瑞士,Fiaxel,Cell-Connex™,低接触电阻和最佳气体扩散,为了提高电池组性能

瑞士,Fiaxel,Cell-Connex™,低接触电阻和最佳气体扩散,为了提高电池组性能 Cell-Connex™

为了提高电池组性能

低接触电阻和最佳气体扩散:

Cell-Connex由Crofer 22H制成。椭圆形犁沟已开槽，便于泥浆填充 Cell-Connex通过双面化学铣削工艺制造，随后激光切割互连形状。这种工艺允许非常精细的微结构，其中d/h的比率约为2，其中d是销的直径，h是通道的高度，这是冲压或机械铣削等其他常用技术所不能实现的。因此，任何想象都可以转化为现实，因此，任何一张白纸上的滑稽草图很快就变成了产品。因此，Cell-Connex也是经济实惠的快速堆叠原型制作的理想选择。由于化学研磨过程中固有的精细微结构，销密度和通道宽度之间的最佳平衡将导致最小的气体压降，以及“几乎理想的”电流收集，尤其是在侧面。

流程:

化学研磨后22小时收割。列宽:1毫米；柱中心距:1.5mm；开槽深度:0.5毫米为了获得微结构，首先用光刻薄聚合物层覆盖钢板，并通过掩模照射，这是所需图案的负像设计。未被照射的部分溶解在溶剂中。然后将钢板放入一台机器中，机器上的喷嘴将腐蚀性液体喷射到钢板上。因此，具有不同图案设计的两侧可以同时开槽。 A3金属板(其上已经印刷了许多互连)被一个接一个地自动填充到机器中。这种应用的典型开槽深度约为500微米，公差为20微米(槽的底部)。表面具有与标称钢板相同的平整度和粗糙度。旁边图片中图案的尺寸为:柱宽:1mm；柱中心距:1.5毫米；柱间通道宽度:0.5毫米；开槽深度:0.5毫米。使用Cell-Connex可以轻松获得这些尺寸一半。

材料:

制造Cell-Connex的标准板材是Crofer 22H。任何不锈钢和铬基合金(来自Plansee的CFY)都可以用于具有合适的化学铣削参数的开槽。

保护涂层和接触电阻:

Cell connex 3 SOFC soec PEM pefc nterconnect stack soft mica sealing glass mica Crofer 22H APU grooved coating Co2MnFeO4 CuMn2O4 spinel chromium protective layer

Cell-Connex的接触电阻测量时间为100小时。40小时后，接触电阻稳定在10 mOhm*cm2以下。在燃料侧，用软辊喷涂或沉积一层5-20微米的富镍薄层(见下图)。在空气侧，MnCo的保护层₂O₄或CuMn₂O₄以减少铬的蒸发并改善电接触。通常使用酒精浆料喷涂5-20微米的层，然后在适中的温度(< 1000℃)下烧结，以确保在互连上的粘附。左图显示了涂有CuMn薄保护层的互连的欧姆电阻₂O₄。40小时后，接触电阻降低并稳定在10 mOhm*cm2以下。该值非常低，仅代表整个电池组电阻的百分之几。因此，它可以被认为是一种“理想的”电流收集装置。

Cell-Connex的密封:

Cell-Connex专为50X50毫米的电池设计。氧化镍浆料(绿色)已沉积为保护层。密封件是一种蛭石云母，足够柔软，易于手工层压，并与互连引脚高度保持水平。Cell-Connex可用于所有类型的密封，例如玻璃。 Fiaxell提出了一种蛭石云母，足够柔软，易于手动层压，并在互连引脚高度调平。简单的手动滚轮可用于此操作，可直接在Cell-Connex上处理。由于这种软云母在加热过程中膨胀(约5-8 %)，因此确保了燃料和空气室之间的密封性。这种密封的优点是可以在操作后拆卸电池堆，而没有破坏电池的风险。因此，它非常适合与我们的短堆栈套件.

Cell-Connex专为50X50毫米的电池设计。氧化镍浆料(绿色)已沉积为保护层。密封件是一种蛭石云母，足够柔软，易于手工层压，并与互连引脚高度保持水平。

Cell-Connex:各种设计和流动传播

针对50 X 50 mm和76 X 60 mm单元尺寸的不同图案设计已在Fiaxell室内实验中开槽。 Cell connex 4 SOFC soec PEM pefc nterconnect stack soft mica sealing glass mica Crofer 22H APU grooved coating Co2MnFeO4 CuMn2O4 spinel chromium protective layer

Cell connex 4 SOFC soec PEM pefc nterconnect stack soft mica sealing glass mica Crofer 22H APU grooved coating Co2MnFeO4 CuMn2O4 spinel chromium protective layer

为了研究气体的传播，人们设计了各种各样的花样并刻上了沟槽。从左到右:a)50×50毫米带导流板的单元的图案设计，b)76×60毫米带沟槽的单元，c)76×60毫米不带沟槽的单元，d)50×50毫米带沟槽的单元为了评估流量传播，Fiaxell开发了一个“流量可视化套件”，如下图所示。互连被挤压在具有硅树脂密封的PMMA透明厚板下面。 Interconnect 2 gas distribution visualisation simulation propagation

Interconnect 2 gas distribution visualisation simulation propagation

流动可视化工具包:由于墨水，气体传播可以观察到空气在入口处注入，并通过一个或几个出口流出互连(见左图)。当PMMA板被挤压在具有透明硅树脂片的互连上时，空气在互连微结构图案中流动。选择不同的流速来模拟高温下的气体条件。用蠕动泵注入黄色墨水，突然被蓝色液体取代。高速摄像机(每秒120帧，通常用于休闲(体育电影)拍摄颜色变化，因此，可以逐步观察流动传播，如下面的屏幕截图和视频所示。这种方法是对计算机模拟气体流动的补充。为了更好地理解SOFC互连中的流量传播，将对模拟和可视化两种技术的结果进行比较。使用获得的结果气体可视化套件 下面介绍了三种不同的图案设计。这些图像是视频的截屏，点击每张图片即可看到。

(a)对于50X50毫米的电池，带有偏转器:

(b)对于76×60毫米的电池槽:

(c)76×60毫米电池无沟槽:

在上面三种不同的图案设计中，气体是如何扩散的: 在50×50mm单元(a)的图案设计中，偏转器迫使流体在互连的“角落”中扩散，而不是直接流向出口，因此，整个表面被气体覆盖。与没有沟槽(c)的图案设计相反，在沟槽(b)的情况下，气体传播同时从整个右边缘开始，在没有沟槽(c)的情况下，流体以类似“矩形”的形状扩散，直到覆盖整个互连表面区域。

用于单电池测试的Cell-Connex:

Crofer 22H Cell-Connex用作单电池测试的终端。由于两个焊接的Inconel 600管，气体被输送和排出。对于直接碳燃料进料，插入氧化铝管。 Cell-Connex通常用于装配电池组(或短电池组),但也可用于单细胞测试，例如开放式法兰测试装置 . 其中一个被认可的应用是分开空气和燃料侧的电化学贡献。一边使用Cell-Connex，另一边则选择理想的电流收集条件。一个典型的例子是在空气侧使用尖晶石涂层的Crofer 22H Cell-Connex，而在燃料侧，全镍扩散器允许理想的电流收集，而阳极没有任何电压降。然后可以分别观察和测量空气侧(互连上生长的氧化层)的电流收集电阻变化。另一个例子是电解实验框架中燃料侧的Crofer 22H的腐蚀。这一次，空气侧的理想电流收集将通过金色M网格.

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