Metalskum - Brændselscelle Cold Start Performance Enhancement

Kommercialiseretmetalskumer i øjeblikket et godt potentielt alternativ til konventionelle løbere til brændselsceller på grund af deres porøse mikrostruktur, høje porøsitet og gode mekaniske styrke.
Først blev polarisationsydelsen af ​​batteriet under normale arbejdsforhold ved stuetemperatur analyseret. I betragtning af, at katoden er hovedelektroden, der begrænser batteriets ydeevne, anvendes konventionelle parallelle strømningsveje til anoden af ​​begge enkeltceller, og konventionelle parallelle strømningsveje anvendes til katoden med et nyt nikkel-metal skum strømningsfelt.
For mere tydeligt at afspejle strømningsforskellene og ydeevneforskellene i de to strømningsfelter, brugte undersøgelsen et slankt cellestrømningsfelt med en størrelse på 1,5 cm × 20 cm (gasserne strømmede alle langs den lange side), som noget mistede den oprindelige celle ydeevne, og derfor var cellepolarisationsydelsen ikke høj. Derudover blev den samme MEA (Nafion-112) brugt til begge celler i testen. På grund af den højere krumning af den lille strømningskanal i skummetalstrømningsfeltet er trykfaldet i begge ender højere sammenlignet med den simple lange lige strømningskanal i det konventionelle strømningsfelt, hvilket forbedrer gastilførslen til katoden, driftsfunktionen tryk og hastigheden af ​​elektrokemisk reaktion, og samtidig skal den til en vis grad forbruge mere trykgasmotorkraft og øger pumpetabet. Den maksimale effekttæthed er højere for celler medmetal skumstrømningsfelter, mens effekttætheden ved lave strømme er lidt lavere end for konventionelle strømningsfeltceller. Samlet set er fordelene ved at bruge et metalskumstrømningsfelt stadig betydelige. På lang sigt, på grund af den mere ensartede gas- og flydende vandstrøm i skummetalstrømningsfeltet, kan et kortere strømningsfelt bruges i praktiske applikationer eller brugen af ​​katode og anode vertikal krydsforsyning (anodegas strømmer langs langsiden af ​​den traditionelle strømningskanal strømmer katodegas langs den korte side af skumstrømningsfeltet), hvilket yderligere reducerer pumpetabet forårsaget af katodens indløbs- og udløbstrykfald, og dermed forventes at realisere en forbedring af batteriets ydeevne, og endda opretholde en sammenlignelig eller endda højere effekttæthed end den traditionelle flowkanal, hvilket kan opnås på længere sigt. Derfor forventes det at realisere forbedringen af ​​celleydelse, samtidig med at pumpetabet bibeholdes sammenligneligt med eller endda lavere end det for den traditionelle strømningskanal.
På den anden side, for at løse bekymringen om startbetingelser under nul, sammenligner vi omfattende den dynamiske startydelse af brændselsceller med skummetalstrømningsfelt og konventionel parallelstrømningskanal ved katoden under henholdsvis konstant strøm og konstant spændingstilstand.
På den anden side, for den populære starttilstand under nul, sammenligner vi omfattende den dynamiske startydelse af brændselsceller med skummetalstrømningsfelt og konventionel parallelstrømningskanal ved katoden under henholdsvis konstant strøm og konstant spændingstilstand.
Skummetalflowfeltet viser fremragende fordele med stabil celleydelse under opstart og vellykket opstart, mens den konventionelle parallelstrømskanalcelle tværtimod med lavere og ustabil celleudgangsspænding under drift forbedrer varmeproduktionshastigheden og temperaturen stigningshastighed til en vis grad, men på grund af de færre strømningskanaler øges muligheden for isdannelse og tilstopning lineært (afhængigt af antallet af strømningskanaler), hvilket medfører fluktuerende celleoutput-ydeevne Sandsynligheden for istilstopning stiger dog lineært (afhængigt af antallet af flowkanaler), hvilket resulterer i en fluktuerende celleoutput-ydelse og en øget sandsynlighed for opstartsfejl.
Sammenfattende er brændselscellens fremragende porøse struktur medskummetalflowfelt har betydelige fordele i forhold til cellen med en traditionel "trench-ridge" flowkanal under både stuetemperaturdrift og dynamiske opstartsforhold under nul.
Den maksimale effekttæthed og den maksimale strømtæthed for batteriet ved stuetemperatur øges med ca. 25 %;
Under startforhold under nul er ydeevnen af ​​batterier med skummetalstrømningsfelt glattere under start, og selvstartsevnen ved lav temperatur er væsentligt forbedret.
Derudover er brugen af ​​mere optimerede behandlinger til skummetalmaterialer, såsom guldbelægning for at forbedre ledningsevnen, mere passende hydrofobicitets- og korrosionsbestandighedsbehandlinger og brugen afskummaterialermed mere optimerede porestørrelser, porøsitet og kompressionsforhold, forventes det yderligere at styrke brændselscellens operationelle ydeevne og forbedre holdbarheden af ​​koldstartscyklussen.