四流道蛇形流场孔隙率对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池内部结构对交换膜的性能有着极为重要的影响,而孔隙率又是燃料电池结构的重要组成部分。以四流道渐变蛇形流场结构的质子交换膜燃料电池在工作电压为0.8 V的条件下,对孔隙率分别在0.750、0.625、0.500、0.375、0.250情况下的质子交换膜燃料电池进行模拟分析和数值比较,研究流道内气体流速和沿流道方向的压力分布情况,以电池输出电流密度为参考标准,研究孔隙率对电池输出性能的影响。     

质子交换膜燃料电池的热模拟

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热问题模拟现状,根据研究问题的需要,对模拟相关的模型进行了描述,并应用计算机模拟技术对质子交换膜燃料电池进行了热模拟。从热源、温度场在质子交换膜燃料电池内部的分布情况以及电池性能等方面进行了分析和讨论,得出了结论:热源、温度在质子交换膜电池内部分布的不均匀性和不同电流密度情况下膜电极组件的温差。电池性能曲线与试验结果进行了比较,模拟与试验结果基本吻合。     

高温质子交换膜燃料电池堆的建模与仿真

高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极进气湿度等因素对电池堆性能的影响。研究表明,Z型结构电池堆内阳极气体质量流量分布比较一致,阴极气体质量流量分布呈中间低,两侧高的趋势。单电池数量、电流密度的增大会引起气体分布不均匀性的增强,进而使电池堆电压不均匀性增大;阳极进气湿度的变化主要影响电池欧姆损失。     

质子交换膜燃料电池电流分布测定

目前大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减。研究质子交换膜燃料电池电流密度分布 ,是解决其电池放大过程中性能衰减的基础 ,对提高燃料电池的比功率 ,加速其商业化进程具有重要意义。采用子电池方法 (SubcellApproach)对质子交换膜燃料电池电流分布进行了测定 ,采用网状流场 ,面积为 13 0cm2 。分别考察了气体压力、气体流量、电池温度及不同放电电流密度等条件对电池电流分布的影响。实验结果表明 ,采用网状流场电流密度分布并不均匀。分析了网状流场内流体、水分布情况 ,提出了一种网状流场新的流型。这种方法还可以应用于蛇型流场及其他流场电流分布的测定     

质子交换膜燃料电池表面温度分布的测量

温度分布、电流密度的分布与燃料电池的寿命有密切关系。应用红外热成像技术测量了特殊设计的质子交换膜燃料电池的阴极外表面的温度分布。燃料电池的反应面积为5 cm2。实验中采用了日本NEC公司的型号为TH 5102的热像仪。实验结果表明红外热成像技术能有效地测量质子交换膜燃料电池的外表面温度。电池阴极表面温度分布随电池温度和氧气流量变化而变化。     

流道截面形状对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池内电化学反应生成的水和热量会对电池性能产生较大影响,而流道截面形状是影响电化学反应的因素之一.利用FLUENT软件计算了采用不同截面形状流道的质子交换膜燃料电池,获得电池电压-电流(U-(I))曲线,并分析中电流密度下不同流道电池内温度场的分布,研究了在中、高电流密度下梯形流道和圆形流道对电池内水含量分布的影响.结果表明,流道形状对电池性能影响一方面体现在流道与扩散层接触面积越大则电流密度越大,另一方面底部为弧形和侧壁倾斜的梯形流道可在一定程度上降低膜内中心部位水含量.     

闭口质子交换膜燃料电池温度分布特性研究

热管理对质子交换膜燃料电池性能、寿命和稳定运行起着重要作用。通过设置热电偶，对闭口质子交换膜燃料电池的温度分布特性进行了实验研究。结果显示，闭口质子交换膜燃料电池内温度最高点位于阴极流道出口段。同时，对闭口电池发生水淹现象时的温度分布进行了研究，结果显示，电池温度低于50℃时，发生水淹时电池内热点位于阴极出口段；当电池运行温度超过50℃时，随着电池运行温度的升高，热点的位置由阴极出口处向进口处移动。     

反应气体加湿对PEMFC膜温度的影响

质子交换膜燃料电池内部水对交换膜的温度分布有着极为重要的影响,从而对燃料电池性能有着重大意义。以交指型结构的质子交换膜燃料电池在工作电压为0.5 V对应的工作电流密度下为例,分析研究了阴阳极不同加湿程度对膜温差的影响以及阴阳两极加湿对电流密度和膜的温度的影响的比较。数据表明,阴阳极的加湿对于膜的温差有很大的影响,且在较低加湿条件下阳极比阴极加湿更能改善电池的性能和膜的润湿程度。     

质子交换膜燃料电池热力耦合仿真分析

温度是影响质子交换膜燃料电池电堆性能的一个重要因素,尤其是车用质子交换膜燃料电池工况非常复杂,温度变化范围跨度较大(-30～80℃)。针对温度和装配压力的耦合效应,建立了质子交换膜燃料电池电堆热力耦合三维有限元分析模型,通过定义螺栓预紧力及设置不同温度场模拟热力耦合效应,分析了热力耦合效应对由三个单电池组成的燃料电池电堆中单电池层内及电池之间应力分布影响规律,为保证燃料电池电堆层内与层间应力分布均匀,提高电堆装配质量提供了理论指导。     

多通道蛇形流场PEMFC内传递现象的数值模拟

电极板上的流场构型对质子交换膜燃料电池的流动特性和电池效率有重要的影响。为研究多通道蛇形流场设计质子交换膜燃料电池的局部流场、电流密度和组分浓度等的空间分布,应用作者前期发展的基于计算流体力学的三维稳态数学模型,对一个小型电池单体(电极面积大小为5.9cm×6.1cm)进行了详细的数值模拟,讨论和分析了该设计的流动特性和传输机理。结果表明:电池的电流密度分布比较均匀,阴极的压力损失要比阳极大得多,阳极氢的质量分数从流动入口到出口基本呈现增大趋势。     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

PEM燃料电池性能损耗的多场耦合仿真分析

燃料电池性能受到诸多因素的影响,涉及到温度、湿度、力和电化学等多种物理场,其性能损耗是多物理场耦合作用的结果,而目前大多数的仿真研究没有全面考虑这些因素,并不能准确反映PEM燃料电池实际工作条件下的性能。基于有限元理论,建立质子交换膜燃料电池性能的多物理场模型,同时考虑装配紧固力对燃料电池的变形影响,模拟了在不同装配紧固力下燃料电池电流密度分布、内部气体压力及水分布情况,分析装配紧固力对燃料电池性能的影响及燃料电池变形后接触电阻的变化,为今后PEM燃料电池多场耦合模型的性能影响参数优化研究提供基础。     

大活性面积PEMFC的电流密度分布

利用安装在阳极端板上的35只子电池,测定了活性面积为400 cm2的单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作中的电流密度分布.实验结果显示,对大面积燃料电池而言,由于端板紧固过程中带来的应变,容易造成中心部分的电流密度偏低.分析了进一步研究需要考虑的因素,如极板的腐蚀、分割测试的等效性和分割引起的问题等.     

质子交换膜燃料电池燃料饥饿现象

燃料饥饿的发生,将加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)的衰减,降低电池的寿命。在燃料饥饿条件下,采用分式结构电池,对其电压、电极电势、电流分布及局部界面电势随时间的响应情况进行了在线测量。实验结果表明在燃料饥饿条件下,电池阳极侧出现"真空效应",公用管路内燃料气被倒吸进电池阳极,延缓了电池的死亡。公用管路内气体氢浓度越低,电池衰减越快。在此过程中,电池阳极中间区域局部界面电势首先上升,相应的阳极电势也逐渐升高;同时,电池中间区域电流下降,电流分布差异增大,阴极极化增大,电势相应下降。这表明电池运行过程中,气体中所含杂质在电池阳极的积累,使得电池阳极腔内氢气浓度逐渐下降并最终引起电池死亡。     

交指型极板的质子交换膜燃料电池阴极模拟

介绍了采用交指型极板的质子交换膜 (PEM )燃料电池的工作原理 ,通过建立电池阴极数学模型揭示了电极内部的气体是通过强迫对流进行传递 ,指出这一传质机理能加快气体的传递 ,从而提高电化学反应速率 ;比较了采用交指型极板与常规极板的PEM燃料电池的局部电流密度和伏安曲线大小 ,指出交指型极板可提高电池的局部电流密度和极限电流密度 ,从而改善电池性能 ;最后指出增大电池进出口压差、减小气体扩散电极厚度以及增加极板流道个数都可以进一步改善采用交指型极板的PEM燃料电池的性能。     

阳极气体杂质对PEM燃料电池性能的影响

气体中的杂质对燃料电池的毒化影响是阻碍质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化的主要原因之一。综述了阳极气体杂质（Co、CO2、H2S、NH3和各种碳氢化合物）对电池性能的影响,并进行了比较。研究表明,杂质对电池的影响与杂质浓度、电池温度、电流密度、毒化时间以及气体压力等因素有关。     

PEMFC动态加载时的内阻特性

分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电阻组成,讨论了电池在不同加载策略下其电阻的动态变化情况,并结合在线测得的电池内阻值进行分析,从膜内水含量的角度讨论内阻变化原因,指出电池在不同电流密度下均对应一个相应的内阻值,电流密度越大,电池的内阻值越小;定义了起始内阻Ri的概念,发现电池动态加载时,起始内阻越小,极化程度越小;实验结果发现,电池水淹时内阻会持续下降,提出可以利用实时电池内阻的大小判断电池的实时运行情况。