Metallivaahto – Polttokennojen kylmäkäynnistyksen tehon parantaminen

Kaupallinenmetallivaahtojaovat tällä hetkellä hyvä vaihtoehto tavanomaisille polttokennojen jalustalle huokoisen mikrorakenteensa, suuren huokoisuutensa ja hyvän mekaanisen lujuutensa vuoksi.
Ensin analysoitiin akun polarisaatiokyky normaaleissa työolosuhteissa huoneenlämpötilassa. Ottaen huomioon, että katodi on pääelektrodi, joka rajoittaa akun suorituskykyä, molempien yksittäisten kennojen anodissa käytetään tavanomaisia ​​rinnakkaisia ​​virtausreittejä ja katodille tavanomaisia ​​rinnakkaisia ​​virtausreittejä uudella nikkeli-metallivaahtovirtauskentällä.
Kahden virtauskentän virtaus- ja suorituskykyerojen heijastamiseksi selvemmin tutkimuksessa käytettiin kapeaa soluvirtauskenttää, jonka koko oli 1,5 cm × 20 cm (kaikki kaasut virtasivat pitkin pitkää sivua), joka menetti jonkin verran alkuperäistä kennoa. suorituskykyä, ja siksi solun polarisaatiokyky ei ollut korkea. Lisäksi molemmissa soluissa käytettiin samaa MEA:ta (Nafion-112). Vaahtometallivirtauskentässä olevan pienen virtauskanavan suuremman kaarevuuden vuoksi painehäviö molemmissa päissä on suurempi verrattuna yksinkertaiseen pitkään suoravirtauskanavaan tavanomaisessa virtauskentässä, mikä parantaa kaasun syöttöä katodille, paine ja sähkökemiallisen reaktion nopeus, ja samalla sen on kulutettava enemmän paineistetun kaasumoottorin tehoa tietyssä määrin ja se lisää pumppaushäviötä. Maksimitehotiheys on suurempi soluille, joissa onmetallivaahtoavirtauskentillä, kun taas pienillä virroilla tehotiheys on hieman pienempi kuin tavanomaisissa virtauskenttäkennoissa. Kaiken kaikkiaan metallivaahtovirtauskentän käytön edut ovat edelleen merkittäviä. Pitkällä aikavälillä tasaisemmasta kaasun ja nesteen veden virtauksesta vaahtometallivirtauskentässä voidaan käytännön sovelluksissa käyttää lyhyempää virtauskenttää tai katodin ja anodin pystysuoraa ristisyöttöä (anodikaasu virtaa pitkin perinteisen virtauskanavan pitkällä puolella katodikaasu virtaa vaahtovirtauskentän lyhyttä puolta pitkin), mikä edelleen vähentää katodin sisään- ja ulostulon painehäviön aiheuttamaa pumppaushäviötä ja siten odotetaan parantavan akun suorituskykyä ja jopa ylläpitää perinteistä virtauskanavaa vastaavaa tai jopa korkeampaa tehotiheyttä, mikä voidaan saavuttaa pitkällä aikavälillä. Siksi sen odotetaan saavuttavan kennon suorituskyvyn parantamisen samalla, kun pumppaushäviö on verrattavissa perinteiseen virtauskanavaan tai jopa pienempi kuin se.
Toisaalta nolla-aloitusolosuhteiden huolen ratkaisemiseksi vertaamme kattavasti polttokennojen dynaamista käynnistyssuorituskykyä vaahtometallivirtauskentällä ja tavanomaisella rinnakkaisvirtauskanavalla katodilla vakiovirta- ja vakiojännitetilassa, vastaavasti.
Toisaalta suositussa nolla-aloitustilassa vertaamme kattavasti polttokennojen dynaamista käynnistyssuorituskykyä vaahtometallivirtauskentällä ja tavanomaisella rinnakkaisvirtauskanavalla katodilla vakiovirta- ja vakiojännitetilassa, vastaavasti.
Vaahtometallivirtauskentässä on erinomaisia ​​etuja, vakaa kennon suorituskyky käynnistyksen aikana ja onnistunut käynnistys, kun taas päinvastoin, perinteinen rinnakkaisvirtauskanavakenno, jonka kennon lähtöjännite on alhaisempi ja epävakaa käytön aikana, parantaa lämmöntuotantonopeutta ja lämpötilaa. nousunopeus jossain määrin, mutta virtauskanavien määrän vuoksi jäätymisen ja tukkeutumisen mahdollisuus kasvaa lineaarisesti (riippuen virtauskanavien lukumäärästä), mikä johtaa sen vaihteluun solun ulostulon suorituskyky Kuitenkin jään tukkeutumisen todennäköisyys kasvaa lineaarisesti (riippuen virtauskanavien lukumäärästä), mikä johtaa vaihtelevaan solun ulostulon suorituskykyyn ja lisääntyneeseen käynnistyshäiriön todennäköisyyteen.
Yhteenvetona voidaan todeta, että polttokennon erinomainen huokoinen rakennevaahto metallivirtauskentällä on merkittäviä etuja verrattuna kennoon, jossa on perinteinen "ojan harjanteinen" virtauskanava sekä huoneenlämpötilassa että dynaamisissa käynnistysolosuhteissa.
Akun maksimitehotiheys ja lopullinen virrantiheys huoneenlämpötilassa kasvavat noin 25 %;
Pakkasta käynnistysolosuhteissa vaahtometallivirtauskentällä varustettujen akkujen suorituskyky on tasaisempi käynnistyksen aikana ja itsekäynnistyskyky alhaisessa lämpötilassa paranee huomattavasti.
Lisäksi vaahtometallimateriaaleille optimoitujen käsittelyjen, kuten kullan johtavuuden parantamiseksi, tarkoituksenmukaisempien hydrofobisuus- ja korroosionkestävyyskäsittelyjen käyttö sekävaahtomateriaalitOptimoidulla huokoskoolla, huokoisuudella ja puristussuhteella sen odotetaan vahvistavan entisestään polttokennon toiminnallista suorituskykyä ja lisäävän kylmäkäynnistyssyklin kestävyyttä.