PEM燃料电池气体扩散层液滴运动的可视化实验研究

扩散层作为质子交换膜燃料电池的一个重要组成部分,对电池性能有着极大的影响.将碳纸扩散层从电池单体中独立出来,针对液态水在碳纸多孔介质中的传输进行了可视化的实验研究,同时将三种流场板对排水性能的影响进行了比较.实验结果表明:碳纸的平均孔径对液态水穿透有着重要影响;蛇型流道更有利于液态水从电池中排出.     

降阻条件下旋风分离器的性能

通过对旋风分离器阻力组成的分析,研制了降阻框架,在特定的位置安装降阻框架后,能使旋风分离器的阻力降低40%以上。根据降阻旋风分离器内三维速度分布的测试结果,分析了降阻框架能降低阻力提高效率的原因。     

PEMFC电极孔隙率的优化研究

对质子交换膜燃料电池单体建立了三维稳态电化学模型,考察了气体扩散层孔隙率对电池性能的影响,验证了扩散层孔隙率及层厚的变化反映从气体通道到扩散层和催化剂层的反应气体扩散量,进而影响电化学反应的活跃程度;以膜与阴极催化剂层界面处获得的最大电压为目标函数,采用鲍威尔搜索法对气体扩散层孔隙率进行数值优化,得到了扩散层孔隙率和层厚的最优值。通过优化前后氧气浓度和电流密度的对比显示,这些参数可以显著改善电极的传质性能,使燃料电池获得最佳性能。     

质子交换膜燃料电池扩散层水传递可视化研究

质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte fuel cell,PEFC)扩散层(gas diffusion layer,GDL)水管理对其性能十分关键,扩散层可视化研究对指导微观模型的建立,进而指导电池的设计意义重大.搭建了一个离线扩散层可视化研究实验台,通过对不同碳纸进行液态水穿透实验,观测了液态水突破现象,并得到碳纸突破压力随温度近似呈线性变化且成反比.同时通过分析碳纸中传递过程,建立了一种微观模型,通过MATLAB编程计算突破压力大小,并与实验值进行了对比,得到比较一致的结果.     

质子交换膜燃料电池的多尺度传热传质

介绍了目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)在膜、电极、单电池、电堆或系统等四个结构尺度上的传热传质过程研究;主要讨论了PEMFC内的多组分传输、膜内水管理和多孔电极内的传热、传质过程;认为建立在孔尺度水平的研究方法是深入探讨电池内多孔材料微结构传热传质的有效途径;多维、多尺度模型的建立及其模拟计算能准确反映PEMFC内部的传递过程机理,为进一步优化电池结构和操作条件提供有价值的参考。     

静电旋风分离器的研究现状与进展

论述了静电旋风分离器分离机理、合理结构、三维流场以及数学模型的研究现状,并提出”低阻高效”仍是静电旋风分离器的发展方向,为达到这一目的仍需应用数学模型对其进行结构优化,同时还应对其流场进行模拟,为获得更加合理的结构奠定理论基础。