โฟมโลหะ - เซลล์เชื้อเพลิงเพิ่มประสิทธิภาพการสตาร์ทเย็น

เชิงพาณิชย์โฟมโลหะปัจจุบันเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพที่ดีสำหรับตัววิ่งแบบธรรมดาสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง เนื่องจากมีโครงสร้างจุลภาคที่มีรูพรุน มีรูพรุนสูง และมีกลไกที่ดีในความแข็งแกร่งของแคล
ประการแรก วิเคราะห์ประสิทธิภาพการโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะการทำงานปกติที่อุณหภูมิห้อง เมื่อพิจารณาว่าแคโทดเป็นอิเล็กโทรดหลักที่จำกัดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เส้นทางการไหลขนานแบบธรรมดาจะใช้สำหรับแอโนดของเซลล์เดี่ยวทั้งสองเซลล์ และเส้นทางการไหลขนานแบบธรรมดาจะใช้สำหรับแคโทดที่มีนิกเกิล-โลหะใหม่โฟมสนามการไหลตามลำดับ
เพื่อสะท้อนความแตกต่างของการไหลและความแตกต่างของประสิทธิภาพในสนามการไหลทั้งสองได้ชัดเจนยิ่งขึ้น การศึกษาจึงใช้สนามการไหลของเซลล์แบบเรียวที่มีขนาด 1.5 ซม. × 20 ซม. (ก๊าซทั้งหมดไหลไปตามด้านยาว) ซึ่งสูญเสียประสิทธิภาพเซลล์เดิมไปบ้าง และด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพการโพลาไรเซชันของเซลล์จึงไม่สูง นอกจากนี้ ยังใช้ MEA เดียวกัน (Nafion-112) สำหรับเซลล์ทั้งสองในการทดสอบ เนื่องจากความโค้งที่สูงกว่าของช่องการไหลขนาดเล็กในสนามการไหลของโลหะโฟม ความดันลดลงที่ปลายทั้งสองจึงสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับช่องการไหลตรงยาวแบบเรียบง่ายในสนามการไหลแบบธรรมดา ซึ่งช่วยเพิ่มการจ่ายก๊าซไปยังแคโทด ความดันในการทำงาน และอัตราการเกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี และในเวลาเดียวกัน จำเป็นต้องใช้พลังงานเครื่องยนต์ก๊าซที่มีแรงดันมากขึ้นในระดับหนึ่งและเพิ่มการสูญเสียการสูบน้ำ ความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดจะสูงกว่าสำหรับเซลล์ที่มีโฟมโลหะสนามการไหลในขณะที่กระแสต่ำ ความหนาแน่นของพลังงานจะต่ำกว่าเซลล์สนามการไหลแบบเดิมเล็กน้อย โดยรวมแล้ว ข้อดีของการใช้สนามการไหลแบบโฟมโลหะยังคงมีความสำคัญ ในระยะยาว เนื่องจากการไหลของก๊าซและของเหลวในน้ำที่สม่ำเสมอมากขึ้นในสนามการไหลแบบโฟมโลหะ จึงสามารถใช้สนามการไหลที่สั้นกว่าในการใช้งานจริง หรือการใช้แหล่งจ่ายข้ามแนวตั้งของแคโทดและแอโนด (ก๊าซแอโนดไหลไปตามด้านยาวของช่องการไหลแบบเดิม ก๊าซแคโทดไหลไปตามด้านสั้นของสนามการไหลแบบโฟม) ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสูบน้ำที่เกิดจากแรงดันตกที่ทางเข้าและทางออกของแคโทด และด้วยเหตุนี้ จึงคาดว่าจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแบตเตอรี่ได้ และรักษาความหนาแน่นของพลังงานที่เทียบเคียงได้หรือสูงกว่าช่องการไหลแบบเดิม ซึ่งสามารถทำได้ในระยะยาว ดังนั้น จึงคาดว่าจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์ได้ในขณะที่รักษาการสูญเสียการสูบน้ำที่เทียบเคียงได้หรือต่ำกว่าช่องการไหลแบบเดิม
ในทางกลับกัน เพื่อแก้ไขข้อกังวลของเงื่อนไขการสตาร์ทที่ต่ำกว่าศูนย์ เราได้เปรียบเทียบประสิทธิภาพการสตาร์ทแบบไดนามิกของเซลล์เชื้อเพลิงที่มีสนามการไหลของโลหะโฟมและช่องการไหลขนานแบบธรรมดาที่แคโทดภายใต้โหมดกระแสคงที่และโหมดแรงดันคงที่ตามลำดับ
ในทางกลับกัน สำหรับสภาวะการสตาร์ทต่ำกว่าศูนย์ที่เป็นที่นิยม เราเปรียบเทียบประสิทธิภาพการสตาร์ทแบบไดนามิกของเซลล์เชื้อเพลิงที่มีสนามการไหลของโลหะโฟมและช่องการไหลขนานแบบธรรมดาที่แคโทดภายใต้โหมดกระแสคงที่และโหมดแรงดันคงที่ตามลำดับ
สนามการไหลของโฟมโลหะแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมด้วยประสิทธิภาพของเซลล์ที่เสถียรในระหว่างการเริ่มต้นและการเริ่มการทำงานที่ประสบความสำเร็จ ในทางกลับกัน เซลล์ช่องการไหลขนานแบบเดิมซึ่งมีแรงดันเอาต์พุตของเซลล์ที่ต่ำกว่าและไม่เสถียรในระหว่างการทำงาน ช่วยปรับปรุงอัตราการผลิตความร้อนและอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิได้ในระดับหนึ่ง แต่เนื่องจากช่องการไหลมีจำนวนน้อยกว่า ความเป็นไปได้ของการเกิดน้ำแข็งและการอุดตันจึงเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรง (ขึ้นอยู่กับจำนวนช่องการไหล) ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพเอาต์พุตของเซลล์ที่ผันผวน อย่างไรก็ตาม โอกาสที่น้ำแข็งจะอุดตันจะเพิ่มขึ้นแบบเป็นเส้นตรง (ขึ้นอยู่กับจำนวนช่องการไหล) ส่งผลให้ประสิทธิภาพเอาต์พุตของเซลล์ผันผวนและความเป็นไปได้ของความล้มเหลวในการเริ่มต้นเพิ่มขึ้น
โดยสรุปโครงสร้างรูพรุนที่ยอดเยี่ยมของเซลล์เชื้อเพลิงด้วยโฟมโลหะฟิลด์การไหลมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือเซลล์ที่มีช่องการไหลแบบ “สันร่อง” แบบดั้งเดิมภายใต้การทำงานที่อุณหภูมิห้องและเงื่อนไขการสตาร์ทแบบไดนามิกต่ำกว่าศูนย์
ความหนาแน่นของกำลังสูงสุดและความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงสุดของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิห้องเพิ่มขึ้นประมาณ 25%
ภายใต้เงื่อนไขการสตาร์ทต่ำกว่าศูนย์ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่มีสนามไหลโฟมโลหะจะราบรื่นยิ่งขึ้นในระหว่างการสตาร์ท และความสามารถในการสตาร์ทด้วยตนเองที่อุณหภูมิต่ำก็ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก
นอกจากนี้ การใช้การบำบัดที่เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับวัสดุโลหะโฟม เช่น การชุบทองเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า การมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและการต้านทานการกัดกร่อนที่เหมาะสมยิ่งขึ้น และการใช้วัสดุโฟมด้วยขนาดรูพรุน ความพรุน และอัตราส่วนการบีบอัดที่เหมาะสมยิ่งขึ้น คาดว่าจะช่วยเสริมสร้างประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงและเพิ่มความทนทานของรอบการสตาร์ทเย็น