变截面直流道燃料电池性能分析

发布时间：2021-01-17 15:27

　　运用CFD软件模拟分析了10种不同变截面流道质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能,在相同操作条件下,对比分析了10种流道的压力分布特性、水分布特性、气体分布特性及电化学特性,详细说明了各性能随流道截面结构变化的规律。由模拟结果分析得出,V型变截面流道的各方面性能最优,其能够保证合理的压降、有效地排出反应生成的液态水、使气体更加均匀地分布于扩散层,从而保证了PEMFC性能的提升。此外,V型变截面流道PEMFC的最大功率密度比正常截面PEMFC提高了12.2%。模拟结果对PEMFC流道的设计与优化具有一定的指导意义。 

【文章来源】：电源技术. 2020,44(07)北大核心

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【部分图文】：

图４为实验用流道、膜电极（ＭＥＡ）及所用ＰＥＭＦＣ实物照??片

表３所示。??表３?单个ＰＥＭＦＣ的参数??项目??数值??扩散层孔隙率??０．４??扩散层厚度／ｍｍ??０．３８??催化剂层厚度／ｍｍ??０．０１??催化剂层孔隙率??０．２??钴担载量／（ｍｇ?？?ｃｍ＿２）??０．５??电池有效面积／ｃｍ２??１６??空气流量／（ｍＬ?？?ｍｉｎ＿１）??７４３??氣气流量／（ｍＬ?．?ｍｉｎ＋１）??２２８??电池温度／Ｋ??３５３??图４为实验用流道、膜电极（ＭＥＡ）及所用ＰＥＭＦＣ实物照??片。??图４?实验用设备??图５为直流道常规截面（１６路直流道ＰＥＭＦＣ）实验与仿真??极化曲线对比图，从图５中可以明显看出，在电位较高、电流??密度较低的区域内，实验结果与模拟结果十分吻合，在低电位??高电流密度区域内，模拟性能要稍高于实验值，这取决于模拟??的理想条件，这些理想条件是实验中无法达到的。综上所述，??在误差允许范围内，实验结果能够对数值模拟的正确性和可??行性进行很好的验证。??９７７??２０２０．７?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．７??

究与设计??ＺＺＺＺ??＇?１Ｍ－??ＩＩ型??ｍｍ?—??—?—?Ｉｖａ??ｖ型??ＶＩＭ??ｖｎ型??＼ｍ????ｉｘ?型??ｘ型??图２?１０种不同变截面流道左视图??质过程进行了数值模拟。??表１为变截面流道入口与出口尺寸，表２为ＰＥＭＦＣ的相??关参数。???表１?流道尺寸参数?ｍｍ??类型??入口??出口??宽??髙??宽??髙??Ｉ??１．０??０．９??１．０??１．０??ＩＩ??１．０??０．８??１．０??１．０??ｍ??１．０??０．７??１．０??１．０??ＩＶ??１．０??０．６??１．０??１．０??Ｖ??１．０??０．５??１．０??１．０??ｍ??１．０??１．０??１．０??０．９??ｖｎ??１．０??１．０??１．０??０．８??ＶＩ??１．０??１．０??１．０??０．７??Ｋ??１．０??１．０??１．０??０．６??Ｘ??１．０??１．０??１．０??０．５??表２?ＰＥＭＦＣ参数表??项目??数值??ＰＥＭＦＣ?长度／ｍ??０．０４??ＰＥＭＰＣ?宽度／ｍ??０．０４??ＰＥＭＦＣ?肋度／ｍ??８Ｘ１０?一?４??扩散层厚度／ｍ??３．８?Ｘ１０－４??催化剂层厚度／ｍ??５．０?Ｘ１０＂５??膜厚度／ｍ??１．０Ｘ１０－４??ＧＤＬ孔隙率??０．４??ＧＤＬ?透过率／（ｍ２．?ｓ＿１）??１．１８Ｘ１０＂１１??ＧＤＬ?电导率／（Ｓ?？?ｍ＿１）??２２２??Ｘ作温度／Ｋ??３５３．１５??电池电压／Ｖ??０．６??２模型的实验验证??对于ＰＥＭＦＣ仿真模型验证的研究，通常通过对比实验与??

【参考文献】：
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本文编号：2983130