Una parte cruciale delle celle a combustibile è la piastra bipolare, ma spesso viene trascurata. Invece di essere piatte, sono progettate per contenere gas e refrigerante, che sono componenti importanti per il funzionamento di una cella a combustibile. Se la città rappresenta la pila di celle a combustibileLe piastre bipolari funzionano come ingegneri del traffico per mantenere tutto ben organizzato. Analizziamo la struttura delle piastre bipolari nelle piastre delle celle a combustibile.
Il funzionamento delle placche bipolari
In una PEMFC, piastre bipolari occuparsi di diverse mansioni cruciali.
Fornire il combustibile e entrambi i gas ossidanti, ovvero idrogeno e ossigeno.
- Eliminare l'acqua prodotta durante la reazione.
- Permettere il passaggio di una corrente elettrica da una cellula all'altra.
- Controllo della temperatura tramite tubi di raffreddamento integrati.
Le prestazioni, la durata e l'efficienza della cella a combustibile dipendono dal modo in cui cella a combustibile è costruito.
Struttura delle piastre bipolari nelle piastre delle celle a combustibile
Piastre bipolari Di solito sono composte da tre parti principali che svolgono funzioni diverse.
Area di ingresso e uscita
La prima fase è la Zona di Transizione, in cui avvengono gli scambi di elementi.
Area di reazione (zona del campo di flusso)
Richards e Kinn non erano affatto d'accordo sulla meccanica di ingresso, movimento ed uscita del calore. L'area è divisa in un ingresso e un'uscita. Si può vedere come un invito dalla piastra verso di te. È responsabile della direzione dell'idrogeno, dell'ossigeno (aria) e dell'acqua di raffreddamento sia in entrata che in uscita.
Funzioni:
- Determina come i fluidi possono entrare e uscire da un organismo vivente
- Svolge un ruolo nel determinare la differenza di pressione attraverso la piastra
- Garantisce che non ci sia né troppa né troppo poca acqua, evitando così entrambi gli estremi.
- Contribuisce alla modalità di distribuzione della corrente all'interno della cellula.
Se l'angolazione di questa caratteristica non è perfettamente precisa, il sistema potrebbe non funzionare correttamente.
Zona di transizione (Zona di miscelazione)
La zona funge da rotatoria in un incrocio ad alto traffico. Consente ai gas e all'acqua di raggiungere le aree attive in modo efficiente.
Sfide di progettazione:
Si perde molta pressione quando un tubo a J di espansione deve effettuare una curva a U.
Il traffico deve essere condiviso equamente tra diversi canali. Possono essere semplici o complessi come questi: una transizione di flusso a punto si riferisce a un modo per fornire una quantità significativa di informazioni in un singolo pagamento. Avrai bisogno di una transizione di flusso a ventaglio (pannellatura ampia).
Se fatto nel modo giusto, sarai preparato a dare il meglio di te nella tua reazione.
Area di reazione (zona del campo di flusso)
In quest'area si verifica la reazione (campi di flusso).
Qui potrai vivere i momenti più emozionanti. In questa parte della cella a combustibile, l'interazione con l'MEA (Membrane Electrode Assembly) è la più significativa.
Uno sguardo a come gli sviluppatori hanno organizzato i campi di flusso di gioco.
canali rettilinei Sono di base e forniscono una bassa resistenza alle correnti
Canali S: Un po' complesso, più efficace nella miscelazione.
I canali serpentini aiutano a drenare l'acqua e sono più resistenti persino dei canali rettilinei.
Forme dei canali:
È semplice creare una sezione quadrata.
Riduce la caduta di pressione, semplificando il controllo del flusso.
La configurazione utilizzata in questo caso influisce sulla quantità di energia prodotta dal corso d'acqua, sulla gestione dell'acqua e sulla sua durata.
Condivisione di ingressi e uscite
Esistono due tipi di placche bipolari a seconda della posizione delle porte.
Sono tutti dalla stessa parte.
Sulla penisola si trovano insenature su diversi lati.
Entrambe le prese d'aria sono posizionate sullo stesso lato. Tutta l'acqua, l'aria e il nutrimento entrano dallo stesso lato.
Questo framework riduce le complicazioni nello stack e aggiunge la capacità di:
Flusso equicorrente I gas si muovono nella stessa direzione.
I gas vengono spinti in direzioni opposte.
Pro :
- Facile integrazione
- Processi che semplificano il percorso dei canali
Contro:
- Potrebbe impedire la creazione di una distribuzione equa
- Ciò potrebbe comportare temperature ambiente non uniformi.
Disposizione dell'ingresso
Le pale sono disposte su entrambi i lati dell'albero, in una configurazione detta "a ingresso laterale differente".
In questo progetto, il rubinetto e il miscelatore sono posizionati uno di fronte all'altro. Sebbene sia un concetto più complesso da progettare, spesso il risultato finale è migliore.
Gestione termica
Equilibrio dei fluidi
Disposizione tipica:
Il canale dell'idrogeno è collegato al canale dell'acqua tramite canali d'aria.
Ha una consistenza liscia, come un panino quando si raffredda uniformemente al centro.
Geometria del canale di flusso
Il modo in cui vengono progettati i canali ha una funzione ben precisa, non solo un aspetto estetico.
Forme comuni:
La forma è più facile da realizzare rispetto ad altri canali e permette il movimento dei liquidi con minime perturbazioni.
Canali trapezoidali: Ridurre le zone morte e migliorare la fluidità del flusso d'acqua.
Ciò influisce sul movimento dei reagenti, sul drenaggio dell'acqua e sulla distribuzione della corrente nella tubazione.
Come progettare i canali dell'acqua di raffreddamento
Il raffreddamento è legato al calore, ma tocca anche altre questioni, tra cui:
- Idratazione della membrana
- conduttività protonica
- Le forze di spinta e di trazione possono danneggiare le piastre.
I progettisti solitamente inseriscono canali di raffreddamento tra i canali del gas per garantire una temperatura uniforme e costante all'interno del reattore.
Problemi che emergono nella zona di transizione
Si tratta di un'area soggetta a molti saliscendi. Affrontare una curva stretta provoca una maggiore fuoriuscita di pressione dalla tubazione. Tuttavia, questo problema può essere risolto dagli ingegneri con:
Angoli arrotondati
canali di gradiente
Quasi tutti i miglioramenti sono volti a ottimizzare le prestazioni riducendo le perdite.
Design innovativi
Le piastre moderne sono progettate in modo tale da poter eliminare completamente la zona di transizione. Si basano invece su:
- Canali che conducono dall'ingresso all'uscita
- All'interno di ciascun campo sono presenti dei separatori di flusso.
- In questo modo si semplifica la progettazione e si possono inoltre aumentare sia l'affidabilità che la velocità di produzione.
Cose da considerare in fase di progettazione
- I progettisti devono concentrarsi su diversi obiettivi importanti.
- Assicurati che tutte le parti del serbatoio ricevano quantità uguali di gas e liquido.
- Impedire che la pressione diminuisca sulla piastra.
- Assicurarsi che l'MEA sia sempre idratato per mantenere una conduttività adeguata.
- Contribuisci alla rapida asciugatura dell'area
Così, piastre bipolari Devono essere in grado di gestire molteplici compiti e di svolgerli con competenza.
Conclusione
Nel mondo delle celle a combustibile, le piastre bipolari non ricevono il riconoscimento che meritano. Il modo in cui gli ingressi, le uscite, i campi di flusso e le transizioni sono assemblati in un cella a combustibile Determina gran parte del suo funzionamento. Che si desideri maggiore potenza, flussi d'acqua ottimizzati o un controllo preciso del calore, il primo passo è sempre una progettazione intelligente delle piastre. La prossima volta che sentirai parlare di celle a combustibile, ricorda di considerare le piastre coinvolte nel loro sviluppo.
