Metaalschuim - Verbetering van de koude startprestaties van brandstofcellen

Gecommercialiseerdmetaalschuimenzijn momenteel een goed potentieel alternatief voor conventionele runners voor brandstofcellen vanwege hun poreuze microstructuur, hoge porositeit en goede mechanische eigenschappen.Incal-sterkte.
Eerst werden de polarisatieprestaties van de batterij onder normale werkomstandigheden bij kamertemperatuur geanalyseerd. Aangezien de kathode de hoofdelektrode is die de prestaties van de batterij beperkt, worden conventionele parallelle stroompaden gebruikt voor de anode van beide afzonderlijke cellen, en conventionele parallelle stroompaden voor de kathode met een nieuwe nikkelmetaalverbinding.Schuimstromingsveld.
Om de stromingsverschillen en prestatieverschillen in de twee stromingsvelden duidelijker weer te geven, werd in de studie een slank celstromingsveld gebruikt met een grootte van 1,5 cm × 20 cm (de gassen stroomden allemaal langs de lange zijde), waardoor de oorspronkelijke celprestaties enigszins verloren gingen en de celpolarisatieprestaties daardoor niet hoog waren. Bovendien werd voor beide cellen in de test dezelfde MEA (Nafion-112) gebruikt. Door de sterkere kromming van het kleine stromingskanaal in het schuimmetaalstromingsveld is de drukval aan beide uiteinden hoger in vergelijking met het eenvoudige lange rechte stromingskanaal in het conventionele stromingsveld, wat de gastoevoer naar de kathode, de werkdruk en de snelheid van de elektrochemische reactie verbetert, en tegelijkertijd tot op zekere hoogte meer gasmotorvermogen onder druk verbruikt en het pompverlies verhoogt. De maximale vermogensdichtheid is hoger voor cellen metmetaalschuimStromingsvelden, hoewel de vermogensdichtheid bij lage stromen iets lager is dan die van conventionele stromingsveldcellen. Over het algemeen zijn de voordelen van het gebruik van een metaalschuim-stromingsveld nog steeds aanzienlijk. Op de lange termijn kan, vanwege de gelijkmatigere gas- en vloeibaarwaterstroom in het schuimmetaal-stromingsveld, een korter stromingsveld worden gebruikt in praktische toepassingen, of het gebruik van kathode- en anode-verticale kruisvoeding (anodegas stroomt langs de lange zijde van het traditionele stromingskanaal, kathodegas stroomt langs de korte zijde van het schuim-stromingsveld), wat het pompverlies veroorzaakt door de drukval bij de in- en uitlaat van de kathode verder vermindert, en dus naar verwachting de batterijprestaties zal verbeteren en zelfs een vergelijkbare of zelfs hogere vermogensdichtheid zal behouden dan het traditionele stromingskanaal, wat op de lange termijn kan worden bereikt. Daarom wordt verwacht dat de celprestaties zullen worden verbeterd terwijl het pompverlies vergelijkbaar of zelfs lager blijft dan dat van het traditionele stromingskanaal.
Om het probleem van startcondities onder nul aan te pakken, vergelijken we uitgebreid de dynamische startprestaties van brandstofcellen met een stromingsveld van schuimmetaal en een conventioneel parallel stromingskanaal bij de kathode bij respectievelijk een constante stroom- en constante spanningsmodus.
Voor de veelgebruikte startconditie onder nul vergelijken we daarentegen uitgebreid de dynamische startprestaties van brandstofcellen met een schuimmetaal-stromingsveld en een conventioneel parallel stromingskanaal bij de kathode, respectievelijk onder constante stroom- en constante spanningsmodi.
Het schuim-metaal stromingsveld toont uitstekende voordelen, met stabiele celprestaties tijdens het opstarten en succesvol opstarten, terwijl de conventionele parallel-stroomkanaalcel, met een lagere en onstabiele celuitgangsspanning tijdens bedrijf, de warmteproductiesnelheid en temperatuurstijgingssnelheid tot op zekere hoogte verbetert, maar vanwege het kleinere aantal stroomkanalen neemt de kans op ijsvorming en verstopping lineair toe (afhankelijk van het aantal stroomkanalen), wat leidt tot fluctuerende celuitgangsprestaties. De kans op ijsverstopping neemt echter lineair toe (afhankelijk van het aantal stroomkanalen), wat resulteert in fluctuerende celuitgangsprestaties en een verhoogde kans op opstartfouten.
Samenvattend kan gesteld worden dat de uitstekende poreuze structuur van de brandstofcel metschuimmetaalHet stromingsveld heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van de cel met een traditioneel "trench-ridge"-stromingskanaal, zowel bij kamertemperatuur als bij dynamische opstartomstandigheden onder nul.
De maximale vermogensdichtheid en de uiteindelijke stroomdichtheid van deBatterijbij kamertemperatuur met ongeveer 25% toenemen;
Bij een starttemperatuur onder het vriespunt presteren accu's met een schuimmetaal-stroomveld soepeler tijdens het starten en is het zelfstartvermogen bij lage temperaturen aanzienlijk verbeterd.
Bovendien wordt gebruik gemaakt van meer geoptimaliseerde behandelingen voor schuimmetaalmaterialen, zoals vergulden om de geleidbaarheid te verbeteren, geschiktere hydrofobiciteits- en corrosiebestendigheidsbehandelingen en het gebruik vanschuimmaterialenmet meer geoptimaliseerde poriegroottes, porositeit en compressieverhoudingen zal naar verwachting de operationele prestaties van de brandstofcel verder versterken en de duurzaamheid van de koudstartcyclus verbeteren.