Kovová pěna - Zvýšení výkonu palivového článku při studeném startu

Komercializovanékovové pěnyjsou v současnosti dobrou potenciální alternativou ke konvenčním běžcům pro palivové články díky jejich porézní mikrostruktuře, vysoké poréznosti a dobré mechanické pevnosti.
Nejprve byl analyzován polarizační výkon baterie za normálních pracovních podmínek při pokojové teplotě. Vzhledem k tomu, že katoda je hlavní elektrodou, která omezuje výkon baterie, jsou pro anodu obou jednotlivých článků použity konvenční paralelní průtokové cesty a pro katodu s novým průtokovým polem nikl-metalové pěny jsou použity konvenční paralelní průtokové cesty.
Aby bylo možné zřetelněji odrážet rozdíly v průtoku a rozdíly ve výkonu ve dvou průtokových polích, studie použila štíhlé průtokové pole buňky o velikosti 1,5 cm × 20 cm (všechny plyny proudily podél dlouhé strany), které poněkud ztratilo původní článek. výkon, a proto výkon polarizace buněk nebyl vysoký. Kromě toho byla pro obě buňky v testu použita stejná MEA (Nafion-112). V důsledku vyššího zakřivení malého průtokového kanálu v proudovém poli pěnového kovu je tlaková ztráta na obou koncích vyšší ve srovnání s jednoduchým dlouhým přímým průtokovým kanálem v konvenčním proudovém poli, což zlepšuje přívod plynu ke katodě, provozní tlak a rychlost elektrochemické reakce a zároveň potřebuje do určité míry spotřebovávat více výkonu tlakového plynového motoru a zvyšuje čerpací ztrátu. Maximální hustota výkonu je vyšší pro články skovová pěnaprůtoková pole, zatímco při nízkých proudech je hustota výkonu o něco nižší než u konvenčních průtokových polí. Celkově jsou výhody použití pole toku kovové pěny stále významné. Z dlouhodobého hlediska lze díky rovnoměrnějšímu proudění plynu a kapalné vody v poli proudění pěnového kovu použít v praktických aplikacích kratší proudové pole nebo použití vertikálního křížového napájení katody a anody (anodový plyn proudí podél na dlouhé straně tradičního průtokového kanálu proudí katodový plyn podél krátké strany pole průtoku pěny), což dále snižuje čerpací ztráty způsobené poklesem tlaku na vstupu a výstupu katody, a proto se očekává, že dojde ke zvýšení výkonu baterie a dokonce udržovat srovnatelnou nebo dokonce vyšší hustotu výkonu než tradiční průtokový kanál, čehož lze dosáhnout v dlouhodobém horizontu. Proto se očekává, že dojde ke zvýšení výkonu článku při zachování čerpací ztráty srovnatelné nebo dokonce nižší než u tradičního průtokového kanálu.
Na druhou stranu, abychom se zabývali obavami z podmínek startování pod nulou, komplexně porovnáváme dynamický startovací výkon palivových článků s proudovým polem pěnového kovu a konvenčním paralelním průtokovým kanálem na katodě v režimech konstantního proudu a konstantního napětí.
Na druhou stranu, pro populární podmínku startování pod nulou, komplexně porovnáváme dynamický startovací výkon palivových článků s proudovým polem pěnového kovu a konvenčním paralelním průtokovým kanálem na katodě v režimu konstantního proudu a konstantního napětí.
Průtokové pole pěny-kov vykazuje vynikající výhody se stabilním výkonem článku při spouštění a úspěšném spouštění, zatímco naopak konvenční kanálový článek s paralelním průtokem s nižším a nestabilním výstupním napětím článku během provozu zlepšuje rychlost produkce tepla a teplotu rychlost stoupání do určité míry, ale vzhledem k menšímu počtu průtokových kanálů se lineárně zvyšuje možnost tvorby námrazy a ucpávání (v závislosti na počtu průtokových kanálů), což vede k jeho kolísavému výkonu buněk. Pravděpodobnost ucpání ledem se však zvyšuje lineárně (v závislosti na počtu průtokových kanálů), což má za následek kolísání výkonu článku a zvýšenou pravděpodobnost selhání spouštění.
Stručně řečeno, vynikající porézní struktura palivového článku spěnový kovprůtokové pole má významné výhody oproti článku s tradičním průtokovým kanálem „příkopovým hřebenem“ jak za provozu při pokojové teplotě, tak za podmínek dynamického spouštění pod nulou.
Maximální hustota výkonu a maximální proudová hustota baterie při pokojové teplotě se zvýší asi o 25 %;
Za podmínek startování pod nulou je výkon baterií s proudovým polem pěnového kovu během startování plynulejší a schopnost samostartování při nízké teplotě je výrazně zlepšena.
Kromě toho, použití více optimalizovaných úprav pro pěnové kovové materiály, jako je pokovování zlatem pro zvýšení vodivosti, vhodnější úpravy hydrofobnosti a odolnosti proti korozi a použitípěnové materiálys optimalizovanější velikostí pórů, pórovitostí a kompresními poměry se očekává, že dále posílí provozní výkon palivového článku a prodlouží životnost cyklu studeného startu.