Schiuma metallica - Miglioramento delle prestazioni di avviamento a freddo delle celle a combustibile

Commercializzatoschiume metallicherappresentano attualmente una valida alternativa potenziale ai corridori convenzionali per celle a combustibile grazie alla loro microstruttura porosa, elevata porosità e buona meccanicaInforza calorica.
In primo luogo, sono state analizzate le prestazioni di polarizzazione della batteria in normali condizioni di funzionamento a temperatura ambiente. Considerando che il catodo è l'elettrodo principale che limita le prestazioni della batteria, per l'anodo di entrambe le celle vengono utilizzati percorsi di flusso paralleli convenzionali, mentre per il catodo vengono utilizzati percorsi di flusso paralleli convenzionali con un nuovo elettrodo nichel-metallo.Schiumarispettivamente campo di flusso.
Per riflettere più distintamente le differenze di flusso e di prestazioni nei due campi di flusso, lo studio ha utilizzato un campo di flusso cella sottile con dimensioni di 1,5 cm × 20 cm (i gas fluivano tutti lungo il lato lungo), che ha in qualche modo ridotto le prestazioni originali della cella e, pertanto, le prestazioni di polarizzazione della cella non erano elevate. Inoltre, per entrambe le celle nel test è stato utilizzato lo stesso MEA (Nafion-112). A causa della maggiore curvatura del piccolo canale di flusso nel campo di flusso in metallo espanso, la caduta di pressione a entrambe le estremità è maggiore rispetto al semplice canale di flusso lungo e dritto nel campo di flusso convenzionale, il che migliora l'afflusso di gas al catodo, la pressione di esercizio e la velocità della reazione elettrochimica e, allo stesso tempo, richiede un consumo maggiore di potenza del motore a gas pressurizzato in una certa misura e aumenta le perdite di pompaggio. La densità di potenza massima è maggiore per le celle conschiuma metallicacampi di flusso, mentre a basse correnti, la densità di potenza è leggermente inferiore a quella delle celle a campo di flusso convenzionali. Nel complesso, i vantaggi dell'utilizzo di un campo di flusso in schiuma metallica sono comunque significativi. A lungo termine, grazie al flusso più uniforme di gas e acqua liquida nel campo di flusso in schiuma metallica, è possibile utilizzare un campo di flusso più corto in applicazioni pratiche, oppure l'uso di un'alimentazione incrociata verticale di catodo e anodo (flussi di gas anodici lungo il lato lungo del canale di flusso tradizionale, flussi di gas catodici lungo il lato corto del campo di flusso in schiuma), che riduce ulteriormente le perdite di pompaggio causate dalla caduta di pressione in ingresso e in uscita del catodo, e si prevede quindi un miglioramento delle prestazioni della batteria e persino il mantenimento di una densità di potenza paragonabile o addirittura superiore a quella del canale di flusso tradizionale, che può essere ottenuta a lungo termine. Pertanto, si prevede un miglioramento delle prestazioni della cella mantenendo perdite di pompaggio paragonabili o addirittura inferiori a quelle del canale di flusso tradizionale.
D'altro canto, per affrontare il problema delle condizioni di avviamento sotto zero, confrontiamo in modo completo le prestazioni di avviamento dinamico delle celle a combustibile con campo di flusso di schiuma metallica e canale di flusso parallelo convenzionale al catodo, rispettivamente in modalità a corrente costante e a tensione costante.
D'altro canto, per la comune condizione di avviamento sotto zero, confrontiamo in modo completo le prestazioni di avviamento dinamico delle celle a combustibile con campo di flusso di metallo espanso e canale di flusso parallelo convenzionale al catodo, rispettivamente in modalità a corrente costante e a tensione costante.
Il campo di flusso schiuma-metallo mostra eccellenti vantaggi, con prestazioni celle stabili durante l'avviamento e un avviamento riuscito, mentre al contrario, la cella a canale parallelo convenzionale, con tensione di uscita cella inferiore e instabile durante il funzionamento, migliora la velocità di produzione di calore e la velocità di aumento della temperatura in una certa misura, ma a causa del minor numero di canali di flusso, la possibilità di formazione di ghiaccio e intasamento aumenta linearmente (a seconda del numero di canali di flusso), il che porta a prestazioni di uscita celle fluttuanti. Tuttavia, la probabilità di intasamento da ghiaccio aumenta linearmente (a seconda del numero di canali di flusso), con conseguente prestazione di uscita celle fluttuante e una maggiore probabilità di guasto all'avviamento.
In sintesi, l'eccellente struttura porosa della cella a combustibile conschiuma metallicaIl campo di flusso presenta notevoli vantaggi rispetto alla cella con un tradizionale canale di flusso "trench-ridge" sia in condizioni di funzionamento a temperatura ambiente che in condizioni di avviamento dinamico sotto zero.
La massima densità di potenza e la massima densità di corrente delBatteriaa temperatura ambiente aumentano di circa il 25%;
In condizioni di avviamento sotto lo zero, le prestazioni delle batterie con campo di flusso in schiuma metallica risultano più fluide durante l'avviamento e la capacità di avviamento automatico a bassa temperatura risulta notevolmente migliorata.
Inoltre, l'uso di trattamenti più ottimizzati per i materiali metallici schiumosi, come la placcatura in oro per migliorare la conduttività, trattamenti più appropriati di idrofobicità e resistenza alla corrosione e l'uso dimateriali espansiGrazie a dimensioni dei pori, porosità e rapporti di compressione più ottimizzati, si prevede che le prestazioni operative della cella a combustibile saranno ulteriormente migliorate e la durata del ciclo di avviamento a freddo.