車用質(zhì)子交換膜燃料電池多孔碳板增濕器研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池中膜的電導(dǎo)率與膜中水含量密切相關(guān)。如果膜的水含量過高，容易造成水淹，并導(dǎo)致與其相連的電極或者氣體擴(kuò)散層中的孔道被堵塞；如果膜的水合狀態(tài)過低，不利于質(zhì)子的傳導(dǎo)。因此須對(duì)質(zhì)子交換膜進(jìn)行加濕，以確保質(zhì)子交換膜處于良好的水合狀態(tài)，并且同時(shí)應(yīng)控制適當(dāng)?shù)乃植家员ＷC電池性能. 本課題選用一種多孔碳板作為增濕器的核心材料，這種多孔碳板密度小、導(dǎo)熱性能良好并且在一定壓力的作用下允許流體通過。電池工作時(shí)，高溫循環(huán)水通過碳板內(nèi)部孔

2、隙滲透到到反應(yīng)氣側(cè)，并吸收碳板從循環(huán)水側(cè)傳遞到反應(yīng)氣側(cè)的熱量進(jìn)行蒸發(fā)，對(duì)電池增濕，同時(shí)反應(yīng)氣也吸收熱量升溫。這種增濕器的增濕效率高、體積小、重量輕、無需外界動(dòng)力支持、增濕水量容易控制并且有效利用了電池工作時(shí)的廢熱。 圍繞以上幾點(diǎn)，本論文的主要內(nèi)容可以概括為多孔碳板的增濕特性研究以及增濕器的設(shè)計(jì)、制作、性能測(cè)試。研究發(fā)現(xiàn)： (1)碳板的有效孔隙率與孔徑大小聯(lián)合起來對(duì)滲水量起作用，有效孔隙率越高孔徑越大滲水量越大，其中有效孔

3、隙率為6.8％的碳板滲透率為1.5md； (2)隨著壓力增加，多孔碳板滲水速度越來越快，壓力為30kpa時(shí)有效孔隙率為6.8％的碳板滲水速度為0.56g/cm2·min；在滲水量較大時(shí)，環(huán)境溫度(燃料電池工作溫度范圍內(nèi))對(duì)滲水量的影響不大，滲水速度比蒸發(fā)速度快得多； (3)10kpa的壓力作用下，增濕器沒有氣體通過時(shí)，沒有外部力量將流道內(nèi)部的水排出，滲透水量有限，增濕量?jī)H為15g/min；氣體通過時(shí)，流動(dòng)空氣所帶來的吹掃

4、效果把水帶出增濕器，增濕水量達(dá)50g/min；進(jìn)一步增加空氣流量，碳板表面的已經(jīng)液態(tài)水被吹走，但由于沒有大量的熱量來源，無法蒸發(fā)碳板表面的水膜，碳板的滲水量難以增加；氣體溫度升高時(shí)，氣體中所含熱量與水的蒸發(fā)潛熱相比太小，同樣無法使液態(tài)水蒸發(fā)，滲水量也難以增加； (4)隨循環(huán)水溫升高，大量熱量從循環(huán)水向反應(yīng)氣傳遞，碳板表面的水膜被蒸發(fā)，碳板滲水速度加快，在7kpa的壓力下，增濕量為41g/min：當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，進(jìn)入增濕器的氣體