Матеріал газодифузійного шару

У паливному елементі з протонообмінною мембраною основна функція газодифузійного шару полягає в підтримці каталізатора і забезпеченні каналу для газу, що бере участь у реакції, і води, що утворюється, і це один з ключових компонентів мембрани. електрод. Газодифузійний шар в основному використовується у водневих паливних елементах.

The газодифузійний шар 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.

У водневих паливних елементах матеріали газодифузійного шару в основному включають паперові підкладки з вуглецевого волокна, підкладки з вуглецевої тканини та металеві підкладки відповідно до різних підкладок. Серед них папір з вуглецевого волокна став кращим матеріалом для комерціалізації через його зрілий виробничий процес, стабільну продуктивність, відносно низьку вартість і придатний для переробки. Однак з розвитком технологій на ринок поступово вийшов повсть з титанового волокна (новий матеріал).

Як новий матеріал, повсть з титанового волокна має такі характеристики: Висока корозійна стійкість; Тривимірна мережева пориста структура і висока пористість; Висока щільність струму та рівномірний розподіл розміру пор;

Титан LGDL (рідкий газодифузійний шар)

Продуктивність електролізера з різною товщиною анода LGDL

На рисунку показано співвідношення між густинами вхідного струму та робочими напругами, необхідними для різної товщини анодних титанових LGDL з однаковою пористістю 0,64.

Для цього тесту PEMEC працював при кімнатній температурі. Для всіх зразків робочі напруги збільшуються разом з густиною вхідного струму, при цьому має різну швидкість розвитку. При тому ж діапазоні густини струму більша зміна робочої напруги отримується від більш товстих LGDL. При однаковій щільності струму робочі напруги відрізняються від випробуваних зразків. По-перше, наприклад, при 1,2 А/см2 робоча напруга значно збільшується з 2,14 В до 2,62 В із збільшенням товщини анода LGDL від 170 мкм до 534 мкм відповідно. Нарешті, результат вказує на те, що продуктивність електролізера значно зменшилася зі збільшенням товщини LGDL.

Продуктивність електролізера з різною пористістю анода LGDL

При однаковій товщині вплив різної пористості LGDL також досліджували з використанням підгрупи B. Оскільки тестовані LGDL є титановими сітками, пористість визначається як геометрична 27 відкрита площа сітки.

Наприклад, для зразка B3 LGDL має відкриту площу 27%, тоді як решту 73% площі становили титан. Результати продуктивності для підгрупи B наведені на малюнку 14. Оскільки пористість зменшується з пористості 0,77 до 0,27 при фіксованій товщині LGDL 204 мкм, необхідна робоча напруга зменшується у всьому діапазоні густини струму, що вказує на кращу продуктивність. При однаковій товщині та однаковому діаметрі титанових волокон у цій підгрупі, зменшення пористості потребує додавання більше волокон, щоб збільшити кількість сіток, що призводить до меншого розміру пор. Розмір пор титанових зразків LGDL B1-3 зменшився з 699 мкм, 391 мкм та 108 мкм відповідно.

Виконання з титановим повстю LGDL

Його (F1) пористість і товщина становлять 0,73 і 500 мкм відповідно, тоді як середній розмір пор становить близько 60 мкм, що набагато менше, ніж у інших титанових LGDL. На малюнку показана його продуктивність, випробувана в електролізері зі швидкістю потоку 40 мл/хв при кімнатній температурі. Подібно до інших титанових LGDL, його робоча напруга збільшується з щільністю струму, і він працює найбільш схоже на зразок A3. Оскільки повсть LGDL має менший розмір пор, він може забезпечити кращий міжфазний контакт із шаром каталізатора. Хоча титановий повсть LGDL набагато товщі, ніж зразок A3, він все ще зберігає нижчий омічний опір і менший опір транспорту через велику пористість.

З «ОПТИМІЗАЦІЯ РІДКОГО/ГАЗОВОЇ ДИФУЗІЙНОЇ ШАРІВ ТИТАНУ В ПРОТОНООБМІННИХ МЕМБРАННИХ ЕЛЕКТРОЛІЗЕРАХ》

Вимоги до роботи газодифузійного шару:

1. Він існує між біполярною пластиною і шаром каталізатора. Під час електрохімічної реакції висока щільність струму становить 2А/см2, який має високу електричну корозійну стійкість і повинен мати корозійну стійкість;
2. Він діє як середовище для дифузії водню/кисню або метанолу/повітря до шару каталізатора і повинен бути пористим і газопроникним матеріалом;
3. Виконуючи роль провідника струму, він повинен бути високопровідним матеріалом;
4. Реакція є екзотермічною. Перегрів призведе до пошкодження протонної обмінної мембрани. Газодифузійний шар повинен бути виготовлений з матеріалу високої теплопровідності, щоб проводити тепло, щоб уникнути пошкодження протонообмінної мембрани;
5. Реакція паливного елемента на вироблення води призведе до погіршення продуктивності, тому газодифузійний шар повинен бути здатним виводити воду, а гідрофобність повинна бути високою;
6. Підвищити ефективність паливних елементів і збільшити термін служби паливних елементів.

Застосування:

Транспортні засоби на водневому паливі, військове застосування, комерційні авіалайнери, багаті воднем машини, медичні, портативні джерела живлення тощо.

Військова промисловість:

Авіація:

Нові енергетичні транспортні засоби: