Kaasujen diffuusiokerrosten tyypit ja valmistusmenetelmät vedyn polttokennoille

A polttokennoon kemiallinen laite, joka muuntaa suoraan polttoaineen kemiallisen energian sähköenergiaksi, joka tunnetaan myös nimellä sähkökemiallinen generaattori. Se on neljäs sähköntuotantotekniikka vesivoiman, lämpövoiman ja atomivoiman jälkeen.

KoskapolttokennoMuuttaa Gibbs -vapaan energian osan polttoaineen kemiallisesta energiasta sähköenergiaksi sähkökemiallisten reaktioiden kautta, sitä ei rajoiteta Carnot -syklivaikutus, joten se on erittäin tehokas; Lisäksi polttokenno käyttää polttoainetta ja happea raaka -aineina; Samanaikaisesti mekaanisia siirto -osia ei ole, joten melujen pilaantumista ei ole, ja hyvin vähän haitallisia kaasuja säteilee.

Voidaan nähdä, että energiansäästön ja ekologisen ympäristön suojelun näkökulmastapolttokennotovat lupaava sähköntuotantotekniikka.

1:Polttokenno GDLtoiminnot ja vaatimukset

1: Polttokennon GDL -toiminto

GDLon yksi polttokennojen tärkeistä komponenteista. Sen päätoiminnot ovat:

  ▪ katalysaattorikantaja

  ▪ Tuki moottorin rakennetta

  ▪ Kohdassa

  ▪ Kaasun tasaisen diffuusion merkitys

  ▪ Diffuusiokerroksen veden kuljetus

2:Polttokenno GDLvaatimukset

  ▪ Yhtenäinen huokoinen rakenne, hyvä hengittävyys

  ▪ Matala resistiivisyys ja vahva elektronien johtavuus

  ▪ Rakenne on kompakti ja pinta on tasainen, mikä vähentää kosketuskestävyyttä ja parantaa johtavaa suorituskykyä.

  ▪ Sillä on tietty mekaaninen lujuus, asianmukainen jäykkyys ja joustavuus, joka edistää elektrodien tuotantoa ja tarjoaa elektrodirakenteen stabiilisuuden pitkäaikaisissa käyttöolosuhteissa.

  ▪ Asianmukainen hydrofiilinen/hydrofobinen tasapaino estämään liiallinen kosteus estämästä huokosia ja aiheuttaen kaasun läpäisevyyden vähenemistä

  ▪ On hyvä kemiallinen stabiilisuus ja lämpöstabiilisuus.

3:PolttokennoGDL-ominaisuudet

Edellä mainittujen kaasun diffuusiokerrosten vaatimusten perusteella vuosien tutkimuksen ja kehityksen jälkeen kaasun diffuusiokerrosmateriaalit, joita tällä hetkellä kypsästi käytetään polttokennoissa, ovat hiilimateriaaleja.

  ▪ Hiilimateriaalien edut: Sillä on sekä korkea johtavuus että voimakas vastus sähkökorroosiolle, ja sillä on alhaiset kustannukset, mikä on etu, jota muilla materiaaleilla ei ole.

  ▪ Hiilimateriaalien haitat: Hiilimateriaalit ovat luonteeltaan hauraita, mikä ei edistä muovausta ja käsittelyä, ja niiden mikrorakenteen hallinta on myös vaikeaa.

Siksi hiilimateriaalien käytön tutkimisesta kaasun diffuusiokerrosten valmistukseen, jolla on erinomainen suorituskyky, on tullut tutkimuksen painopiste.

GDL-materiaalien tyypit ja valmistusmenetelmät - hiilipaperi

Hiilipaperi on kevyttä, sillä on tasainen pinta, se on korroosiokestävä, sillä on tasainen huokos ja sillä on suuri lujuus. Sen paksuutta voidaan säätää käyttövaatimusten mukaisesti, joten se sopii kestäville polttokennoille.

Kun valmistetaan hiilipaperia, tarvitaan myös raaka -aineiden valmistusvaiheiden lisäksi, tarvitaan myös mulkun, kyllästyksen ja kovettumisen, hiilidioksidin ja grafiilisoinnin lisäksi.

GDL-materiaalien tyypit ja valmistusmenetelmät - Hiilikuitukangas

Hiilikuitukudottu kangas ratkaisee hiilipaperin haurauden. Hiilikuitukangas kuitenkin laajenee helposti ja supistuu lentokoneen suuntaan, mikä johtaa suuriin muodonmuutoksiin, mikä aiheuttaa vaikeuksia elektrodien valmistukseen.

Hiilikuitu punoksen pinta -arvo on heikko ja katalyytti on epätasaisesti kiinnittynyt, mikä vaikuttaa polttokennon stabiilisuuteen.

GDL-materiaalien tyypit ja valmistusmenetelmät - ei -kudotut kankaat

Ei-kudottujen kankaiden ominaispiirteet ovat, että niillä ei ole loiminta- ja kudelankoja, ja ne ovat kevyitä, jotka edistävät muotoilua, muodostaen hiilikuitupaperin haurauden ja hiilikuitukudottujen kankaiden helpon muodonmuutoksen. Huokoisuutta voidaan ohjata raaka -aineesta tarpeen mukaan.

Sen prosessi on kuitenkin myös monimutkainen, sen lujuus ja kestävyys ovat huonoja, ja on helppo murtaa suorassa kulmassa, mikä vaikeuttaa polttokennojen kestävyysvaatimusten täyttämistä.

GDL-materiaalien tyypit ja valmistusmenetelmät - hiilimusta paperi

Hiilimusta paperi on litteä diffuusiokerrosmateriaali, joka on valmistettu kuumalla puristusmuovausprosessilla hiilijauheen ja sideaineen tasaisesti leviämisen jälkeen. Hiilijauhe aktivoidaan yleensä hiilihiilia, hiilimustaa, asetyleenimustaa, grafiittijauhetta tai niiden seosta. Sideaine on polyvinylideenifluoridi tai polytetrafluorietyleeni jne.

Koska hiilimusta paperi on hauras materiaali, on vaikea tulla ihanteelliseksi GDL -materiaaliksi.

Kolme: karakterisointi ja testausGDLominaisuudet

GDL: ssä reaktiokaasujen siirto, reaktiotuotteiden siirto ja elektronien siirto suoritetaan pääasiassa. Siksi GDL: n ominaisuuksien tutkiminen tutkii pääasiassa näiden kolmen näkökohdan toimitusominaisuuksia. Tällä hetkellä on perustettu joitain fysikaalisia keinoja GDL: n ominaisuuksien karakterisoimiseksi, mukaan lukien lähinnä nesteen kuljetusominaisuudet, johtavuus, huokosrakenne sekä GDL: n hydrofiiliset ja hydrofobiset ominaisuudet.

1: Nesteen siirtoominaisuudet

GDL: n nesteet ovat pääasiassa reaktiokaasuja, vesihöyryä ja nestemäistä vettä. Kaasunsiirtotapa diffuusiokerroksessa on diffuusio, joka sisältää myös osittaisen konvektiivisen massansiirron. Nestemäistä läpäisevyyttä voidaan käyttää karakterisoimaan nesteen virtausvastuksen. Aseta tietty neste huokoiselle GDL -pinnalle ja aseta tietty paine nesteen virtauksen saattamiseksi GDL: n läpi. Virtausnopeuden ja painehäviön välistä suhdetta voidaan käyttää GDL: n nesteen virtausvastuksen karakterisoimiseksi. Toimituskyky.

2: Huokosrakenne

Huokoisuus, huokosjakauma ja huokostilavuus ovat diffuusiokerroksen huokosrakenteen tärkeitä parametrejä. Yleisesti käytettyjä huokosrakenteen mittausvälineitä ovat elohopea -huokosmittari ja kapillaarivirtaushuokosetri.

Entinen käyttää elohopeaa kostutusnesteenä ja kohdistaa tiettyä painetta puristaakseen elohopean testattavan näytteen huokosiin. Jälkimmäinen käyttää silikonihartsia, jolla on alhainen pintaenergia väliaineena, joka kostaa testattavaa näytettä kapillaarivoiman vaikutuksesta ja puristaa sen sitten virtaan huokosista.

Kumpikaan menetelmä ei kuitenkaan voi heijastaa diffuusiokerroksen todellista materiaalin siirtokanavaa akun käynnissä, koska kaasun diffuusiokerroksen materiaalin ei-kytkemättömät huokoset ovat merkityksettömiä materiaalinsiirtoon ja mitattuna elohopean tunkeutumismenetelmällä tai kapillaarivirtaushuokosimetrillä, rikkoutuneita reikiä ja kuolleita reikiä on mukana.

3: Hydrofiiliset/hydrofobiset ominaisuudet

GDL: n nestemäinen kostuvuus, toisin sanoen sen hydrofiiliset ja hydrofobiset ominaisuudet, on myös yksi tärkeistä tekijöistä, jotka vaikuttavat polttokennojen suorituskykyyn. Asianmukainen suhde hydrofiilisiin/hydrofobisiin huokosiin on hyödyllinen massansiirron parantamisessa ja lopullisen virrantiheyden lisäämisessä. GDL: n hydrofiilisten/hydrofobisten ominaisuuksien karakterisoimiseksi on kaksi menetelmää:

Ensimmäinen on upotusmenetelmä, joka karakterisoi suoraan sen hydrofiilisten huokosten ja hydrofobisten huokosten huokostilavuuden; Toinen on kosketuskulman mittausmenetelmä, joka karakterisoi epäsuorasti hydrofiiliset/hydrofobiset ominaisuudet.

Kytkentämenetelmä käyttää huokosten kokonaistilavuutta miinus hydrofiilistä huokostilavuutta hydrofobisen huokostilavuuden saamiseksi. Tällä menetelmällä on alhainen mittaustarkkuus ja suuret kokeelliset virheet. Kosketuskulman koko heijastaa vain kaasun diffuusiokerroksen pintaominaisuuksia. Koska diffuusiokerroksen pinta on suhteellisen hydrofobinen, mutta hadrofobisen aineen jakautuminen sisällä ei välttämättä ole tasaista, diffuusiokerroksen affiniteetti voidaan arvioida mittaamalla kosketuskulma. Veden ominaisuudet ovat epätarkkoja.

4: Johtavuus

Diffuusiokerroksen johtavuudessa on yleensä kaksi mittausmenetelmää mittaussuunnasta riippuen.

Ylhäällä olevaan suuntaan, toisin sanoen GDL: n paksuussuuntaan, käytetään yleensä kosketusvastuksen mittausmenetelmää paineen alla, kun taas tason suunnassa käytettävälle vastusmenetelmää käytetään usein.

Yleensä vastus tasossa on yksi suuruusluokka, joka on suurempi kuin vastus tasossa. Tämä johtuu hiilipaperin anisotropiasta, joka johtuu kuitujen järjestelysuunnasta hiilipaperin valmistusprosessin aikana.