مادة طبقة انتشار الغاز

في خلية وقود غشاء تبادل البروتون ، تتمثل الوظيفة الرئيسية لطبقة انتشار الغاز في دعم المحفز ، وتوفير قناة للغاز المتضمن في التفاعل والماء المنتج ، وهو أحد المكونات الرئيسية للغشاء قطب كهربائي. تستخدم طبقة انتشار الغاز بشكل أساسي في خلايا وقود الهيدروجين.

The طبقة انتشار الغاز is composed of a base layer and a microporous layer. Material of the base layer is mostly porous carbon paper or carbon cloth. The microporous layer is usually composed of conductive carbon black and water-repellent. In addition, the preparation method of carbon paper include: wet method and dry method. The carbon paper prepared by the wet method has a good and uniform large number of pores, and the porosity can be controlled by adjusting the amount of phenolic resin.

في خلايا وقود الهيدروجين ، تشتمل مواد طبقة انتشار الغاز بشكل أساسي على ركائز من ألياف الكربون وركائز من قماش الكربون وركائز معدنية وفقًا للركائز المختلفة. من بينها ، أصبح ورق ألياف الكربون المادة المفضلة للتسويق بسبب عملية التصنيع الناضجة والأداء المستقر والتكلفة المنخفضة نسبيًا والمناسب لإعادة المعالجة. ومع ذلك ، مع تقدم التكنولوجيا ، دخلت ألياف التيتانيوم (مادة جديدة) تدريجياً إلى السوق.

كمادة جديدة ، يتميز شعر ألياف التيتانيوم بالخصائص التالية: مقاومة عالية للتآكل ؛ هيكل مسامي للشبكة ثلاثي الأبعاد ومسامية عالية ؛ كثافة تيار عالية وتوزيع موحد لحجم المسام ؛

التيتانيوم LGDL (طبقة انتشار الغاز السائل)

أداء المحلل الكهربائي بسمك أنود LGDL مختلف

يوضح الشكل العلاقة بين كثافات تيار الإدخال وجهود التشغيل المطلوبة بسماكات مختلفة من أنود التيتانيوم LGDLs بنفس المسامية البالغة 0.64.

تم تشغيل PEMEC في درجة حرارة الغرفة لهذا الاختبار. بالنسبة لجميع العينات ، تزداد جهود التشغيل مع كثافات تيار الإدخال ، بينما تُظهر معدلات تطور مختلفة. مع نفس نطاق كثافة التيار ، يتم الحصول على تباين أكبر في جهد التشغيل من LGDLs الأكثر سمكًا. عند نفس الكثافة الحالية ، تختلف جهود التشغيل عن عينات الاختبار. أولاً ، على سبيل المثال ، عند 1.2 أمبير / سم 2 ، يتم زيادة جهد التشغيل بشكل كبير من 2.14 فولت إلى 2.62 فولت مع زيادة سماكة الأنود LGDL من 170 ميكرومتر إلى 534 ميكرومتر ، على التوالي. أخيرًا ، تشير النتيجة إلى أن أداء المحلل الكهربائي انخفض بشكل ملحوظ مع زيادة سمك LGDL.

أداء المحلل الكهربائي مع مسامية مختلفة من الأنود LGDL

بنفس السماكة ، تم أيضًا فحص تأثيرات مسامية LGDL المتغيرة باستخدام المجموعة الفرعية B. نظرًا لأن LGDLs التي تم اختبارها عبارة عن شبكات من التيتانيوم ، يتم تعريف المسامية على أنها المنطقة المفتوحة الهندسية 27 للشبكة.

على سبيل المثال ، بالنسبة للعينة B3 ، تحتوي LGDL على مساحة مفتوحة تبلغ 27٪ ، بينما كانت النسبة المتبقية 73٪ من التيتانيوم. تم توضيح نتائج الأداء للمجموعة الفرعية B في الشكل 14. نظرًا لانخفاض المسامية من 0.77 إلى 0.27 عند سماكة LGDL ثابتة تبلغ 204 ميكرومتر ، يتم تقليل جهد التشغيل المطلوب عند نطاق الكثافة الحالية بالكامل ، مما يشير إلى أفضل أداء. بنفس السماكة ونفس قطر ألياف التيتانيوم في هذه المجموعة الفرعية ، يحتاج تقليل المسامية إلى إضافة المزيد من الألياف لزيادة عدد الشبكات ، مما يؤدي إلى حجم مسام أصغر. انخفضت أحجام المسام لعينات التيتانيوم LGDL B1-3 من 699 ميكرومتر و 391 ميكرومتر و 108 ميكرومتر على التوالي.

شعر أداء مع التيتانيوم LGDL

تبلغ مساميتها وسمكها (F1) 0.73 و 500 ميكرومتر على التوالي ، بينما يبلغ متوسط حجم مسامها حوالي 60 ميكرومتر ، وهو أصغر بكثير من LGDLs المصنوع من التيتانيوم الأخرى. يوضح الشكل أدائه الذي تم اختباره في المحلل الكهربائي بمعدل تدفق 40 مل / دقيقة عند درجة حرارة الغرفة. على غرار LGDLs الأخرى المصنوعة من التيتانيوم ، يزداد جهد التشغيل مع كثافة التيار ، وكان أداؤه مشابهًا لعينة A3. نظرًا لأن حجم مسام LGDL المحسوس أصغر ، فيمكنه توفير اتصال بيني أفضل مع طبقة المحفز. على الرغم من أن مادة LGDL المحسوسة بالتيتانيوم أكثر سمكًا من العينة A3 ، إلا أنها لا تزال تحافظ على مقاومة أوم أقل ومقاومة نقل أصغر بسبب المسامية الكبيرة.

من 《تحسين طبقات التيتانيوم السائلة / الغازية في خلايا الغشاء الكهربائي للبروتون》

متطلبات الأداء لطبقة انتشار الغاز:

1. يوجد بين الصفيحة ثنائية القطب وطبقة المحفز. أثناء التفاعل الكهروكيميائي ، تكون كثافة التيار العالية 2A / cm2 ، والتي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل الكهربائي ويجب أن تتمتع بمقاومة للتآكل ؛
2. تعمل كوسيط لنشر الهيدروجين / الأكسجين أو الميثانول / الهواء إلى طبقة المحفز ويجب أن تكون مادة مسامية ونفاذة للغاز ؛
3. العمل كموصل تيار ، يجب أن تكون مادة موصلة للغاية ؛
4. التفاعل هو تفاعل طارد للحرارة. سيؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تلف غشاء تبادل البروتون. يجب أن تكون طبقة انتشار الغاز مصنوعة من مادة عالية التوصيل الحراري لتوصيل الحرارة لتجنب تلف غشاء تبادل البروتون ؛
5. سيؤدي تفاعل خلية الوقود لإنتاج الماء إلى تدهور الأداء ، لذلك يجب أن تكون طبقة انتشار الغاز قادرة على إخراج الماء ، ويجب أن تكون مقاومة الماء عالية ؛
6. تحسين كفاءة خلايا الوقود وزيادة عمر خدمة خلايا الوقود.

تطبيق:

مركبات وقود الهيدروجين ، والتطبيقات العسكرية ، والطائرات التجارية ، والآلات الغنية بالهيدروجين ، والإمدادات الطبية ، وإمدادات الطاقة المحمولة ، إلخ.

الصناعة العسكرية:

طيران:

مركبات الطاقة الجديدة: