Metallvaht – kütuseelemendi külmkäivituse jõudluse parandamine

Kommertsialiseeritudmetallvahudon praegu hea potentsiaalne alternatiiv tavalistele kütuseelementide jooksuritele tänu oma poorsele mikrostruktuurile, suurele poorsusele ja heale mehaanilisele tugevusele.
Esiteks analüüsiti aku polarisatsioonivõimet normaalsetes töötingimustes toatemperatuuril. Arvestades, et katood on peamine elektrood, mis piirab aku jõudlust, kasutatakse mõlema üksiku elemendi anoodi jaoks tavapäraseid paralleelseid vooluteid ja vastavalt uue nikkel-metallvahu vooluväljaga katoodi jaoks tavapäraseid paralleelseid vooluteid.
Kahe vooluvälja vooluerinevuste ja jõudluse erinevuste selgemaks kajastamiseks kasutati uuringus õhukest rakuvooluvälja suurusega 1,5 cm × 20 cm (gaasid voolasid kõik piki pikka külge), mis mõnevõrra kaotas algse raku. jõudlus ja seetõttu ei olnud rakkude polarisatsiooni jõudlus kõrge. Lisaks kasutati testis mõlema raku jaoks sama MEA-d (Nafion-112). Väikese voolukanali suurema kõveruse tõttu vahtmetalli vooluväljas on rõhulang mõlemas otsas suurem võrreldes tavalise pika sirge voolukanaliga tavalises vooluväljas, mis suurendab gaasivarustust katoodile, rõhul ja elektrokeemilise reaktsiooni kiirusel ning samal ajal peab see teatud määral tarbima rohkem survestatud gaasimootori võimsust ja suurendab pumpamiskadu. Maksimaalne võimsustihedus on suurem rakkude puhul, millel onmetallvahtvooluväljad, samas kui madala voolu korral on võimsustihedus veidi väiksem kui tavalistel vooluvälja elementidel. Üldiselt on metallvahu vooluvälja kasutamise eelised endiselt märkimisväärsed. Pikemas perspektiivis saab vahtmetalli vooluvälja ühtlasema gaasi ja vedela veevoolu tõttu praktilistes rakendustes kasutada lühemat vooluvälja või katoodi ja anoodi vertikaalset ristvarustust (anoodigaas voolab mööda traditsioonilise voolukanali pikal küljel voolab katoodgaas piki vahu vooluvälja lühikest külge), mis vähendab veelgi katoodi sisse- ja väljalaskeava rõhu langusest põhjustatud pumpamiskadu ja seega eeldatakse, et voolutugevus paraneb. aku jõudlust ja isegi traditsioonilise voolukanaliga võrreldava või isegi suurema võimsustiheduse säilitamist, mida on võimalik saavutada pikemas perspektiivis. Seetõttu eeldatakse, et raku jõudlus paraneb, säilitades samal ajal pumpamiskadu, mis on võrreldav traditsioonilise voolukanali omaga või isegi väiksem.
Teisest küljest võrdleme nullist madalamate käivitustingimustega seotud probleemi lahendamiseks põhjalikult vahtmetalli vooluvälja ja tavapärase paralleelse voolukanaliga kütuseelementide dünaamilist käivitumist katoodil vastavalt konstantse voolu ja konstantse pinge režiimides.
Teisest küljest võrdleme populaarse miinuskraadise käivitusseisundi korral põhjalikult vahtmetalli vooluvälja ja tavapärase paralleelse voolukanaliga kütuseelementide dünaamilist käivitumist katoodil vastavalt konstantse voolu ja konstantse pinge režiimides.
Vahtmetalli vooluväljal on suurepärased eelised, elemendi stabiilne jõudlus käivitamisel ja edukas käivitamine, samas kui tavaline paralleelvoolukanali element, mille elemendi väljundpinge töö ajal on madalam ja ebastabiilne, parandab soojuse tootmist ja temperatuuri. tõusukiirus teatud määral, kuid voolukanalite arvu vähenemise tõttu suureneb jäätumise ja ummistumise võimalus lineaarselt (olenevalt voolukanalite arvust), mis toob kaasa selle kõikumise elemendi väljundjõudlus Siiski suureneb jää ummistumise tõenäosus lineaarselt (olenevalt voolukanalite arvust), mille tulemuseks on elemendi väljundvõimsuse kõikumine ja käivitustõrgete suurenemine.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kütuseelemendi suurepärane poorne struktuur koosvaht metallvooluväljal on olulised eelised traditsioonilise "kraavi-harja" voolukanaliga elemendi ees nii toatemperatuuril töötamisel kui ka dünaamilistes käivitustingimustes miinuskraadides.
Aku maksimaalne võimsustihedus ja maksimaalne voolutihedus toatemperatuuril suurendatakse umbes 25% võrra;
Mugavatel käivitustingimustel on vahtmetalli vooluväljaga akude jõudlus käivitamise ajal sujuvam ja madalal temperatuuril isekäivitusvõime on oluliselt paranenud.
Lisaks kasutatakse vahtmetallmaterjalide jaoks optimeeritumaid töötlusi, näiteks kullaga katmist juhtivuse suurendamiseks, sobivamaid hüdrofoobsuse ja korrosioonikindluse töötlusi ningvahtmaterjalidoptimeeritud pooride suuruse, poorsuse ja kokkusurumisastmega eeldatavasti tugevdab see veelgi kütuseelemendi töövõimet ja suurendab külmkäivitustsükli vastupidavust.