堿性膜燃料電池電極設(shè)計(jì)對(duì)性能和傳輸過程影響的研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，節(jié)能減排的要求逐漸提升。以內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿υ吹能囕v，作為主要的能耗和排放來源，是節(jié)能減排的重要領(lǐng)域。因此，相對(duì)低能耗、低排放和高效率的電動(dòng)車(Electric vehicle，EV)和燃料電池車(Fuel cell vehicle，F(xiàn)CV)逐漸受到越來越多的關(guān)注。但是基于中國(guó)國(guó)情，考慮到電能的來源和H2的制備方法，內(nèi)燃機(jī)車(Internal combustion engine，ICEV)、EV和FCV的優(yōu)劣尚

2、未可知，因此本研究首先基于中國(guó)國(guó)情、通過生命周期分析，比較了ICEV、EV和FCV在能耗、碳排放和總體效率等方面優(yōu)劣。結(jié)果表明，通過天然氣重整與核電電解水制備H2的燃料電池車在上述三個(gè)方面都是可行的。
　　在車用燃料電池中，堿性陰離子交換膜燃料電池(Alkaline anion exchange membrane fuel cell，AAEMFC)是具有競(jìng)爭(zhēng)力的選擇之一。和質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton exchange mem

3、brane fuel cell，PEMFC)相比，AAEMFC具有較好的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性和較低的貴金屬催化劑依賴性，因而被廣泛關(guān)注。在AAMEFC的結(jié)構(gòu)中，電極設(shè)計(jì)對(duì)其性能有著重要的影響，如電解質(zhì)含量、有無微孔層(Micro porous layer，MPL)。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)缺乏。因此，本研究制備了不同電解質(zhì)含量的AAEMFC，總結(jié)出不同電解質(zhì)含量對(duì)燃料電池性能的影響;引入MPL、提高陽極背壓和相對(duì)濕度的影響也通過實(shí)驗(yàn)加以總結(jié)。結(jié)果

4、表明，電解質(zhì)含量越高，燃料電池性能越好，耐久性越長(zhǎng);引入微孔層、提高陽極背壓也會(huì)改善燃料電池的性能。
　　最后，本文建立了AAEMFC的三維多相流非恒溫?cái)?shù)值模型，深入電池內(nèi)部，從水管理的角度解釋引入MPL、提高陽極背壓和削減膜厚度對(duì)于液態(tài)水傳輸和電池性能的影響。結(jié)果表明，引入陽極MPL、提高陽極背壓和削減膜厚度，會(huì)改善電池性能，且增幅與電流密度成正比，而引入陰極MPL對(duì)電池性能影響較小，因?yàn)殛帢O處于缺水狀態(tài)，MPL無法發(fā)揮作用。隨