TurbuGrid est le nom d'une petite grille en plastique d'environ 16 x 16 cm qui peut augmenter considérablement l'efficacité d'une pile à combustible refroidie par air. Les tests effectués par les chercheurs de l'AUA montrent une augmentation de l'efficacité d'au moins 33,5%, mais cela peut être encore plus important si la grille est ajoutée à des piles à combustible entièrement nouvelles. L'augmentation est due au fait que la grille ajoute de la turbulence à l'air circulant dans les canaux de la pile. La turbulence a un effet majeur sur le transfert de chaleur qui se produit dans les piles à combustible, et cela a des implications importantes sur la façon dont une densité de puissance élevée peut être obtenue à partir des piles à combustible.

"Nous aimerions que la pile à combustible fonctionne à environ 50-60 degrés parce que la réaction entre l'oxygène et l'hydrogène a les meilleures conditions à cette température. Nous avons donc besoin d'une méthode efficace de transfert de la chaleur perdue qui se produit à l'intérieur de la pile à combustible afin que la cellule ne surchauffe pas, " dit Torsten Berning, Professeur agrégé au Département des technologies énergétiques de l'Université d'Aalborg.

L'air aspiré à travers une pile à combustible s'écoule de manière laminaire (le contraire de turbulent). Mais des chercheurs de l'Université d'Aalborg ont maintenant découvert qu'en ajoutant une turbulence artificielle au flux d'air en utilisant la petite grille en plastique, on peut augmenter le transfert de chaleur dans l'air et ainsi assurer une efficacité accrue car la pile à combustible ne devient pas trop chaude.

L'ajout de turbulences artificielles au flux d'air est un changement radical dans l'approche pour obtenir plus d'une pile à combustible. Cela est dû au fait qu'auparavant, l'accent mis sur l'obtention d'une plus grande efficacité était centré sur l'évitement d'une chute de pression et non sur un transfert de chaleur plus efficace.

"Précédemment, les chercheurs et l'industrie visaient à créer un flux d'air aussi laminaire que possible. Mais nos recherches montrent qu'il s'agit bien plus d'assurer un transfert de chaleur efficace, et ceci peut être réalisé en ajoutant de la turbulence, " dit Torsten Berning.

Plus il y a de puissance, plus il y a de chaleur

Plus la puissance extraite d'une pile à combustible est élevée, plus la pile devient chaude. C'est pourquoi il est important de mieux contrôler la température à l'intérieur des cellules. Avec flux d'air laminaire, le transfert de chaleur est relativement faible, et cela limite la quantité d'énergie pouvant être extraite de la pile à combustible.

"Si nous ne sommes pas doués pour contrôler le transfert de chaleur, la pile va vite devenir trop chaude, et nous ne pouvons pas extraire autant d'énergie qu'il y en a réellement de potentiel. Mais en ajoutant de la turbulence, nous constatons des résultats significatifs en termes d'assurance d'un transfert de chaleur efficace vers l'air - et donc également une augmentation marquée de l'efficacité des piles à combustible, " dit Torsten Berning.

Tout à l'intérieur d'une pile à combustible est si petit, ce qui rend difficile le calcul et la mesure précise de la température. Torsten Berning et ses collègues chercheurs ont ainsi utilisé des modèles informatiques en combinaison avec des expériences physiques. Et les résultats des modèles et de la réalité étaient clairs :une augmentation marquée de l'efficacité et de la puissance de sortie lorsque le réseau est ajouté.

Augmentation de la durée de vie des anciennes piles à combustible

Les piles à combustible refroidies par air sont actuellement utilisées dans la manutention avec des chariots élévateurs, comme centrales électriques de secours pour l'informatique et l'industrie des télécommunications et pour les drones plus petits. Les piles à combustible durent généralement 5 à 6 ans, selon la façon dont ils ont été exploités, mais en ajoutant la grille à un empilement de piles à combustible, il sera possible d'allonger la durée de vie car la température dans les piles est contrôlée de manière plus appropriée. Une pile à combustible refroidie par air coûte au moins 1000 $/kW, donc en plus d'utiliser la grille sur les nouvelles piles à combustible, cela peut aussi être une bonne affaire de l'ajouter aux piles à combustible déjà en service.