Kovinska pena - Izboljšanje učinkovitosti hladnega zagona gorivnih celic

Komercializiranokovinske peneso trenutno dobra potencialna alternativa običajnim tekačem za gorivne celice zaradi svoje porozne mikrostrukture, visoke poroznosti in dobre mehanske trdnosti.
Najprej je bila analizirana polarizacijska zmogljivost baterije v normalnih delovnih pogojih pri sobni temperaturi. Glede na to, da je katoda glavna elektroda, ki omejuje delovanje baterije, se za anodo obeh posameznih celic uporabljajo običajne vzporedne poti pretoka, za katodo pa se uporabljajo običajne vzporedne poti pretoka z novim poljem toka iz pene iz niklja in kovine.
Da bi jasneje odražali razlike v pretoku in razlike v zmogljivosti v obeh poljih toka, je študija uporabila polje toka vitke celice velikosti 1,5 cm × 20 cm (vsi plini so tekli vzdolž dolge strani), ki je nekoliko izgubilo prvotno celico učinkovitost, zato zmogljivost celične polarizacije ni bila visoka. Poleg tega je bil za obe celici v testu uporabljen isti MEA (Nafion-112). Zaradi večje ukrivljenosti majhnega pretočnega kanala v pretočnem polju iz penaste kovine je padec tlaka na obeh koncih večji v primerjavi s preprostim dolgim ​​ravnim pretočnim kanalom v običajnem pretočnem polju, kar poveča dovod plina v katodo, delovno tlak in hitrost elektrokemične reakcije, hkrati pa mora do določene mere porabiti več moči plinskega motorja pod tlakom in povečati črpalne izgube. Največja gostota moči je večja pri celicah zkovinska penapretočna polja, medtem ko je pri nizkih tokovih gostota moči nekoliko nižja kot pri običajnih pretočnih celicah. Na splošno so prednosti uporabe pretočnega polja iz kovinske pene še vedno pomembne. Dolgoročno se lahko zaradi enakomernejšega toka plina in tekoče vode v polju toka penaste kovine v praktičnih aplikacijah uporabi krajše polje toka ali uporaba navpičnega navzkrižnega dovoda katode in anode (anodni plin teče vzdolž dolgi strani tradicionalnega kanala pretoka, katodni plin teče vzdolž kratke strani polja toka pene), kar dodatno zmanjša izgubo črpanja, ki jo povzroči padec tlaka na vstopu in izstopu katode, in tako se pričakuje izboljšanje zmogljivosti baterije in celo vzdrževati primerljivo ali celo večjo gostoto moči kot tradicionalni pretočni kanal, kar je mogoče doseči na dolgi rok. Zato se pričakuje izboljšanje zmogljivosti celice ob ohranjanju izgube črpanja, ki je primerljiva ali celo nižja od izgube pri tradicionalnem pretočnem kanalu.
Po drugi strani pa, da bi obravnavali zaskrbljenost zaradi pogojev zagona pod ničlo, izčrpno primerjamo dinamično zmogljivost zagona gorivnih celic s pretočnim poljem iz penaste kovine in običajnim vzporednim pretočnim kanalom na katodi pri načinih konstantnega toka oziroma konstantne napetosti.
Po drugi strani pa za priljubljene zagonske pogoje pod ničlo izčrpno primerjamo dinamično zagonsko zmogljivost gorivnih celic s pretočnim poljem iz penaste kovine in običajnim vzporednim pretočnim kanalom na katodi pri načinih konstantnega toka oziroma konstantne napetosti.
Polje pretoka iz penaste kovine kaže odlične prednosti s stabilno zmogljivostjo celice med zagonom in uspešnim zagonom, medtem ko, nasprotno, običajna celica kanala z vzporednim tokom z nižjo in nestabilno izhodno napetostjo celice med delovanjem izboljša stopnjo proizvodnje toplote in temperaturo hitrost dviga do določene mere, vendar zaradi manjšega števila pretočnih kanalov linearno (odvisno od števila pretočnih kanalov) narašča možnost zaledenitve in zamašitev, kar vodi do nihajoča izhodna zmogljivost celice Vendar se verjetnost zamašitve z ledom linearno povečuje (odvisno od števila pretočnih kanalov), kar ima za posledico nihanje izhodne zmogljivosti celice in povečano verjetnost okvare pri zagonu.
Če povzamemo, odlična porozna struktura gorivne celice zpenasta kovinapretočno polje ima znatne prednosti pred celico s tradicionalnim pretočnim kanalom "jarek-greben" pri delovanju pri sobni temperaturi in pogojih dinamičnega zagona pod ničlo.
Največja gostota moči in končna gostota toka baterije pri sobni temperaturi se povečata za približno 25 %;
Pri zagonskih pogojih pod ničlo je zmogljivost baterij s pretočnim poljem iz penaste kovine med zagonom bolj gladka, sposobnost samozagona pri nizkih temperaturah pa je močno izboljšana.
Poleg tega je uporaba bolj optimiziranih obdelav penastih kovinskih materialov, kot je pozlačevanje za izboljšanje prevodnosti, ustreznejša obdelava za hidrofobnost in odpornost proti koroziji ter uporabapenasti materializ bolj optimiziranimi velikostmi por, poroznostjo in kompresijskimi razmerji naj bi dodatno okrepil operativno zmogljivost gorivne celice in povečal vzdržljivost cikla hladnega zagona.