磁场环境下质子交换膜燃料电池工作过程的建模与实验

发布时间：2020-06-03 22:35

【摘要】：质子交换膜燃料电池因为综合效率高、无水气噪声污染、能在常温下工作等原因受到研究人员重视。影响燃料电池工作性能的因素有很多,本文通过理论分析和实验测试,对质子交换膜燃料电池工作性能与磁场的关系进行了研究。主要内容有:(1)从电化学反应速率出发,分析了燃料电池的三种电压损失,计算了浓差损失相关的流量、活化损失相关的极化曲线以及交换膜厚度与欧姆极化损失之间的关系,提出了针对不同损失段需要采取的改进思路。(2)影响燃料电池电化学反应的因素主要有传质、电极动力学以及沉积形态,通过综合实验对不同条件下磁场环境下质子交换膜燃料电池的工作性能和交流阻抗进行监测,得出:磁场对高功率密度下工作的燃料电池产生比较明显的作用,降低燃料电池的阻抗,磁场越强效果越明显。燃料电池的交流阻抗,与外部激励的频率相位差从高到低会有一个先降低、然后升高、最后再降低的过程。(3)研究了燃料电池工作电压与阻抗之间的关系。当电压为0.4V,功率密度较大时,燃料电池的阻抗所受到磁场影响较大;而电压为0.7V和0.2V,功率密度较小时,所受磁场影响降低阻抗效果也小。施加不同强度的外加磁场时,磁场强度越强,对燃料电池工作性能参数的影响越明显。(4)测量了燃料电池的感应磁场,实验测得感应磁场强度约为20μT,磁场强度与质子交换膜燃料电池的工作电流密度有明显的正相关性。在外部磁场环境下燃料电池的感应磁场依然与电流密度有正相关性。从实验结果证明,加载磁场后电池的工作性能有所提高,交流阻抗有所减少。燃料电池的感应磁场与内部工作电流密度有较强相关性。论文研究结果对电池的优化和工作性能提高具有良好的理论研究意义和应用价值。
【图文】：

换的“空闲”电流。如果想从燃料电池上获取一个小的净电流，则势；如果需要获得大的净电流，系统就必须以很大的电流密度传输很大的活化过电势。综合来说，活化过电势可以衡量一个系统需供净输出电流的能力。电池的电压损失电池输出电压取决于外部工况，比如温度、负载，以及燃料和氧化池向外供电时，燃料电池的内部会因为一些不可避免的因素发生是理论电势与电池提供的电势之差。V(i) = V 交换膜燃料电池电荷传输过程中伴随着能量损失，电池的开路电应的初始阶段也就是极化阶段，电压的下降趋势较快，，随后电压，极化曲线接近于直线，这段叫做欧姆段。当电流密度继续增加时段，电压的下降速率急剧X棿蟆Ｍ

本文编号：2695500