PEM燃料电池中的两相传质及其影响

建立了一个新的二维、两相流模型来研究质子交换膜(PEM)燃料电池中的两相传质及其对质子膜阻抗和阴极性能的影响。模型不仅将催化剂层(CL)包含在电极中,还考虑了电池中相变及其对传质的影响。模型可同时使用在电池的阴极和阳极。主要模拟了电池阴极中两相传质、质子膜阻抗、阴极有效孔隙率和电流密度。模拟结果显示,提高加湿温度可以降低质子膜的阻抗,但过高的加湿温度会降低阴极气体扩散层(GDL)的有效孔隙率,降低阴极的性能。     

PEM燃料电池内液态水和温度分布特性

水和热的管理对PEM燃料电池的性能具有决定性的作用.本文建立了一个两相流模型,对PEM燃料电池换质子交换膜和阴极中的水分和温度进行了模拟,分析了燃料电池阴极中液态水和质子交换膜中水分,以及阴极催化剂层和质子交换膜中温度的分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度,电池阴极中的液态水和质子交换膜中的含水量显著增加;沿着气体流动方向,燃料电池内的温度降低,水分含量升高;从质子交换膜阳极侧到阴极催化剂层中,温度先升高,达到最大值后,渐渐降低.     

PEM燃料电池毛细压力流道拓展模型

多孔电极与流道内的水淹现象是制约质子交换膜(PEM)燃料电池性能提高的关键难题.传统的宏观两相模型普遍存在液态水饱和度预测值偏低的不足,而流道内气液两相雾状流的假设则是低估水淹程度的一个主要原因.本文提出了反映流道壁面浸润差异性的毛细压力流道拓展模型,并对低气速下燃料电池内的传热传质进行了模拟.计算结果表明,该模型克服...     

燃料电池概述

燃料电池在固定与分散电站、交通运输、移动电源等方面广阔的应用前景现已受到许多研究单位和公司的广泛关注，文章简要介绍了几种主要类型燃料电池(碱性燃料电池alkaline fuel cell，AFC)、磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)、直接醇类燃料电池(direct alcohol fuel cell，DAFC)的特点、研究状况、市场需求和技术挑战，初步探讨了我国燃料电池研究开发的前景。     

质子交换膜燃料电池动力系统变工况模拟

质子交换膜燃料电池堆是燃料电池汽车的关键单元之一,电池堆负荷变化及跟踪的动力学特性是衡量其性能优劣的重要指标．因此基于汽车动力系统及其单元的动态特性研究和控制回路设计,有必要开展电池堆的稳态变工况模拟,作为今后深入研究的基础．     

质子交换膜燃料电池动态特性实验研究

质子交换膜燃料电池动态特性的研究对于实际应用来说非常重要,实验研究了质子交换膜单体燃料电池在负载动态变化及启动过程中性能的响应.基于计算机控制的负载变化,得到了在不同进气加湿程度下电池性能在负载突变时的响应和在启动工况中的变化,结果表明电池电流对电压动态变换的响应很迅速,突变工况下电流密度出现了过增现象,高加湿程度的电池在设计启动过程中获得了更好的性能.     

质子交换膜燃料电池中的相关基础性问题

文章介绍了国内外质子交换膜燃料电池的最新进展，特别是在基础研究方面的进展，以促进我国质子交换膜燃料电池的基础研究。     

柔性调控对燃料电池冷热电湿联供系统的影响研究

本文构建了一套基于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)、吸附式制冷机和除湿轮的冷热电湿联供系统,通过吸附式制冷机和除湿轮对PEMFC产生的余热进行充分利用,在满足供电需求的同时,实现房间热环境夏季制冷与除湿处理。为改进联供系统在动态波动负荷需求下的供能匹配性设计,提出一种柔性调控方法,以人体热舒适度为基础,对房间设定温度进行柔性调节,并通过模拟方法对比分析了调控前后系统的运行特性与节能潜力。     

质子交换膜燃料电池波浪形平行流场研究

质子交换膜燃料电池的传统平行流场存在着传质不佳,高电流密度下大量的液态水无法及时排出导致性能急剧下降等问题.提出了一种新型的波浪形平行流场并利用数值模拟方法优化了波浪形平行流场的几何结构.结果表明,相比于传统平行流场,波浪形平行流场不仅能够有效促进氧气的传输,还能加快液态水的去除,采用波浪形平行流场的PEMFC最大输出...     

燃料电池中质子交换膜干涸的热物理机制

本文首次应用有内热源的多孔介质中流体流动与换热理论,对直接甲醇燃料电池中PEM中的传热过程和干涸 现象进行定量研究。建立了相应的数学物理模型并进行了数值求解。计算结果表明:反映水的热容量和膜的内部产热量的 两个无因次参数D和N是影响PEM中传热的主要因素;水的质量流率小和电流密度过高是造成膜干涸的主要原因。     

质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟

本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体 流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程。数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度 和电流等的空间分布情况。为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较。     

质子交换膜燃料电池电流分布的动态响应

动态特性是理解质子交换膜燃料电池性能的重要参数之一.运用燃料电池测试系统、恒电流/恒电压多通道测试仪和燃料电池电流密度分布测试装置,试验测量了质子交换膜燃料电池在不同加湿温度、电池温度和压力下的电流分布动态响应和动态特性.研究发现:不同区域的局部电流达到新的平衡所需的时间不同;加湿温度变化时,不同区域的局部电流的变化趋...     

PEM燃料电池内水分布和温度分布的数值模拟

本文建立了一个两相流、非等温、三维模型来研究PEM燃料电池内的传递过程,讨论了其内部水分布和温度分布特性。模拟结果表明水分布和温度分布都不均匀。沿着流动方向阳极侧水浓度逐渐降低,而阴极侧水浓度却不断升高,导致阴极容易形成液态水;在垂直流动方向上,脊下水的浓度和液态水饱和度都高于流道下;不同放电电压下阴极GDL中液态水分布趋势不同。沿流动方向温度逐渐降低,反应气体不足时降低梯度更大;脊下膜电极中温度低于流道下;垂直膜电极方向上最高温度在阴极催化层,放电电压越低,温度梯度越大;相同放电电压下质子交换膜越厚,各处的温度越低,温度梯度也越小。     

直接甲醇燃料电池膜及阴极模拟

本文提出一个针对直接甲醇燃料电池膜及阴极的二维、多组分稳态数学模型．模型根据直接甲醇膜燃料电池膜及阴极运行工况特性,考虑质量、动量、组分守恒以及电池中的电化学过程而建立,并应用了计算流体动力学(CFD)技术．模拟结果表明传质对直接甲醇燃料电池的性能影响很大;本文还进行了直接甲醇燃料电池阴极水管理的初步探讨．     

热物理参数对燃料电池内传质过程的影响

本文利用自行设计的实验系统,对自制的镀金不锈钢极板液态进料直接甲醇燃料电池的性能进行了测试。实验结果表明,较高的氧气压力和流量、较大的甲醇溶液流量、较高的电池温度均有助于强化燃料电池内部的传质过程。另外,在甲醇溶液浓度不超过2.0kmol/m~3的范围内,提高浓度有助于缓解催化层反应物不足的问题,从而改善燃料电池的性能。本文从机理上对这些实验结果进行了分析。     

流道结构和几何尺寸对燃料电池性能影响的实验研究

流场板是质子交换膜燃料电池重要部件之一。本文对以氢气和氧气作为反应气体的质子交换膜电池的极化曲线进行了实验测定,研究了不同流场板结构、流场板深度和宽度对电池性能的影响．研究发现采用组合流道的电池性能最佳．     

直接甲醇燃料电池热传递数值模拟

本文建立了二维两相非等温的直接甲醇燃料电池(DMFC)模型,综合考虑了DMFC中的电化学反应、热传递、组分传递和甲醇串流。计算了电池内的温度分布、不同电流密度下的膜电极内部最大温差和膜电极平均温度;在此基础上研究了环境和甲醇进口浓度对电池性能、膜电极内平均温度和最大温差的影响。结果表明:膜电极内阴极的温度高于阳极;甲醇进口浓度的上升导致膜电极内平均温度和最大温差上升;环境对电池性能的影响很小。     

PEMFC气体扩散层内各向异性传递过程数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)具有各向异性属性,常规数值模拟对GDL采取均匀模型,忽略了各向异性传递过程对PEMFC性能的影响。本文发展了一个三维非等温单相模型,在GDL平面内和GDL厚度方向采用不同的传递系数,模拟了各向异性传递系数对PEMFC整体和局部性能的影响。在本文计算条件下,GDL各向异性和均匀模型模拟得到的电池极化曲线几乎完全相同,但电池电流密度分布和温度分布等局部特性存在很大差异。该结果进一步证明了不能单独用极化曲线来验证电池数学模型的正确性。