不同流道质子交换膜燃料电池内传质过程的数值模拟

对采用交指型流场的质子交换膜燃料电池阴极建立了二维数学模型,利用计算流体力学的方法,模拟和研究了质子交换膜燃料电池阴极内的流动和传质过程.分别探讨了采用交指型流场和平行流场时气体在阴极扩散层中的传递机制及各组分浓度分布的特性,为燃料电池流场的设计与分析提供了参考依据.     

直接液体甲醇燃料电池流场组织行为研究(Ⅰ) 传统对称流道电池的模型建立

建立了直接甲醇燃料电池垂直流道方向电池单元的二维稳态数学模型,考虑了电化学动力学、多组分传递和甲醇渗透影响.计算了流道布置密度、扩散层、催化层和质子交换膜等组件尺度对电池内物料传质特性、化学反应组织和电池输出性能的影响.研究发现,增加流道布置密度、增加催化层厚度能有效提高电极反应均匀性和电池性能.其中催化层和质子膜的厚度影响最为显著,在该文研究范围内分别可提高电池的平均电流密度131.0%和17.8%.而扩散层和质子交换膜厚度都存在一个最佳值,需要与以上流场板设计尺寸和膜电极尺寸匹配.     

燃料电池发展现状与应用前景

介绍了各种类型燃料电池（碱性燃料电池,熔融碳酸盐燃料电池,固体氧化物燃料电池,磷酸燃料电池及质子交换膜燃料电池）的技术进展,电池性能及其特点。其中着重介绍了当今国际上应用较广泛,技术较为成熟的磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池。对燃料电池的应用前景进行探讨,并对我国的燃料电池研究提出了一些建议。     

四流道蛇形结构质子交换膜燃料电池温度分布数值模拟

为研究温度对质子交换膜燃料电池性能的影响,运用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,对不同电池温度的四流道蛇形流场质子交换膜燃料电池进行了数值模拟。模拟得到了不同电池温度下垂直膜电极平面以及电池中心处从阳极流道到膜,再到到阴极流道的温度变化情况;还得到了电池温度为353K时,电池入口处、中心处和出口处从阳极流道到阴极流道相应位置点的温差变化。对模拟结果进行分析和比较后发现:电池内部温度的升高与电池本身的原始温度存在线性变化关系;电池入口处、中心处和出口处的温度变化趋势存在差异,且电池入口处温升最大,中心处次之,出口处温升最小;随着电池温度的升高,电池因内部反应所产生的热量减少。模拟结果对质子交换膜燃料电池的性能优化有重要意义。     

高温质子交换膜技术改进研究

高温质子交换膜是现阶段燃料电池技术的瓶颈,研制高温质子交换膜能使燃料电池技术真正发展成熟,对于解决能源危机、环境污染和温室效应等问题起到决定性作用。文中对两种可行的高温质子交换膜技术思路进行了对比分析,并且提出了改进措施。     

甲醇质子交换膜燃料电池的水和热管理

甲醇质了换燃料电是未来最有希望获得工程应用的燃料电池，文章简述了燃料电的发电原理及其分类。对多孔电极，直接甲醇质子交换膜燃料电及甲醇改质质子交换膜燃料电作了分析和讨论，指出了对质子交换膜燃料电池系统进行水管理和热管理的重要性和必要性。     

燃料电池用氢气燃料的制备和存储技术的研究现状

质子交换膜燃料电池（PEMFC）进行反应的燃料是高纯度氢气,氢气的制备和存储是质子交换膜燃料电池能否应用和规模化应用的先决条件和关键技术。对燃料电池用氢气的制备、纯化、存储技术的研究现状进行了综合分析。     

直接液体甲醇燃料电池流场组织行为研究(Ⅱ)双极板交错布置新方案

利用已建立的数学模型,在考察了两极极板对称布置的传统直接甲醇燃料电池几何参数影响的基础上,提出了一种两极板交错布置的新方案.对比研究了交错布置和对称布置两种方案的流场特性、电荷流动特性和化学反应分布特性,计算了该方案的催化层、扩散层和质子交换膜尺度的影响.优化尺度后,得出一个性能较优的采用交错布置方案的电池,其输出电势和极限电流密度均比传统对称布置方案提高约10%,为甲醇燃料电池的组装和优化设计提供一种新思路.     

质子交换膜燃料电池内部传热传质三维模拟

针对常规流场质子交换膜燃料电池提出了三维非等温数学模型。模型考虑了电化学反应动力学以及反应气体在流道和多孔介质内的流动和传递过程,详细研究了水在质子膜内的电渗和扩散作用。计算结果表明,反应气体传质的限制和质子膜内的水含量直接决定了电极局部电流密度的分布和电池输出性能;在电流密度大于0.3~0.4A/cm2时开始出现水从阳极到阴极侧的净迁移;高电流密度时膜厚度方向存在很大的温度梯度,这对膜内传递过程有较大影响。     

空气抽吸式甲醇燃料电池传热与传质特性

空气抽吸式直接甲醇燃料电池不仅具有被动式燃料电池的优点,同时又便于将其串联成电堆提高输出电压。建立以阴极为管道抽吸式结构的直接甲醇燃料电池的三维、两相、非等温稳态数值模型,研究了质子交换膜性能、供给甲醇浓度以及电堆规模对电池性能及燃料利用率的影响。对于保温较好的大电堆,采用低甲醇穿透的改性质子交换膜能同时提升燃料利用率和比功率;此类电堆若采用穿透率低的改性膜,则2 mol/L的甲醇浓度就能保证电池在较大的电流密度区间内维持较高的功率与效率。作为影响电池运行温度的重要因素,电堆规模的大小将直接影响质子交换膜种类与甲醇浓度等关键参数的设计与选择。