Escuma metàl·lica - Millora del rendiment d'arrencada en fred de la pila de combustible

Comercialitzatescumes metàl·liquesactualment són una bona alternativa potencial als corredors convencionals per a piles de combustible a causa de la seva microestructura porosa, alta porositat i bona resistència mecànica.
En primer lloc, es va analitzar el rendiment de polarització de la bateria en condicions normals de treball a temperatura ambient. Tenint en compte que el càtode és l'elèctrode principal que restringeix el rendiment de la bateria, s'utilitzen camins de flux paral·lels convencionals per a l'ànode d'ambdues cel·les individuals i s'utilitzen camins de flux paral·lels convencionals per al càtode amb un nou camp de flux d'escuma de níquel-metall, respectivament.
Per reflectir de manera més clara les diferències de flux i les diferències de rendiment en els dos camps de flux, l'estudi va utilitzar un camp de flux cel·lular esvelt amb una mida d'1,5 cm × 20 cm (tots els gasos fluïen pel costat llarg), que va perdre una mica la cel·la original. rendiment i, per tant, el rendiment de la polarització cel·lular no era alt. A més, es va utilitzar el mateix MEA (Nafion-112) per a les dues cèl·lules de la prova. A causa de la curvatura més alta del canal de flux minúscul al camp de flux d'escuma metàl·lica, la caiguda de pressió als dos extrems és més alta en comparació amb el canal de flux recte i llarg senzill al camp de flux convencional, que millora el subministrament de gas al càtode, el funcionament. pressió i la velocitat de reacció electroquímica i, al mateix temps, necessita consumir més potència del motor de gas a pressió fins a cert punt i augmenta la pèrdua de bombeig. La densitat de potència màxima és més alta per a les cèl·lules ambescuma metàl·licacamps de flux, mentre que a corrents baixes, la densitat de potència és lleugerament inferior a la de les cèl·lules de camp de flux convencionals. En general, els avantatges d'utilitzar un camp de flux d'escuma metàl·lica encara són importants. A la llarga, a causa del flux més uniforme de gas i aigua líquida al camp de flux metàl·lic d'escuma, es pot utilitzar un camp de flux més curt en aplicacions pràctiques o l'ús de subministrament creuat vertical de càtode i ànode (el gas de l'ànode flueix al llarg del costat llarg del canal de flux tradicional, el gas del càtode flueix al llarg del costat curt del camp de flux d'escuma), la qual cosa redueix encara més la pèrdua de bombeig causada per la caiguda de pressió d'entrada i sortida del càtode i, per tant, s'espera que es realitzi la millora. del rendiment de la bateria, i fins i tot mantenir una densitat de potència comparable o fins i tot superior a la del canal de flux tradicional, que es pot aconseguir a llarg termini. Per tant, s'espera adonar-se de la millora del rendiment de la cèl·lula mantenint la pèrdua de bombeig comparable o fins i tot inferior a la del canal de flux tradicional.
D'altra banda, per abordar la preocupació de les condicions d'arrencada sota zero, comparem exhaustivament el rendiment d'arrencada dinàmic de les piles de combustible amb un camp de flux d'escuma metàl·lica i un canal de flux paral·lel convencional al càtode en modes de corrent constant i tensió constant, respectivament.
D'altra banda, per a la popular condició d'arrencada sota zero, comparem exhaustivament el rendiment d'arrencada dinàmic de les piles de combustible amb camp de flux d'escuma metàl·lica i canal de flux paral·lel convencional al càtode en modes de corrent constant i tensió constant, respectivament.
El camp de flux d'escuma metàl·lica mostra excel·lents avantatges, amb un rendiment estable de la cèl·lula durant l'inici i l'inici amb èxit, mentre que, per contra, la cèl·lula de canal de flux paral·lel convencional, amb una tensió de sortida de cel·la més baixa i inestable durant el funcionament, millora la velocitat i la temperatura de producció de calor. la velocitat d'augment fins a cert punt, però a causa dels menys canals de flux, la possibilitat de gel i obstrucció augmenta de manera lineal (depenent del nombre de canals de flux), cosa que condueix al seu rendiment de sortida de cèl·lules fluctuants. No obstant això, la probabilitat d'obstrucció de gel augmenta de manera lineal (segons el nombre de canals de flux), donant lloc a un rendiment de sortida de la cèl·lula fluctuant i una major probabilitat de fallada en la posada en marxa.
En resum, l'excel·lent estructura porosa de la pila de combustible ambescuma metàl·licaEl camp de flux té avantatges significatius sobre la cèl·lula amb un canal de flux tradicional de "cresta de rasa" tant en funcionament a temperatura ambient com en condicions d'arrencada dinàmica sota zero.
La densitat de potència màxima i la densitat de corrent final de la bateria a temperatura ambient s'incrementen al voltant d'un 25%;
En condicions d'arrencada sota zero, el rendiment de les bateries amb camp de flux d'escuma metàl·lica és més suau durant l'arrencada i la capacitat d'arrencada automàtica a baixa temperatura es millora molt.
A més, l'ús de tractaments més optimitzats per a materials d'escuma metàl·lica, com ara el xapat daurat per millorar la conductivitat, tractaments més adequats d'hidrofobicitat i resistència a la corrosió, i l'ús dematerials d'escumaamb mides de porus, porositat i relacions de compressió més optimitzades, s'espera que enforteixi encara més el rendiment operatiu de la pila de combustible i millori la durabilitat del cicle d'arrencada en fred.