Pianka metalowa - poprawa wydajności zimnego rozruchu ogniwa paliwowego

Skomercjalizowanypianki metaloweobecnie stanowią dobrą potencjalną alternatywę dla konwencjonalnych kanałów do ogniw paliwowych ze względu na ich porowatą mikrostrukturę, wysoką porowatość i dobrą mechanikęWsiła kal.
Najpierw przeanalizowano wydajność polaryzacji baterii w normalnych warunkach pracy w temperaturze pokojowej. Biorąc pod uwagę, że katoda jest główną elektrodą, która ogranicza wydajność baterii, konwencjonalne równoległe ścieżki przepływu są używane dla anody obu pojedynczych ogniw, a konwencjonalne równoległe ścieżki przepływu są używane dla katody z nowym niklowo-metalowymPianaodpowiednio pole przepływu.
Aby wyraźniej odzwierciedlić różnice przepływu i różnice wydajności w dwóch polach przepływu, w badaniu zastosowano smukłe pole przepływu komórki o rozmiarze 1,5 cm × 20 cm (wszystkie gazy płynęły wzdłuż długiego boku), co nieco straciło pierwotną wydajność komórki, a zatem wydajność polaryzacji komórki nie była wysoka. Ponadto w teście dla obu komórek zastosowano ten sam MEA (Nafion-112). Ze względu na większą krzywiznę małego kanału przepływu w polu przepływu spienionego metalu spadek ciśnienia na obu końcach jest wyższy w porównaniu do prostego długiego prostego kanału przepływu w konwencjonalnym polu przepływu, co zwiększa dopływ gazu do katody, ciśnienie robocze i szybkość reakcji elektrochemicznej, a jednocześnie musi zużywać więcej mocy silnika gazowego pod ciśnieniem do pewnego stopnia i zwiększa stratę pompowania. Maksymalna gęstość mocy jest wyższa w przypadku ogniw zpianka metalowapola przepływu, podczas gdy przy niskich prądach gęstość mocy jest nieznacznie niższa niż w przypadku konwencjonalnych ogniw pola przepływu. Ogólnie rzecz biorąc, zalety stosowania pola przepływu pianki metalowej są nadal znaczące. W dłuższej perspektywie, ze względu na bardziej równomierny przepływ gazu i ciekłej wody w polu przepływu pianki metalowej, krótsze pole przepływu może być stosowane w praktycznych zastosowaniach lub stosowanie pionowego krzyżowego zasilania katody i anody (gaz anodowy płynie wzdłuż długiego boku tradycyjnego kanału przepływu, gaz katodowy płynie wzdłuż krótkiego boku pola przepływu pianki), co dodatkowo zmniejsza stratę pompowania spowodowaną spadkiem ciśnienia wlotowego i wylotowego katody, a zatem oczekuje się, że nastąpi poprawa wydajności baterii, a nawet utrzyma porównywalną lub nawet wyższą gęstość mocy niż tradycyjny kanał przepływu, co można osiągnąć w dłuższej perspektywie. Dlatego oczekuje się, że nastąpi poprawa wydajności ogniwa przy jednoczesnym utrzymaniu straty pompowania porównywalnej lub nawet niższej niż w przypadku tradycyjnego kanału przepływu.
Z drugiej strony, aby rozwiązać problem ujemnych warunków rozruchu, kompleksowo porównujemy dynamiczne parametry rozruchowe ogniw paliwowych z polem przepływu spienionego metalu i konwencjonalnym równoległym kanałem przepływu na katodzie, odpowiednio przy stałym prądzie i stałym napięciu.
Z drugiej strony, w przypadku popularnych warunków rozruchu poniżej zera, kompleksowo porównujemy dynamiczne parametry rozruchowe ogniw paliwowych z polem przepływu spienionego metalu i konwencjonalnym równoległym kanałem przepływu na katodzie, odpowiednio w trybie stałego prądu i stałego napięcia.
Pole przepływu pianki i metalu wykazuje doskonałe zalety, zapewniając stabilną wydajność ogniwa podczas rozruchu i pomyślne uruchomienie, podczas gdy z kolei konwencjonalna ogniwo z kanałem przepływu równoległego, z niższym i niestabilnym napięciem wyjściowym ogniwa podczas pracy, poprawia szybkość wytwarzania ciepła i szybkość wzrostu temperatury do pewnego stopnia, ale ze względu na mniejszą liczbę kanałów przepływu, możliwość oblodzenia i zatkania wzrasta liniowo (w zależności od liczby kanałów przepływu), co prowadzi do wahań wydajności wyjściowej ogniwa. Jednak prawdopodobieństwo zatkania lodem wzrasta liniowo (w zależności od liczby kanałów przepływu), co powoduje wahania wydajności wyjściowej ogniwa i zwiększone prawdopodobieństwo awarii rozruchu.
Podsumowując, doskonała struktura porowata ogniwa paliwowego zmetal piankowyPole przepływu ma znaczące zalety w porównaniu z ogniwem z tradycyjnym kanałem przepływu „rowkowo-grzbietowym” zarówno w przypadku pracy w temperaturze pokojowej, jak i w warunkach dynamicznego rozruchu w temperaturach poniżej zera.
Maksymalna gęstość mocy i końcowa gęstość prąduBateriaw temperaturze pokojowej wzrasta o ok. 25%;
W warunkach rozruchu w temperaturach poniżej zera wydajność akumulatorów z polem przepływu spienionego metalu jest płynniejsza podczas rozruchu, a zdolność do samodzielnego rozruchu w niskich temperaturach ulega znacznej poprawie.
Ponadto, stosowanie bardziej zoptymalizowanych metod obróbki materiałów metalowych z pianki, takich jak złocenie w celu zwiększenia przewodności, bardziej odpowiednie metody obróbki hydrofobowej i odporności na korozję oraz stosowaniemateriały piankoweOczekuje się, że dzięki zoptymalizowaniu rozmiarów porów, porowatości i współczynników sprężania, jeszcze bardziej wzmocniona zostanie wydajność operacyjna ogniwa paliwowego i wydłuży się trwałość cyklu zimnego rozruchu.