质子交换膜燃料电池渐变蛇形流场的性能研究

发布时间：2021-06-26 22:09

　　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。 

【文章来源】：电源技术. 2020,44(08)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

图６?不同渐变蛇形流道的ＧＤＬ氧气浓度分布??能及时排出，就会导致阴极水堵塞，降低氧气的传质，从而影??响燃料电池的整体性能

运过程中不至于因氧气消耗而下降过快，表现出优于??其他结构形式的流道传质能力。??４．３阴极水浓度分布??阴极流道排水性能的优劣严重制约着ＰＥＭ燃料电池的??发展［１２１。ＰＥＭ燃料电池产物水是在阴极催化层发生电化学反??应产生，通过渗透流经扩散层，到达流道后排出。若产物水不??（幻常规型??（ｂ）渐变Ｉ型??（ｅ）ｉ？ｆ＾ｌＶ？??（ｆ）渐变Ｖ祖??图６?不同渐变蛇形流道的ＧＤＬ氧气浓度分布??能及时排出，就会导致阴极水堵塞，降低氧气的传质，从而影??响燃料电池的整体性能。图７可直观地显示出常规型、渐变Ｉ??型、渐变ＩＩ型、渐变ｉｎ型、渐变ｗ型和渐变ｖ型蛇形流道阴极??ＧＤＬ的水浓度分布情况。如图７所示，（ｂ）、（ｃ）的ＧＤＬ水浓度??相对较高，相比于常规型蛇形流道，流道排水能力并未得到有??效改善，有效流道区域大部分呈现高水浓度状态，这是由于从??入口到出口通道数目逐渐增多导致压降减小，不利于液态水??的排出，极易造成水堵塞现象。（ｅ）、（ｆ）具有突出的流道合流结??构形式，尤其是（ｆ），明显改善了流道有效区域内的水浓度分布??情况，表现出流道整体较低的水浓度分布。由此可以看出，具??有合流结构形式的渐变流道具有有效的除水特性，更有利于??反应气体质量输运，使燃料电池的运行更加稳定。??（ｃ）ｉＷ－Ｓ：?ＩＩ?＇Ｈ??＜ｉｌ）渐变丨Ｉｌｆ．??（ｆ＞渐变Ｖ听??图７?不同渐变蛇形流道的ＧＤＬ水浓度分布??１１２５??（下转第１１９８页）??２０２０．８?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．８??

但??其压降却明显高于其他流道结构形式。根据分析结果，可以得??出以下结论：??（１）渐变ｖ型蛇形流道从人口到出口流道数目逐渐减少，??减缓了氧质量输运过程中浓度的降低，提高了通道内整体氧??浓度含量以及分布均匀性。??（２）渐变Ｖ型蛇形流道由于反应区水浓度含量较低且分??布均匀，有效防止了液态水在流道内集聚，有利于氧气保持高??浓度质量输运。??（３）与渐增型流道相比，渐减型流道结构更能有效提高蛇??形流道的工作性能，但同时会产生较高的压降，导致较大的寄??流道类型??图８?不同渐变蛇形流道的阴极流道压降对比??（上接第ＩＩ２５页）??４．４阴极流道压降??压降也是流道设计的一个重要考虑因素之一。压降高的??流道需要更大的栗送功率输送反应气体，导致很大的寄生能??量损失，进而降低电池效率。图８描述了常规型和５种渐变型??蛇形流道的阴极流道压降对比情况。如图８所示，渐变Ｉ型、??渐变ＩＩ型、渐变ｍ型、渐变ｉｖ型和渐变ｖ型蛇形流道的压降依??次增大，且渐变Ｖ型蛇形流道的压降高于常规型蛇形流道。由??此可以看出，流道结构对其自身压降影响很大，渐变蛇形流道??具有合流结构形式越明显，其输送反应气体需要的泵送功率??就越高。??１２００??究与设计??源逆变器并网研究［Ｊ］．电机与控制应用，２０１６，４３（５）：２２－２７．??［７］李朝东，宋蕙慧，曲延滨，等．孤岛运行方式下微电网储能系统能??量成型控制策略［Ｊ］．电力自动化设备，２０１４，３４（１０）：４８－５５．??［８］杨前．光伏发电Ｚ源逆变器能量成型控制策略研究［Ｄ］．哈尔滨：??哈尔滨工业大学，２０１４．??［９］石桐．基于无源理论的光伏逆变

【参考文献】：
期刊论文
[1]流道结构对燃料电池阴极氧气分布的影响[J]. 熊承盛,罗马吉,陈奔,涂正凯.  电源技术. 2018(02)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池水淹过程研究及故障诊断系统设计[D]. 宋满存.清华大学 2013



本文编号：3252185