Видови и методи на подготовка на слоеви за дифузија на гас за клетки на водородните гориво

A горивна ќелијае хемиски уред кој директно ја претвора хемиската енергија на горивото во електрична енергија, познат и како електрохемиски генератор. Таа е четврта технологија за производство на електрична енергија по хидроенергија, термичка моќ и атомска моќ.

Затоа штогоривна ќелијаГо претвора дел од слободната енергија на Gibbs на хемиската енергија на горивото во електрична енергија преку електрохемиски реакции, таа не е ограничена со ефектот на циклусот Carnot, така што е многу ефикасна; Покрај тоа, горивната ќелија користи гориво и кислород како суровини; Во исто време, нема механички делови за пренос, така што нема загадување на бучава и се испуштаат многу малку штетни гасови.

Може да се види дека од гледна точка на зачувување на енергијата и заштита на еколошка околина,горивни ќелиисе ветувачка технологија за производство на електрична енергија.

1:ГДЛ на гориво GDLфункции и барања

1: Функција GDL Cell Cell GDL

GDLе една од важните компоненти на горивните ќелии. Неговите главни функции се:

  ▪ Катализатор на носач

  ▪ Поддршка на моторната структура

  ▪ спроводливост

  ▪ Улогата на униформа дифузија на гас

  ▪ Транспорт на вода за дифузија

2:ГДЛ на гориво GDLбарања

  ▪ униформа порозна структура, добра дишеност

  ▪ Ниска отпорност и силна спроводливост на електрони

  ▪ Структурата е компактна и површината е рамна, што ја намалува отпорноста на контакт и ги подобрува спроводните перформанси.

  ▪ Има одредена механичка јачина, соодветна цврстина и флексибилност, што е погодно за производство на електроди и обезбедува стабилност на структурата на електродата под долгорочни услови за работа.

  ▪ Соодветна хидрофилна/хидрофобна рамнотежа за да се спречи прекумерната влага да ги блокира порите и да предизвика намалување на пропустливоста на гасот

  ▪ Има добра хемиска стабилност и термичка стабилност.

3:Горивна ќелијаКарактеристики на GDL

Врз основа на горенаведените барања за слоеви на дифузија на гас, по долгогодишно истражување и развој, материјалите за слој за дифузија на гас кои моментално се користат во ќелиите на гориво се јаглеродни материјали.

  ▪ Предности на јаглеродните материјали: Има и висока спроводливост и силна отпорност на електрична корозија и има ниска цена, што е предност што ги немаат другите материјали.

  ▪ Недостатоци на јаглеродните материјали: Јаглеродните материјали се кршливи по природа, што не е погодно за обликување и обработка, а исто така е тешко да се контролира нивната микроструктура.

Затоа, проучувањето на употреба на јаглеродни материјали за подготовка на слоеви за дифузија на гас со одлични перформанси стана во фокусот на истражувањето.

Видови и методи за подготовка на GDL материјали - јаглеродна хартија

Јаглеродната хартија е лесна во тежина, има рамна површина, е отпорна на корозија, има униформни пори и има голема јачина. Неговата дебелина може да се прилагоди според барањата за употреба, што ја прави погодна за трајни горивни ќелии.

При подготовката на јаглеродна хартија, покрај чекорите за подготовка на суровини, потребни се и пулпирање, импрегнација и лекување, карбонизација и графитизација.

Видови и методи за подготовка на GDL материјали - ткаена ткаенина од јаглеродни влакна

Ткаени ткаенини од јаглеродни влакна го решаваат проблемот со кршливоста на јаглеродната хартија. Како и да е, ткаена ткаенина од јаглеродни влакна лесно се шири и се договори во насока на авионот, што резултира во голема деформација, што носи потешкотии во подготовката на електроди.

Површинската рамност на плетенка со јаглеродни влакна е слаба и катализаторот е нерамномерно прикачен, што влијае на стабилноста на ќелијата за гориво.

Видови и методи за подготовка на GDL материјали - неткаени ткаенини

Карактеристиките на неткаени ткаенини се дека тие немаат нишки за искривување и ткаенини и се лесни во тежина, што е погодно за обликување, што ја надополнува кршливоста на хартијата од јаглеродни влакна и лесната деформација на ткаени ткаенини од јаглеродни влакна. Порозноста може да се контролира од фазата на суровини по потреба.

Како и да е, неговиот процес е исто така комплексен, неговата јачина и издржливост се слаби, и лесно е да се попуштат под прав агол, што го отежнува исполнувањето на барањата за издржливост на клетките на горивото.

Видови и методи за подготовка на GDL материјали - јаглеродна црна хартија

Јаглеродната црна хартија е рамен дифузен слој материјал направен со топол процес на обликување на притискање по рамномерно распрснување на јаглеродниот прав и врзивно средство. Јаглеродниот прав генерално се активира јаглерод, јаглерод црна, ацетилен црна, графит во прав или нивна мешавина. Врзивно средство е поливинилиден флуорид или политетрафлуороетилен, итн.

Бидејќи јаглеродната црна хартија е кршлив материјал, тешко е да се стане идеален GDL материјал.

Три: Карактеризација и тестирање наGDLсвојства

Во GDL, главно се вршат пренесување на реакциони гасови, пренесување на производи за реакција и пренос на електрони. Затоа, испитувањето на својствата на GDL главно ги испитува можностите за испорака на овие три аспекти. Во моментов, утврдени се некои физички средства за да се карактеризираат својствата на GDL, главно, вклучувајќи ги и карактеристиките на транспорт на течности, спроводливоста, структурата на порите и хидрофилните и хидрофобните карактеристики на GDL.

1: Карактеристики на пренесување на течности

Течностите во GDL се главно реакциони гасови, водена пареа и течна вода. Главниот режим на пренесување на гас во дифузискиот слој е дифузија, која исто така вклучува и делумно пренесување на конвективна маса. Течната пропустливост може да се користи за да се карактеризира отпорноста на протокот на течноста. Ставете одредена течност на порозната GDL површина и нанесете одреден притисок за да го направите течноста проток низ GDL. Врската помеѓу стапката на проток и падот на притисокот може да се користи за да се карактеризира отпорноста на протокот на течноста во GDL. Способност за испорака.

2: структура на пори

Порозноста, дистрибуцијата на порите и волуменот на порите се важни параметри на порите структура на дифузискиот слој. Најчесто користените инструменти за мерење на структурата на порите вклучуваат порозиметар на жива и порозиметар на капиларен проток.

Поранешниот користи Меркур како течност за мокрење и применува одреден притисок за да се притисне живата во порите на примерокот што треба да се тестира. Вториот користи силиконска смола со мала површина на површината како медиум, кој го намалува примерокот што треба да се тестира под дејство на капиларна сила и потоа ја притиска за да излезе од порите.

Како и да е, ниту еден метод не може да го одразува реалниот канал за пренос на материјалот во дифузискиот слој кога батеријата работи, затоа што не-поврзаните пори во материјалот за дифузија на гасот се бесмислени за пренесување на материјалот, а кога се мерат со метод на упад на жива или капа на капиларен проток, се вклучени скршени дупки и мртви дупки.

3: Хидрофилни/хидрофобни својства

Течноста на мокрење на GDL, односно неговите хидрофилни и хидрофобни својства, е исто така еден од важните фактори кои влијаат на перформансите на горивните ќелии. Соодветниот сооднос на хидрофилни/хидрофобни пори е корисен за подобрување на масовното пренесување и зголемување на крајната густина на струјата. Постојат два начина за карактеризирање на хидрофилните/хидрофобните својства на GDL:

Првиот е методот на натопување, кој директно го карактеризира волуменот на порите на неговите хидрофилни пори и хидрофобните пори; Вториот е методот за мерење на аголот на контакт, кој индиректно ги карактеризира хидрофилните/хидрофобните својства.

Методот на импрегнација го користи вкупниот волумен на порите минус хидрофилниот волумен на порите за да се добие хидрофобниот волумен на порите. Овој метод има мала точност на мерењето и големи експериментални грешки. Големината на аголот на контакт само ги рефлектира површинските својства на слојот за дифузија на гас. Бидејќи површината на дифузискиот слој е релативно хидрофобна, но дистрибуцијата на хидрофобниот агенс внатре не е нужно униформа, афинитетот на дифузискиот слој може да се оцени со мерење на аголот на контакт. Карактеристиките на водата се неточни.

4: спроводливост

Проводливоста на дифузискиот слој генерално има два методи за мерење во зависност од насоката на мерење.

За насока преку рамнината, односно насока на дебелина на GDL, генерално се користи метод за мерење на отпорност на контакт под притисок, додека за отпорност во насока во рамките, често се користи методот со сонда со четири точки.

Општо, отпорноста во насока преку рамнината е еден редослед на големина поголема од отпорот во насока во рамката. Ова се должи на анизотропијата на јаглеродната хартија предизвикана од насоката на аранжманот на влакната за време на процесот на подготовка на јаглеродна хартија.