不同工況下PEM燃料電池性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量密度高、啟動速度快等優(yōu)點，已成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的清潔能源技術(shù)之一。本文第一部分針對傳統(tǒng)直通道和封閉流道的PEMFC分別建立了二維全電池綜合數(shù)值模型。模型綜合考慮了參與電化學(xué)反應(yīng)的三個要素反應(yīng)物質(zhì)、電子、質(zhì)子的傳輸過程和液態(tài)水的淹沒以及膜內(nèi)水傳輸現(xiàn)象。分別研究了供氣壓力、溫度、濕度等供氣參數(shù)對電池性能的影響；比較了不同供氣濕度、溫度等參數(shù)對陰極液態(tài)水飽和度分布以及電解質(zhì)膜含水率的影響；預(yù)測了基

2、準(zhǔn)供氣狀態(tài)下兩種流道形式的電池的極化曲線和文獻(xiàn)報道的實驗結(jié)果吻合很好。結(jié)果顯示：輸出電壓越小、工作溫度越低、陰極供氣相對濕度越大，液態(tài)水淹沒電極現(xiàn)象越嚴(yán)重；陰極液態(tài)水的生成有利于膜的浸潤保持較高電導(dǎo)率，但是會淹沒電極使有效電極面積減小，導(dǎo)致電池性能下降；陽極氣體相對濕度越大越有利于電解質(zhì)膜保持較高含水率。結(jié)果還證實封閉流道結(jié)構(gòu)更有利于液態(tài)水的排出和增加反應(yīng)氣體的供應(yīng)能力，改善電池的輸出性能。 第二部分針對燃料電池單電池和4個單電

3、池組成的空氣自呼吸式電池堆，分別進(jìn)行了實驗研究。首先，測試了不同供氣參數(shù)條件下單電池的穩(wěn)態(tài)輸出性能，考察了不同供氣流量和加濕溫度等參數(shù)對于電池性能的影響。然后，重點針對電池堆，考察了供氣條件對電池堆穩(wěn)態(tài)輸出特性的影響；測試了給定供氣條件下電池在加載情況下的輸出性能動態(tài)響應(yīng)特性；在給定負(fù)載阻值條件下，比較了不同氫氣流量情況下電池輸出性能對供氧條件的響應(yīng)。測試結(jié)果顯示，采用風(fēng)扇供氣則能顯著改善電池性能；風(fēng)扇對流供氧狀態(tài)下，氫氣流量對電池動態(tài)