Combinación de celdas de combustible y motores eléctricos: ¿se ha utilizado como parte de un motor alimentado por bomba eléctrica?

En los motores alimentados por bomba eléctrica, las bombas de combustible funcionan con energía eléctrica y las baterías se utilizan como fuente de electricidad. Sin embargo, existe otra fuente de energía eléctrica que podría utilizarse en teoría: las pilas de combustible.

Las pilas de combustible son muy versátiles en cuanto a los combustibles que pueden utilizar (hidrógeno, metano, hidrocarburos, peróxido de hidrógeno, hidracina, etc.). También son comparables (con potencial para ser aún mejores) en términos de densidad de energía con baterías que ya se emplean en ciclos de energía eléctrica.

También existe un enorme potencial para aumentar la densidad de potencia de los motores eléctricos (que ya es satisfactorio, alrededor de 15-20 KW/kg), desde los comerciales que emplean imanes permanentes hasta los criogénicos que emplean superconductores de alta temperatura. El refrigerante líquido ya está disponible a bordo.

¿Se usa alguna vez esta combinación de celdas de combustible y motores eléctricos en motores alimentados por bombas eléctricas?

El transbordador usó celdas de combustible y motores eléctricos, pero no estoy seguro de lo que realmente está preguntando.
La pregunta se refiere a la compra de celdas de combustible alimentadas por una bomba eléctrica en lugar de baterías.
Te veo editado, pero sería bueno aclarar que hablas de motores.
Si va a usar energía química de todos modos, ¿por qué no eliminar al intermediario y usar una turbina directamente? Esa ha sido tecnología disponible desde el V2.
Las celdas de combustible pueden dar una muy buena densidad de energía al sistema , acercándose a la de los tanques de combustible/oxidante si las demandas de energía son lo suficientemente pequeñas. Sin embargo, su densidad de potencia es bastante pobre (y su eficiencia disminuye a medida que aumenta la densidad de potencia). Los mejores números que he visto para una celda de combustible (para un sistema a gran escala, y que sospecho que solo incluye las celdas mismas, omitiendo el equipo de soporte) son alrededor de un tercio o un cuarto de lo que puede hacer una batería de iones de litio. proporcionar. Y eso requería combustible de hidrógeno.
Las celdas de combustible son costosas, por lo que, a menos que el refuerzo sea reutilizable, probablemente sea una mala elección.
Hay altibajos con las celdas de combustible. Dudo que sean más caros que los sistemas de prequemador + turbobomba, especialmente debido a los requisitos de alta temperatura y presión y la demanda de súper aleaciones, mecanizado preciso y todas las válvulas y tuberías. Pero sí, se quedan atrás en términos de densidades de potencia, lo que significa mucho peso muerto. El potencial de mejora sigue siendo enorme, pero faltan inversiones porque incluso en el mercado de automóviles, los fabricantes consideran que las baterías son más adecuadas.
Pensé que la comparación era con baterías y se usaron bombas eléctricas en ambos casos. Bastante seguro de que las pilas de combustible son más caras que las baterías.
Sí, eso es cierto, las pilas de combustible son más caras en este caso.
@ WOW6EQUJ5 Los catalizadores de celdas de combustible de alto rendimiento son cosas como el platino y el paladio, bastante más caros que las superaleaciones. Un motor Merlin 1D completo, con turbobomba y todo, cuesta algo menos de $ 1 millón. No se necesitará mucho en términos de celdas de combustible para superar eso.
Por 1 millón de dólares puede comprar 400 kg de paladio con los precios actuales, que son los más altos de todos los tiempos en este momento. Y solo necesitas una fracción de esto para hacer FC. Sin mencionar que hay tipos que no utilizan materiales caros en absoluto.

Respuestas (1)

Respuesta parcial.

Al menos no para un motor principal para un cohete orbital, ya que el motor Rutherford es actualmente el único motor de este tipo que utiliza una bomba eléctrica. Y usa pilas.

Sin embargo, descartar de manera concluyente todos los propulsores secundarios y sistemas de propulsión más pequeños es mucho más difícil. Las bombas de alimentación eléctricas son beneficiosas para reducir la complejidad al no tener que manejar combustibles químicos, y el uso de una celda de combustible lo anula un poco. Sin embargo, no es inimaginable que algunos satélites que usan celdas de combustible para el sistema eléctrico a bordo tengan pequeñas bombas eléctricas conectadas a propulsores. Pero a esa escala, los motores simples alimentados a presión pueden reducir aún más la complejidad.

Una idea que me viene a la mente para reducir la complejidad del manejo del combustible es tal vez crear una capa intermedia de celda de combustible de óxido sólido en la pared de la cámara de combustión donde la temperatura sería alta. La capa interna debe ser de material poroso permeable al hidrógeno, por lo que se requeriría un ciclo rico en combustible. La capa exterior de la cámara de combustión debe ser de un material con alta resistencia a la tracción. Se debe usar oxígeno para el enfriamiento regenerativo y para la operación de FC. Esto sería algún tipo de bomba eléctrica alimentada de forma análoga al ciclo expansor. Pero incluso si es beneficioso, esto sería difícil de dominar, lo cual soy consciente.
@ WOW6EQUJ5 se requiere un gran esfuerzo para que el calor de la pared de la cámara de combustión llegue al líquido refrigerante lo más rápido posible. Una capa intermedia caliente que en sí misma produce calor no es propicia para eso, y me cuesta ver cómo reduce la complejidad.
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