Spumă metalică - Îmbunătățirea performanței cu pornire la rece pentru celule de combustie

Comercializatspume metalicesunt în prezent o alternativă potențială bună la dispozitivele de rulare convenționale pentru celulele de combustie datorită microstructurii lor poroase, porozității ridicate și rezistenței mecanice bune.
În primul rând, a fost analizată performanța de polarizare a bateriei în condiții normale de lucru la temperatura camerei. Având în vedere că catodul este electrodul principal care limitează performanța bateriei, pentru anodul ambelor celule unice sunt utilizate căi de curgere paralele convenționale, iar pentru catodul cu un nou câmp de curgere de spumă nichel-metal sunt utilizate, respectiv, căi de curgere paralele convenționale.
Pentru a reflecta mai clar diferențele de debit și diferențele de performanță în cele două câmpuri de debit, studiul a folosit un câmp de flux celular subțire, cu o dimensiune de 1,5 cm × 20 cm (gazele curgeau toate de-a lungul părții lungi), care a pierdut oarecum celula originală. performanța și, prin urmare, performanța de polarizare a celulei nu a fost ridicată. În plus, același MEA (Nafion-112) a fost utilizat pentru ambele celule din test. Datorită curburii mai mari a canalului de curgere minuscul în câmpul de curgere de spumă metalică, căderea de presiune la ambele capete este mai mare în comparație cu canalul de curgere lung și drept simplu din câmpul de curgere convențional, ceea ce îmbunătățește alimentarea cu gaz la catod, presiunea și viteza reacției electrochimice și, în același timp, trebuie să consume mai multă putere a motorului cu gaz sub presiune într-o anumită măsură și crește pierderea prin pompare. Densitatea maximă de putere este mai mare pentru celulele cuspumă metalicăcâmpuri de curgere, în timp ce la curenți scăzuti, densitatea de putere este puțin mai mică decât cea a celulelor de câmp de curgere convenționale. În general, avantajele utilizării unui câmp de curgere a spumei metalice sunt încă semnificative. Pe termen lung, datorită fluxului mai uniform de gaz și apă lichidă în câmpul de curgere a spumei metalice, un câmp de curgere mai scurt poate fi utilizat în aplicații practice sau utilizarea alimentării transversale verticale a catodului și anodului (gazul anodului curge de-a lungul partea lungă a canalului de curgere tradițional, gazul catodic curge de-a lungul părții scurte a câmpului de curgere a spumei), ceea ce reduce și mai mult pierderea prin pompare cauzată de căderea presiunii de intrare și ieșire a catodului și, astfel, se așteaptă să realizeze îmbunătățirea a performanței bateriei și chiar menține o densitate de putere comparabilă sau chiar mai mare decât canalul de flux tradițional, care poate fi atins pe termen lung. Prin urmare, este de așteptat să realizeze îmbunătățirea performanței celulei, menținând în același timp pierderea de pompare comparabilă sau chiar mai mică decât cea a canalului de curgere tradițional.
Pe de altă parte, pentru a aborda problema condițiilor de pornire sub zero, comparăm în mod cuprinzător performanța dinamică de pornire a celulelor de combustie cu câmpul de curgere din spumă metalică și canalul de curgere paralel convențional la catod în modurile de curent constant și, respectiv, tensiune constantă.
Pe de altă parte, pentru condiția populară de pornire sub zero, comparăm în mod cuprinzător performanța dinamică de pornire a celulelor de combustie cu câmp de curgere de metal spumă și canal de curgere paralel convențional la catod în modurile de curent constant și, respectiv, tensiune constantă.
Câmpul de curgere din spumă-metal prezintă avantaje excelente, cu performanță stabilă a celulei în timpul pornirii și pornirii cu succes, în timp ce, dimpotrivă, celula convențională cu canal paralel, cu tensiune de ieșire mai mică și instabilă a celulei în timpul funcționării, îmbunătățește rata de producție de căldură și temperatura. rata de creștere într-o anumită măsură, dar din cauza canalelor de curgere mai puține, posibilitatea de înghețare și înfundare crește liniar (în funcție de numărul de canale de curgere), ceea ce duce la performanța de ieșire a celulei fluctuante. Cu toate acestea, probabilitatea de înfundare a gheții crește liniar (în funcție de numărul de canale de curgere), rezultând o performanță fluctuantă a ieșirii celulei și o probabilitate crescută de eșec la pornire.
Pe scurt, structura poroasă excelentă a celulei de combustibil cuspumă metalicăCâmpul de curgere are avantaje semnificative față de celulă cu un canal de curgere tradițional „crema șanț” atât în ​​condiții de funcționare la temperatura camerei, cât și în condiții de pornire dinamică sub zero.
Densitatea maximă de putere și densitatea de curent finală a bateriei la temperatura camerei sunt crescute cu aproximativ 25%;
În condiții de pornire sub zero, performanța bateriilor cu câmp de curgere din spumă metalică este mai lină în timpul pornirii, iar capacitatea de pornire automată la temperatură joasă este mult îmbunătățită.
În plus, utilizarea unor tratamente mai optimizate pentru materialele din spumă metalică, cum ar fi placarea cu aur pentru a spori conductivitatea, tratamente mai adecvate de hidrofobicitate și rezistență la coroziune și utilizarea demateriale spumantecu dimensiuni mai optimizate ale porilor, porozitate și rapoarte de compresie, este de așteptat să întărească și mai mult performanța operațională a celulei de combustibil și să sporească durabilitatea ciclului de pornire la rece.