全钒液流电池流场模拟与优化

流场结构是影响全钒液流电池性能的关键问题之一.基于CFD技术建立全钒液流电池流场的二维数学模型,通过模拟获得在给定流场结构下电解液在石墨毡电极内的分布规律,优化流场结构提高电解液在石墨毡电极内分布的均匀性.研究结果表明,增加分配口个数和延长入口竖直主流道的长度能够有效提高电解液的分配均匀性;同时考察了分配流道宽度和流量对电解液分配均匀性的影响;所得结论对全钒液流电池流场结构设计具有重要的指导意义.     

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响不明显.实验结果对PEM燃料电池流场优化具有一定的参考价值,为其推广应用提供参考依据.     

基于COMSOL的微型HT-PEMFC阴极流场结构分析

采用COMSOL软件对微型高温质子交换膜燃料电池蛇形流场结构进行模型的建立和性能仿真,仿真耦合了质量守恒方程、动量守恒方程、电化学反应方程等。对模型进行求解,通过输出电压、电流密度、功率密度等参数,计算分析了阴极流场板内微通道结构参数对电池性能的影响。结果表明,在8 mm×8 mm的有效反应面积内,当流道宽度为600μm,流道深度为400μm,流道间距为400μm时,燃料分配更均匀,可以获得更高的峰值功率密度。     

PEMFC多级横向流道交错流场参数研究

流场结构是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分，采用合适的流场结构能显著提高PEMFC的工作效率。设计了一种新型流场结构，将新型流场流道级数以及横截面积作为研究重点，利用三维软件COMSOL Multiphysics对新型流场进行了数值模拟和比较分析。结果表明，随着横向流道级数和进出口面积比的不断增加，电池输出性能均呈现出先增大后减小的变化趋势，采用三级横向流道能使新型流场结构有最高的输出性能，均匀递减型流道可以有效提升电池的输出功率。     

PEMFC新型流场的设计与数值模拟

质子交换膜燃料电池流场的主要功能是为燃料电池提供反应物和生成物流动的场所.流场决定着质子交换膜燃料电池内部的物料分布.流场设计的优劣直接影响着电池的性能.利用FLUENT12.0进行了模拟,针对在反应中形成的气泡流,提出一种能够有效排除第二相的方案,即加入了副流道的设计.新型流场保留了传统流场的流道,并在脊上打出副流道入口通道.该种新型流场能较高地提高电池的性能,其原因为具有主副双流道的新型流场能够更有效地促进反应物氧气的排除和生成物水的排除.较传统流场相比,新型流场的流道截面上氧气的平均摩尔分数提高了16.4％,水的平均摩尔分数降低了66％,电流密度提高了20％.     

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。     

几何尺寸对楔形流场PEMFC性能的影响

在三维非等温单相模型的基础上,比较了质子交换膜燃料电池(PEMFC)楔形流场与平行流场的电池性能,且对楔形流场进行了高度及宽度方向上尺寸的变化,分析了其对电池性能的影响.结果表明:随着楔形流道楔高比的减小,楔形流场可提高PEMFC的电池性能;保持流道进口截面宽度不变时,随着楔宽比的增大,燃料电池性能呈先升高后降低的趋势...     

交指型PEM燃料电池性能的实验研究

通过实验的方法研究了交指型质子交换膜(PEM)燃料电池运行中,电池温度、两极加湿温度、电池的工作压力及反应气体流量对电池性能的影响.根据实验结果绘制的电池极化曲线可以获得交指型流场的特性规律,电池两极的加湿温度决定了电池温度对性能提高或是降低的分界线.同时发现与常规蛇行流道不同,交指型流场燃料电池能够承受很高的两极加湿温度,这种能力在电池的阳极表现更为突出,得出操作压力对交指流场燃料电池性能的影响比常规蛇型流场影响程度要弱的结论.     

PEMFC燃料供给系统的仿真与优化

燃料供给系统对保障电池系统性能及产业推广具有重要意义.通过计算流体力学数值仿真方法,分析燃料供给的浓度、流道非均匀截面增压结构设计和压力降(压降)控制对电池性能的影响.提高氧气供给浓度,增大阳极氢气的相对湿度,电池表现出较优的性能.提出一种蛇形流道与平行流道相结合的复合流道结构设计,在阳极流道放置一个增压结构,能控制燃...     

多蛇形流道几何特征的数值研究

合理的流道几何特征可以提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能;使用Fluent软件以多蛇形流场板为研究对象,从反应气体进入流场开始到排出流场结束,针对流道的几何特征进行了系统的数值研究与优化;首先用微流体元件中微流道之缓冲区的设计方法对八流道流场板入口进行了优化使反应气体流速更加均匀,然后对单一型及复合型流道截面进行了数值研究,最后研究了流道基本尺寸——流道深度、流道与脊背宽度对燃料电池性能的影响;相对最优的流道深度为0.45mm,流道宽度与脊背宽度为1mm;对实际设计及燃料电池双极板的制造有参考意义。     

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。     

PEMFC新型压差流道传质与电化学性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;50%开孔率时,对比8组低压直流道和高压直流道宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25mm减小到0.5mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变去改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1mm时,功率密度峰值最高可达0.39W/cm2。     

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。     

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     

氧化物燃料电池动态性能的COMSOL模拟

电池的温度和气流流动的主要影响因素是热量的生成和散发,同时材料间的相互扩散也会导致电池性能的逐步降低,所以氧化物燃料电池中气流、压力、气体浓度的相互关系的描述在氧化物燃料电池的研究、开发中是非常有必要的。通过COMSOL软件建立氧化物燃料电池仿真模型模拟电池的动态性能,进一步研究电池内气相流动结构、质量平衡及能量守恒等问题。借助对电池两极内气体的浓度、质量以及压力等的观察分析,确定单电池内电流分布以及反应气体质量的实时改变情况,为氧化物燃料电池结构的优化设计和参数控制提供参考。     

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。     

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。