PEM燃料電池氣體分配、質(zhì)量傳遞與電化學(xué)模型及應(yīng)用.pdf

1、PEM燃料電池(PEM：Proton Exchange Membrane)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無污染等諸多優(yōu)點，已成為燃料電池研究中的主流。國內(nèi)外學(xué)者為了提升質(zhì)子交換膜燃料電池的性能從各方面進(jìn)行了大量的探索。 電堆氣體分配影響各單電池燃料氣體供給的充分程度，而單電池的擴(kuò)散層質(zhì)量傳遞好壞決定反應(yīng)能否很好的發(fā)生，反應(yīng)氣最終參與的電化學(xué)反應(yīng)則是整個燃料電池過程的核心。本文針對燃料電池堆陰極氣體分配的均勻性進(jìn)行模擬和優(yōu)化，對單電池陰極擴(kuò)

2、散層孔隙率分布對電池性能的影響等問題進(jìn)行了研究，并探討了電池的能量轉(zhuǎn)化、電化學(xué)模型及效率等問題。 文章首先利用等效流動阻力模型對某30kW電堆進(jìn)行了簡化，研究了燃料電池堆陰極氣體分配的均勻性，探討了影響電堆氣體分配均勻性的因素，并通過研究進(jìn)一步簡化后的模型提出了幾種優(yōu)化的方案。結(jié)果表明：反應(yīng)氣在各單電池中分配的不均衡，使得電堆中不同區(qū)域的單電池性能差異較大；進(jìn)口總管質(zhì)量流率、總管截面積、總管水力直徑及單電池流動阻力等因素均會引起

3、氣體分配均勻性的改變；采用增加總管截面積的大小、改變總管形狀以及改變單電池流動阻力等方法都能有效地改善各單電池氣體分配的均勻性。 然后，從解析和統(tǒng)計的角度對單電池陰極擴(kuò)散層孔隙率的分布對電池性能的影響進(jìn)行了研究。建立了線性和非線性梯度擴(kuò)散層的模型，計算結(jié)果表明，線性梯度擴(kuò)散層的梯度越大，電池的性能越好，而非線性梯度擴(kuò)散層的性能則是拋物線型最好，階躍型次之，均好于線性；建立了均勻、單一及兩種正態(tài)分布的擴(kuò)散層統(tǒng)計分布模型，計算結(jié)果表