高溫質子交換膜燃料電池系統的模擬與分析.pdf

1、高溫質子交換膜燃料電池(High temperature proton exchange membrane fuel cell,HT-PEMFC)因為其環保、高效和較高的CO耐受度而受到廣泛關注。本文模擬了兩個HT-PEMFC系統,其中一個以氫氣為燃料,稱為直接氫氣系統;另一個以天然氣通過蒸汽重整獲得的氫氣為燃料,稱為重整氫氣系統。文中對燃料電池系統內部的設備分別進行了模擬,其中包括HT-PEMFC電堆、空壓機、渦輪機、水泵、蒸汽重整器

2、(Steam methane reformer,SMR),水氣轉換器(Water gas shifter,WGS)等組成單元。在對兩個系統的熱力學分析中采用了能量分析和火用分析相結合的方法,從“量”和“質”的角度全面的考慮了能量在整個系統中的流動與分配問題,從中分別得到了兩個系統的能量流程圖和各設備能量分配表。在進行能量分析的基礎上,本研究綜合從電堆溫度、壓力、入口氣體相對濕度、化學計量數和甲烷蒸汽重整反應溫度五個方面考慮了不同系統工作

3、參數對系統的影響情況,并進行了相應的火用分析。
　　研究結果表明:對于兩種燃料電池系統,提高電堆工作溫度能顯著提高系統性能,整個系統的總功率和效率都呈逐步增加的趨勢。但提高電堆工作壓力和電堆入口氣體相對濕度以及陰極氣體化學計量數對提高系統整體性能影響較小。對于直接氫氣系統,增加陽極化學計量數對系統性能無太大影響,但對于重整氫氣系統,增加陽極化學計量數會導致系統效率顯著下降。對甲烷蒸汽重整系統的模擬顯示在SMR、WGS反應溫度分別為