Modular Fuel Cell Stacks Using 3D-Printed Resin-Based Frames
Iñaki Requena · Miguel García-López · Justo Lobato 等 4 人
设计并测试了采用3D打印树脂框架的模块化燃料电池堆，用于农业灌溉等便携式能源场景。
3D打印树脂双极板框架，组装1-5节单电池串并联电堆，进行电化学表征与实地供气测
电堆性能高度依赖膜电极一致性；5节电堆达6.05 W，3节电堆稳定输出0.5 A持续3.29 h。
可探索3D打印电堆与光伏、灌溉系统的能量管理协同，以及膜电极一致性对田间长期可靠性的影响。
该论文提出面向农业灌溉场景的低成本3D打印模块化燃料电池堆，数据详实、方法新颖，但属细分技术进展，公共影响有限。
摘要 本研究介绍了采用3D打印树脂基框架的模块化燃料电池电堆的设计、制造与性能评估，面向便携式与分布式储能应用。该创新设计以低成本、机械稳健性和组件易更换性为优先，使其适用于农业环境等恶劣条件下的部署。与传统石墨基双极板不同，树脂结构具备可打印性和模块化特性，能够实现快速原型制作和现场级维护。单电池与电堆的电化学表征显示出高度可重复性，在20 °C下最佳电流密度为150–165 mA·cm–2，峰值功率密度高于55 mW·cm–2。测试了最多由五个单电池组成的串联和并联配置，结果表明电堆性能对膜电极组件（MEAs）的质量高度敏感。MEA电催化性能的差异导致极化电阻和功率输出出现显著差异，凸显了组件一致性的重要性。串联连接提高了电压，而并联配置增强了电流密度，尽管两者达到相似的最大功率密度。获得最大值的电流密度差异很大，串联连接约为20–30 mA·cm–2，并联连接约为80–100 mA·cm–2。由5个MEA组成的电堆达到最高6.05 W，而由3个MEA组成的电堆达到4.15 W。在实际条件下的运行测试（使用空气作为氧化剂，氢气来自加压罐）证实了系统的稳健性。测试期间，由三个MEA组成的电堆依次由五个1 L、加压至4 bar的罐中所含气体供给，在3.29 h内保持稳定的0.5 A输出，氢气利用效率为0.6 Wh·mg–1 H2。这些结果是在一个关于作物智能灌溉的项目框架内获得的，所获得的数值验证了3D打印燃料电池电堆集成到这些可再生能源系统中的可行性，特别是在缺水地区的灌溉方面。与传统电池相比，该方法为可持续储能提供了一种有前景的可扩展、成本效益高且可现场维护的替代方案。