Gaz difüzyon tabakası malzemesi

Proton değişim membranlı yakıt hücresinde, gaz difüzyon tabakasının ana işlevi, katalizörü desteklemek ve reaksiyona dahil olan gaz ve üretilen su için bir kanal sağlamaktır ve membranın temel bileşenlerinden biridir. elektrot. Gaz difüzyon tabakası esas olarak hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılır.

The gaz difüzyon tabakası 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.

Hidrojen yakıt hücrelerinde, gaz difüzyon tabakası malzemeleri esas olarak farklı alt tabakalara göre karbon fiber kağıt alt tabakaları, karbon kumaş alt tabakaları ve metal alt tabakaları içerir. Bunlar arasında karbon fiber kağıt, olgun üretim süreci, istikrarlı performansı, nispeten düşük maliyeti ve yeniden işlemeye uygun olması nedeniyle ticarileştirme için tercih edilen malzeme haline geldi. Ancak teknolojinin ilerlemesiyle birlikte titanyum elyaf keçe (yeni bir malzeme) yavaş yavaş piyasaya girdi.

Yeni bir malzeme olarak titanyum elyaf keçe aşağıdaki özelliklere sahiptir: Yüksek korozyon direnci; Üç boyutlu ağ gözenekli yapısı ve Yüksek gözeneklilik; Yüksek akım yoğunluğu ve Düzgün gözenek boyutu dağılımı;

Titanyum LGDL (sıvı gaz difüzyon tabakası)

Farklı anot LGDL kalınlığı ile elektrolizör performansı

Şekil, aynı 0.64 gözenekliliğe sahip farklı anot titanyum LGDL kalınlıkları ile ihtiyaç duyulan giriş akımı yoğunlukları ve çalışma voltajları arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

PEMEC, bu test için oda sıcaklığında çalıştırıldı. Tüm numuneler için, giriş akımı yoğunlukları ile çalışma voltajları artarken, farklı evrim oranları sergiler. Aynı akım yoğunluğu aralığında, daha kalın LGDL'lerden daha büyük bir çalışma voltajı varyasyonu elde edilir. Aynı akım yoğunluğunda, çalışma gerilimleri test numunelerinden farklıdır. İlk olarak, örneğin 1.2 A/cm2'de, çalışma voltajları, anot LGDL kalınlığı sırasıyla 170 μm'den 534 μm'ye çıkarken, 2.14V'den 2.62V'a önemli ölçüde artırılır. Son olarak, sonuç, LGDL'nin kalınlığı arttıkça elektrolizör performansının önemli ölçüde azaldığını göstermektedir.

Farklı anot LGDL gözenekliliği ile elektrolizör performansı

Aynı kalınlıkta, değişen LGDL gözenekliliğinin etkileri Alt Grup B kullanılarak da araştırıldı. Test edilen LGDL'ler titanyum ağlar olduğundan, gözeneklilik ağın geometrik 27 açık alanı olarak tanımlanır.

Örneğin, Örnek B3 için, LGDL 'lik bir açık alana sahipken, kalan 'lük alan titanyumdur. Alt Grup B için performans sonuçları Şekil 14'te gösterilmektedir. 204 μm'lik sabit bir LGDL kalınlığında gözeneklilik 0.77'lik bir gözeneklilikten 0.27'ye düşürüldüğünden, gereken çalışma voltajı tüm akım yoğunluğu aralığında azaltılır, bu da daha iyi olduğunu gösterir. verim. Bu alt grupta aynı kalınlık ve aynı titanyum lif çapı ile, gözenekliliğin azalması, ağ sayısını artırmak için daha fazla lif eklemesi gerekir, böylece daha küçük gözenek boyutuna yol açar. Titanyum LGDL örnekleri B1-3'ün gözenek boyutları sırasıyla 699 μm, 391 μm ve 108 μm'den azaldı.

Titanyum keçe LGDL ile performans

(F1) gözenekliliği ve kalınlığı sırasıyla 0.73 ve 500 um'dir, ortalama gözenek boyutu ise yaklaşık 60 um'dir, diğer titanyum LGDL'lerden çok daha küçüktür. Şekil, oda sıcaklığında 40 ml/dk akış hızına sahip elektrolizörde test edilen performansını göstermektedir. Diğer titanyum LGDL'lere benzer şekilde, çalışma voltajı akım yoğunluğu ile artar ve en çok örnek A3'e benzer şekilde performans gösterir. Keçe LGDL daha küçük bir gözenek boyutuna sahip olduğundan, katalizör tabakası ile daha iyi bir arayüz teması sağlayabilir. Titanyum keçe LGDL, numune A3'ten çok daha kalın olmasına rağmen, büyük bir gözeneklilik nedeniyle hala daha düşük bir omik direnci ve daha küçük taşıma direncini korur.

《PROTON DEĞİŞİM MEMBRAN ELEKTROLİZER HÜCRELERİNDE TİTANYUM SIVI/GAZ DİFÜZYON KATMANLARININ OPTİMİZASYONUNDAN》

Gaz difüzyon katmanının performans gereksinimleri:

1. Bipolar plaka ile katalizör tabakası arasında bulunur. Elektrokimyasal reaksiyon sırasında, yüksek akım yoğunluğu 2A/cm2 olup, yüksek elektriksel korozyon direncine sahiptir ve korozyon direncine sahip olması gerekir;
2. Hidrojen/oksijen veya metanol/havanın katalizör tabakasına difüzyonu için bir ortam görevi görür ve gözenekli ve gaz geçirgen bir malzeme olmalıdır;
3. Akım iletkeni görevi görerek, oldukça iletken bir malzeme olmalıdır;
4. Reaksiyon ekzotermik bir reaksiyondur. Aşırı ısınma proton değişim zarına zarar verir. Gaz difüzyon tabakası, proton değişim zarına zarar vermemek için ısıyı iletmek için yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeden yapılmalıdır;
5. Yakıt hücresinin su üretme reaksiyonu, performansın düşmesine neden olacaktır, bu nedenle gaz difüzyon tabakası suyu çıkarabilmelidir ve hidrofobiklik yüksek olmalıdır;
6. Yakıt hücresi verimliliğini artırın ve yakıt hücresi hizmet ömrünü artırın.

Başvuru:

Hidrojen yakıtlı araçlar, askeri uygulamalar, ticari uçaklar, hidrojen açısından zengin makineler, tıbbi, taşınabilir güç kaynakları vb.

Askeri sanayi:

Havacılık:

Yeni enerji araçları: