Метална пена - побољшање перформанси горивих ћелија хладног старта

Комерцијализованометалне пенесу тренутно добра потенцијална алтернатива конвенционалним водилицама за горивне ћелије због своје порозне микроструктуре, високе порозности и добре механичке чврстоће.
Прво је анализиран учинак поларизације батерије у нормалним радним условима на собној температури. С обзиром на то да је катода главна електрода која ограничава перформансе батерије, конвенционални паралелни путеви протока се користе за аноду обе појединачне ћелије, а конвенционални паралелни путеви протока се користе за катоду са новим пољем струјања никл-металне пене, респективно.
Да би се јасније одразиле разлике у протоку и разлике у перформансама у два поља протока, студија је користила танко поље протока ћелије величине 1,5 цм × 20 цм (сви гасови су текли дуж дугачке стране), које је донекле изгубило првобитну ћелију перформансе, па стога перформансе поларизације ћелије нису биле високе. Поред тога, исти МЕА (Нафион-112) је коришћен за обе ћелије у тесту. Због веће закривљености сићушног канала протока у пољу струјања пјенастог метала, пад притиска на оба краја је већи у поређењу са једноставним дугим правим каналом протока у конвенционалном пољу протока, што побољшава довод гаса до катоде, оперативног притисак, и брзину електрохемијске реакције, а у исто време треба да троши више снаге мотора на гас под притиском до одређеног степена и повећава губитак пумпања. Максимална густина снаге је већа за ћелије саметална пенапоља протока, док је при малим струјама густина снаге нешто нижа од оне код конвенционалних ћелија проточног поља. Све у свему, предности коришћења поља протока металне пене су и даље значајне. Дугорочно гледано, због равномернијег струјања гаса и течне воде у пољу струјања пенастог метала, у практичним применама може се користити краће поље протока, или коришћење катодног и анодног вертикалног унакрсног снабдевања (анодни гас тече дуж дужа страна традиционалног канала протока, катодни гас тече дуж кратке стране поља струјања пене), што додатно смањује губитак пумпања узрокован падом притиска на улазу и излазу катоде, а самим тим Очекује се да ће остварити побољшање перформанси батерије, па чак и одржати упоредиву или чак већу густину снаге од традиционалног канала протока, што се може постићи на дужи рок. Стога се очекује да ће се остварити побољшање перформанси ћелије уз одржавање губитка пумпања упоредивим или чак нижим од оног код традиционалног канала протока.
С друге стране, да бисмо се позабавили проблемом стартних услова испод нуле, ми свеобухватно упоређујемо динамичке перформансе покретања горивих ћелија са струјним пољем пенастог метала и конвенционалним каналом паралелног протока на катоди у режимима константне струје и константног напона, респективно.
С друге стране, за популарни почетни услов испод нуле, ми свеобухватно упоређујемо динамичке перформансе покретања горивих ћелија са струјним пољем пенастог метала и конвенционалним паралелним каналом протока на катоди под режимима константне струје и константног напона, респективно.
Поље протока од пенастог метала показује одличне предности, са стабилним перформансама ћелије током покретања и успешним покретањем, док напротив, конвенционална ћелија канала са паралелним протоком, са нижим и нестабилним излазним напоном ћелије током рада, побољшава брзину производње топлоте и температуру брзина пораста у одређеној мери, али због мањег броја проточних канала, могућност залеђивања и зачепљења расте линеарно (у зависности од броја проточних канала), што доводи до флуктуирајућих излазних перформанси ћелије. Међутим, вероватноћа зачепљења леда расте линеарно (у зависности од броја канала протока), што доводи до флуктуирајућих излазних перформанси ћелије и повећане вероватноће неуспеха при покретању.
Укратко, одлична порозна структура горивне ћелије сапенасти металпоље протока има значајне предности у односу на ћелију са традиционалним проточним каналом „тренцх-ридге” и под условима рада на собној температури и под нултим динамичким условима покретања.
Максимална густина снаге и крајња густина струје батерије на собној температури се повећавају за око 25%;
У условима покретања испод нуле, перформансе батерија са пољем протока пенастог метала су глађе током покретања, а способност самопокретања при ниским температурама је знатно побољшана.
Поред тога, употреба оптимизованих третмана за материјале од пенастих метала, као што је позлаћење ради побољшања проводљивости, прикладнији третмани хидрофобности и отпорности на корозију, и употребапенасти материјалиса оптимизованијим величинама пора, порозности и омјерима компресије, очекује се да ће додатно ојачати оперативне перформансе горивне ћелије и повећати издржљивост циклуса хладног старта.