Metalna pjena - Poboljšanje performansi hladnog pokretanja gorivih ćelija

Komercijaliziranometalne pjenetrenutno su dobra potencijalna alternativa konvencionalnim klizačima za gorive ćelije zbog njihove porozne mikrostrukture, visoke poroznosti i dobre mehaničke čvrstoće.
Prvo je analizirana polarizacijska izvedba baterije u normalnim radnim uvjetima na sobnoj temperaturi. Uzimajući u obzir da je katoda glavna elektroda koja ograničava rad baterije, konvencionalni paralelni putovi protoka koriste se za anodu obje pojedinačne ćelije, a konvencionalni paralelni putovi protoka koriste se za katodu s novim poljem protoka nikal-metalne pjene.
Kako bi se jasnije prikazale razlike u protoku i razlike u performansama u dva polja protoka, studija je koristila polje protoka s tankom ćelijom veličine 1,5 cm × 20 cm (svi su plinovi tekli duž duge strane), koje je donekle izgubilo izvornu ćeliju izvedba, i stoga izvedba polarizacije stanice nije bila visoka. Osim toga, isti MEA (Nafion-112) korišten je za obje stanice u testu. Zbog veće zakrivljenosti sićušnog kanala protoka u polju strujanja pjenastog metala, pad tlaka na oba kraja veći je u usporedbi s jednostavnim dugim ravnim kanalom protoka u konvencionalnom polju protoka, što poboljšava opskrbu plinom katode, radne tlaka i brzine elektrokemijske reakcije, au isto vrijeme potrebno je do određenog stupnja trošiti više snage plinskog motora pod tlakom i povećavati gubitke pumpanja. Maksimalna gustoća snage veća je za ćelije smetalna pjenapolja protoka, dok je pri niskim strujama gustoća snage nešto niža od one kod konvencionalnih ćelija polja protoka. Općenito, prednosti korištenja strujnog polja metalne pjene i dalje su značajne. Dugoročno gledano, zbog ravnomjernijeg protoka plina i tekuće vode u polju strujanja pjenastog metala, u praktičnim se primjenama može koristiti kraće polje protoka ili korištenje vertikalnog unakrsnog napajanja katode i anode (anodni plin teče duž dužom stranom tradicionalnog kanala protoka, katodni plin teče duž kratke strane polja protoka pjene), što dodatno smanjuje gubitak pumpanja uzrokovan padom tlaka na ulazu i izlazu katode, te se stoga očekuje da će ostvariti poboljšanje učinkovitosti baterije, pa čak i održavati usporedivu ili čak veću gustoću snage od tradicionalnog kanala protoka, što se može postići dugoročno. Stoga se očekuje da će se ostvariti poboljšanje performansi ćelije uz održavanje gubitka pumpanja usporedivog ili čak nižeg od onog kod tradicionalnog kanala protoka.
S druge strane, kako bismo odgovorili na zabrinutost zbog uvjeta pokretanja ispod nule, sveobuhvatno uspoređujemo performanse dinamičkog pokretanja gorivih ćelija s poljem protoka pjenastog metala i konvencionalnim paralelnim kanalom protoka na katodi pod modovima konstantne struje i konstantnog napona.
S druge strane, za popularne uvjete pokretanja ispod nule, sveobuhvatno uspoređujemo performanse dinamičkog pokretanja gorivih ćelija s poljem protoka pjenastog metala i konvencionalnim paralelnim kanalom protoka na katodi pod načinima rada konstantne struje i konstantnog napona.
Protočno polje pjenastog metala pokazuje izvrsne prednosti, sa stabilnim performansama ćelije tijekom pokretanja i uspješnim pokretanjem, dok naprotiv, konvencionalna ćelija kanala s paralelnim protokom, s nižim i nestabilnim izlaznim naponom ćelije tijekom rada, poboljšava brzinu proizvodnje topline i temperaturu brzina porasta u određenoj mjeri, ali zbog manjeg broja protočnih kanala linearno raste mogućnost zaleđivanja i začepljenja (ovisno o broju protočnih kanala), što dovodi do fluktuirajuće izlazne performanse ćelije Međutim, vjerojatnost začepljenja ledom raste linearno (ovisno o broju protočnih kanala), što rezultira fluktuirajućim izlaznim performansama ćelije i povećanom vjerojatnošću neuspjeha pokretanja.
Ukratko, izvrsna porozna struktura gorive ćelije sapjenasti metalpolje protoka ima značajne prednosti u odnosu na ćeliju s tradicionalnim kanalom protoka "rov-greben" iu radu na sobnoj temperaturi iu uvjetima dinamičkog pokretanja ispod nule.
Maksimalna gustoća snage i krajnja gustoća struje baterije na sobnoj temperaturi povećavaju se za oko 25%;
Pod uvjetima pokretanja ispod nule, izvedba baterija s poljem protoka pjenastog metala je mirnija tijekom pokretanja, a sposobnost samopokretanja pri niskim temperaturama znatno je poboljšana.
Osim toga, upotreba optimiziranih tretmana za pjenaste metalne materijale, kao što je pozlaćivanje za poboljšanje vodljivosti, prikladniji tretmani za hidrofobnost i otpornost na koroziju, te upotrebapjenasti materijalis optimiziranom veličinom pora, poroznošću i omjerima kompresije, očekuje se da će dodatno ojačati operativne performanse gorive ćelije i povećati trajnost ciklusa hladnog pokretanja.