質(zhì)子交換膜燃料電池掃氣除水的模擬研究.pdf

1、在寒冷的環(huán)境下使用質(zhì)子交換膜燃料電池需要在停機(jī)后將殘留在燃料電池內(nèi)部的水分排出電池外，以防止這部分水結(jié)冰對(duì)燃料電池產(chǎn)生不利影響。停機(jī)后可以使用掃氣的辦法把內(nèi)部的殘余水分排出電池外。本文建立一個(gè)三維兩相流質(zhì)子交換膜燃料電池掃氣除水模型，研究燃料電池掃氣過(guò)程內(nèi)部水含量的變化及不同條件下燃料電池的掃氣排水特性。探究各種不同參數(shù)對(duì)掃氣除水過(guò)程的影響。研究的操作參數(shù)有掃氣工況，包含流速和溫度參數(shù)；結(jié)構(gòu)參數(shù)包括電池部件幾何尺寸、流道深度和膜厚度；物

2、性參數(shù)，包含氣體擴(kuò)散層滲透率和孔隙率。
　　研究結(jié)果表明，掃氣除水的基本過(guò)程為，在掃氣初始階段，陰極氣體擴(kuò)散層肋下方的水飽和度下降比流道下方的飽和度下降要快。當(dāng)飽和度降低到一定程度后，流道下方的氣體擴(kuò)散層的水先蒸發(fā)干燥，然后再是肋下方的氣體擴(kuò)散層蒸發(fā)干燥。陽(yáng)極則與陰極的后一個(gè)過(guò)程相同。在不同的電池初始溫度下用相同溫度氣體掃氣，燃料電池的排水過(guò)程不相同。初始溫度較高的情況下燃料電池的掃氣除水過(guò)程較快。而在相同的電池初始溫度下，用不同

3、的氣體對(duì)燃料電池進(jìn)行掃氣，則燃料電池的掃氣排水過(guò)程差別較小。在不同的流速下掃氣，燃料電池的掃氣干燥過(guò)程不同。流速越大燃料電池的掃氣除水過(guò)程越快，但隨著流速的加快，加快流速帶來(lái)的效益也越來(lái)越小。在陰、陽(yáng)極掃氣速度不相同時(shí)，陰、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層及膜內(nèi)的水排出速率差別都不明顯。在不同的電池流道深度條件下，較淺的流道深度對(duì)于掃氣除水過(guò)程來(lái)說(shuō)不利。當(dāng)氣體擴(kuò)散層的滲透率不相同時(shí)，掃氣過(guò)程中陰極和陽(yáng)極內(nèi)液態(tài)水的排除速率有很大差別，但膜內(nèi)水的排除速率則差