Mengapakah Sel Bahan Api yang Disejukkan dengan Udara Mempunyai Jangka Hayat yang Lebih Pendek Daripada Sel Bahan Api yang Disejukkan dengan Air?

Dalam teknologi sel bahan api, pilihan sistem penyejukan bukan sahaja mempengaruhi kecekapan pelesapan haba tetapi juga menentukan secara langsung jangka hayat teras timbunan. Di sebalik dua pendekatan penyejukan arus perdana—penyejukan udara dan penyejukan cecair—terletak perbezaan "peringkat genetik" yang memberi kesan kepada ketahanan timbunan.

Dari segi media penyejukan, apakah perbezaan antara sel bahan api yang disejukkan udara dan disejukkan air ?

Sistem penyejukan udara bergantung pada udara sebagai medium penyejukan. Udara mempunyai kapasiti haba tentu yang rendah, bermakna ia mempunyai keupayaan terhad untuk membawa haba. Dalam operasi sebenar, titik panas setempat boleh terbentuk dengan mudah dalam susunan sel bahan api. Taburan suhu yang tidak sekata ini bukan sahaja menjejaskan prestasi tetapi juga mempercepatkan degradasi bahan—kadar degradasi kimia membran pertukaran proton dan lapisan pemangkin meningkat secara eksponen pada suhu tinggi. Sistem penyejukan cecair menggunakan penyejuk dengan kapasiti haba tentu yang lebih tinggi (biasanya campuran air ternyahion dan etilena glikol). Ia seperti membina "lebuh raya haba" yang sangat cekap untuk susunan sel bahan api, yang boleh menyingkirkan haba tindak balas secara seragam dan cepat, memastikan susunan sel bahan api beroperasi dalam tetingkap suhu optimum dan paling seragam, sekali gus memperlahankan proses penuaan bahan secara asasnya.

Dari segi logik kawalan, apakah perbezaan antara sel bahan api yang disejukkan udara dan yang disejukkan cecair?

Sistem penyejukan udara menghadapi pertukaran asas: aliran udara yang sama berfungsi untuk penghantaran gas (oksigen untuk tindak balas kimia) dan penyejukan. Untuk menghilangkan haba, mungkin perlu meningkatkan aliran udara, tetapi ini akan meniup kelembapan yang diperlukan untuk elektrod membran, menyebabkan membran kering; untuk mengekalkan air, pelesapan haba mungkin dikorbankan, yang mengakibatkan terlalu panas. Kerapuhan keseimbangan hidroterma ini memastikan timbunan sel bahan api dalam keadaan "tekanan" untuk masa yang lama. Tetapi sistem penyejukan cecair mencapai penyatuan fungsi yang sempurna: laluan aliran udara dikhaskan untuk bekalan udara, dan laluan penyejuk dikhaskan untuk kawalan suhu. Kedua-duanya dioptimumkan secara bebas melalui sistem kawalan, memastikan timbunan sel bahan api sentiasa beroperasi pada "titik manis" suhu dan kelembapan optimumnya. Persekitaran dalamannya yang stabil dan boleh dikawal ini adalah asas untuk jangka hayatnya yang panjang.

Dari segi tindak balas keadaan operasi, apakah perbezaan antara sel bahan api yang disejukkan udara dan yang disejukkan cecair?

Susunan yang disejukkan udara sering mempamerkan ciri-ciri output kuasa "pecutan kendiri": peningkatan beban → penjanaan haba yang dipertingkatkan → aliran udara yang lebih tinggi diperlukan untuk penyejukan → pengeringan pemasangan elektrod membran → peningkatan rintangan dalaman → lebih banyak haba buangan. Ini menghasilkan gelung maklum balas positif yang tidak stabil. Lebih kritikal lagi, kitaran basah-kering yang kerap dan ekstrem yang terhasil menyebabkan lapisan pemangkin, lapisan resapan gas dan membran terdedah kepada tekanan mekanikal yang besar, yang membawa kepada kerosakan fizikal seperti delaminasi dan keretakan. Sistem penyejukan cecair mencapai pengawalaturan kuasa yang aktif dan lancar melalui pam luaran dan kawalan gelung tertutup. Aliran dan suhu penyejuk bertindak balas dengan tepat dan pantas terhadap perubahan beban, meminimumkan turun naik dalam keadaan dalaman susunan. Pengembangan/pengecutan haba yang berkurangan dan kitaran basah-kering secara semula jadi meningkatkan ketahanan struktur bahan.

Dari segi persekitaran hidup, apakah perbezaan antara sel bahan api yang disejukkan udara dan yang disejukkan cecair?

Penyejukan udara bermaksud katod (elektrod udara) pada susunan sel bahan api terdedah secara langsung kepada persekitaran. Bahan pencemar bawaan udara seperti habuk, garam dan sulfida boleh menembusi dan melekat secara langsung serta meracuni pemangkin platinum yang mahal, menyumbat liang lapisan resapan gas. Pencemaran lapisan pemangkin ini merupakan salah satu punca utama kemerosotan prestasi yang tidak dapat dipulihkan. Sebaliknya, sistem penyejukan cecair biasanya mempunyai pengambilan udara katod yang ditapis dengan teliti, dan keseluruhan susunan sel bahan api ditempatkan dalam selongsong yang agak tertutup, memberikan perlindungan tahap "bilik bersih" untuk lapisan pemangkin dan memperlahankan kemerosotan prestasi yang disebabkan oleh pencemaran dengan ketara.

Pendek kata, sel bahan api yang disejukkan udara menyerupai "pelari pecut" berbakat yang memerlukan persekitaran yang keras: mudah dalam struktur, cepat dimulakan dan berkos rendah. Ia sesuai dengan aplikasi ringan dan berselang-seli dengan tuntutan jangka hayat yang agak rendah, seperti dron dan kenderaan berkelajuan rendah. Walau bagaimanapun, sel bahan api yang disejukkan cecair adalah "juara ketahanan" yang dibina untuk maraton. Melalui sistem yang lebih kompleks dan canggih, ia mengutamakan kestabilan jangka panjang. Tumpuan mereka adalah pada ketahanan, menjadikannya pilihan utama untuk aplikasi arus perdana seperti kenderaan penumpang, trak komersial dan penjanaan kuasa pegun.