空冷PEM燃料电池电堆输出功率与水热特性研究

发布时间：2021-09-29 15:30

　　质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置,在运行的过程中约有40%-50%的能量转化为热量,并生成一定量的水。水热平衡对质子交换膜燃料电池的输出性能有重要影响,而其又受很多因素影响,其中重力就是一个很重要的因素。因此,分析重力对电堆内部水热平衡的影响具有重要意义,本文以自制的140W空冷质子交换膜燃料电池堆为研究对象,通过电堆放置方式和重力的不同组合研究重力对电堆性能的影响。氢气流道与重力方向平行时,研究氢气流动方向与重力同向和反向时重力对电堆性能的影响。实验结果表明,氢气流动方向与重力同向时,电堆表面局部高温面积小于氢气流动方向与重力反向时局部高温面积,电堆内部均温性较差,最大温差比氢气流动方向与重力反向时的最大温差高4℃,输出电压也相对较低,而氢气流动方向与重力反向时容易引起紧邻氢气进出口的第一个单元发生水淹,电堆输出电压相对较高,电压最高可提升3.4%。氢气流道与重力方向垂直时,主要研究氢气侧在上和空气侧在上两种放置方式下重力对电堆性能的影响。实验结果表明,氢气侧在上时电堆表面局部高温区域主要在电堆表面右半部分靠近氢气出口处分布,面积小于空气侧在... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

不同种类燃料电池燃料电池是一种通过燃料和氧化剂发生电化学反应产生电能的装置，能量转化效率

图 1-2 质子交换膜燃料电池堆结构扩散层：扩散层位于催化层和流道之间，具有传递反应气体、反应生成的水子的作用。此外，扩散层还起着支撑催化层和稳定电极的作用。因此扩散层好的导电导热性、较强的机械稳定性。扩散层一般由基底层和微孔层组成，采用憎水处理过的多孔碳纸或碳布材料制成，微孔层采用导电炭黑和憎水剂接触电阻，增强导电性[12]。气体扩散层目前所面临急需解决的问题是在大电易发生水气传质极化的问题。双极板：目前商业化双极板一般采用石墨碳板或金属板制作，其作用主要是分配反应气体，同时还兼具生成水排出的流道和热量传递的功能，所以双极有一定的机械强度、良好导电导热性，更重要的是要具有气体致密性。 质子交换膜燃料电池工作原理质子交换膜燃料电池是一种通过氢气和氧气发生电化学产生电能的装置，工

极侧的催化层，在催化剂的作用下分别发生电化学反应，如图 1-3。料电池发生的电化学反应就是电解水的逆化学反应，在阴阳两极各发。在阳极侧，氢气分子通过扩散层到达催化层，在催化剂的作用下，去电子变成质子，质子通过质子膜到达阴极侧，而电子只能通过外电也回到阴极侧。在阴极侧，氧气分子通过扩散层到达催化层，在催化还原反应，和从阳极穿透过来的质子以及从外电路传导过来的电子结量，一个完整的电化学反应完成。当停止氢气或氧气的供给，电堆内被中断。其电化学反应如下：氢阳极：H 催化剂→ H 氧阴极： O H 催化剂→ H O化学总反应：H O 催化剂→ H O

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3413961