Bọt kim loại - Cải thiện hiệu suất khởi động lạnh của pin nhiên liệu

Đã thương mại hóabọt kim loạihiện là một giải pháp thay thế tiềm năng tốt cho các bộ phận dẫn động thông thường cho pin nhiên liệu do cấu trúc vi mô xốp, độ xốp cao và cơ chế tốt của chúngTRONGsức mạnh của cal.
Đầu tiên, hiệu suất phân cực của pin trong điều kiện làm việc bình thường ở nhiệt độ phòng đã được phân tích. Xem xét rằng catốt là điện cực chính hạn chế hiệu suất của pin, các đường dẫn dòng chảy song song thông thường được sử dụng cho anot của cả hai cell đơn và các đường dẫn dòng chảy song song thông thường được sử dụng cho catốt với niken-kim loại mớiBọttrường dòng chảy, tương ứng.
Để phản ánh rõ hơn sự khác biệt về dòng chảy và sự khác biệt về hiệu suất trong hai trường dòng chảy, nghiên cứu đã sử dụng một trường dòng chảy cell mỏng có kích thước 1,5 cm × 20 cm (tất cả các khí đều chảy dọc theo cạnh dài), làm mất đi phần nào hiệu suất cell ban đầu và do đó, hiệu suất phân cực cell không cao. Ngoài ra, cùng một MEA (Nafion-112) đã được sử dụng cho cả hai cell trong thử nghiệm. Do độ cong cao hơn của kênh dòng chảy nhỏ trong trường dòng chảy kim loại bọt, nên độ giảm áp suất ở cả hai đầu cao hơn so với kênh dòng chảy thẳng dài đơn giản trong trường dòng chảy thông thường, giúp tăng cường cung cấp khí cho catốt, áp suất vận hành và tốc độ phản ứng điện hóa, đồng thời, cần tiêu thụ nhiều công suất động cơ khí nén hơn ở một mức độ nhất định và làm tăng tổn thất bơm. Mật độ công suất tối đa cao hơn đối với các cell cóbọt kim loạitrường dòng chảy, trong khi ở dòng điện thấp, mật độ công suất thấp hơn một chút so với các ô trường dòng chảy thông thường. Nhìn chung, những lợi thế của việc sử dụng trường dòng chảy bọt kim loại vẫn rất đáng kể. Về lâu dài, do dòng khí và nước lỏng đồng đều hơn trong trường dòng chảy kim loại bọt, nên có thể sử dụng trường dòng chảy ngắn hơn trong các ứng dụng thực tế hoặc sử dụng nguồn cung cấp chéo theo chiều dọc cực âm và cực dương (khí cực dương chảy dọc theo cạnh dài của kênh dòng chảy truyền thống, khí cực âm chảy dọc theo cạnh ngắn của trường dòng chảy bọt), giúp giảm thêm tổn thất bơm do áp suất đầu vào và đầu ra cực âm giảm, do đó dự kiến ​​sẽ nâng cao hiệu suất của pin và thậm chí duy trì mật độ công suất tương đương hoặc thậm chí cao hơn kênh dòng chảy truyền thống, điều này có thể đạt được về lâu dài. Do đó, dự kiến ​​sẽ nâng cao hiệu suất của ô trong khi vẫn duy trì tổn thất bơm tương đương hoặc thậm chí thấp hơn kênh dòng chảy truyền thống.
Mặt khác, để giải quyết mối quan ngại về điều kiện khởi động dưới 0 độ, chúng tôi so sánh toàn diện hiệu suất khởi động động của pin nhiên liệu với trường dòng kim loại bọt và kênh dòng song song thông thường ở cực âm ở chế độ dòng điện không đổi và chế độ điện áp không đổi.
Mặt khác, đối với điều kiện khởi động dưới 0 độ phổ biến, chúng tôi so sánh toàn diện hiệu suất khởi động động của pin nhiên liệu với trường dòng kim loại bọt và kênh dòng song song thông thường ở cực âm ở chế độ dòng điện không đổi và chế độ điện áp không đổi.
Trường dòng chảy kim loại bọt cho thấy những ưu điểm tuyệt vời, với hiệu suất cell ổn định trong quá trình khởi động và khởi động thành công, trong khi ngược lại, cell kênh dòng chảy song song thông thường, với điện áp đầu ra cell thấp hơn và không ổn định trong quá trình vận hành, cải thiện tốc độ sản xuất nhiệt và tốc độ tăng nhiệt độ ở một mức độ nhất định, nhưng do ít kênh dòng chảy hơn nên khả năng đóng băng và tắc nghẽn tăng tuyến tính (tùy thuộc vào số lượng kênh dòng chảy), dẫn đến hiệu suất đầu ra cell dao động. Tuy nhiên, khả năng tắc nghẽn do băng tăng tuyến tính (tùy thuộc vào số lượng kênh dòng chảy), dẫn đến hiệu suất đầu ra cell dao động và khả năng khởi động hỏng hóc tăng lên.
Tóm lại, cấu trúc xốp tuyệt vời của pin nhiên liệu vớikim loại bọttrường dòng chảy có những ưu điểm đáng kể so với ô có kênh dòng chảy “rãnh-gờ” truyền thống trong cả điều kiện vận hành ở nhiệt độ phòng và điều kiện khởi động động dưới 0.
Mật độ công suất tối đa và mật độ dòng điện cuối cùng củaẮc quyở nhiệt độ phòng tăng khoảng 25%;
Trong điều kiện khởi động dưới 0 độ, hiệu suất của pin có trường dòng kim loại xốp mượt mà hơn khi khởi động và khả năng tự khởi động ở nhiệt độ thấp được cải thiện đáng kể.
Ngoài ra, việc sử dụng các phương pháp xử lý tối ưu hơn cho vật liệu kim loại bọt, chẳng hạn như mạ vàng để tăng độ dẫn điện, các phương pháp xử lý kỵ nước và chống ăn mòn thích hợp hơn, và việc sử dụngvật liệu bọtvới kích thước lỗ rỗng, độ xốp và tỷ số nén được tối ưu hóa hơn, dự kiến ​​sẽ tăng cường hơn nữa hiệu suất hoạt động của pin nhiên liệu và nâng cao độ bền của chu trình khởi động lạnh.