具有二次進氣口的質(zhì)子交換膜燃料電池的性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的水管理問題一直燃料電池領域的熱門問題，其中水淹問題是影響PEMFC性能的關鍵因素。為了緩解PEMFC流道內(nèi)的水淹狀況，提出了一種新型進氣方式—具有二次進氣口的新型進氣方式，以期提高PEMFC的性能。
　　首先就加濕溫度這一直接影響電池內(nèi)部水環(huán)境的參數(shù)進行了實驗研究，對膜電極有效面積為25cm2的PEMFC單元進行了恒流放電。實驗結果表明，相較于陽極氫氣的加濕，對陰極空氣的加濕更有利于PEMFC的穩(wěn)

2、定運行，陰極空氣的加濕溫度在保證電池電壓穩(wěn)定性方面起到的作用更大。通過監(jiān)測陰極流道的進出口壓差，發(fā)現(xiàn)對于單蛇形流道而言，進出口壓差可以反映流道內(nèi)的液態(tài)水狀況。當加濕溫度較低時，陰極壓差與電壓的變化是正相關的，當水淹發(fā)生時，陰極壓差與電壓是負相關的。
　　液態(tài)水在陰極流道內(nèi)一般出現(xiàn)在流道的后半部分，從而影響氧氣的擴散，造成傳質(zhì)損失。針對這一特點，提出了具有二次進氣口的新型進氣方式。所謂的新型進氣方式，即在不改變陰極空氣總供氣量的基礎

3、上，將其中一部分空氣不經(jīng)加濕直接通過二次進氣口供入電池，希望二次進氣的引入，節(jié)約加濕氣體所用的水分以及改變流道后半部分的水淹狀況和氧氣分布，進而提高性能。
　　通過二維數(shù)學模型對新型進氣方式所能達到的效果進行了模擬分析。模擬結果表明，新型進氣方式可以緩解陰極流道內(nèi)的水淹狀況，特別是電流密度較高時，電池性能提升明顯。同時也模擬了不同二次進氣口位置以及不同分流量對性能的影響，結果表明：二次進氣口位于總長度的30％左右，分流量在60%~

4、70%時，電池性能最佳。
　　對膜電極有效面積為90cm2的具有二次進氣口的PEMFC單元進行了實驗研究，實驗結果表明，二次進氣口與主進氣口距離占總流道長度的30%時，對性能的提升最顯著。隨著二次進氣口位置的后移，分流對性能的提升效果逐漸變差。通過二次進氣口進入電池的干空氣比例對電池性能的影響與電流密度有關，電流密度為0.75A/cm2時，分流量越大，性能提升效果越好，但是波動也會略微增大；低電流密度時，二次進氣比例的增加對性能有