渐变型流场对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池流场板结构对燃料电池性能有着重要的影响。在保证模型尺寸和结构尺寸的前提下,建立了5种不同渐变型单直流道质子交换膜燃料电池的三维模型,并用有限控制体法对模型进行了求解。结果表明,当流道宽度不变、进口高度相同的情况下,提高流道的渐变率,即减小流道出口的高度,可以提高电池的浓差扩散,故有利于提高电池的性能,但提高的幅度也越来越小。     

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内水传递影响因素分析

通过大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水平衡实验研究,考察了不同操作条件,如电池阴极增湿温度、电池操作温度及阴阳极压差对水在阴阳极间迁移行为及对电池输出性能的影响。实验结果表明,提高电池阴极增湿温度,促进了水向阳极的扩散,在一定程度上可提高电池的性能,但同时增大了电池的水淹程度;提高电池操作温度促进反应生成水向阳极的迁移并提高了电池性能;减小阳极压力以增大阴阳极压差可促进水向阳极迁移,但压差对水的迁移行为影响不大。     

阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能的影响

建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值方法计算了阳极入口气体不同加湿情况下,电池阴阳极侧水沿流道方向的分布,并得到不同工况下的燃料电池极化曲线。计算结果表明,有效的阳极加湿能提高电池性能,但阳极含水过高会使阴极反扩散受到抑制,从而使阴极含水量过多,甚至出现电极溢流现象,可见阳极加湿过量会加剧高电流密度下电池的浓差极化。     

阴、阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性

阴、阳极气体相对湿度是对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响最为重要的因素。通过建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值模拟方法研究了反应气体相对湿度对PEMFC性能的影响及差异性。结果表明,在高操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极气体相对湿度的增加而提高;在低操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极相对湿度的增加而降低。同时,在高操作电压下,阳极气体加湿程度对电池性能的影响比阴极气体加湿程度对电池性能的影响大,但在低操作电压下,阴极气体加湿程度对电池性能的影响更大。通过对质子交换膜的阴极、阳极侧含水量分布的分析,探讨了阴极、阳极加湿对PEMFC性能影响差异性的原因。研究结果对于燃料电池的水管理具有一定指导意义。     

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。     

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。     

PEMFC标准单电池流场结构的优化设计

标准单电池是用来测试和评价燃料电池质子交换膜、催化剂以及膜电极等材料性能的重要工具,其流场形式对测试结果有重要的影响。以25cm^2 PEMFC单电池为研究对象,对单蛇形流道、多蛇形流道和直流道的燃料气体进出口压差进行分析研究。结果显示,标准单电池选取单蛇形流道,阴阳极可以避免产生“水淹”的情况;而多蛇形流道,阳极产生“水淹”的可能性很大,阴极则在低流量的条件下有“水淹”的可能,在高流量情况下可以避免;直流道阴阳极都会产生电极“水淹”现象。     

蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。     

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。     

PEM燃料电池流场板

流场板是PEM燃料电池重要元件之一 ,它能够均匀分配电池放电所需的燃料与氧化剂 ,保证电流密度分布均匀 ;能使电池生成水在反应尾气吹扫和夹带下顺利排出。本文对流场板的各种结构与性能做一综述 ,主要涉及了多孔材料流场板、点状流场板、网状流场板及蛇型流场板等 ,其中对蛇型流场板做了较详细的介绍。这将为燃料电池的研究和设计提供参考     

拔模角对质子交换膜燃料电池流场的影响

模铸法制备质子交换膜燃料电池双极板对于降低燃料电池的制造成本有着重要意义.而模铸过程中模具拔模角度的变化,会引起双极板上流道的截面形状的变化.为了研究拔模角对流场性能的影响,在燃料电池CFD模型和实验所得参数的基础上,对阳极与阴极分别采用单通道和四通道蛇形流场、拔模角从0°到30°条件下的50 cm2单电池的流场进行了模拟计算.研究发现,随着拔模角的增大,阳极与阴极侧流道总压降先下降后上升,气体扩散层漏流量和到达反应层气体浓度则一直增加.综合考虑,建议选择阳极和阴极侧拔模角分别为14°～25°和10°～18°.     

不同温度下磁场对PEMFC的工作性能影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧垂直加载410 mT磁场,考察不同气体温度下磁场对PEMFC工作性能的影响。结果发现:PEMFC在加载磁场后的工作性能优于不加载磁场的电池性能,当工作温度为45℃时,磁场提升PEMFC功率密度最大,达到14.4%。当PEMFC阳极侧和阴极侧采用不同温度条件时,加载磁场后PEMFC的工作性能提升幅度有很大不同,不加磁场时,氢气侧65℃、氧气侧45℃时的极化曲线斜率比氢气侧45℃、氧气侧65℃时的大很多,但加载磁场后,两者之间的斜率差缩小,表明磁场对电池内部氧气传质影响大于对氢气的影响。     

不同流场的PEMFC性能研究

改进了一个耦合气体流道和气体扩散层的两相、三维和多组分质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,研究4种流道形式对PEMFC输出性能的影响。设定温度为70℃,有效面积为3.61 cm~2的情况下,发现单边交指单蛇形流道的性能最好,单蛇形流道的性能最差。阳极流场的形状对PEMFC性能的影响不大。单边交指单蛇形流道的阴极氧气浓度分布最均匀,浓度差值为6.41 mol/m~3,同时排水性能最好,阴极流道内水浓度差值为10.25 mol/m~3。     

加湿对PEMFC性能的影响

研究了在重力作用下,反应气体的湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过控制加湿温度,控制反应气体的相对湿度;通过改变阴极和阳极的相对位置,来改变PEMFC内部的水管理.阳极不加湿(阴极加湿)时,PEMFC的性能最差;阴极不加湿(阳极加湿)时,PEMFC的性能最好.阳极在上时,重力对阴极排水有积极的作用;阴极在上时,重力阻碍阴极排水.     

PEMFC流场结构对电池性能的影响

在PEMFC中,阴极的流场对电池性能有着重大的影响。好的阴极流场能更有效的排出电池内部生成水并大大提高电池的输出功率。在原有流场的基础上设计出具有不同特点的新型流场,再利用H2-空气PEMFC单电池进行实验比较各种流场的性能,同时对直通道和蛇型流场分别在雷诺数Re和进出口压差进行分析。比较压差与电池排水的关系,得出较高压差具有较好的电池性能。