ENERGJIA ELEKTROKEMIKE. 2009. V. 9, nr 3. S.161-165
UDC 66.02; 536,7;
METODAT E TRAJTIMIT SIPËRFAQËSOR TË PLAKAVE BIPOLARE TË TITANIT TË QELIZAVE TË KARBURANTIT HIDROGJEN-AJËR
M. S. Vlaskin, E. I. Shkolnikov, E. A. Kiseleva, A. A. Chinenov* dhe V. P. Kharitonov*
Instituti i Problemeve të Energjisë së Re JIHT RAS, Moskë, Rusi *CJSC "Rimos", Moskë, Rusi E-mail: [email i mbrojtur]
Marrë më 11 qershor 2009
Artikulli i kushtohet studimit të ndikimit të trajtimeve sipërfaqësore të pllakave bipolare (BP) në karakteristikat specifike elektrike të qelizave të karburantit (FCs). Studimet u kryen në pllaka me bazë titani. Dy metoda të përpunimit të BP janë konsideruar: prarimi elektrokimik dhe implantimi i joneve të karbonit. Janë paraqitur përshkrime të shkurtra të teknologjive të mësipërme, si dhe metodologjia dhe rezultatet e eksperimenteve. Është treguar se si plasimi me ar ashtu edhe dopingu me karbon i sipërfaqes së BP-ve të titanit përmirësojnë karakteristikat elektrike të FC-ve. Rënia relative e rezistencave omike të FC krahasuar me pllakat e titanit të pa veshur ishte 1.8 për prarimin elektrokimik dhe 1.4 për implantimin e joneve.
Fjalë kyçe Fjalët kyçe: qelizat e karburantit hidrogjen-ajër, pllaka bipolare me bazë titani, implantimi i karbonit, spektroskopia e impedancës.
Puna i kushtohet hulumtimit të ndikimit të përpunimit sipërfaqësor të pllakave bipolare (BP) në karakteristikat elektrike specifike të karburantit ce)(s (FC). Hulumtimet janë kryer në pllaka në bazë të titanit. Dy metoda të përpunimit të PB janë konsiderohen: prarimi elektrokimik dhe implantimi jonik i karbonit Në punë janë paraqitur përshkrime të shkurtra të teknologjive që rezultojnë, si dhe teknika dhe rezultatet e eksperimenteve.Në punë është treguar se si prarim dhe implantim jonik i karbonit titanik BP karakteristikat elektrike FC përmirësohen. Reduktimi relativ i rezistencës omike FC në krahasim me pllakat titanike "të pastra" ka qenë 1.8 për prarimin elektrokimik dhe 1.4 për implantimin jonik.
Fjalët kyçe: qelizat e karburantit hidrogjen-ajër, pllaka bipolare me bazë titani, implantim karboni, spektroskopi me impedancë.
PREZANTIMI
Aktualisht, dy lloje kryesore të materialeve për BP përdoren në botë: BP nga përbërjet e polimerit të karbonit ose grafitit dhe BP metalike.
Kërkimet në fushën e BP të grafitit kanë çuar në një përmirësim të ndjeshëm në vetitë e tyre fizike dhe kimike dhe karakteristikat specifike. PSU-të me bazë grafiti janë më rezistente ndaj korrozionit se ato metalike, por disavantazhi i tyre kryesor është ende forca e dobët mekanike, e cila pengon përdorimin e tyre në qelizat e karburantit për transport dhe termocentrale portative portative.
Në këtë drejtim, metalet kanë disa përparësi të padyshimta ndaj materialeve të karbonit. Ato karakterizohen nga përçueshmëri më e lartë termike dhe elektrike, mungesa e poreve, papërshkueshmëria e gazit dhe forca e lartë mekanike. PSU-të metalike janë gjithashtu më ekonomike se PSU-të grafiti. Sidoqoftë, të gjitha avantazhet e mësipërme të metaleve amortizohen kryesisht nga disavantazhe të tilla si rezistenca e ulët ndaj korrozionit dhe rezistenca e lartë e kontaktit me shtresat e difuzionit të gazit të karbonit (GDL).
Metali më premtues si material për prodhimin e furnizimeve me energji elektrike është titani. Punimi paraqet disa avantazhe të PSU-ve të titanit. Titani ka veti të mira mekanike dhe kontaminimi me jonet e titanit nuk është i rrezikshëm për katalizatorin e njësisë së elektrodës së membranës (MEA). Rezistenca ndaj korrozionit të titanit është gjithashtu një nga më të lartat midis metaleve, megjithatë, në mjedisin agresiv të qelizave të karburantit, titani duhet ende të mbrohet nga korrozioni. Një faktor shtesë në kërkimin e veshjeve për titan është rezistenca e lartë e kontaktit me HDS-të e karbonit.
Laboratori ynë (JIHT RAS Laboratory of Aluminum Hydrogen Energy) është i angazhuar në zhvillimin e burimeve portative të energjisë bazuar në qelizat e karburantit hidrogjen-ajër (HHFC). Titani u zgjodh si material BP, duke përfshirë sa më sipër. Punimet e kryera nga ne më herët konfirmuan nevojën për të kërkuar veshje dhe/ose metoda për përpunimin shtesë të saj.
Një mënyrë e njohur për të mbrojtur sipërfaqen e titanit është mbulimi i saj me ar. Kjo shtresë rrit rezistencën ndaj korrozionit dhe zvogëlon rezistencën omike të qelizës së karburantit, gjë që çon në një përmirësim të karakteristikave të saj elektrike. Megjithatë, kjo teknologji është
© 2009
M. S. VLASKIN, E. I. SHKOLNIKOV, E. A. KISELEVA, A. A. CHINENOV, V. P. KHARITONOV
i kushtueshëm, kryesisht për shkak të përdorimit të metaleve të çmuara.
Në këtë punim, përveç prarimit elektrokimik, është shqyrtuar një metodë për prodhimin e një PB nga titani me përpunimin e mëvonshëm të tij me implantim jonesh. Lidhja e sipërfaqes së BP me karbon krijon mbrojtje shtesë nga korrozioni dhe zvogëlon rezistencën e kontaktit me karbonin GDS. Kjo teknologji premton të ulë koston e prodhimit të PSU-ve, duke ruajtur karakteristikat e larta elektrike.
Punimi paraqet rezultatet e eksperimenteve që krahasojnë karakteristikat elektrike të një njësie furnizimi me energji elektrike të bërë nga titani "i pastër" (d.m.th., pa veshje), titan i veshur elektrokimikisht me ar dhe titan i lidhur me karbon me metodën e implantimit të joneve.
1. TEKNIKA EKSPERIMENTALE
Kurba e rrymës-tensionit dhe impedanca FC u zgjodhën si karakteristika elektrike, me ndihmën e të cilave u krahasuan metodat e mësipërme të prodhimit të një PSU nga titani me njëra-tjetrën. Eksperimentet u kryen në një impedancemetër të specializuar Z-500PX (me funksionet e një potentiostati) të prodhuar nga Elins LLC. FC ishte e ngarkuar me një ngarkesë elektronike të integruar në impedancën në modalitetin potenciostatik në tensione 800, 700, 600 dhe 500 mV. Në çdo tension, FC u mbajt për 2000 s për të arritur një gjendje të qëndrueshme, pas së cilës pasoi matja e rezistencës. Në çdo rast, pas ekspozimit dhe
kur qeliza e karburantit arriti në gjendje të palëvizshme, u morën 5 hodografë. Gjatë matjes së rezistencës, amplituda e sinjalit shqetësues të tensionit sinusoidal ishte 10 mV, diapazoni i frekuencës ishte 105-1 Hz. Lakoret e rrymës-tensionit u vizatuan nga vlerat stacionare.
Të gjitha eksperimentet u kryen në modele HVFE të prodhuara posaçërisht (Fig. 1). Elementi i provës është një MEA e vetme, e vendosur midis dy pllakave që mbledhin rrymë, të cilat janë analoge të pllakave fundore në bateritë FC. Madhësia e përgjithshme e pllakave të kolektorit aktual është 28x22 mm, trashësia është 3 mm secila. Për lehtësinë e grumbullimit aktual, pllakat kanë "bishta" të veçanta 4x4 mm. Madhësia e sipërfaqes aktive 12x18 mm (2,16 cm2). Hidrogjeni furnizohet në MEA përmes pllakës së kolektorit të rrymës së anodës dhe përhapet sipas fushës së caktuar të rrjedhës në sipërfaqen aktive të kësaj pllake. Ajri ushqen VVTE për shkak të konvekcionit natyror. Pllaka e kolektorit të katodës ka 4 kanale me diametër 2 mm me çarje në zonën e sipërfaqes aktive. Gjatësia e kanalit përmes të cilit shpërndahet ajri është 22 mm. MEA me tre elementë janë bërë nga Mayop 212, me një konsum të katalizatorit platini prej 0,2 mg/cm2 në anodë dhe 0,5 mg/cm2 në katodë.
Testi VVTE u mblodh nga të njëjtët komponentë, me përjashtim të pllakave të kolektorit aktual. Tre palë pllaka grumbulluese të rrymës u bënë nga titani VT1-0. Çifti i parë ishte titan "i pastër" i bluar
Oriz. 1. Provoni qelizën e karburantit në gjendje të palosshme. Detaje nga e majta në të djathtë: pllaka e kolektorit të rrymës së anodës, vula, anoda GDS, MEA, HDS katodë, pllakëza, pllaka e kolektorit të rrymës katodë; fund - vida dhe dado fiksuese
pllaka, pra pa veshje dhe asnjë përpunim shtesë. E dyta ishte e veshur me ar me trashësi 3 μm përmes një nënshtrese nikeli 2 μm të trashë me metodën standarde elektrokimike. Çifti i tretë u dopua me karbon me anë të implantimit të joneve.
Procesi teknologjik i implantimit të joneve është i njohur për rreth 50 vjet. Ai bazohet në futjen e joneve të përshpejtuara të një substance në materialin e synuar për të ndryshuar vetitë fizike dhe kimike të sipërfaqes së saj. Implantimi i joneve të BP të titanit dhe pllakave fundore u krye në stendën e specializuar të SHA "RIMOS". Stenda është një injektor i aftë për të krijuar rreze jonike të përshpejtuara të substancave të ndryshme në kushte të vakumit të lartë pa vaj. Pllakat e titanit të implantuara në këtë stendë kanë rezistencë të lartë korrozioni dhe vazhdimësi aliazhi. Pllakat e titanit iu nënshtruan trajtimit me rreze jonike me një energji joni prej 20 keV, një dozë implantimi prej 1018 cm-2 dhe një temperaturë të produktit të përpunuar prej 300 °C ± 10 °C.
Doza e implantimit të karbonit u mat përgjatë thellësisë së profilit të shpërndarjes së një pllake titani të lëmuar me metodën e spektrometrisë së masës së joneve sekondare në pajisjen CAMECA 1M84B (Francë). Kurba e shpërndarjes së përqendrimit të karbonit në titan është paraqitur në fig. 2. Sipas figurës, thellësia e shtresës sipërfaqësore të karbonit është 200^220 nm, e cila është e mjaftueshme për të marrë veti thelbësisht të reja fizike dhe kimike të sipërfaqes së BP.
1016 _I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Thellësia, mikron
Oriz. 2. Kurba e shpërndarjes së përqendrimit të karbonit në titan
2. REZULTATET DHE DISKUTIMI
Në fig. Figura 3 tregon kthesat volt-amper dhe kthesat përkatëse të densitetit të fuqisë për qelizat e karburantit me pllaka të ndryshme grumbulluese të rrymës. Vlerat absolute të rrymës dhe fuqisë lidhen me sipërfaqen aktive MEA, e cila është 2.16 cm2. Nga figura rezulton qartë se si aliazhi me karbon ashtu edhe prarimi elektrokimik çon në një përmirësim të karakteristikave specifike të qelizave të karburantit. Duhet të theksohet se karakteristikat volt-amper shfaqin njëkohësisht aktivizimin, humbjet omike dhe difuzioni në një qelizë karburanti. Humbjet e aktivizimit shoqërohen me kapërcimin e pengesës së energjisë së reaksioneve të elektrodës, humbjet omike janë shuma e rezistencave elektrike të secilës prej shtresave FC përçuese elektrike dhe rezistencave të kontaktit ndërmjet tyre, dhe humbjet e difuzionit shoqërohen me mungesën e furnizimit të reagentëve në Rajoni i reagimit MEA. Përkundër faktit se në zona të ndryshme të densitetit të rrymës, si rregull, mbizotëron një nga tre llojet e humbjeve të listuara më sipër, kthesat volt-amper dhe kthesat e densitetit të fuqisë nuk janë të mjaftueshme për të. kuantifikimi një ose një metodë tjetër e përpunimit të BP (pllaka fundore). Në rastin tonë, humbjet omike të FC-ve janë me interes. Humbjet e aktivizimit dhe difuzionit janë të njëjta për të gjitha qelizat e karburantit në përafrimin e parë: humbjet e aktivizimit për shkak të përdorimit të të njëjtit MEA me të njëjtin konsum katalizator, humbjet e difuzionit për shkak të të njëjtit dizajn të pllakave kolektore të rrymës testuese.
Hodografët e impedancës së marrë gjatë eksperimenteve u përdorën për të identifikuar humbjet omike. Rezultatet e kësaj pjese të eksperimenteve janë paraqitur në Fig. 4. Si shembull, figurat tregojnë një nga pesë hodografët e marrë në secilin rast pasi FC arrin gjendjen e palëvizshme.
Spektroskopia e impedancës bën të mundur përcaktimin sasior të humbjeve elektrike të FC-ve. Gazetat japin një përshkrim këtë metodë në lidhje me VVTE. Në përputhje me rregullat për interpretimin e hodografëve, rezistenca omike është pjesa reale e impedancës në frekuenca të larta (/ = 105-104 Hz). Vlera zgjidhet në pikën e kryqëzimit të hodografit me boshtin e abshisës (1m R = 0) në rajonin e frekuencës së lartë. Gjithashtu me ndihmën e hodografëve konstatohet kapaciteti i shtresës së dyfishtë në sipërfaqen e elektrodës/elektrolitit. Diametri i gjysmërrethit të hodografit karakterizon rezistencën totale ndaj kalimit të ngarkesës përmes kësaj shtrese. Në fig. Në gamë janë paraqitur 4 hodografë me impedancë
M. S. VLASKIN, E. I. SHKOLNIKOV, E. A. KISELEVA, A. A. CHINENOV, V. P. KHARITONOV
Oriz. 3. Lakoret volt-amper (a) dhe kurbat përkatëse të densitetit të fuqisë (b): - - - titan i pa veshur,
W- - titan + C, -■- - titan + N1 + Au
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1t, Nga 3,8 3,4 3,0 2,6 2,2 1,8 1,4 1,0 0,6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Oriz. Fig. 4. Impedanca TE në polarizim konstant, mV: a - 800, b - 700 c - 600, d - 500: - titan i pa veshur;
Titan + N1 + Au; o - titan + C
frekuencat prej 105-1 Hz, pasi vlen të përmenden humbjet mjaft të larta të difuzionit të qelizave të karburantit (mbi 2 Ohm-cm2). Megjithatë, kjo nuk është pasojë e trajtimit sipërfaqësor të pllakave të titanit, por shoqërohet me projektimin e pllakës së kolektorit të rrymës katodë dhe kushtet e konvekcionit natyror kur ajri furnizohet me MEA.
Tabela tregon vlerat absolute të rezistencave omike në varësi të polarizimit të qelizës së karburantit dhe metodës së përpunimit të pllakave të saj të grumbullimit të rrymës, si dhe gabimet e tyre sistematike. Rezultatet tregojnë se mbështjellja me ar redukton rezistencën totale omike me një faktor prej rreth 1.8 në krahasim me titanin e pa veshur për shkak të një rënie në humbjet e kontaktit. Dopingu me jonet e karbonit jep një fitim përkatësisht ~ 1.4 herë. Vlera e intervalit të besimit tregon saktësinë e lartë të matjeve të vlerave të rezistencës omike.
Rezistenca omike e një qelize karburanti (Ohm) me pllaka grumbulluese të rrymës të bëra nga titan i pa veshur, titan i veshur elektrokimikisht me N1, Au dhe titan i dopuar me jone C+, në varësi të polarizimit të qelizës së karburantit
Shembull i tensionit TE, mV
Titan i pa veshur 0,186 0,172 0,172 0,169
Titanium+Ni, Au 0,1 0,098 0,097 0,093
Titan+C 0,131 0,13 0,125 0,122
Kështu, është vërtetuar se si mbështjellja me arin ashtu edhe aliazhi i karbonit i titanium BP zvogëlojnë rezistencën e tyre të kontaktit me HDD-të e karbonit. Veshja e vaferave me ar rezulton të jetë pak më e favorshme për sa i përket karakteristikave elektrike sesa përpunimi i tyre me implantim jonesh.
Të gjitha sa më sipër sugjerojnë që njëra dhe tjetra nga teknologjitë e konsideruara mund të përdoren për të përpunuar PB të titanit.
BIBLIOGRAFI
1. Middelman E., Kout W, Vogelaar B., Lenssen J., Waal E. de, //J. Burimet e energjisë. 2003 Vol. 118. Fq. 44-46.
2. Dobrovolsky Yu.A., Ukshe A.E., Levchenko A.V., Arkhangelsky I.V., Ionov S.G., Avdeev V.V., Aldoshin S.M. // Ditar. Ros. kimi. për ata. D. I. Mendeleev. 2006. Vëllimi 1, nr. 6. S.83-94.
3. S.-Wang H, Peng J., Lui W.-B., Zhang J.-S. // J. Burimet e energjisë. 2006. Vëll.162. Fq.486-491.
4. Davies D.P., Adcock P.L., Turpin M., Rowen S.J., J. Appl. Elektrokimik. 2000. Vëll.30. Fq.101-105.
5. E. I. Shkolnikov, M. S. Vlaskin, A. S. Ilyukhin dhe A. B. Tarasenko, Elektrokhim. energji. 2007. V.7, nr 4 S. 175-182.
6. Shkolnikov E.I., Vlaskin M.S., Iljukhin A.S., Zhuk A.Z., Sheindlin A.E. // J. Burimet e energjisë. 2008. Vëll.185. P.967-972.
7. Fabian T., Posner J. D., O "Hayre R., Cha S.-W., Eaton J. K., Prinz F. B., Santiago J. G. // J. Power Sources. 2006. Vol. 161. F. 168-182.
8. Implantimi i joneve në gjysmëpërçues dhe materiale të tjera: Sat. Art. M.: Mir, 1980.
9. Pleshivtsev N.V., Bazhin A.I. Fizika e ndikimit të rrezeve jonike në materiale. M.: Vuzovskaya kniga, 1998.
10. Implantimi i joneve. Moskë: Metalurgji, 1985.
11. Pat. 2096856 RF, IPC: H01J027 / 24, H01J003 / 04 / Mashkovtsev BN Metoda për prodhimin e një rreze jonike dhe një pajisje për zbatimin e saj.
12. Pat. 2277934 RF, IPC: A61L2/00, A61L2/14 / Kharitonov V.P., Chinenov A.A., Simakov A.I., Samkov A.V. Pajisja për përpunimin me rreze jonike të produkteve të pajisjeve mjekësore.
13. Pat. 2109495 RF, IPC: A61F002/24 / Iosif N.A., Kevorkova R.A.,. Samkov A.V., Simakov A.I., Kharitonov V.P., Chinenov A.A. Valvula e zemrës artificiale dhe metoda për prodhimin e saj.
14. Cooper K.R., Ramani V., Fenton J.M., Kunz H.R. Metodat eksperimentale dhe analizat e të dhënave për qelizat e karburantit të elektrolitit polimer, Scribner Associates, Inc., Illinois, 2005. 122 f.
15. Laboratori Kombëtar i Teknologjisë së Energjisë. Fuel Cell Hand Book, botimi i gjashtë, G&G Services Parsons, Inc. Morgantown, Virxhinia Perëndimore, 2002. 352 f.
Elektrodat SOFC të prodhuara në Institutin e Fizikës së Gjendjes së Ngurtë RAS: jeshile - anodë dhe e zezë - katodë. Qelizat e karburantit janë të vendosura në pllaka bipolare për bateritë SOFC
Një miku im ka vizituar së fundmi Antarktidën. Një udhëtim argëtues! ajo tha biznes udhëtimiështë po aq e zhvilluar për të sjellë udhëtarin në vend dhe për ta lënë të shijojë madhështinë e ashpër të rajonit polar, pa ngrirë deri në vdekje. Dhe kjo nuk është aq e lehtë sa mund të duket - edhe duke marrë parasysh teknologjive moderne: energjia elektrike dhe nxehtësia në Antarktidë ia vlejnë peshën e tyre në ar. Gjykoni vetë, gjeneratorët e zakonshëm me naftë ndotin borën e virgjër dhe kërkojnë dorëzim një numër i madh karburantet dhe burimet e rinovueshme të energjisë nuk janë ende shumë efikase. Për shembull, në stacionin e muzeut të popullarizuar nga turistët e Antarktidës, e gjithë energjia gjenerohet nga fuqia e erës dhe diellit, por është e freskët brenda muzeut dhe katër kujdestarë bëjnë dush vetëm në anijet që sjellin mysafirë tek ata.
Problemet me furnizimin me energji të vazhdueshme dhe të pandërprerë janë të njohura jo vetëm për eksploruesit polarë, por edhe për çdo prodhues dhe njerëz që jetojnë në zona të largëta.
Ato mund të zgjidhen me mënyra të reja të ruajtjes dhe gjenerimit të energjisë, ndër të cilat burimet aktuale kimike duken si më premtueset. Në këta minireaktorë, energjia e transformimeve kimike drejtpërdrejt, pa u shndërruar në nxehtësi, shndërrohet në energji elektrike. Kështu, humbjet dhe, në përputhje me rrethanat, konsumi i karburantit zvogëlohen ndjeshëm.
Reaksione të ndryshme mund të ndodhin në burimet kimike të energjisë, dhe secila ka avantazhet dhe disavantazhet e veta: disa shpejt "dështojnë", të tjerët mund të funksionojnë vetëm në kushte të caktuara, për shembull, temperatura ultra të larta ose në një karburant të përcaktuar rreptësisht, si p.sh. hidrogjeni. Një grup shkencëtarësh nga Instituti i Fizikës trup i fortë RAS (ISSP RAS) nën drejtimin e Sergei Bredikhin bëri një bast në të ashtuquajturën qelizë të karburantit të oksidit të ngurtë (SOFC). Shkencëtarët janë të bindur se me qasjen e duhur, do të jetë në gjendje të zëvendësojë gjeneratorët joefikas në Arktik. Projekti i tyre u mbështet në kuadër të Programit Federal të Targetit "Kërkim dhe Zhvillim për 2014-2020".
Sergey Bredikhin, kreu i projektit FTP "Zhvillimi i një teknologjie laboratorike të shkallëzuar për prodhimin e SOFC-ve planare dhe koncepti i krijimit në bazë të tyre termocentrale për qëllime dhe struktura të ndryshme, përfshirë ato hibride, me prodhimin dhe testimin e një mostër eksperimentale në shkallë të një termocentrali me kapacitet 500 - 2000 W"
Pa zhurmë dhe pluhur, por me kthim të plotë
Sot, lufta në industrinë e energjisë është për një prodhim të dobishëm energjie: shkencëtarët po luftojnë për çdo përqindje të efikasitetit. Gjeneratorët që funksionojnë në parimin e djegies së brendshme në karburantet hidrokarbure - naftë, qymyr, gaz natyror (lloji i fundit i karburantit është më miqësor me mjedisin) përdoren gjerësisht. Humbjet gjatë përdorimit të tyre janë të konsiderueshme: edhe me optimizimin maksimal, efikasiteti i instalimeve të tilla nuk kalon 45%. Në të njëjtën kohë, gjatë funksionimit të tyre, formohen oksidet e azotit (NOx), të cilat, kur ndërveprojnë me ujin në atmosferë, shndërrohen në acide mjaft agresive.
Bateria SOFC nën ngarkesë mekanike
Qelizat e karburantit me oksid të ngurtë (SOFC) nuk i kanë këto "efekte anësore". Instalime të tilla kanë një efikasitet prej më shumë se 50% (dhe kjo është vetëm për sa i përket prodhimit të energjisë elektrike, dhe duke marrë parasysh prodhimin termik, efikasiteti mund të arrijë 85-90%), dhe ato nuk lëshojnë komponime të rrezikshme në atmosferë.
“Kjo është një teknologji shumë e rëndësishme për Arktikun apo Siberinë, ku mjedisi dhe problemet me shpërndarjen e karburantit janë veçanërisht të rëndësishme. Sepse SOFC-të konsumojnë disa herë më pak karburant, shpjegoi Sergey Bredikhin. “Ata duhet të punojnë pa pushim, kështu që janë të përshtatshëm për të punuar në një stacion polar ose në një fushë ajrore veriore.”
Me një konsum relativisht të ulët të karburantit, një instalim i tillë gjithashtu funksionon pa mirëmbajtje deri në 3-4 vjet. “Gjeneratori me naftë, i cili tani është më i përdoruri, kërkon ndryshim të vajit çdo mijë orë. Dhe SOFC punon 10-20 mijë orë pa mirëmbajtje”, theksoi Dmitry Agarkov, studiues i ri në ISSP.
Nga ideja në bateri
Parimi i funksionimit të SOFC është mjaft i thjeshtë. Ato janë një "bateri" në të cilën janë mbledhur disa shtresa të qelizave të karburantit me oksid të ngurtë. Çdo element ka një anodë dhe një katodë, karburanti furnizohet me të nga ana e anodës dhe ajri i furnizohet nga ana e katodës. Vlen të përmendet se më i përshtatshmi për SOFC tipe te ndryshme karburantet nga hidrogjeni i pastër në oksid karboni dhe komponime të ndryshme hidrokarbure. Si rezultat i reaksioneve që ndodhin në anodë dhe katodë, oksigjeni dhe karburanti konsumohen dhe krijohet një rrymë jonike midis elektrodave. Kur një bateri ndërtohet në një qark elektrik, rryma fillon të rrjedhë në atë qark.
Simulimi kompjuterik i shpërndarjes së rrymave dhe fushave të temperaturës në një bateri me SOFC me përmasa 100×100 mm.
Një tipar i pakëndshëm i funksionimit të SOFC është nevoja për temperatura të larta. Për shembull, një mostër e mbledhur në Institutin e Fizikës së Gjendjes së Ngurtë, Akademia Ruse e Shkencave, funksionon në 850°C. Për tu ngrohur për temperatura e funksionimit, gjeneratorit i duhen rreth 10 orë, por më pas do të punojë për disa vite.
Qelizat e oksidit të ngurtë që po zhvillohen në Institutin e Fizikës së Gjendjes së Ngurtë RAS do të prodhojnë deri në dy kilovat energji elektrike, në varësi të madhësisë së pllakës së karburantit dhe numrit të këtyre pllakave në bateri. Modelet e vogla të baterive 50 vat tashmë janë montuar dhe testuar.
Vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet vetë pllakave. Një pjatë përbëhet nga shtatë shtresa, secila prej të cilave ka funksionin e vet. Dy shtresa në katodë dhe anodë katalizojnë reaksionin dhe lejojnë elektronet të kalojnë, shtresa qeramike midis tyre izolon media të ndryshme (ajrin dhe karburantin), por lejon që jonet e ngarkuara të oksigjenit të kalojnë. Në të njëjtën kohë, vetë membrana duhet të jetë mjaft e fortë (qeramika e kësaj trashësie dëmtohet shumë lehtë), kështu që ajo vetë përbëhet nga tre shtresa: ajo qendrore jep të nevojshmen. vetitë fizike- përçueshmëri e lartë jonike, - dhe shtresat shtesë të depozituara në të dyja anët japin forcë mekanike. Sidoqoftë, një qelizë e karburantit është shumë e hollë - jo më shumë se 200 mikronë e trashë.
Shtresat SOFC
Por një qelizë e karburantit nuk është e mjaftueshme - i gjithë sistemi duhet të vendoset në një enë rezistente ndaj nxehtësisë që do t'i rezistojë funksionimit për disa vjet në një temperaturë prej 850 ° C. Nga rruga, si pjesë e projektit, për të mbrojtur elementët strukturorë metalikë, shkencëtarët nga Instituti i Fizikës së Gjendjes së Ngurtë të Akademisë së Shkencave Ruse përdorin veshje të zhvilluara gjatë një projekti tjetër.
"Kur filluam këtë projekt, ne u përballëm me faktin se nuk kemi asgjë në vendin tonë: asnjë lëndë të parë, pa ngjitës, pa ngjitës," tha Bredikhin. “Duhej të bënim gjithçka. Bëmë simulime, u praktikuam në qeliza të vogla karburanti në formën e pilulave. Ne kuptuam se çfarë duhet të jenë për sa i përket përbërjes dhe konfigurimit, dhe si duhet të vendosen."
Përveç kësaj, duhet të merret parasysh që qeliza e karburantit funksionon në një mjedis me temperaturë të lartë. Kjo do të thotë që është e nevojshme të sigurohet ngushtësi, të kontrollohet që në temperaturën e synuar materialet të mos reagojnë me njëri-tjetrin. Një detyrë e rëndësishme ishte "sinkronizimi" i zgjerimit të të gjithë elementëve, sepse çdo material ka koeficientin e tij linear të zgjerimit termik, dhe nëse diçka nuk është e koordinuar, kontaktet mund të largohen, ngjitësit dhe ngjitësit mund të prishen. Studiuesit morën një patentë për prodhimin e këtij elementi.
Në rrugën e zbatimit
Kjo është ndoshta arsyeja pse grupi Bredikhin në Institutin e Fizikës së Gjendjes së Ngurtë ka ndërtuar një sistem të tërë të përgatitjes hap pas hapi të materialeve së pari, pastaj pllakave dhe, së fundi, qelizave të karburantit dhe gjeneratorëve. Përveç këtij krahu të aplikuar, ekziston edhe një drejtim që merret me shkencën themelore.
Brenda mureve të Institutit të Fizikës së Gjendjes së Ngurtë, kryhet kontroll rigoroz i cilësisë së çdo grupi të qelizave të karburantit.
Partneri kryesor në këtë projekt është Qendra Kërkimore Shtetërore Krylov, e cila vepron si zhvilluesi kryesor i termocentralit, duke përfshirë zhvillimin e dokumentacionit të nevojshëm të projektimit dhe prodhimin e pajisjeve në fabrikën e tij pilot. Një pjesë e punës kryhet nga organizata të tjera. Për shembull, një membranë qeramike që ndan katodën dhe anodën prodhohet nga kompania Novosibirsk NEVZ-Ceramics.
Nga rruga, pjesëmarrja e qendrës së ndërtimit të anijeve në projekt nuk është e rastësishme. Nëndetëset dhe dronët nënujorë mund të bëhen një fushë tjetër premtuese e aplikimit të SOFC. Për ta, gjithashtu, është jashtëzakonisht e rëndësishme se sa kohë mund të jenë plotësisht jashtë linje.
Partneri industrial i projektit, Fondacioni Energjia pa Kufij, me siguri do të organizojë prodhimin e grupeve të vogla të gjeneratorëve me dy kilovat bazuar në Krylovsky. qendër shkencore, por shkencëtarët shpresojnë për një zgjerim të konsiderueshëm të prodhimit. Sipas zhvilluesve, energjia e marrë në gjeneratorin SOFC është konkurruese edhe për përdorim shtëpiak në qoshet e largëta të Rusisë. Kostoja e një kWh për ta pritet të jetë rreth 25 rubla, dhe me koston aktuale të energjisë në Yakutia deri në 100 rubla për kWh, një gjenerator i tillë duket shumë tërheqës. Tregu tashmë është përgatitur, Sergei Bredikhin është i sigurt, gjëja kryesore është të kesh kohë për të provuar veten.
Ndërkohë, kompanitë e huaja tashmë po prezantojnë gjeneratorët e bazuar në SOFC. Lider në këtë drejtim është American Bloom Energy, i cili prodhon instalime 100 kilovatësh për qendrat e fuqishme kompjuterike të kompanive si Google, Bank of America dhe Walmart.
Përfitimi praktik është i qartë - qendrat e mëdha të të dhënave të fuqizuara nga gjeneratorë të tillë duhet të jenë të pavarura nga ndërprerjet e energjisë. Por përveç kësaj, firmat e mëdha kërkojnë të ruajnë imazhin e kompanive progresive që kujdesen për të mjedisi.
Vetëm këtu në Shtetet e Bashkuara, pagesa të mëdha qeveritare janë të detyruara për zhvillimin e teknologjive të tilla "të gjelbra" - deri në 3000 dollarë për çdo kilovat energji të gjeneruar, që është qindra herë më shumë se financimi për projektet ruse.
Në Rusi, ekziston një zonë tjetër ku përdorimi i gjeneratorëve SOFC duket shumë premtues - kjo është mbrojtja katodike e tubacioneve. Para së gjithash, ne po flasim për tubacionet e gazit dhe naftës që shtrihen për qindra kilometra në të gjithë peizazhin e shkretë të Siberisë. Është vërtetuar se kur voltazhi aplikohet në një tub metalik, ai është më pak i ndjeshëm ndaj korrozionit. Tani stacionet e mbrojtjes katodike funksionojnë në termogjeneratorë, të cilët duhet të monitorohen vazhdimisht dhe efikasiteti i të cilëve është vetëm 2%. Avantazhi i tyre i vetëm është kostoja e tyre e ulët, por nëse shikoni afatgjatë, merrni parasysh koston e karburantit (dhe ato ushqehen nga përmbajtja e tubit), dhe kjo "meritë" e tyre duket jo bindëse. Me ndihmën e stacioneve të bazuara në gjeneratorët SOFC, është e mundur të organizohet jo vetëm një furnizim i pandërprerë i tensionit në tubacion, por edhe transmetimi i energjisë elektrike për sondazhet telemetrike ... Ata thonë se Rusia pa shkencë është një tub. Rezulton se edhe ky tub pa shkencë dhe teknologji të reja është një tub.
Pronarët e patentës RU 2577860:
Shpikja ka të bëjë me një metodë për mbrojtjen nga oksidimi i pllakave bipolare të qelizave të karburantit dhe kolektorëve aktualë të elektrolizuesve me një elektrolit të ngurtë polimer (SPE), i cili konsiston në paratrajtimi nënshtresa metalike, duke aplikuar një shtresë përçuese elektrike të metaleve fisnike në nënshtresën metalike të trajtuar me spërkatje me magnetron-jon. Metoda karakterizohet nga fakti se një shtresë përçuese elektrike aplikohet në nënshtresën e trajtuar në shtresa, ku secila shtresë fiksohet nga implantimi pulsues i joneve të oksigjenit ose një gazi inert. Rezultati teknik është të merret një shtresë e qëndrueshme me një burim pune, 4 herë më të lartë se ajo e marrë nga prototipi, dhe duke ruajtur vetitë përçuese. 7 w.p. f-ly, 3 i sëmurë, 1 tab., 16 pr.,
Fusha teknike
Shpikja ka të bëjë me fushën e burimeve të rrymës kimike, dhe në veçanti me metodat për krijimin e veshjeve mbrojtëse për kolektorët e rrymës metalike (në rastin e elektrolizuesve) dhe pllakat bipolare (në rastin e qelizave të karburantit - FC) me një elektrolit të ngurtë polimer ( SPE). Gjatë elektrolizës, kolektorët e rrymës, zakonisht të bërë nga titan poroz, janë vazhdimisht të ekspozuar ndaj mediave agresive të oksigjenit, ozonit, hidrogjenit, gjë që çon në formimin e filmave të oksidit në kolektorin e rrymës së oksigjenit (anodë), si rezultat, rritet rezistenca elektrike. përçueshmëria elektrike dhe ulje e performancës.elektrolizer. Në kolektorin e hidrogjenit (katodën) e rrymës, si rezultat i hidrogjenizimit të sipërfaqes së titanit poroz, ndodh plasaritja e tij korrozioni. Duke punuar në kushte të tilla të vështira me lagështi të vazhdueshme, kolektorët aktualë dhe pllakat bipolare kanë nevojë për mbrojtje të besueshme kundër korrozionit.
Kërkesat kryesore për veshjet mbrojtëse ndaj korrozionit janë rezistenca e ulët e kontaktit elektrik, përçueshmëria e lartë elektrike, forca e mirë mekanike, aplikimi uniform në të gjithë sipërfaqen për të krijuar kontakt elektrik, kosto e ulët e materialeve dhe kostot e prodhimit.
Për instalimet me TPE, kriteri më i rëndësishëm është rezistenca kimike e veshjes, pamundësia e përdorimit të metaleve që ndryshojnë shkallën e oksidimit gjatë funksionimit dhe avullojnë, gjë që çon në helmimin e membranës dhe katalizatorit.
Duke marrë parasysh të gjitha këto kërkesa, Pt, Pd, Ir dhe lidhjet e tyre kanë veti ideale mbrojtëse.
Shteti i artit
Aktualisht janë shumë të njohura mënyra të ndryshme krijimi i veshjeve mbrojtëse - rikuperimi galvanik dhe termik, implantimi i joneve, depozitimi fizik i avullit (metodat e spërkatjes PVD), depozitimi i avullit kimik (metodat e spërkatjes CVD).
Një metodë për mbrojtjen e nënshtresave metalike është e njohur nga arti i mëparshëm (patenta amerikane nr. 6,887,613 për një shpikje, botuar më 3 maj 2005). Shtresa e oksidit, e cila pasivizon sipërfaqen, u hoq paraprakisht nga sipërfaqja e metalit me gravurë kimike ose me trajtim mekanik. Në sipërfaqen e nënshtresës është aplikuar një shtresë polimeri, e përzier me grimca përçuese të arit, platinit, paladiumit, nikelit etj. Polimeri zgjidhet sipas përputhshmërisë së tij me nënshtresën metalike - rrëshirat epoksi, silikonet, polifenolet, fluorokopolimerët, etj. Veshja u aplikua si një shtresë e hollë duke përdorur depozitimin elektroforetik; furçë; spërkatur në formë pluhuri. Veshja ka veti të mira kundër korrozionit.
Disavantazhi i kësaj metode është rezistenca e lartë elektrike e shtresës për shkak të pranisë së përbërësit polimer.
Një metodë mbrojtjeje është e njohur nga arti i mëparshëm (shih patentën US Nr. 7632592 për shpikjen, botuar 15/12/2009), e cila propozon krijimin e një shtrese anti-korrozioni në pllaka bipolare duke përdorur një proces kinetik (të ftohtë). i pluhurit spërkatës të platinit, paladiumit, rodiumit, rutenit dhe lidhjeve të tyre. Spërkatja u krye me një armë duke përdorur një gaz të ngjeshur, si helium, i cili futet në armë me presion të lartë. Shpejtësia e lëvizjes së grimcave të pluhurit është 500-1500 m/s. Grimcat e përshpejtuara mbeten në gjendje të ngurtë dhe relativisht të ftohtë. Gjatë procesit, oksidimi dhe shkrirja e tyre nuk ndodh, trashësia mesatare e shtresës është 10 nm. Ngjitja e grimcave në substrat varet nga një sasi e mjaftueshme energjie - me energji të pamjaftueshme vërehet ngjitje e dobët e grimcave, në energji shumë të larta ndodh deformimi i grimcave dhe i substratit, duke krijuar shkallë të lartë ngrohje lokale.
Një metodë për mbrojtjen e nënshtresave metalike është e njohur nga arti i mëparshëm (shih patentën US Nr. 7700212 për shpikjen, botim 20.04.2010). Sipërfaqja e nënshtresës u ashpërsua paraprakisht për të përmirësuar ngjitjen me materialin e veshjes. U aplikuan dy shtresa veshjeje: 1 - çelik inox, trashësia e shtresës nga 0,1 μm në 2 μm, 2 - shtresa e veshjes prej ari, platini, paladiumi, ruteniumi, rodiumi dhe lidhjet e tyre, jo më shumë se 10 nm të trasha. Shtresat u aplikuan me spërkatje termike, duke përdorur një armë, nga hunda e spërkatjes së së cilës u hodh një rrymë grimcash të shkrira, të cilat formuan një lidhje kimike me sipërfaqen metalike, gjithashtu është e mundur të aplikohet një shtresë duke përdorur metodën PVD (fizike depozitimi i avullit). Prania e 1 shtresë zvogëlon shkallën e korrozionit dhe zvogëlon kostot e prodhimit, megjithatë, prania e saj çon gjithashtu në një disavantazh - një shtresë pasive e oksidit të kromit është formuar nga çelik inox, gjë që çon në një rritje të konsiderueshme të rezistencës së kontaktit të anti- veshje korrozioni.
Një metodë mbrojtjeje është e njohur nga arti i mëparshëm (shih patentën amerikane nr. 7803476 për shpikjen, botim 28/09/2010), në të cilën propozohet të krijohen veshje ultra të hollë nga metali fisnik Pt, Pd, Os, Ru, Ro, Ir dhe lidhjet e tyre, trashësia e veshjes është nga 2 deri në 10 nm, mundësisht edhe një shtresë monotomike me trashësi 0,3 deri në 0,5 nm (trashësia e barabartë me diametrin e atomit të veshjes). Më parë, një shtresë e një jometali me porozitet të mirë - qymyr, grafit i përzier me një polimer, ose një metal - alumin, titan, çelik inox u aplikua në pllakën bipolare. Veshjet metalike u aplikuan me spërkatje me rreze elektronike, depozitim elektrokimik dhe spërkatje të joneve magnetron.
Përparësitë e kësaj metode përfshijnë: eliminimin e fazës së gdhendjes së nënshtresës për të hequr oksidet, rezistencën e ulët të kontaktit, kosto minimale.
Disavantazhet - në rastin e një shtrese jo metalike, rezistenca e kontaktit elektrik rritet për shkak të ndryshimeve në energjitë sipërfaqësore dhe ndërveprimet e tjera molekulare dhe fizike; është e mundur të përzihen shtresat e para dhe të dyta, si rezultat, në sipërfaqe mund të shfaqen metale jo fisnike që i nënshtrohen oksidimit.
Një metodë e mbrojtjes së një nënshtrese metalike është e njohur nga arti i mëparshëm (shih patentën amerikane nr. 7150918 për një shpikje, botuar më 19 dhjetor 2006), duke përfshirë: përpunimin e një nënshtrese metalike për të hequr oksidet nga sipërfaqja e saj, aplikimin e një korrozioni elektrik përçues -Veshje metalike rezistente e metaleve fisnike, duke aplikuar një shtresë polimer rezistente ndaj korrozionit elektrikisht përçues.
Disavantazhi i kësaj metode është rezistenca e lartë elektrike në prani të një sasie të konsiderueshme të polimerit lidhës, në rastin e një sasie të pamjaftueshme të polimerit lidhës, grimcat e blozës përçuese elektrike lahen nga veshja e polimerit.
Metoda e artit të mëparshëm për mbrojtjen e pllakave bipolare dhe kolektorëve aktualë nga korrozioni është një prototip (shih patentën amerikane nr. 8785080 për shpikjen, botim 22.07.2014), duke përfshirë:
Trajtimi i nënshtresës në ujë të vluar të deionizuar, ose trajtimi termik në një temperaturë mbi 400°C, ose njomja në ujë të vluar të deionizuar për të formuar një shtresë oksidi pasive me trashësi 0,5 nm deri në 30 nm,
Depozitimi i një shtrese metalike përçuese elektrike (Pt, Ru, Ir) në një shtresë oksidi pasiv me trashësi 0,1 nm deri në 50 nm. Veshja u aplikua me spërkatje me magnetron-jon, avullim me rreze elektronike ose depozitim jonesh.
Prania e një shtrese oksidi pasive rrit rezistencën ndaj korrozionit të veshjes metalike, megjithatë, dhe çon në disavantazhe - një shtresë oksidi jopërçuese përkeqëson ndjeshëm vetitë përçuese të veshjeve.
Zbulimi i shpikjes
Rezultati teknik i shpikjes së pretenduar është rritja e rezistencës së veshjes ndaj oksidimit, rritja e rezistencës ndaj korrozionit dhe jetëgjatësisë dhe ruajtja e vetive përcjellëse të natyrshme në metalin e paoksiduar.
Rezultati teknik arrihet nga fakti se metoda e mbrojtjes kundër oksidimit të pllakave bipolare të qelizave të karburantit dhe kolektorëve aktualë të elektrolizuesve me një elektrolit të ngurtë polimer (SPE) konsiston në faktin se nënshtresa metalike është e para-trajtuar, një përçues elektrik. Veshja e metaleve fisnike aplikohet në nënshtresën metalike të trajtuar me spërkatje të joneve të magnetronit, në këtë rast, veshja përçuese elektrike aplikohet në shtresa ku secila shtresë fiksohet nga implantimi pulsues i joneve të oksigjenit ose një gazi inert.
Mundësisht, platini, ose paladiumi, ose iridiumi, ose një përzierje e tyre, përdoret si metale fisnike. Implantimi i joneve me pulsim kryhet me një ulje graduale të energjisë dhe dozës së joneve. Trashësia totale e veshjes është nga 1 në 500 nm. Shtresat e depozituara në mënyrë të njëpasnjëshme kanë një trashësi nga 1 deri në 50 nm. Gazi inert i përdorur është argoni, ose neoni, ose ksenoni, ose kriptoni. Energjia e joneve të implantuara është nga 2 deri në 15 keV, dhe doza e joneve të implantuara është deri në 10 15 jone/cm2.
Përshkrim i shkurtër vizatime
Karakteristikat dhe thelbi i shpikjes së pretenduar shpjegohen në vijim. pershkrim i detajuar, ilustruar me vizatime dhe një tabelë që tregon sa vijon.
Në FIG. 1 - shpërndarja e atomeve të platinit dhe titanit të zhvendosur si rezultat i implantimit të argonit (llogaritur nga programi SRIM).
Në FIG. 2 - një prerje e një nënshtrese titani me platin të spërkatur përpara implantimit të argonit, ku
1 - substrate titani;
2 - një shtresë platini;
3 - poret në shtresën e platinit.
Në FIG. 3 - një prerje e një substrati titani me platin të spërkatur pas implantimit të argonit, ku:
1 - substrate titani;
4 - shtresë e ndërmjetme titan-platin;
5 - veshje platini.
Tabela tregon karakteristikat e të gjithë shembujve të zbatimit të shpikjes dhe prototipit të pretenduar.
Zbatimi dhe shembujt e shpikjes
Metoda e spërkatjes së magnetron-jonit bazohet në një proces të bazuar në formimin e një plazme unazore mbi sipërfaqen e katodës (objektivit) si rezultat i përplasjes së elektroneve me molekulat e gazit (zakonisht argonin). Jonet pozitive të gazit të formuar në shkarkim, kur një potencial negativ aplikohet në nënshtresë, përshpejtohen në një fushë elektrike dhe rrëzojnë atomet (ose jonet) e materialit të synuar, të cilat depozitohen në sipërfaqen e nënshtresës, duke formuar një film në të. sipërfaqe.
Përparësitë e metodës së spërkatjes me magnetron-jon janë:
Shkalla e lartë e spërkatjes së substancës së depozituar në tensione të ulëta të punës (400-800 V) dhe në presione të ulëta të gazit të punës (5·10 -1 -10 Pa);
Mundësia e rregullimit në një gamë të gjerë shpejtësie të shpërndarjes dhe depozitimit të substancës së spërkatur;
Shkalla e ulët e ndotjes së veshjeve të depozituara;
Mundësia e spërkatjes së njëkohshme të objektivave nga materiale të ndryshme dhe, si rezultat, mundësia e marrjes së veshjeve të një përbërje komplekse (shumë përbërës).
Lehtësia relative e zbatimit;
Çmim i ulët;
Lehtësia e shkallëzimit.
Në të njëjtën kohë, veshja që rezulton karakterizohet nga prania e porozitetit, ka forcë të ulët dhe ngjitje të pamjaftueshme të mirë me materialin e nënshtresës për shkak të energjisë së ulët kinetike të atomeve (joneve) të spërkatura, e cila është afërsisht 1-20 eV. Një nivel i tillë energjie nuk lejon depërtimin e atomeve të materialit të depozituar në shtresat afër sipërfaqes së materialit të nënshtresës dhe krijimin e një shtrese të ndërmjetme me afinitet të lartë për nënshtresën dhe materialin e veshjes, rezistencë të lartë ndaj korrozionit dhe rezistencë relativisht të ulët. edhe me formimin e një filmi sipërfaqësor oksid.
Brenda kornizës së shpikjes së pretenduar, detyra e rritjes së rezistencës dhe ruajtjes së vetive përçuese të elektrodave dhe veshjeve mbrojtëse të materialeve strukturore zgjidhet duke ekspozuar veshjen dhe nënshtresën ndaj një rryme jonesh të përshpejtuara që lëvizin veshjen dhe materialin e nënshtresës në niveli atomik, duke çuar në ndërthurjen e substratit dhe materialit të veshjes, duke rezultuar në mjegullimin e ndërfaqes midis veshjes dhe substratit me formimin e një faze të përbërjes së ndërmjetme.
Lloji i joneve të përshpejtuara dhe energjia e tyre zgjidhet në varësi të materialit të veshjes, trashësisë së tij dhe materialit të nënshtresës në mënyrë të tillë që të shkaktojë lëvizjen e atomeve të veshjes dhe të substratit dhe përzierjen e tyre në kufirin e fazës me spërkatje minimale të veshjes. material. Zgjedhja bëhet duke përdorur llogaritjet e duhura.
Në FIG. Figura 1 tregon të dhënat e llogaritura mbi zhvendosjen e atomeve të një shtrese të përbërë nga platini 50 A i trashë dhe atomet e një substrati të përbërë nga titani nën veprimin e joneve të argonit me një energji prej 10 keV. Jonet me energji më të ulët në nivelin 1-2 keV nuk arrijnë kufirin e fazës dhe nuk do të sigurojnë përzierje efektive të atomeve për një sistem të tillë në kufirin e fazës. Megjithatë, në energjitë mbi 10 keV, ndodh një spërkatje e konsiderueshme e veshjes së platinit, e cila ndikon negativisht në jetën e shërbimit të produktit.
Kështu, në rastin e një shtrese me një shtresë me trashësi të madhe dhe energji të lartë që kërkohet për depërtimin e joneve të implantuara në kufirin e fazës, atomet e veshjes spërkaten dhe metalet e çmuara humbasin; nënshtresat dhe veshjet dhe rrisin forcën e veshjes. . Megjithatë, një trashësi kaq e vogël (1-10 nm) e veshjes nuk siguron një jetë të gjatë të produktit. Për të rritur forcën e veshjes, jetëgjatësinë e tij të shërbimit dhe për të zvogëluar humbjet gjatë spërkatjes, implantimi i joneve pulsuese kryhet me shtresë-nga-shtresë (trashësia e secilës shtresë është 1-50 nm) me një ulje graduale të jonit. energjinë dhe dozën. Zvogëlimi i energjisë dhe dozës bën të mundur eliminimin praktik të humbjeve gjatë spërkatjes, por bën të mundur sigurimin e ngjitjes së kërkuar të shtresave të depozituara me nënshtresën, mbi të cilën tashmë është depozituar i njëjti metal (pa ndarje fazore) rrit uniformitetin e tyre. . E gjithë kjo gjithashtu kontribuon në rritjen e burimit. Duhet të theksohet se filmat me trashësi 1 nm nuk sigurojnë një rritje të konsiderueshme (të nevojshme për kolektorët aktualë) në jetëgjatësinë e shërbimit të produktit, dhe metoda e propozuar rrit ndjeshëm koston e tyre. Filmat me trashësi më shumë se 500 nm duhet të konsiderohen gjithashtu ekonomikisht joprofitabile, pasi konsumi i metaleve të grupit të platinit rritet ndjeshëm, dhe burimi i produktit në tërësi (qeliza) fillon të kufizohet nga faktorë të tjerë.
Kur aplikoni shtresa të shumta të veshjes, trajtimi me jone me energji më të lartë këshillohet vetëm pas depozitimit të shtresës së parë me trashësi 1-10 nm dhe gjatë përpunimit të shtresave të mëvonshme me trashësi deri në 10-50 nm, jonet e argonit me një energjia prej 3-5 keV janë të mjaftueshme për t'i ngjeshur ato. Implantimi i joneve të oksigjenit gjatë depozitimit të shtresave të para të veshjes, së bashku me zgjidhjen e problemeve të mësipërme, bën të mundur krijimin e një filmi oksidi rezistent ndaj korrozionit në sipërfaqen e dopuar me atome të veshjes.
Shembulli 1 (prototipi).
Mostrat e letrës së titanit të markës VT1-0 me sipërfaqe 1 cm 2, 0,1 mm të trasha dhe poroze prej titani TPP-7 sipërfaqe prej 7 cm 2 vendosen në furrë dhe ruhen në temperaturën 450°C për 20 minuta.
Mostrat mbërthehen në mënyrë alternative në një kornizë dhe vendosen në një mbajtëse të posaçme kampioni të njësisë spërkatëse të magnetron-jonit MIR-1 me një objektiv platini të lëvizshëm. Kamera është e mbyllur. Pompa mekanike ndizet dhe ajri evakuohet nga dhoma në një presion prej ~ 10 -2 Torr. Dhomat bllokojnë evakuimin e ajrit dhe hapin evakuimin e pompës së difuzionit dhe ndezin ngrohjen e saj. Pas rreth 30 minutash, pompa e difuzionit hyn në modalitetin e funksionimit. Dhoma evakuohet përmes pompës së difuzionit. Pasi të keni arritur një presion prej 6×10 -5 Torr hapni hyrjen e argonit në dhomë. Rrjedhja vendosi presionin e argonit 3×10 -3 Torr. Duke rritur pa probleme tensionin në katodë, shkarkimi ndizet, fuqia e shkarkimit vendoset në 100 W dhe aplikohet tensioni i paragjykimit. Hapni kapakun midis objektivit dhe mbajtësit dhe filloni të numëroni kohën e përpunimit. Gjatë përpunimit kontrollohet presioni në dhomë dhe rryma e shkarkimit. Pas 10 minutash trajtimi, shkarkimi fiket, rrotullimi fiket dhe furnizimi me argon ndërpritet. Pas 30 minutash, pompimi nga dhoma bllokohet. Ngrohja e pompës së difuzionit fiket dhe pasi të jetë ftohur, pompa mekanike fiket. Dhoma hapet në atmosferë dhe korniza me mostrën hiqet. Trashësia e veshjes së depozituar ishte 40 nm.
Materialet e veshura që rezultojnë mund të përdoren në qelizat elektrokimike, kryesisht në elektrolizuesit me një elektrolit të ngurtë polimer, si materiale katodë dhe anodë (kolektorë aktualë, pllaka bipolare). Materialet anodë shkaktojnë më shumë probleme (oksidim intensiv); prandaj, testet e jetës u kryen kur ato përdoreshin si anodë (d.m.th., në një potencial pozitiv).
Në mostrën e marrë të fletëve të titanit me metodën saldim në vend saldohet një plumb rrymë dhe vendoset si elektrodë provë në një qelizë me tre elektroda. Fleta Pt me një sipërfaqe prej 10 cm 2 përdoret si një elektrodë kundër, dhe një elektrodë standarde e klorurit të argjendit e lidhur me qelizën përmes një kapilar përdoret si një elektrodë referimi. Elektroliti i përdorur është një tretësirë prej 1 M H 2 SO 4 në ujë. Matjet kryhen duke përdorur një pajisje AZRIVK 10-0.05A-6 V (prodhuar nga LLC "Buster", Shën Petersburg) në një mënyrë galvanostatike, d.m.th. Një potencial pozitiv i rrymës direkte aplikohet në elektrodën në studim, i cili është i nevojshëm për të arritur një vlerë aktuale prej 50 mA. Testi konsiston në matjen e ndryshimit në potencialin e kërkuar për të arritur një rrymë të caktuar me kalimin e kohës. Nëse potenciali tejkalon vlerën prej 3.2 V, burimi i elektrodës konsiderohet i shteruar. Mostra që rezulton ka një burim prej 2 orë 15 minuta.
Shembujt 2-16 të zbatimit të shpikjes së pretenduar.
Mostrat e letrës së titanit të markës VT1-0 me sipërfaqe 1 cm 2, 0,1 mm të trasha dhe poroze titani të markës TPP-7 sipërfaqe 7 cm 2 të ziera në alkool izopropil për 15 minuta. Më pas kullohet alkooli dhe mostrat zihen 2 herë për 15 minuta në ujë të dejonizuar me ndryshim uji ndërmjet vlimeve. Mostrat nxehen në një tretësirë prej 15% acid klorhidrik në 70°C dhe mbahen në këtë temperaturë për 20 minuta. Acidi më pas kullohet dhe mostrat zihen 3 herë për 20 minuta në ujë të dejonizuar me ndryshim uji ndërmjet vlimeve.
Mostrat vendosen në mënyrë alternative në një njësi spërkatjeje me magnetron-jon MIR-1 me një objektiv platini dhe aplikohet një shtresë platini. Rryma e magnetronit është 0,1 A, voltazhi i magnetronit është 420 V, gazi është argoni me një presion të mbetur prej 0,86 Pa. Për 15 minuta depozitim, fitohet një shtresë me trashësi 60 nm. Veshja që rezulton i ekspozohet rrjedhës së joneve të argonit me metodën e implantimit të joneve të pulsuara në plazmë.
Implantimi kryhet në një rrymë jonesh argon me një energji maksimale joni prej 10 keV, një energji mesatare prej 5 keV. Doza gjatë ekspozimit ishte 2*1014 jone /cm2. Pamja seksionale e veshjes pas implantimit është paraqitur në Fig. 3.
Mostra që rezulton testohet në një qelizë me tre elektroda, procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 1. Mostra që rezulton ka një burim prej 4 orësh. Për krahasim, të dhënat për burimin e fletës së titanit me filmin fillestar të platinit të spërkatur (60 nm) pa implantimin e argonit janë 1 orë.
Shembujt 3-7.
Procesi është i ngjashëm me atë në shembullin 2, por doza e implantimit, energjia e joneve dhe trashësia e veshjes janë të ndryshme. Doza e implantimit, energjia e joneve, trashësia e veshjes, si dhe jeta e shërbimit të mostrave të marra janë paraqitur në tabelën 1.
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat me trashësi të shtresës së depozituar deri në 15 nm përpunohen në një rrjedhje kriptoni me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë prej 6*10 14 jone/cm. 2 . Mostra që rezulton ka një burim prej 1 orë 20 minuta. Sipas mikroskopi elektronik, trashësia e shtresës së platinit u reduktua në një vlerë prej 0-4 nm, por u formua një shtresë titani me atome platini të ngulitura në të.
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat me një trashësi të shtresës së depozituar prej 10 nm përpunohen në një rrjedhje joni argon me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë prej 6*10 14 jone/cm 2. . Pas depozitimit të shtresës së dytë me trashësi 10 nm, përpunimi kryhet në një rrjedhje jonesh argon me energji 5 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe më pas depozitimi përsëritet 4 herë. me trashësi të një shtrese të re 15 nm dhe çdo shtresë e mëpasshme përpunohet në rrjedhë jonesh argon me energji jonike 3 keV dhe dozë 8*10 13 jon/cm 2 . Mostra që rezulton ka një burim prej 8 orë 55 minuta.
Shembulli 10
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat me një trashësi të shtresës së depozituar prej 10 nm trajtohen në një rrjedhje joni oksigjeni me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë prej 2*10 14 jon/cm 2. . Pas depozitimit të shtresës së dytë me trashësi 10 nm, trajtimi kryhet në një rrjedhje jonesh argon me energji 5 keV dhe dozë 1*10 14 jon/cm 2 dhe më pas depozitimi përsëritet 4 herë me një të re. trashësia e shtresës 15 nm, me çdo shtresë pasuese që trajtohet në një rrjedhë jonesh argon me një energji joni prej 5 keV dhe një dozë prej 8 * 10 13 jon / cm 2 (në mënyrë që të mos ketë spërkatje!). Mostra që rezulton ka një burim prej 9 orë 10 minuta.
Shembulli 11.
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat vendosen në njësinë e spërkatjes me magnetron-jon MIR-1 me një objektiv iridiumi dhe aplikohet një shtresë iridiumi. Rryma e magnetronit është 0,1 A, voltazhi i magnetronit është 440 V, gazi është argoni me një presion të mbetur prej 0,71 Pa. Shkalla e depozitimit siguron formimin e një shtrese me trashësi 60 nm në 18 minuta. Veshja që rezulton i ekspozohet rrjedhës së joneve të argonit me metodën e implantimit të joneve të pulsuara në plazmë.
Mostrat me një trashësi të shtresës së parë të depozituar prej 10 nm trajtohen në një rrjedhje joni argon me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë 2*10 14 jon/cm2. Pas depozitimit të shtresës së dytë me trashësi 10 nm trajtimi kryhet në një rrjedhë jonesh argon me energji 5-10 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe më pas depozitimi përsëritet. 4 herë me trashësi të re shtrese 15 nm, çdo shtresë pasuese trajtohet në rrjedhë jonet e argonit me energji jonike 3 keV dhe dozë 8*10 13 jon/cm 2 . Mostra që rezulton ka një burim prej 8 orë 35 minuta.
Shembulli 12.
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat vendosen në një instalim spërkatjeje me magnetron-jon MIR-1 me një objektiv të bërë nga një aliazh platini me iridium (aliazh Pli-30 sipas GOST 13498-79 ), aplikohet një shtresë e përbërë nga platini dhe iridiumi. Rryma e magnetronit është 0,1 A, voltazhi i magnetronit është 440 V, gazi është argoni me një presion të mbetur prej 0,69 Pa. Shkalla e depozitimit siguron formimin e një shtrese me trashësi 60 nm në 18 minuta. Veshja që rezulton i ekspozohet rrjedhës së joneve të argonit me metodën e implantimit të joneve të pulsuara në plazmë.
Mostrat me trashësi të shtresës së depozituar 10 nm trajtohen në një rrjedhje joni argon me energji maksimale joni 10 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe më pas depozitimi përsëritet 5 herë me trashësi të re shtresë. prej 10 nm. Pas aplikimit të shtresës së dytë, trajtimi kryhet në rrjedhën e joneve të argonit me energji 5-10 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe çdo shtresë pasuese trajtohet në rrjedhë jonesh argon me një energji jonike prej 3 keV dhe një dozë prej 8*10 13 jon/cm 2. Mostra që rezulton ka një burim prej 8 orë 45 minuta.
Shembulli 13
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat vendosen në njësinë e spërkatjes me magnetron-jon MIR-1 me një objektiv paladiumi dhe aplikohet një shtresë paladiumi. Rryma e magnetronit është 0,1 A, voltazhi i magnetronit është 420 V, gazi është argoni me një presion të mbetur prej 0,92 Pa. Për 17 minuta depozitim, fitohet një shtresë me trashësi 60 nm. Mostrat me një trashësi të shtresës së parë të depozituar prej 10 nm trajtohen në një rrjedhje joni argon me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë 2*10 14 jon/cm2. Pas depozitimit të shtresës së dytë me trashësi 10 nm trajtimi kryhet në një rrjedhë jonesh argon me energji 5-10 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe më pas depozitimi përsëritet. 4 herë me trashësi të re shtrese 15 nm, çdo shtresë pasuese trajtohet në rrjedhë jonet e argonit me energji jonike 3 keV dhe dozë 8*10 13 jon/cm 2 . Mostra që rezulton ka një burim prej 3 orë 20 minuta.
Shembulli 14
Procesi është i ngjashëm me atë në shembullin 2 dhe ndryshon në atë që mostrat vendosen në një instalim spërkatjeje me magnetron-jon MIR-1 me një objektiv të përbërë nga platini, duke përfshirë 30% karbon, dhe aplikohet një shtresë e përbërë nga platini dhe karboni. Rryma e magnetronit është 0,1 A, voltazhi i magnetronit është 420 V, gazi është argoni me një presion të mbetur prej 0,92 Pa. Për 20 minuta depozitim, fitohet një shtresë me trashësi 80 nm. Mostrat me trashësi të shtresës së depozituar prej 60 nm trajtohen në një rrjedhje joni argon me një energji maksimale joni prej 10 keV dhe një dozë 2*10 14 jon/cm 2, dhe më pas spërkatja përsëritet 5 herë me një trashësi të re shtresë prej 10 nm. Pas aplikimit të shtresës së dytë, trajtimi kryhet në rrjedhën e joneve të argonit me energji 5-10 keV dhe dozë 2*10 14 jon/cm 2 dhe çdo shtresë pasuese trajtohet në rrjedhë jonesh argon me një energji jonike prej 3 keV dhe një dozë prej 8*10 13 jon/cm 2. Mostra që rezulton ka një burim prej 4 orë 30 minuta.
Shembulli 15
Procesi është i ngjashëm me atë të dhënë në shembullin 9 dhe ndryshon në atë që depozitohen 13 shtresa, trashësia e së parës dhe e dytë është 30 nm secila, ato të mëvonshme janë 50 nm secila, energjia e joneve zvogëlohet në mënyrë të njëpasnjëshme nga 15 në 3 keV. , doza e implantimit është nga 5 10 14 deri në 8 10 13 jon/cm2. Mostra që rezulton ka një burim prej 8 orë 50 minuta.
Shembulli 16
Procesi është i ngjashëm me atë të treguar në shembullin 9 dhe ndryshon në atë që trashësia e shtresës së parë është 30 nm, gjashtë shtresat e ardhshme janë 50 nm secila, doza e implantimit është nga 2·10 14 në 8·10 13 jon/cm 2 . Mostra që rezulton ka një burim prej 9 orë 05 minuta.
Kështu, metoda e pretenduar e mbrojtjes së pllakave bipolare FC dhe kolektorëve aktualë të elektrolizuesve TPE nga oksidimi bën të mundur marrjen e një shtrese të qëndrueshme me një jetë shërbimi 4 herë më të lartë se ajo e marrë sipas prototipit, dhe duke ruajtur vetitë përçuese.
1. Një metodë për mbrojtjen e pllakave bipolare të qelizave të karburantit dhe kolektorëve aktualë të elektrolizuesve me një elektrolit të ngurtë polimer (SPE) nga oksidimi, i cili konsiston në trajtimin paraprak të një nënshtrese metalike, duke aplikuar një shtresë përçuese elektrike të metaleve fisnike në metalin e trajtuar. substrati me spërkatje të joneve të magnetronit, i karakterizuar në atë që aplikohet në nënshtresën e trajtuar është një shtresë pas shtrese një shtresë përçuese elektrike me fiksim të secilës shtresë me implantim pulsues të joneve të oksigjenit ose një gazi inert.
2. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar në atë që platini, ose paladiumi, ose iridiumi, ose një përzierje e tyre përdoret si metale fisnike.
3. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar në atë që implantimi i joneve me pulsim kryhet me një ulje graduale të energjisë dhe dozës së joneve.
4. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar nga fakti qe trashesia totale e veshjes eshte nga 1 deri ne 500 nm.
5. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar në atë që shtresat e depozituara në mënyrë të njëpasnjëshme kanë një trashësi prej 1 deri në 50 nm.
6. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, e karakterizuar në atë që argoni, neoni, ose ksenoni ose kriptoni përdoret si një gaz inert.
7. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar nga ajo qe energjia e joneve te implantuara eshte nga 2 deri ne 15 keV.
8. Metoda e mbrojtjes sipas pretendimit 1, karakterizuar në atë që doza e joneve të implantuara është deri në 1015 jone/cm2.
Patenta të ngjashme:
Shpikja ka të bëjë me fushën e inxhinierisë elektrike, përkatësisht me një bateri të qelizave të karburantit me oksid të ngurtë me tuba (SOFC), e cila përfshin të paktën dy nyje të qelizave të karburantit me oksid të ngurtë me tuba, të paktën një kolektor të zakonshëm të rrymës dhe një mbajtës për mbajtjen e një seksioni. të montimeve të qelizave të karburantit dhe një kolektori të përbashkët të rrymës në lidhjen me to me një përshtatje të saktë, ndërsa koeficienti i zgjerimit termik të mbajtësit është më i vogël ose i barabartë me koeficientin e zgjerimit termik të montimeve të qelizave të karburantit.
Shpikja ka të bëjë me membranat polimer për qelizat e karburantit polimer me temperaturë të ulët ose të lartë. Një membranë polimerike proton-përçuese e bazuar në një kompleks polielektroliti që përbëhet nga: a) një polimer që përmban azot si poli-(4-vinilpiridina) dhe derivatet e tij të marra nga alkilimi, poli-(2-vinilpiridina) dhe derivatet e tij të përftuara nga alkilimi , polietilenimine, poli(2-dimetilamino)etilmetakrilat) klorur metil, poli(2-dimetilamino)etilmetakrilat)metil bromid, klorur poli(dialildimetilamoniumi), bromidi poli(dialildimetilamoniumi), b) Nafion ose një polimer tjetër i zgjedhur nga grupi i ngjashëm me Nafion , duke përfshirë Flemion, Aciplex, Dowmembrane, Neosepta dhe rrëshirat e shkëmbimit të joneve që përmbajnë grupe karboksile dhe sulfonike; c) një përzierje e lëngshme që përmban një tretës të përzgjedhur nga grupi i përbërë nga metanol, alkool etilik, alkool n-propil, alkool izopropil, alkool n-butil, alkool izobutil, alkool tert-butil, formamide, acetamide, dimetil sulfoksid, N-metilpirrollidone , dhe gjithashtu ujë të distiluar dhe përzierjet e tyre; në të cilën raporti molar i polimerit që përmban azot ndaj Nafionit ose polimerit të ngjashëm me Nafionin është në intervalin 10-0,001.
Shpikja ka të bëjë me fushën e inxhinierisë elektrike, përkatësisht me marrjen e një filmi oksid të elektrolitit me një trashësi të krahasueshme me madhësinë e poreve të materialit të elektrodës, në një mënyrë më të thjeshtë dhe më të avancuar teknologjikisht, dhe gjithashtu më ekonomike se plazma jonike.
Shpikja ofron një medium të difuzionit të gazit të qelizave të karburantit që ka përshkueshmëri të ulët të ajrit në plan dhe veti të mirë kullimi dhe është i aftë për performancë të lartë të qelizave të karburantit në një gamë të gjerë temperaturash nga temperaturat e ulëta në të larta.
Shpikja ka të bëjë me fushën e inxhinierisë elektrike, përkatësisht me një metodë për prodhimin e një elektrode katalitike të një njësie membranore-elektrodike, kryesisht për qelizat e karburantit me hidrogjen dhe metanol.
Shpikja ka të bëjë me fushën e inxhinierisë elektrike dhe mund të përdoret në qelizat e karburantit. Pllaka bipolare e qelizave të karburantit përfshin pllakën, një hapësirë të rrjedhës së lëngut të formuar në të dy anët e pllakës, një rrjet udhëzues lëngu të instaluar në hapësirën e rrjedhës së lëngut. Pllaka formohet me një kanal hyrës të lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut dhe një kanal daljeje të lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut. Pllaka bipolare është bërë duke përdorur një kallëp të caktuar dhe përpunim të përshtatshëm. Rezultati është një shpërndarje më uniforme e rrjedhës dhe një reduktim i rezistencës ndaj karburantit dhe rrjedhave të ajrit në elektrodën e karburantit dhe elektrodën e ajrit të qelizës së karburantit, përkatësisht. Përveç kësaj, zona e reagimit me montimin e elektrodës së membranës dhe zonën e difuzionit mund të rritet, dhe fabrikimi mund të thjeshtohet dhe lehtësohet, 6N. dhe 14 z.p. f-ly, 16 i sëmurë.
Fusha teknike
Shpikja ka të bëjë me një qelizë karburanti dhe, në veçanti, me një pllakë bipolare të qelizave të karburantit dhe një metodë për prodhimin e një pllake të tillë të aftë për të dhënë shpërndarje uniforme të rrjedhës, duke reduktuar rezistencën ndaj karburantit dhe rrjedhave të ajrit që rrjedhin në elektrodën e karburantit dhe elektrodën e ajrit të qeliza e karburantit, përkatësisht, dhe thjeshtimi i prodhimit të saj.
Shteti i artit
Qeliza e karburantit gjeneron përgjithësisht energji miqësore me mjedisin dhe është projektuar për të zëvendësuar energjinë tradicionale të karburantit fosil. Siç tregohet në Fig. 1, qeliza e karburantit përfshin një pirg 100 për t'u kombinuar me të paktën një qelizë të vetme 101 në të cilën ndodh një reaksion elektrokimik; një linjë furnizimi me karburant 200 e lidhur me pirgun 100 për të furnizuar karburantin; një kanal ajri furnizimi 300 i lidhur me pirgun 100 në mënyrë që të furnizojë ajrin; dhe kanalet e shkarkimit 400, 500 për shkarkimin e nënprodukteve të reagimit të vazhdueshëm të karburantit dhe ajrit, përkatësisht. Qeliza e njësisë 101 përfshin një elektrodë karburanti (anodë) (nuk tregohet) në të cilën furnizohet karburanti; dhe një elektrodë ajri (katodë) (nuk tregohet) në të cilën furnizohet ajri.
Së pari, karburanti dhe ajri furnizohen me elektrodën e karburantit dhe elektrodën e ajrit të pirgut 100 nëpërmjet linjës së furnizimit me karburant 200 dhe linjës së furnizimit me ajër 300, përkatësisht. Karburanti i furnizuar në elektrodën e karburantit jonizohet në jone pozitive dhe elektrone (e-) përmes një reaksioni oksidimi elektrokimik në elektrodën e karburantit, jonet pozitive të jonizuara lëvizin përmes elektrolitit në elektrodën e ajrit dhe elektronet lëvizin në elektrodën e karburantit. Jonet pozitive të transferuara në elektrodën e ajrit hyjnë në një reaksion reduktimi elektrokimik me ajrin e furnizuar në elektrodën e ajrit dhe gjenerojnë nënprodukte si nxehtësia e reaksionit dhe uji, etj. Në këtë proces, lëvizja e elektroneve gjeneron energji elektrike. Karburanti pas reagimit në elektrodën e karburantit, si dhe uji dhe nënproduktet shtesë të krijuara në elektrodën e ajrit, shkarkohen përmes kanaleve të shkarkimit përkatësisht 400, 500.
Qelizat e karburantit mund të klasifikohen në lloje të ndryshme sipas elektrolitit dhe karburantit të përdorur në to, etj.
Ndërkohë, siç tregohet në Fig. 2, elementi i vetëm 101 që përbën pirgun 100 përfshin dy pllaka bipolare 10 që kanë një kalim të hapur 11 përmes të cilit rrjedh ajri ose karburanti; dhe një montim membranë-elektrodë (MEA, nga anglishtja "membrane electrode assembly" ose MEA) 20, i vendosur midis këtyre dy pllakave bipolare 10 në mënyrë që të ketë një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar. Dy pllaka bipolare 10 dhe MEU 20 të vendosura midis tyre kombinohen me njëra-tjetrën me anë të mjeteve shtesë 30, 31 të lidhjes. Kanali i formuar nga kanali 11 i pllakës bipolare 10 dhe ana e MED 20 përbën elektrodën e karburantit, dhe kur karburanti rrjedh nëpër këtë kanal të elektrodës së karburantit, ndodh një reaksion oksidimi. Përveç kësaj, kanali i formuar nga kanali 11 i pllakës tjetër bipolare 10 dhe ana tjetër e MED 20 përbën një elektrodë ajri, dhe kur ajri rrjedh nëpër këtë kanal të elektrodës së ajrit, ndodh një reaksion reduktimi.
Forma e pllakës bipolare 10, në veçanti forma e kanalit 11, ndikon në rezistencën e kontaktit të siguruar nga rrjedha e karburantit dhe ajrit dhe shpërndarja e rrjedhave dhe të ngjashme, dhe rezistenca e kontaktit dhe shpërndarja e flukseve ndikojnë në fuqinë prodhimi (efiçenca e energjisë). Përveç kësaj, pllakat bipolare 10 kanë një formë të caktuar të përshtatshme për të lehtësuar procesin dhe prodhimin në masë.
Siç tregohet në Fig. 3, përmes vrimave 13, 14, 15, 16, përkatësisht, janë formuar në pllakën konvencionale bipolare në çdo skaj të pllakës 12 që ka një trashësi të caktuar dhe një formë drejtkëndore.
Përveç kësaj, kanale të shumta 11 janë formuar në anën e pllakës 12 në mënyrë që të lidhin vrimën e kalimit 13 me vrimën e vendosur diagonalisht përmes vrimës 16. Këto kanale 11 janë në formë zigzag. Siç tregohet në figurën 4, në seksionin kryq të kanalit 11, ky kanal 11 ka një gjerësi dhe trashësi të caktuar dhe një anë të hapur. Në anën tjetër të pllakës 12, kanale të shumta 11 janë formuar në mënyrë që të lidhin dy të rregulluara diagonalisht përmes vrimave 14, 16, këto kanale 11 kanë të njëjtën formë si kanalet e formuara në anën e kundërt.
Më poshtë përshkruan funksionimin e një pllake tradicionale bipolare. Së pari, karburanti dhe ajri rrjedhin në vrimat 13, 14, përkatësisht, dhe karburanti dhe ajri që kalojnë nëpër vrimat 13, 14 rrjedhin në kanalet 11. Karburanti ose ajri në kanalet 11 rrjedhin në një model zigzag përgjatë kanalet 11 dhe shkarkohet në pjesën e jashtme përmes vrimave 15, 16. Në këtë proces, në MED 20 (treguar në Fig. 2) në të cilin rrjedh karburanti, ndodh një reaksion oksidimi dhe në të njëjtën kohë një reaksion reduktimi ndodh në MED në të cilën rrjedh ajri.
Megjithatë, në rastin e një pllake konvencionale bipolare, meqenëse kanalet 11 janë formuar në një mënyrë zigzag, rrjedha mund të shpërndahet në mënyrë uniforme vetëm në një farë mase. Për më tepër, meqenëse kanalet përmes të cilave rrjedha e karburantit dhe ajrit janë komplekse dhe të gjata, rezistenca ndaj rrjedhjes rritet dhe për këtë arsye humbja e presionit për të krijuar rrjedhën e karburantit dhe ajrit rritet. Përveç kësaj, duke qenë se procesi i prodhimit është kompleks dhe i rëndë, kostoja e prodhimit është e lartë.
Thelbi teknik i shpikjes aktuale
Për të zgjidhur problemet e përshkruara më sipër, është një objekt i shpikjes së tanishme të sigurojë një pllakë bipolare të qelizave të karburantit dhe një metodë për prodhimin e një pllake të tillë të aftë për të dhënë shpërndarje uniforme të rrjedhës, duke zvogëluar rezistencën ndaj karburantit dhe rrjedhave të ajrit që rrjedhin në karburant. elektroda dhe elektroda e ajrit të qelizës së karburantit, përkatësisht, dhe thjeshtojnë prodhimin e saj.
Për të arritur objektivat e mësipërm, pllaka bipolare e qelizave të karburantit përfshin një pllakë që ka një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; një hapësirë rrjedhëse lëngu e formuar në të dy anët e kësaj pllake në mënyrë që të ketë një gjerësi, gjatësi dhe thellësi të caktuar; një rrjet udhëzues lëngu i instaluar në hapësirën e rrjedhjes së lëngut në mënyrë që të ketë një formë të caktuar; një portë hyrëse e formuar në pllakë për t'u lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut dhe për të marrë lëngun; dhe një portë daljeje e formuar në pllakë në mënyrë që të lidhet me hapësirën e rrjedhës së lëngut dhe të shkarkojë lëngun.
Për më tepër, metoda për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit përfshin prodhimin e një kallëpi për përpunimin e pllakës, në të cilën nga të dy anët formohet një hapësirë e rrjedhës së lëngut që ka një zonë dhe thellësi të caktuar, dhe një kanal i brendshëm formohet me anë të një mbështetëseje. rrjetë që del në formë rrjeti nga hapësira e rrjedhjes së lëngut; duke formuar një pjatë me këtë kallëp; përpunimi i pllakës me zbatimin e hyrjes në mënyrë që të lejojë hyrjen e rrjedhës së lëngut në hapësirën e rrjedhës së lëngut që ka një rrjet mbështetës; dhe përpunimi i pllakës për të formuar një dalje në mënyrë që të lejojë rrjedhën të rrjedhë jashtë hapësirës së rrjedhës së lëngut.
Për më tepër, pllaka bipolare e qelizave të karburantit përfshin një pllakë që ka një trashësi dhe zonë të caktuar; një zonë kanali që ka zgjatime grilë pranë brazdave të shumta grilë të formuara përgjatë një zone të caktuar të të dy anëve të pllakës; një kanal hyrës i formuar në anën e pllakës në mënyrë që të lidhet me vrimat e rrjetës në zonën e kanalit dhe të marrë lëngun; dhe një kanal daljeje i formuar në anën e pllakës në mënyrë që të shkarkojë lëngun që kalon nëpër vrimat e rrjetës së zonës së kanalit.
Për më tepër, metoda për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit përfshin prodhimin e një pllake që ka një trashësi dhe zonë të caktuar; performancës përpunimit për formimin e vrimave të grilave pranë zgjatimeve të grilave të formuara në të dy anët e pllakës; dhe përpunimi i pllakës për të formuar një hyrje dhe një dalje në mënyrë që ato të lidhen me vrimat e rrjetës.
Përveç kësaj, pllaka bipolare e qelizave të karburantit përfshin një pllakë me një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar, në të cilën në të dyja anët në mes, formohen kanale të shumta të përbëra nga ulje-ngritje të shumta duke shtypur për të pasur një gjerësi dhe gjatësi të caktuar; dhe një pjesë mbyllëse e lidhur përkatësisht në konturin e të dy anëve të pllakës në mënyrë që të formojnë kanale të brendshme, së bashku me kanalet e pllakës, një kanal hyrje dhe një kanal daljeje përmes të cilit lëngu rrjedh brenda dhe jashtë këtyre kanaleve.
Përveç kësaj, metoda për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit përfshin prerjen e pllakës në mënyrë që të ketë një madhësi të caktuar; duke shtypur të dy anët e pllakës së prerë në mënyrë që të formohen kanale të shumta nëpër të cilat rrjedh lëngu; dhe duke kombinuar elementin mbyllës me konturin e pllakës së punuar me shtypje.
Përshkrimi i shkurtër i vizatimeve
Vizatimet shoqëruese, të cilat përfshihen për të siguruar një kuptim më të mirë të shpikjes, janë pjesë dhe janë pjesë e këtij specifikimi, ilustrojnë mishërimet e shpikjes dhe, së bashku me përshkrimin, shërbejnë për të shpjeguar parimet e shpikjes.
Në këto vizatime:
Fig. 1 ilustron një sistem konvencional të qelizave të karburantit;
Fig. 2 është një pamje me perspektivë të shpërthyer që ilustron një pjesë të një pakete konvencionale të qelizave të karburantit;
Fig. 3 është një pamje planore që ilustron një pllakë bipolare të një qelize karburanti konvencional;
Fig. 4 është një pamje seksionale përgjatë vijës A-B në Fig. 3;
Fig. 5 është një pamje plani që ilustron një mishërim të parë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale;
Fig. 6 është një pamje perspektive e shpërthyer që ilustron një pjesë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas një mishërimi të parë të shpikjes aktuale;
7 është një diagram që ilustron një mishërim të parë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale;
Fig. 8 është një pamje perspektive e shpërthyer që ilustron një pirg pllakash bipolare të një qelize karburanti sipas një mishërimi të parë të shpikjes aktuale;
Fig. 9 është një pamje plani që ilustron një gjendje funksionimi të pllakës bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të parë të shpikjes aktuale;
10 dhe 11 janë pamje seksionale të sipërme dhe të përparme që ilustrojnë një mishërim të dytë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit në përputhje me shpikjen aktuale;
12 është një diagram që ilustron një mishërim të dytë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale;
Fig. 13 është një pamje plani që ilustron një gjendje funksionimi të pllakës bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të dytë të shpikjes aktuale;
14 dhe 15 janë pamje seksionale të sipërme dhe të përparme që ilustrojnë një mishërim të tretë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale; dhe
16 është një diagram që ilustron një mishërim të tretë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale.
Së pari, do të përshkruhet një mishërim i parë i pllakës bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale.
Fig. 5 është një pamje plani që ilustron një mishërim të parë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale, dhe Fig. 6 është një pamje e shpërthyer në perspektivë që ilustron një pjesë të një pllake bipolare qelize karburanti sipas një mishërimi të parë të shpikjes aktuale .
Siç tregohet në FIGURAT 5 dhe 6, një mishërim i parë i një pllake bipolare qelize karburanti sipas shpikjes aktuale përfshin një pllakë 40 që ka një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; një hapësirë rrjedhëse e lëngut 41 e formuar në të dy anët e pllakës 40 në mënyrë që të ketë një gjerësi, gjatësi dhe thellësi të caktuar; një rrjetë për drejtimin e lëngut 42 e instaluar në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 në mënyrë që të ketë një formë të caktuar; një portë hyrëse 43 e formuar në pllakën 40 e lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 për futjen e lëngut; dhe një portë daljeje 44 e formuar në pllakën 40 e lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 për të shkarkuar lëngun.
Pllaka 40 ka një formë drejtkëndëshe dhe një trashësi të caktuar, një hapësirë e rrjedhës së lëngut 41 është formuar përkatësisht në të dy anët e pllakës drejtkëndore 40 dhe ka një formë drejtkëndëshe dhe një thellësi të caktuar. Pllaka 40 është bërë nga një material çelik inox. Pllaka 40 dhe hapësira e rrjedhjes së lëngut 41 mund të kenë forma të ndryshme nga ato drejtkëndore.
Rrjeta e drejtimit të lëngut 42 ka një formë drejtkëndore më të vogël se hapësira e rrjedhës së lëngut 41 në mënyrë që të mund të futet në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 të pllakës 40 dhe ka një trashësi jo më të madhe se thellësia e hapësirës së rrjedhës së lëngut 41 .
Porta e hyrjes 43 është formuar si të paktën një vrimë kalimtare dhe është formuar në njërën anë të pllakës 40. Porta e daljes 43 është bërë si të paktën një vrimë hyrëse dhe është formuar në anën e kundërt nga porta hyrëse 43 në mënyrë që të të jetë diagonale në lidhje me këtë hyrje 43.
7 është një diagram që ilustron një mishërim të parë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit në përputhje me shpikjen aktuale.
Siç tregohet në Fig. 7, në mishërimin e parë të metodës për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale, formohet një kallëp për përpunimin e pllakës, mbi të cilin formohet një hapësirë e rrjedhës së lëngut që ka një zonë dhe thellësi të caktuar. në të dy anët, dhe formoi një rrjetë që dilte në hapësirën e rrjedhës së mediumit të lëngshëm. Pas kësaj, pllaka përpunohet duke përdorur këtë myk. Në të njëjtën kohë, një hapësirë drejtkëndore e rrjedhës së lëngut me një thellësi të caktuar formohet në pllakën në të dy anët e pllakës drejtkëndore që ka një thellësi të caktuar, dhe një rrjet formohet në hapësirën e rrjedhës së lëngut në mënyrë që të formojë një kanal. Kjo rrjetë mund të formohet në forma të ndryshme.
Më pas, pllaka përpunohet për të formuar një hyrje në mënyrë që të lejojë rrjedhën e lëngut të rrjedhë në hapësirën e rrjedhës së lëngut të rrjetëzuar dhe përpunohet për të formuar një dalje në mënyrë që të lejojë rrjedhën të rrjedhë jashtë hapësirës së rrjedhës së lëngut. Kanali i hyrjes dhe kanali i daljes, përkatësisht, bëhen në formën e të paktën një vrime përmes ose brazdë të hapur.
Së pari, pllakat bipolare të qelizave të karburantit grumbullohen. Në mënyrë më të detajuar, siç tregohet në figurën 8, MEA (M) vendosen midis pllakave bipolare (BP) dhe ato kombinohen me njëra-tjetrën me anë të një kombinimi (nuk tregohet). Në këtë rast, hapësira e rrjedhës së lëngut 41 e formuar në anën e pllakës bipolare (BP), rrjeta e drejtimit të lëngut 42 e formuar në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 dhe ana e MED (M) formojnë një shteg (kanal) përmes nga i cili rrjedh karburanti. Ana tjetër e MED (M), hapësira e rrjedhës së lëngut 41 e formuar në anën e pllakës tjetër bipolare (BP) përballë pllakës së parë bipolare (BP) dhe rrjeta e drejtimit të lëngut 42 e formuar në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 janë shteg (kanal) i formuar nëpër të cilin rrjedh ajri.
Me këtë strukturë, kur karburanti furnizohet në hyrjen e pllakës bipolare (BP) 43 siç tregohet në Fig. 9, karburanti në hyrjen 43 derdhet në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 . Më tej, karburanti në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 shpërndahet (shpërndahet) në të gjithë hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 nga rrjeta udhëzuese e lëngut 42 e vendosur në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41, dhe më pas karburanti shkarkohet në pjesën e jashtme përmes portës së daljes 44.
Në këtë proces, rrjeti drejtues i lëngut 42 në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41 kryen jo vetëm një funksion udhëzues duke shpërndarë në mënyrë të barabartë karburantin në hapësirën e rrjedhës së lëngut 41, por edhe një funksion "difuzioni" (funksioni i difuzionit) duke kontrolluar siç duhet densitetin e rrjedhës . Në këtë rast, shpërndarja dhe presioni mund të rregullohen nga madhësia e "qelizave" të rrjetës 42 të drejtimit të lëngut. Ndërkohë, për shkak të formimit të rrjetës së drejtimit të lëngut 42 në formën e një rrjeti, zona e kontaktit me MED (M) në kontakt me pllakën bipolare (BP) është relativisht e reduktuar dhe, në përputhje me rrethanat, zona e kontaktit efektiv të karburanti dhe MED (M) është rritur.
Përveç kësaj, ajri rrjedh përmes të njëjtit proces siç përshkruhet më sipër.
Në rastin e metodës për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të parë të shpikjes së tanishme, duke e prodhuar pllakën me një kallëp, ajo mund të prodhohet lehtësisht në masë. Më në detaje, duke prodhuar pllakën e rrjetës mbështetëse dhe duke bërë hyrjen dhe daljen, pllaka bipolare mund të prodhohet thjesht dhe me lehtësi.
10 dhe 11 janë pamje seksionale të sipërme dhe të përparme që ilustrojnë një mishërim të dytë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit në përputhje me shpikjen aktuale.
Siç tregohet në FIGURAT 10 dhe 11, pllaka bipolare e qelizave të karburantit sipas mishërimit të dytë të shpikjes përfshin një pllakë 50 që ka një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; një zonë kanali 53 që ka zgjatime grilë 52 ngjitur me brazdat e shumta të rrjetës 51 të formuara përgjatë një zone të caktuar të të dy anëve të pllakës 50; një hyrje 54 e formuar në njërën anë të pllakës 50 në mënyrë që të lidhet me vrimat e rrjetës 51 të zonës së kalimit të lëngut 53; dhe një kanal daljeje 55 i formuar në këtë anë të pllakës 50 në mënyrë që të shkarkojë lëngun që kalon nëpër vrimat e rrjetës 51 të zonës së kanalit 53.
Pllaka 50 ka një formë drejtkëndëshe dhe një trashësi të caktuar. Zona e kanalit 53 është formuar përkatësisht në të dy anët e pllakës 50 në mënyrë që të ketë një formë drejtkëndore. Pllaka 50 dhe zona e kanalit 53 mund të formohen në forma të ndryshme përveç formës drejtkëndore.
Zgjatjet e rrjetës 52 janë formuar në formën e një koni drejtkëndor, dhe çdo brazdë rrjetë 51 është formuar midis këtyre zgjatjeve të rrjetës 52 në formën e një koni drejtkëndor. Zgjatja e rrjetës 52 mund të formohet që të ketë formën e një koni trekëndor.
Zgjatjet e rrjetës 52 janë rregulluar në mënyrë të rregullt (në intervale të rregullta). Në një modifikim, zgjatimet e rrjetës 52 mund të vendosen në mënyrë të parregullt.
Porta e hyrjes 54 dhe ajo e daljes 55, përkatësisht, janë formuar në njërën anë të pllakës 50 që ka formë e hapur, me gjerësi dhe thellësi të përcaktuar. Përveç kësaj, porta e hyrjes 54 dhe porta e daljes 55 mund të formohen përkatësisht si të paktën një vrimë kalimtare.
Pllaka bipolare e qelizave të karburantit sipas mishërimit të dytë të shpikjes së tanishme është bërë prej çeliku inox.
12 është një diagram që ilustron një mishërim të dytë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale.
Siç tregohet në Fig. 12, në metodën për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të dytë të shpikjes aktuale, hapi i parë është të prodhohet një pllakë që ka një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar. Një hap i dytë kryhet më pas në formën e përpunimit për të formuar vrimat e rrjetës pranë zgjatimeve të rrjetës në të dy anët e pllakës. Ky hap i dytë përfshin nën-hapat e prerjes së të dy anëve të pllakës për të formuar projeksione grilë; dhe bluarja e të dy anëve me dhëmbëza të pllakës. Zgjatjet e grilës të formuara nga prerja janë në formën e një koni drejtkëndor, por ato mund të formohen në forma të ndryshme nga koni drejtkëndor. Me anë të përkuljes, vrimat e rrjetës formohen midis zgjatimeve të rrjetës, ku vrimat e rrjetës formojnë kanale nëpër të cilat rrjedh lëngu. Duke kryer bluarje, është e mundur që të hiqen gërvishtjet e krijuara nga prerja dhe të përpunohen skajet e mprehta (majat) e zgjatimeve të grilave në mënyrë që ato të jenë të mprehta.
Së fundi, hapi i tretë është përpunimi i pllakës për të formuar një hyrje dhe një dalje në mënyrë që ato të lidhen me vrimat e rrjetës.
Pllakat bipolare të qelizave të karburantit janë mbledhur në një paketë. Në këtë rast, zona e kanalit 53 e formuar në njërën anë të pllakës bipolare (BP) dhe ana e MEU (M) formon një shteg (kanal) përmes të cilit rrjedh karburanti. Ana tjetër e MED (M) dhe ana e pllakës tjetër bipolare (BP) përballë pllakës së parë bipolare (BP) formojnë një shteg (kanal) nëpër të cilin rrjedh ajri.
Me këtë dizajn, kur karburanti furnizohet në kalimin e hyrjes 54 të pllakës bipolare (BP) siç tregohet në kanalet Fig. 53, dhe më pas kjo lëndë djegëse shkarkohet në pjesën e jashtme përmes kanalit të daljes 55.
Në këtë proces, për shkak të formës së vogël dhe uniforme të një rrjeti të tillë të formuar nga vrimat e rrjetës 51 të formuara nga zgjatimet e rrjetës 52 në zonën e kanalit 53, lëngu jo vetëm që mund të shpërndahet në mënyrë uniforme, por edhe të shpërndahet. Në të njëjtën kohë, për shkak të zgjatjeve të grilave 52 të formuara në rajonin 53 të kanalit, zona e kontaktit të pllakës bipolare (BP) dhe MEA (M) është relativisht e reduktuar, dhe zona efektive e kontaktit të karburanti dhe MEA (M) është rritur.
Përveç kësaj, ajri rrjedh përmes të njëjtit proces siç përshkruhet më sipër.
Në rastin e metodës për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të dytë të kësaj shpikjeje, duke përpunuar një pllakë drejtkëndëshe që ka një trashësi të caktuar në të dy anët për të formuar një hyrje dhe një dalje me një rrotull, etj., prodhimi është i thjeshtë dhe i shpejtë.
14 dhe 15 janë pamje seksionale të sipërme dhe të përparme që ilustrojnë një mishërim të tretë të një pllake bipolare të qelizave të karburantit në përputhje me shpikjen aktuale.
Siç tregohet në FIGURAT 14 dhe 15, pllaka bipolare e qelizave të karburantit sipas mishërimit të tretë të shpikjes së tanishme përfshin një pllakë 60 që ka një trashësi dhe zonë të caktuar, në të cilën, në të dy anët në mes, ka kanale të shumta 61 të përbërë nga shumë ngjitjet dhe zbritjet, në mënyrë që të kenë një gjerësi dhe gjatësi të caktuar; dhe një pjesë mbyllëse 65 e lidhur përkatësisht në konturin e të dy anëve të pllakës 60 në mënyrë që të formojnë kanalet 62a, 62b, 62c së bashku me kanalet 61 të pllakës 60, një hyrje 63 dhe një dalje 64 përmes së cilës rrjedh lëngu dhe jashtë.
Pllaka 60 është bërë në formën e një pllake metalike drejtkëndore, dhe kanalet 61 formohen në një zonë të caktuar të brendshme të kësaj pllake metalike drejtkëndore. Kur shtypet pllaka 60, kanalet 61 formohen përkatësisht në të dy anët e pllakës 60, dhe kanalet 61 kanë të njëjtën thellësi.
Elementi mbyllës 65 ka një formë drejtkëndëshe dhe një gjerësi të caktuar, dhe ka të njëjtën trashësi si lartësia e ngritësve të kanalit 61 dhe ka të njëjtën madhësi si pllaka 60. Lartësia e ngritjeve të kanalit 61 është afërsisht 2.5 mm.
Një hyrje 63 përmes së cilës rrjedh lëngu është formuar në njërën anë të pjesës mbyllëse 65 dhe një dalje 64 është formuar që të jetë përballë hyrjes 63.
Kanali i brendshëm i formuar nga anëtari mbyllës 65 përfshin një kanal buferi hyrës 62a për shpërndarjen e lëngut nëpër kanalet 61 të pllakës 60; një kanal tampon daljeje 62b për të lejuar që lëngu që kalon nëpër kanalet 61 të pllakës 60 të rrjedhë në kanalin e daljes 64; dhe një kanal lidhës 62c për lidhjen e kanalit buferik të hyrjes 62a dhe kanalit të tamponit të daljes 62b.
16 është një diagram që ilustron një mishërim të tretë të një metode për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit sipas shpikjes aktuale.
Siç tregohet në Fig. 16, në metodën e prodhimit të pllakës bipolare të qelizave të karburantit sipas mishërimit të tretë të shpikjes aktuale, hapi i parë është të përftohet një pllakë 60 duke prerë një pllakë metalike që ka një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar sipas një madhësia e caktuar dhe hapi i dytë është shtypja e pllakës 60 në mënyrë që të formohen kanale të shumta 61 në të dy anët e pllakës 60. Pllaka metalike 60 ka një formë drejtkëndëshe.
Kanalet 61 të pllakës 60 janë bërë drejt, dhe ato kanë një gjatësi të caktuar, dhe lartësia e ngritjeve të kanaleve 61 është e njëjtë. Kanali 61 i pllakës 60 mund të ketë forma të ndryshme të prerjes tërthore, të tilla si një formë vale ose një formë drejtkëndore.
Hapi i tretë është kombinimi i pjesës vulosëse 65 me konturin e pllakës së formuar me shtypje 60. Anëtari mbyllës 65 formohet në një ndarës drejtkëndor që ka një gjerësi dhe trashësi të caktuar, dhe ky pjesë vulosëse 65 kombinohet me konturin e pllaka 60 në mënyrë që të rrethojë rajonin e brendshëm të pllakës 60, dhe kështu të formojë kanalet 62a, 62b, 62c. Një hyrje 63 dhe një dalje 64 formohen në elementin mbyllës 65. Hyrja 63 dhe dalja 64 mund të formohen duke prerë një pjesë të pjesës vulosëse 65.
Siç përshkruhet më sipër në mishërimin e parë të shpikjes së tanishme, paketa e qelizave të karburantit është montuar. Në të njëjtën kohë, duke ngritur kanalin e drejtë 61 të formuar në anën e pllakës bipolare (BP) dhe anën e MEU (M), formohet një shteg (kanal) përgjatë së cilës rrjedh karburanti. Ana tjetër e MED (M) dhe shpatet e kanaleve të drejta 61 të formuara në anën e pllakës tjetër bipolare (BP) përballë pllakës së parë bipolare (BP) formojnë një shteg (kanal) përmes të cilit rrjedh ajri.
Me këtë dizajn, kur karburanti furnizohet në portën hyrëse 63 të pllakës bipolare (BP), karburanti në portën e hyrjes 63 rrjedh përgjatë kësaj rruge, domethënë përmes portës së tamponit të hyrjes 62a, portës lidhëse 62c, portës 61 dhe daljes. porta e tamponit 62b. Më pas, karburanti shkarkohet jashtë përmes portës së daljes 64. Përveç kësaj, ajri rrjedh përmes të njëjtit proces siç përshkruhet më sipër.
Përveç kësaj, në shpikjen e tanishme, duke prodhuar pllakën metalike me përpunim të shtypjes, prodhimi është i thjeshtë dhe i shpejtë. Përveç kësaj, duke zvogëluar trashësinë e pllakës bipolare, madhësia dhe pesha e paketimit mund të zvogëlohet.
Zbatueshmëria Industriale
Siç përshkruhet më sipër, në rastin e pllakës bipolare të qelizës së karburantit dhe metodës së prodhimit të saj sipas shpikjes aktuale, duke bërë që karburanti dhe ajri të rrjedhin përkatësisht në elektrodën e karburantit dhe në elektrodën e ajrit të qelizës së karburantit uniform, duke rritur efektivitetin zona e reagimit me MEA dhe rritja e fuqisë së zonës së difuzionit (dalja e energjisë) mund të rritet. Duke zvogëluar rezistencën ndaj rrjedhës së karburantit dhe ajrit, humbja e presionit që gjeneron rrjedhën e karburantit dhe ajrit mund të reduktohet, d.m.th. forca pompuese. Përveç kësaj, duke thjeshtuar dhe lehtësuar prodhimin, kostot e prodhimit mund të reduktohen shumë, dhe për këtë arsye prodhimi masiv është i mundur.
1. Pllakë bipolare e qelizave të karburantit, që përmban një pllakë me trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; një hapësirë rrjedhëse e lëngut e formuar në të dy anët e pllakës, hapësira e rrjedhës së lëngut është konfiguruar të ketë një gjerësi, gjatësi dhe thellësi të caktuar; një rrjet udhëzues lëngu i instaluar në hapësirën e rrjedhës së lëngut, rrjeti drejtues i lëngut ka një formë të caktuar; një portë hyrëse e formuar në pllakën e lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut për futjen e lëngut; dhe një portë daljeje e formuar në pllakë të lidhur me hapësirën e rrjedhës së lëngut për të shkarkuar lëngun.
2. Pllaka bipolare sipas pretendimit 1, ku hapësira e rrjedhës së lëngut është formuar të jetë në formë drejtkëndëshe dhe rrjeta udhëzuese e lëngut është në formë drejtkëndëshe jo më e madhe se madhësia e hapësirës së rrjedhës së lëngut.
3. Pllaka bipolare e pretendimit 1, ku rrjeta drejtuese e lëngut ka një trashësi jo më të madhe se thellësia e hapësirës së rrjedhës së lëngut.
4. Pllaka bipolare sipas pretendimit 1, ku porta e hyrjes dhe ajo e daljes janë formuar përkatësisht si të paktën një vrimë kalimtare dhe janë formuar në anën e pllakës.
5. Pllaka bipolare e pretendimit 1, ku hyrja dhe dalja janë diagonale me njëra-tjetrën.
6. Pllaka bipolare sipas pretendimit 1, pllaka eshte e perbere nga nje material çelik inox.
7. Një metodë për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit, që përfshin krijimin e një kallëpe për përpunimin e pllakës, në të cilën një hapësirë e rrjedhës së lëngut që ka një zonë dhe thellësi të caktuar është formuar në të dy anët, dhe një rrjet lëngu që del jashtë në hapësirën e rrjedhës së lëngut eshte formuar; duke bërë një pjatë duke përdorur këtë kallëp; përpunimi i pllakës për të siguruar një hyrje për lëngun që të rrjedhë në hapësirën e rrjedhjes së lëngut të rrjetëzuar; dhe përpunimi i pllakës për të siguruar një kalim daljeje për rrjedhjen e lëngut nga hapësira e rrjedhës së lëngut.
8. Pllakë bipolare qelize karburanti, që përmban një pllakë me trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; një zonë kanali që ka zgjatime grilë pranë brazdave të shumta grilë të formuara përgjatë një zone të caktuar të të dy anëve të pllakës; një portë hyrëse e formuar në një anë të pllakës së lidhur me vrimat e grilës për futjen e një lëngu; dhe një kanal daljeje i formuar në një anë të pllakës së lidhur me vrimat e rrjetës për të shkarkuar lëngun në vrimat e rrjetës.
9. Pllaka bipolare e pretendimit 8, ku zgjatja e grilave është formuar në një formë koni drejtkëndëshe.
10. Pllaka bipolare e pretendimit 8, ku zgjatimet e rrjetës formohen në intervale të rregullta.
11. Pllaka bipolare sipas pretendimit 8, ku porta e hyrjes dhe ajo e daljes janë formuar përkatësisht në anën e pllakës në një formë të hapur me një gjerësi dhe thellësi të caktuar.
12. Pllaka bipolare sipas pretendimit 8, pllaka eshte e perbere nga nje material çelik inox.
13. Një metodë për prodhimin e një pllake bipolare të qelizave të karburantit, duke përfshirë prodhimin e një pllake me një trashësi dhe sipërfaqe të caktuar; kryerja e përpunimit për të formuar vrimat e grilave pranë zgjatimeve të grilave të formuara në të dy anët e pllakës; dhe përpunimi i pllakës me kanalin e hyrjes dhe kanalin e daljes të lidhur me brazdat e rrjetës.
14. Metoda sipas pretendimit 13, në të cilën faza e përpunimit përfshin nën-hapa: dhëmbëza në të dy anët e pllakës për të formuar zgjatime grilë; dhe bluarja e të dy anëve me dhëmbëza të pllakës.
15. Një pllakë bipolare qelize karburanti, që përbëhet nga: një pllakë me trashësi dhe sipërfaqe të caktuar, në të cilën, në të dyja anët në mes, formohen me shtypje kanale të shumta, të përbërë nga ngjitje dhe zbritje të shumta në mënyrë që të kenë një gjerësi të caktuar dhe gjatësia; dhe një pjesë mbyllëse e ngjitur përkatësisht në konturin e të dy anëve të pllakës në mënyrë që të formojnë kanale të brendshme, së bashku me kanalet e pllakës, një kanal hyrje dhe një kanal daljeje përmes të cilit lëngu rrjedh brenda dhe jashtë kanaleve.
16. Pllakë bipolare sipas pretendimit 15, në të cilën kanalet e brendshme përfshijnë një kanal buferi hyrës për shpërndarjen e lëngut nëpër kanalet e pllakës; një kanal tampon daljeje për të lejuar që lëngu që kalon nëpër kanalet e pllakës të rrjedhë në kanalin e daljes; dhe një kanal lidhës për lidhjen e kanalit buferik të hyrjes dhe kanalit buferik të daljes.
17. Një metodë e prodhimit të një pllake bipolare të qelizave të karburantit, duke përfshirë prerjen e pllakës në mënyrë që të ketë një madhësi të caktuar; shtypni duke përpunuar të dy anët e pllakës së prerë në mënyrë që të formohen kanale të shumta nëpër të cilat rrjedh lëngu; dhe duke kombinuar elementin mbyllës me konturin e pllakës së punuar me shtypje.
18. Metoda sipas pretendimit 17, ku gjatë hapit të presimit, ngritjet e formuara nga kanalet përpunohen në mënyrë që ato të kenë të njëjtën lartësi.
Shpikja ka të bëjë me fushën e inxhinierisë elektrike dhe mund të përdoret në qelizat e karburantit
Për fillestarët: mbarështimi i një brojleri në shtëpi Ujë i zier për zogjtë
Vetëm të dashuruarit do të mbijetojnë
Karakteristikat e reklamave që synojnë fëmijët
retushimi i fotove të vjetra në photoshop retushimi i fotove të vjetra
Çfarë është një OJF: dekodimi, përcaktimi i qëllimeve, llojet e aktiviteteve A ka të drejtë një organizatë jofitimprurëse