Metal Foam - Fuel Cell Cold Start Performance Enhancement

Kommersialisertmetallskumer for tiden et godt potensielt alternativ til konvensjonelle løpere for brenselceller på grunn av deres porøse mikrostruktur, høye porøsitet og gode mekaniske styrke.
Først ble polarisasjonsytelsen til batteriet under normale arbeidsforhold ved romtemperatur analysert. Tatt i betraktning at katoden er hovedelektroden som begrenser batteriets ytelse, brukes konvensjonelle parallelle strømningsbaner for anoden til begge enkeltceller, og konvensjonelle parallelle strømningsbaner brukes for katoden med et nytt nikkel-metallskumstrømningsfelt.
For mer tydelig å reflektere strømningsforskjellene og ytelsesforskjellene i de to strømningsfeltene, brukte studien et slankt cellestrømningsfelt med en størrelse på 1,5 cm × 20 cm (gassene strømmet alle langs langsiden), som noe mistet den opprinnelige cellen ytelse, og derfor var ikke cellepolarisasjonsytelsen høy. I tillegg ble samme MEA (Nafion-112) brukt for begge cellene i testen. På grunn av den høyere krumningen til den lille strømningskanalen i skummetallstrømningsfeltet, er trykkfallet i begge ender høyere sammenlignet med den enkle lange rette strømningskanalen i det konvensjonelle strømningsfeltet, som forbedrer gasstilførselen til katoden, trykk, og hastigheten på elektrokjemisk reaksjon, og samtidig må den til en viss grad forbruke mer trykksatt gassmotorkraft og øker pumpetapet. Maksimal effekttetthet er høyere for celler medmetallskumstrømningsfelt, mens ved lave strømmer er effekttettheten litt lavere enn for konvensjonelle strømningsfeltceller. Samlet sett er fordelene ved å bruke et metallskumstrømningsfelt fortsatt betydelige. På lang sikt, på grunn av den mer jevne gass- og flytende vannstrømmen i skummetallstrømningsfeltet, kan et kortere strømningsfelt brukes i praktiske applikasjoner, eller bruk av vertikal krysstilførsel av katode og anode (anodegass strømmer langs langsiden av den tradisjonelle strømningskanalen strømmer katodegass langs kortsiden av skumstrømningsfeltet), noe som ytterligere reduserer pumpetapet forårsaket av trykkfallet i katodens innløp og utløp, og dermed forventes å realisere forbedringen av batteriytelsen, og til og med opprettholde en sammenlignbar eller enda høyere effekttetthet enn den tradisjonelle strømningskanalen, noe som kan oppnås i det lange løp. Derfor forventes det å realisere forbedringen av celleytelsen samtidig som pumpetapet opprettholdes sammenlignbart med eller til og med lavere enn for den tradisjonelle strømningskanalen.
På den annen side, for å møte bekymringen om startforhold under null, sammenligner vi omfattende den dynamiske startytelsen til brenselceller med skummetallstrømningsfelt og konvensjonell parallellstrømningskanal ved katoden under henholdsvis konstant strøm og konstant spenningsmodus.
På den annen side, for den populære starttilstanden under null, sammenligner vi omfattende den dynamiske startytelsen til brenselceller med skummetallstrømningsfelt og konvensjonell parallellstrømningskanal ved katoden under henholdsvis konstant strøm og konstant spenningsmodus.
Skummetallstrømningsfeltet viser utmerkede fordeler, med stabil celleytelse under oppstart og vellykket oppstart, mens tvert imot forbedrer den konvensjonelle parallellstrømkanalcellen, med lavere og ustabil celleutgangsspenning under drift, varmeproduksjonshastigheten og temperaturen stigningshastighet til en viss grad, men på grunn av færre strømningskanaler øker muligheten for ising og tilstopping lineært (avhengig av antall strømningskanaler), noe som fører til fluktuerende celleutgangsytelse Sannsynligheten for istilstopping øker imidlertid lineært (avhengig av antall strømningskanaler), noe som resulterer i en fluktuerende celleutgangsytelse og økt sannsynlighet for oppstartsfeil.
Oppsummert, den utmerkede porøse strukturen til brenselcellen medskummetallstrømningsfelt har betydelige fordeler i forhold til cellen med en tradisjonell "trench-ridge" strømningskanal under både romtemperaturdrift og dynamiske oppstartsforhold under null.
Den maksimale strømtettheten og den endelige strømtettheten til batteriet ved romtemperatur økes med ca. 25 %;
Under startforhold under null er ytelsen til batterier med skummetallstrømningsfelt jevnere under start, og selvstartsevnen ved lav temperatur er sterkt forbedret.
I tillegg, bruk av mer optimaliserte behandlinger for skummetallmaterialer, for eksempel gullbelegg for å forbedre ledningsevnen, mer hensiktsmessige behandlinger for hydrofobicitet og korrosjonsmotstand, og bruk avskummaterialermed mer optimaliserte porestørrelser, porøsitet og kompresjonsforhold, forventes det å ytterligere styrke brenselcellens operasjonelle ytelse og forbedre holdbarheten til kaldstartsyklusen.