高溫質子交換膜燃料電池的模擬與優化.pdf

1、高溫質子交換膜(PEM：Proton Exchange Membrane)燃料電池除了具有傳統質子交換膜燃料電池的諸如高能量效率、低噪聲、啟動快、零污染等優點外，還因其工作溫度高，催化劑耐CO能力增強，燃料處理系統及外加濕系統相對簡單，已成為燃料電池研究工作中的熱點。
　　 本文首先介紹了高溫燃料電池計算機模擬中的基本數學模型，主要包括流體力學基本控制方程、電化學反應模型以及電池內部的氣體擴散模型等理論知識。
　　 描述

2、了高溫質子交換膜燃料電池發動機的組成及相關設備，對高溫質子交換膜燃料電池發動機的設計參數進行了分析與理論計算，并以此為基礎對高溫質子交換膜燃料電池發動機的內部整體布局進行了方案設計。
　　 建立了單流道單電池三維模型，運用計算機模擬的方法研究了高溫質子交換膜燃料電池與低溫質子交換膜燃料電池在相同的操作條件下所表現出來的不同性能，分析了高溫質子交換膜燃料電池的特點：高溫質子交換膜燃料電池中幾乎不存在液態水，因此流道設計中可以不考慮

3、排水的問題，而應該將氣體分配的均勻性作為流道設計的重點；模擬了設計參數中氣體擴散層厚度，運行參數中操作壓力和加濕度對電池性能的影響：氣體擴散層厚度的增加對電池性能存在利弊兩個不同方面的影響，該參數在一定范圍內存在一個最優值；運行參數中，電池性能隨著操作壓力和加濕度的增加都表現出提高的趨勢，但操作壓力和加濕度的增加會增加成本；由此得出結論：電池的設計參數及運行參數在提高電池性能和降低成本方面各有利弊，設計中應該綜合考慮。
　　 基

4、于理論計算與分析并結合前述模擬計算的結果，建立了三種不同結構尺寸流道的單流道單電池模型，對燃料電池的流道結構及尺寸進行了優化設計。認為流道結構形式對電池性能具有重要影響，從不同結構形式流道的單電池模擬結果來看，流道截面形狀為倒梯形時，電池性能要優于流道截面形狀為矩形的情況；建立了不同流場形式的多流道單電池模型，分析比較了其性能，認為在相同的操作條件和相同的流場尺寸下，陰極流場采用平行直流場時，電池的性能明顯好于采用多蛇形流場時的情況。綜