PEMFC气体流道中多孔介质的应用

为了使质子交换膜燃料电池(PEMFC)反应气体在气体流道(GFC)与脊岸区域中均匀分布,从而提高氢气利用率,改善电堆输出性能,利用COMSOL multiphysics建立PEMFC三维单流道模型,将多孔介质布置在GFC中,并提出了两种多孔介质的布置方案,与传统没有GFC多孔介质的方案进行比较,结果表明,新提出的两种方案较传统电堆气体分布更加均匀、拥有更大的压降,并将最佳工况点的功率密度提高了36%。     

PEMFC船形堵块阴极流场的性能

建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵塞率下的梯形堵块流道可提高2.9%,具有较好的强化传质作用。通过提高船形堵块流道的开孔率,PEMFC可以获得更好的性能。在相同开孔率下,船形堵块流道的氧气摩尔浓度较直流道和梯形堵块流道分别提高28.6%和14.0%。结果表明,相较于传统直流道,船形堵块流道可降低排水周期和流道内平均水含量,具有更好的排水性能。     

质子交换膜燃料电池渐变蛇形流场的性能研究

蛇形流道因其优异的排水性能成为人们重点研究对象,但其较长的流道导致反应气体分布不均匀,较高的压降导致非常大的寄生能量损失。为研究变通道蛇形流道对质子交换膜燃料电池性能的影响,对不同构型的渐变流道进行模拟分析和数值比较。结果表明,结构形式不同的渐变蛇形流道对燃料电池排水性能、反应气体分布均匀性以及压降均具有显著的影响,对蛇形流道结构研究和优化具有一定的参考意义。     

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。     

蛇形挡板流道PEMFC性能分析

提出一种新型蛇型挡板流道设计,该流道设计是通过在传统蛇型流道中添加挡板构成的.三维数值分析表明.当操作电压下低于0.7 V时,蛇型挡板流道设计性能较传统蛇型流道有较大提高.分析电池内部氧气流量、液态水和局部电流密度发现.添加挡板增大了流道内燃料压力,电池内部受肋下对流效应影响的区域增大,由于肋下对流效应不仅提高了肋条下方多孔层氧气传输效率,同时在多孔层内产生较大的对流剪切力还可有效提高液态水移除效果,因此性能提高.压力损耗分析表明.尽管蛇型挡板流道增大了电池压损,但对本文所分析的小型燃料电池而言,增加压损引起的附加压缩功远小于电池输出功,因此压损可不予考虑.     

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。     

质子交换膜燃料电池水热管理特性研究

质子交换膜燃料电池水热管理问题是影响电池输出性能的一个重要因素。建立了带冷却流道的三维、两相、非等温单直流道PEMFC模型,并运用计算流体力学(CFD)对燃料电池进行数值模拟,以温度、物质质量分数、膜水含量等水热管理关键因素揭示电池内部传质传热过程和电化学特性。同时研究了不同反应气体进气方式、冷却水流动方向及冷却水温度对PEMFC输出性能的影响,为燃料电池的水热管理优化、实现产业跃进式发展提供参考。结果表明：若燃料电池产物水未及时排除,阴极侧流道尾端易出现水淹现象;当PEMFC采用同向顺流或同向逆流模式时,当冷却水温度等于电池工作温度(353 K),膜温度和水含量分布较为均匀,燃料电池的输出性能较好。     

基于默里定律设计的PEMFC阴极分配器研究

为了提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)中流道内气体分布的均匀性，对燃料电池的流道分配器的结构进行了研究。结果表明：传统的分配器结构会导致通道间的压降差异较大，氧气分布的均匀性差，电池输出功率低。随着增加分配器主通道的宽度，压降差异有所减小，氧气分布的均匀性略有提高。而基于默里定律设计的新型分配器结构可以提高15.67%的通道压降和79.48%的氧气分布均匀性，电池的输出功率也提高约25.2%。最后通过计算推导表明：增加流场中的平均压降和减少通道间的压降差异可以改善气体分布的均匀性。     

PEMFC冷却流道数值模拟及实验研究

温度是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作性能的主要因素之一,为了使燃料电池的温度更加均匀并提升电堆综合效率,设计了一种新型冷却流道,通过CFD模拟与传统的平行流道和蛇形流道进行对比,采用表面最大温差、温度均匀指数和冷却液压降评估冷却流道性能。基于新型冷却板,装配1 kW电堆进行膜电极单体电压稳定性实验。结果表明：新型冷却板可以在降低冷却液循环耗能的基础上,保证电堆膜电极的电压均衡性,平均电压波动在±0.003 762 V,进而可进一步提升电堆综合发电性能。     

开孔率对台阶形流道性能影响研究

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)流道开孔率对台阶形流道的传质、水管理、电化学性能影响机理不明的问题,探究开孔率对台阶形流道在氧浓度、水分布、流道流速分布、电池功率密度等方面的影响规律.结果表明:极板构型可直接影响台阶形流道氧气浓度和浓度差;相同流道宽度的条件下,较高开孔率的台阶形流道氧气浓度更高且浓度分布均匀,水分布更均匀,排水性能更好;开孔率为62.5％的流道相较于开孔率为40％的流道功率密度峰值可提升26.5％,电流密度可提升17.1％.