Metalna pjena - poboljšanje performansi gorivih ćelija pri hladnom startu

Komercijalizovanometalne pjenesu trenutno dobra potencijalna alternativa konvencionalnim vodilicama za gorive ćelije zbog svoje porozne mikrostrukture, visoke poroznosti i dobre mehaničke čvrstoće.
Prvo je analiziran učinak polarizacije baterije u normalnim radnim uvjetima na sobnoj temperaturi. S obzirom da je katoda glavna elektroda koja ograničava performanse baterije, konvencionalni paralelni putevi protoka se koriste za anodu obje pojedinačne ćelije, a konvencionalni paralelni putevi protoka se koriste za katodu s novim poljem strujanja nikl-metalne pjene.
Da bi se jasnije odrazile razlike u protoku i razlike u performansama u dva polja protoka, studija je koristila tanko ćelijsko polje protoka veličine 1,5 cm × 20 cm (gasovi su tekli duž dugačke strane), koje je donekle izgubilo originalnu ćeliju. performanse, pa stoga performanse polarizacije ćelije nisu bile visoke. Osim toga, isti MEA (Nafion-112) je korišten za obje ćelije u testu. Zbog veće zakrivljenosti sićušnog protočnog kanala u polju strujanja pjenastog metala, pad tlaka na oba kraja je veći u usporedbi s jednostavnim dugim ravnim kanalom protoka u konvencionalnom polju strujanja, što poboljšava dovod plina do katode, radni pritisak, i brzinu elektrohemijske reakcije, a u isto vreme treba da troši više snage motora na gas pod pritiskom do određenog stepena i povećava gubitak pumpanja. Maksimalna gustina snage je veća za ćelije sametalna pjenapolja protoka, dok je pri malim strujama gustina snage nešto niža od one kod konvencionalnih ćelija protočnog polja. Sve u svemu, prednosti korištenja polja protoka metalne pjene su još uvijek značajne. Dugoročno gledano, zbog ravnomjernijeg strujanja plina i tekućine vode u polju strujanja pjenastog metala, u praktičnim primjenama može se koristiti kraće polje strujanja ili korištenje katodnog i anodnog vertikalnog unakrsnog dovoda (anodni plin teče duž duž duge strane tradicionalnog protočnog kanala, katodni plin teče duž kratke strane polja strujanja pjene), što dodatno smanjuje gubitak pumpanja uzrokovan padom tlaka na ulazu i izlazu katode, a time Očekuje se da će ostvariti poboljšanje performansi baterije, pa čak i održati uporedivu ili čak veću gustinu snage od tradicionalnog kanala protoka, što se može postići na dugi rok. Stoga se očekuje da će se ostvariti poboljšanje performansi ćelije uz održavanje gubitka pumpanja uporedivim ili čak nižim od onog kod tradicionalnog kanala protoka.
S druge strane, da bismo odgovorili na probleme pokretanja ispod nule, mi sveobuhvatno upoređujemo dinamičke performanse pokretanja gorivih ćelija s poljem strujanja pjenastog metala i konvencionalnim paralelnim kanalom protoka na katodi pod konstantnom strujom i konstantnim naponom, respektivno.
S druge strane, za popularni uvjet pokretanja ispod nule, mi sveobuhvatno upoređujemo dinamičke performanse pokretanja gorivih ćelija s poljem strujanja pjenastog metala i konvencionalnim paralelnim kanalom protoka na katodi pod konstantnom strujom i konstantnim naponom, respektivno.
Protočno polje od pjenastog metala pokazuje odlične prednosti, sa stabilnim performansama ćelije tokom pokretanja i uspješnim pokretanjem, dok naprotiv, konvencionalna kanalna ćelija s paralelnim protokom, sa nižim i nestabilnim izlaznim naponom ćelije tokom rada, poboljšava brzinu proizvodnje topline i temperaturu brzina porasta u određenoj mjeri, ali zbog manjeg broja protočnih kanala, mogućnost zaleđivanja i začepljenja raste linearno (u zavisnosti od broja protočnih kanala), što dovodi do fluktuirajućih izlaznih performansi ćelije. Međutim, vjerovatnoća začepljenja leda raste linearno (u zavisnosti od broja kanala protoka), što rezultira fluktuirajućim izlaznim performansama ćelije i povećanom vjerovatnoćom neuspjeha pri pokretanju.
Ukratko, odlična porozna struktura gorivne ćelije sapjenasti metalpolje protoka ima značajne prednosti u odnosu na ćeliju sa tradicionalnim protočnim kanalom “trench-ridge” i pod uslovima rada na sobnoj temperaturi i pod nultim dinamičkim uslovima pokretanja.
Maksimalna gustina snage i krajnja gustina struje baterije na sobnoj temperaturi se povećavaju za oko 25%;
U uslovima startovanja ispod nule, performanse baterija sa poljem strujanja pjenastog metala su glađe tokom pokretanja, a sposobnost samopokretanja pri niskim temperaturama je znatno poboljšana.
Osim toga, upotreba optimiziranih tretmana za materijale od pjenastog metala, kao što je pozlaćenje radi poboljšanja provodljivosti, prikladniji tretmani hidrofobnosti i otpornosti na koroziju, te korištenjepjenasti materijalisa optimiziranijim veličinama pora, poroznosti i omjerima kompresije, očekuje se da će dodatno ojačati operativne performanse gorivne ćelije i povećati izdržljivost ciklusa hladnog starta.