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.     

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。     

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。     

渐变型流场对PEMFC传质和性能的影响

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Full Cell,PEMFC)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,建立了阴极、阳极、阴阳极分别具有渐变型流场的质子交换膜燃料电池三维模型,并用有限控制体法对模型进行了求解。结果表明,在大电流区域,渐变形流场可以提高气体的浓差扩散,从而提高电池的性能,但阴极氧气的传输对电池性能的提高远大于阳极氢气的传输对电池性能的提高。因此,阴阳极均为渐变型流场的电池性能最好;阴极为渐变型流场,阳极为直型流场的电池性能次之;阴极为直型流场,阳极为渐变型流场的电池性能再次;阴阳极均为直型流场的电池性能最差。     

微型燃料电池双极板的研究现状

为了满足便携式设备电源高耗能、低污染的需求,关于微型燃料电池的应用研究也日益增多。双极板作为微型燃料电池关键部件之一,其质量占电池总质量的70%~80%,成本占电池成本的40%~50%。综述了微型燃料电池双极板的流场结构、微流场加工工艺和极板材料的研究现状,重点叙述了流场结构、流场加工工艺和极板材料的优缺点,并指出了亟待解决的问题。对降低双极板质量和成本、提高微型燃料电池运行效率的研究具有指导性意义。     

PEM燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

直接甲醇燃料电池两相传质过程研究进展

为了揭示直接甲醇燃料电池两相流及其对电池性能的影响,从可视化研究和数学模型研究两方面综述了直接甲醇燃料电池中气、液两相流的研究进展.概述了阳极和阴极两相流研究,介绍了流场模型、扩散层模型、催化层模型及质子交换膜模型等数学模型.阴极进行可视化研究是必要的,数学模型与实验结合起来研究能更好地促进模型研究的发展.     

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。     

风冷燃料电池结构优化及装配压力设计

风冷质子交换膜燃料电池简化了传统燃料电池的结构，极大地增强了其便携性而备受关注。风冷燃料电池的装配压力以及密封件的设计对于电池的性能具有重要影响。通过建立三维模型，运用有限元方法对风冷石墨流场板及密封件进行结构力学仿真分析。结果表明当直流道石墨流场板中密封圈的厚度为0.50 mm，双极板长度为225mm，装配压力为2.5 MPa时，风冷燃料电池双极板应力分布均匀性最好，电池性能最优。     

质子交换膜燃料电池不同流场接触压力有限元分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)螺栓扭矩在双极板与气体扩散层间产生接触压力,该力直接影响反应气体扩散层传质进而影响PEMFC效率。本文建立了三维有限元模型,研究不同材质和流道形式下接触压力随螺栓扭矩的变化规律。研究结果表明:石墨双极板接触压力较316L不锈钢小,分布更均匀;平行流场接触压力最大,三通道蛇形流场最小;平行流场分布均匀性最佳,新型仿生树形流场最差;平行流场螺栓扭矩在1.5～2.0N·m间、三通道蛇形与新型仿生树形流场在2.0～2.5N·m间存在分布均匀性极值。从优化接触压力与分布均匀性提升PEMFC性能的角度出发,应采用弹性模量小的材质以及双极板与气体扩散层直接接触面积少、流道数目多且一致化的流道形式,并使用最佳螺栓扭矩进行封装。     

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     

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。     

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。     

蛇形流场PEMFC的三维多物理场数值模拟

对质子交换膜燃料电池进行了三维多物理场建模。在多物理场建模的基础上,通过COMSOL Mutiphysics中的4种应用模式,利用电流平衡、质量传输方程和动量传递方程等去模拟PEMFC的膜电极(MEA)中阴极侧和交换膜上的工作状态,分析了膜电极阴极侧上的压力分布、气体质量分数分布、气体速度场分布以及电流密度分布等,为蛇形流场PEMFC提供了全面的性能分析和设计上的理论依据,最后通过设计上的改进,解决了该电池的水淹问题。     

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。     

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。     

风冷质子交换膜燃料电池的运行特性

风冷电堆简化了常规电池电堆的冷却和供气系统,使其便携性能得到了极大的提高.通过组装19片风冷燃料电池堆,研究了不同的风量、运行温度以及阳极尾气排放方式等对电池性能影响.结果表明:风冷电堆运行风量过大或温度过高会导致膜失水而降低电池的性能,同时阳极尾气采用脉冲排放时能提高电池性能并降低燃料的消耗量.