Метална пяна - Подобряване на производителността на горивната клетка при студен старт

Комерсиализиранметални пенипонастоящем са добра потенциална алтернатива на конвенционалните плъзгачи за горивни клетки поради тяхната пореста микроструктура, висока порьозност и добра механична якост.
Първо беше анализирана поляризационната производителност на батерията при нормални работни условия при стайна температура. Като се има предвид, че катодът е основният електрод, който ограничава производителността на батерията, конвенционалните паралелни пътища на потока се използват за анода и на двете единични клетки, а конвенционалните паралелни пътища на потока се използват съответно за катода с ново поле на потока от никел-метална пяна.
За по-отчетливо отразяване на разликите в потока и разликите в производителността в двете полета на потока, изследването използва поле на тънък клетъчен поток с размер 1,5 cm × 20 cm (всички газове течеха по дългата страна), което донякъде загуби оригиналната клетка производителност и следователно ефективността на клетъчната поляризация не е висока. В допълнение, същият MEA (Nafion-112) беше използван и за двете клетки в теста. Поради по-голямата кривина на малкия канал на потока в полето на потока от пенометал, спадът на налягането в двата края е по-висок в сравнение с простия дълъг прав канал на потока в полето на конвенционалния поток, което подобрява подаването на газ към катода, работния налягането и скоростта на електрохимичната реакция, като в същото време трябва да консумира повече мощност на газовия двигател под налягане до известна степен и увеличава загубите при изпомпване. Максималната плътност на мощността е по-висока за клетки сметална пянаполета на потока, докато при ниски токове, плътността на мощността е малко по-ниска от тази на конвенционалните клетки на полето на потока. Като цяло, предимствата от използването на поле за поток от метална пяна все още са значителни. В дългосрочен план, поради по-равномерния поток на газ и течна вода в полето на потока от пенометал, по-късо поле на потока може да се използва в практически приложения или използването на катодно и анодно вертикално кръстосано захранване (аноден газ тече по продължение на дългата страна на традиционния канал на потока, катодният газ тече по късата страна на полето на потока на пяната), което допълнително намалява загубата при изпомпване, причинена от спада на налягането на входа и изхода на катода, и по този начин се очаква да реализира подобрението от производителността на батерията и дори поддържа сравнима или дори по-висока плътност на мощността от традиционния канал на потока, което може да се постигне в дългосрочен план. Следователно се очаква да се постигне подобряване на производителността на клетката, като същевременно се поддържа загубата на помпа, сравнима или дори по-ниска от тази на традиционния канал за поток.
От друга страна, за да отговорим на загрижеността за стартови условия под нулата, ние изчерпателно сравняваме динамичната стартова производителност на горивни клетки с поле на поток от пенометал и конвенционален паралелен канал на потока в катода при режими на постоянен ток и съответно на постоянно напрежение.
От друга страна, за популярното стартово състояние под нулата, ние изчерпателно сравняваме динамичната стартова производителност на горивни клетки с поле на поток от пенометал и конвенционален паралелен канал на потока в катода при режими на постоянен ток и съответно на постоянно напрежение.
Полето на потока от пенометал показва отлични предимства, със стабилна производителност на клетката по време на стартиране и успешно стартиране, докато напротив, конвенционалната клетка с канал с паралелен поток, с по-ниско и нестабилно изходно напрежение на клетката по време на работа, подобрява скоростта на производство на топлина и температурата скоростта на покачване до известна степен, но поради по-малкото канали за поток, възможността от заледяване и запушване нараства линейно (в зависимост от броя на каналите за поток), което води до колебание в изходната производителност на клетката Въпреки това, вероятността от запушване с лед се увеличава линейно (в зависимост от броя на каналите за потока), което води до колебание в изходната производителност на клетката и повишена вероятност от повреда при стартиране.
В обобщение, отличната пореста структура на горивната клетка сразпенен металполето на потока има значителни предимства пред клетката с традиционен канал на потока „тренч-гребен“ както при работа при стайна температура, така и при условия на динамично стартиране под нулата.
Максималната плътност на мощността и крайната плътност на тока на батерията при стайна температура се увеличават с около 25%;
При условия на стартиране под нулата, производителността на батериите с поле на поток от пенометал е по-плавна по време на стартиране и способността за самостартиране при ниска температура е значително подобрена.
В допълнение, използването на по-оптимизирани обработки за пенометални материали, като позлатяване за подобряване на проводимостта, по-подходящи обработки за хидрофобност и устойчивост на корозия и използването напенести материалис по-оптимизирани размери на порите, порьозност и съотношения на компресия, се очаква допълнително да подобри оперативната производителност на горивната клетка и да подобри издръжливостта на цикъла на студен старт.