – což trvá jen několik minut – je dojezdová vzdálenost vozidla více jak 500 kilometrů. Je zde však jeden zásadní rozdíl, oproti benzínovým či naftovým motorům produkuje elektrická pohonná jednotka nulové emise. To je důvod, proč bude vodíková technologie figurovat na předních místech na cestě k nízkouhlíkové dopravě, pokud jde o elektrifikaci nákladních vozidel. Automobily s pohonnými články zajisté dokáží konkurovat těm konvenčním, avšak je tu stále jedna velká překážka, kterou je potřebné překonat: a to jsou vysoké výrobní náklady. Bosch a startup PowerCell Sweden již usilují o vyřešení tohoto problému. Pro snížení ceny se tyto dvě firmy soustředí na zásobník palivových článků, srdce vodíkového hnacího ústrojí. Zásobník palivových článků s protonovou výměnnou membránou (PEMFC) – též známý jako palivový článek s polymerovým elektrolytem (PEM) – je místem, kde dochází k produkci elektřiny elektrochemickou výměnou reaktivních plynů vodíku a kyslíku.

Zásobník palivových článků se připravuje na velkovýrobu.
Zásobník palivových článků se připravuje na velkovýrobu.

H₂

Vodík slouží jako palivo. V palivovém článku jsou vodíkové molekuly na straně anody. Jsou tvořené elektrony a protony.

„Spolupráce s Boschem nám umožní rychle rozšířit naší technologii pro průmyslovou výrobu.“

Per Wassén, CEO PowerCell Sweden

Na čem záleží v průmyslové výrobě nejvíce

Jediný palivový článek negeneruje dostatečné množství energie, proto je inženýři ze společnosti Bosch ukládají do svazků oddělených bipolárními deskami. Jakmile se do osobního automobilu dá přibližně 400 palivových článků, mohou společně vyprodukovat až 120 kilowatů (163 koní). U užitkových vozů je kladen důraz na vyšší výkon, inženýři proto mohou podle požadavků zvýšit počet zásobníků. Produktový manažer Bosch Achim Moritz nechce prozradit příliš mnoho o specifikách nákladů na palivové články a zásobníky. Řekl ale toto: „Důležitým přístupem je používání levnějších materiálů. Usilujeme také o další pokroky v jiných oblastech, jako je například zvýšení výkonu jednotlivých článků.“ Dodává, že náklady na zásobník by se měli výrazně snížit, jelikož počet jednotek ve velkých výrobních cyklech stoupá.

Ovšem rozsáhlá výroba tak komplexního systému jako jsou zásobníky palivových článků není jednoduchá. „Každý jednotlivý zásobník musí pracovat spolehlivě. Řídicí jednotky proto hrají v provozu vozidla klíčovou úlohu,“ uvedl Moritz. Podobně jako řídicí jednotky motoru v automobilech na benzínový nebo naftový pohon, tyto účinné mini počítače řídí všechny funkce palivového článku a udržují hnací ústrojí v co nejefektivnějším provozu. V této oblasti je Bosch v dostatečném předstihu před konkurencí. Společnost vyvíjí ECU již mnoho let, „Díky mnohým interním odborným znalostem a zkušenostem v této oblasti můžeme využít tyto synergické efekty pro zásobníky palivových článků. To nám pomáhá v mnohých věcech, jako je například modulární design hardwarové soupravy a logika řízení, které jsou charakteristické pro tyto řídicí jednotky,“ říká Moritz.

Jak vypadají zásobníky palivových článků?

Zásobníky palivových článků vypadají takto

O₂

Kyslík je reaktivní plyn. V palivovém článku je to na straně katody. Protonová výměnná membrána odděluje O₂ od H₂ a katodu od anody.

Co se děje v zásobníku palivových článků?

Video

Náskok, který přichází se zkušenostmi

Jaké překážky brání pokroku na cestě ke spolehlivé průmyslové výrobě? Bližší pohled na tuto technologii poskytuje lepší obraz o výzvách spojených s výrobou palivových článků. Molekuly vodíku jsou malé a mají vysokou viskozitu, což znamená, že zásobník musí mít dokonalé těsnění, aby fungoval efektivně a bezpečně. Jak zdůrazňuje produktový manažer Achim Moritz, délka 120 kW těsnění zásobníku je asi jeden kilometr. „Toto je oblast, ve které usilujeme splnit náročné požadavky na kvalitu automobilových aplikací,“ dodal Moritz. Už při práci na jiných typech pohonných technologií společnost Bosch ukázala, že odborníci mají bohaté zkušenosti ve vývoji produktů a procesů souběžně. Součástí toho je schopnost dopředu zvolit vhodný výrobní postup pro komponenty při navrhování produktu – jinými slovy, myslet vždy dopředu.

„Simultánní inženýrství je jedním z našich USP,“ říká Moritz. Per Wassén dodává: „Bosch patří mezi přední dodavatele automobilových technologií a v této oblasti má veliké zkušenosti a inovativní sílu. V automobilovém průmyslu dominují velké mezinárodní společnosti a tato oblast se vyznačuje dlouhodobým vývojem a přísnými požadavky na kvalitu. Pro startup jako je PowerCell bude těžké využít obrovský potenciál trhu, bez ohledu na jeho technologickou vyspělost. Díky spolupráci se společností Bosch pomůžeme naší technologii dosáhnout průlomu rychleji,“ říká generální ředitel společnosti PowerCell Sweden.

2H₂+O₂ → 2H₂O

Vedlejším produktem je voda. Je výsledkem vodíkových ionů – tedy protonů – reagujících s kyslíkem v procese urychleným katalyzátorem v palivovém článku.

Místo litru kilogram

Filling up by the kilo instead of by the liter
Pro energetický obsah automobilů platí všeobecné pravidlo, které říká, že jeden kilogram vodíků má dosah 100 kilometrů. V případě těžkých nákladních vozidel stoupne zhruba na 10 kilogramů.

DC

Palivové články jsou určené na výrobu jednosměrného proudu (DC). Tento proud vzniká vedením vodíkových elektronů přes anodu, kde proudí přes vnější obvod a vrací se ke katodě. Poté je jednosměrný proud převeden na střídavý (AC), který pohání elektromotor.

Zatímco společnosti jako Bosch a PowerCell pokračují ve svém úsilí o průmyslovou výrobu mobilních palivových článků, tržní síla podléhá další překážce, která brání přijetí této technologie a tou je dostupnost. V mnoha zemích už počet vodíkových čerpacích stanic stoupá. Některé čerpací stanice na vodík jsou stavěny díky dotacím, avšak za podporu tohoto rozvoje bojují i sdružení jako Hydrogen Council. „Zaměřujeme se především na trhy v Číně, Severní Americe a Evropě, kde můžeme ze strany průmyslu vidět rostoucí vůli přijímat elektrické pohonné jednotky s palivovými články,“ říká Moritz.

Tento pozitivní přístup vychází z poznání, že cesta k mobilitě bez emisí musí odrážet otevřený přístup. Jako jsou neustále se zdokonalující benzinové a naftové varianty spalovacích motorů, stejně tak na straně elektromobility jsou společně vyvíjené i čistě elektrické pohonné jednotky a palivové články. Společnost Bosch již tuto technologickou neutralitu přijala za vlastní, takže se očekává, že zmiňované inovativní sady palivových článků vyjdou z výrobních linek v závodě v Bambergu už v roce 2022.

„Vidíme příležitost výrazně snížit náklady, jakmile se zvýší objem výroby,“

Achim Moritz, produktový manažer, Fuel Cell Mobility Solutions, Bosch

Sdílení na: