PEMFC雙極板仿生流場(chǎng)結(jié)構(gòu)水管理的研究.pdf

1、現(xiàn)實(shí)的能源危機(jī)和環(huán)境問題，使得人們對(duì)新能源的開發(fā)和需求變得越來越重要。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種新能源氫能的利用裝置，以特有的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿?，其研究和運(yùn)用也越來越受到重視。如何獲得高性能PEMFC，是當(dāng)下對(duì)其研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。
　　影響PEMFC性能的因素有很多，水是其中影響PEMFC性能的關(guān)鍵因素之一。如何保持電池內(nèi)水的相對(duì)平衡，即對(duì)電池實(shí)現(xiàn)有效的水管理，是現(xiàn)在PEMFC研究上的難點(diǎn)之一。電池的流場(chǎng)作為電池排水

2、通道和氣體流通通道的，其對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)電池的水管理具有非常重要的作用。本文以PEMFC的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，研究和分析新型仿生流場(chǎng)在改善電池水管理狀況上的作用。
　　本文主要是通過CFD軟件對(duì)PEMFC進(jìn)行工作狀況下的仿真模擬，然后根據(jù)仿真數(shù)據(jù)來得到對(duì)電池的理論分析結(jié)果。在電池處于高功率輸出情況下，通過分析對(duì)比仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用新型流道的電池，在PEMFC的I～V曲線，壓強(qiáng)損耗，反應(yīng)物與生成物的分布情況，電池的熱分布情況，以及膜中含水量等特性

3、方面的表現(xiàn)，相較于采用傳統(tǒng)流道（平行流場(chǎng)和蛇形流場(chǎng)）的電池，都要更加符合高性能電池的要求。對(duì)于電池在高電流和低電流工作狀況容易出現(xiàn)水管理的問題，本文也做了分析和討論：在高電流的情況下，電池內(nèi)有大量的水生成，相較于傳統(tǒng)流場(chǎng)，仿生流場(chǎng)更能利于電池內(nèi)水的排出；而在低電流時(shí)，電池內(nèi)易出現(xiàn)缺水，相較于傳統(tǒng)流場(chǎng)，仿生流場(chǎng)更能利于水氣在電池內(nèi)的擴(kuò)散傳輸，使水和氣在電池分布更加均勻些。
　　電池的操作條件變化時(shí)，電池的性能也會(huì)隨之出現(xiàn)變化，而電池

4、內(nèi)部水管理狀況也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化。在本文擬定的研究操作條件下，電池的進(jìn)氣濕度值越大、溫度越低和壓強(qiáng)越大仿生流場(chǎng)電池的輸出性能就越好。這三個(gè)變量對(duì)仿生流場(chǎng)電池內(nèi)水管理的影響是：進(jìn)氣的相對(duì)濕度越大，仿生流場(chǎng)電池膜的含水量越高，但電池流道內(nèi)部的積水量也越大和催化層表面的反應(yīng)物濃度值也越小；電池的操作溫度越低，膜的含水量越大，也越利于陰極的水分向陽極擴(kuò)散，但電池內(nèi)的積水量會(huì)趨于偏大，電極上的反應(yīng)物濃度值會(huì)越?。浑S著電池操作壓強(qiáng)增大，膜的含水量會(huì)