PEM燃料电池流场传质模拟分析
发布时间：2021-10-08 18:39
伴随清洁能源发展脚步的不断加快,氢能产业化日益被关注,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢能与燃料电池技术为清洁能源系统的应用提供了一条新的途径,而氢燃料电池技术因具有不受卡诺循环限制,能量转换率高,可低温启动及无噪音等诸多优点,可广泛应用于交通工具、固定式发电以及便携式备用电源等诸多方面。影响质子交换膜（PEM）燃料电池性能及性价比的因素有很多,而流场板已经成为其中的一个关键因素,并且也是当今科研工作者关注的焦点。合理的流场结构可以改善电池水淹、反应气体分布不均等问题,直接影响PEM燃料电池的性能,进而影响其商业化前景。为了进一步研究流场对传质的影响机制和对电池性能的作用机理,优化流场结构,基于多物理场耦合分析软件,主要进行了以下研究工作。采用多物理场直接耦合分析软件建立四种流场结构的单电池三维模型,在工作电压为0.6V条件下,对四种流场结构的PEM燃料电池单体进行数值模拟。模拟结果得出了阳极流场内氢气浓度、阴极流场内氧气浓度以及阴极流场内水浓度的变化情况。分析表明单边交指单蛇形流场阴极氧气浓度分布最均匀,双边交指单蛇形流场阴极氧气浓度分布其次、交指流场阴极氧气浓度分布再次、单蛇...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??
?阳极傕化层??质子交换膜??图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??流场板是将ＰＥＭ燃料电池单体连接合并成燃料电池电池组即电池堆的关键部件。流??场板一侧与前一个燃料电池单体的阴极相连，另一侧与后一个燃料电池单体的阳极相连［２５］，??所以流场板一般又称为双极板，它主要起到机械支撑、收集电流、分布气体和导出电流的??作用［２６］。流场板质量占单体燃料电池的总重量约６０％，占燃料电池单体的总成本约３０％［２７１。??流场板是构成ＰＥＭ燃料电池主要部件，流场板的结构直接会导致电池堆输出性能好坏，??即流场板的结构会影响气体在电池中分布的均匀程度［２８，２９］。流场板内部的结构可以把反应??气体运输到膜电极组处，同时也促进反应气体扩散到电极表面处。制作流场板的材料必须??具备耐高温、导电能力强和耐腐蚀等性能，这些性能要求就限制了流场板材料的选取，目??前常用的流场板材料有石墨、金属（铝、钛、不锈钢等）以及一些复合型材料
?阳极傕化层??质子交换膜??图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??流场板是将ＰＥＭ燃料电池单体连接合并成燃料电池电池组即电池堆的关键部件。流??场板一侧与前一个燃料电池单体的阴极相连，另一侧与后一个燃料电池单体的阳极相连［２５］，??所以流场板一般又称为双极板，它主要起到机械支撑、收集电流、分布气体和导出电流的??作用［２６］。流场板质量占单体燃料电池的总重量约６０％，占燃料电池单体的总成本约３０％［２７１。??流场板是构成ＰＥＭ燃料电池主要部件，流场板的结构直接会导致电池堆输出性能好坏，??即流场板的结构会影响气体在电池中分布的均匀程度［２８，２９］。流场板内部的结构可以把反应??气体运输到膜电极组处，同时也促进反应气体扩散到电极表面处。制作流场板的材料必须??具备耐高温、导电能力强和耐腐蚀等性能，这些性能要求就限制了流场板材料的选取，目??前常用的流场板材料有石墨、金属（铝、钛、不锈钢等）以及一些复合型材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同流场的PEMFC性能研究[J]. 罗鑫,陈士忠,夏忠贤. 电池. 2017(04)
[2]进气速度对交指HT-PEM燃料电池性能的影响[J]. 陈士忠,罗鑫,夏忠贤,孔建霞. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]燃料电池驱动未来[J]. 葛奔,祝叶华. 科技导报. 2017(08)
[4]蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,王艺澄,张旭阳,吴玉厚. 电源技术. 2017(02)
[5]四流道蛇形结构质子交换膜燃料电池温度分布数值模拟[J]. 陈士忠,王艺澄,张旭阳,夏忠贤. 可再生能源. 2016(06)
[6]PEMFC渗铌改性不锈钢双极板的耐蚀性研究[J]. 王利霞,方华,孙俊才. 电源技术. 2016(05)
[7]脉冲排放对PEMFC性能影响的研究进展[J]. 王俊,陈奔,席清海,涂正凯. 电池. 2015(06)
[8]中国能源安全面临的国际新挑战[J]. 马蕊. 学理论. 2015(26)
[9]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
[10]PEM燃料电池流场形状研究现状[J]. 陈士忠,刘健,陈宁,吴玉厚. 可再生能源. 2014(12)
硕士论文
[1]树状分形流场高温质子交换膜燃料电池的设计与性能研究[D]. 李帅.浙江工业大学 2016
[2]质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备纳米晶Zr基涂层[D]. 钱阳.南京航空航天大学 2015
[3]燃料电池质子交换膜的合成与性能研究[D]. 常虹.长春工业大学 2011
[4]PEMFC输出性能影响因素的仿真研究[D]. 黄健.昆明理工大学 2010
[5]质子交换膜燃料电池性能影响研究[D]. 任东华.南京理工大学 2007
本文编号：3424737
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??
?阳极傕化层??质子交换膜??图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??流场板是将ＰＥＭ燃料电池单体连接合并成燃料电池电池组即电池堆的关键部件。流??场板一侧与前一个燃料电池单体的阴极相连，另一侧与后一个燃料电池单体的阳极相连［２５］，??所以流场板一般又称为双极板，它主要起到机械支撑、收集电流、分布气体和导出电流的??作用［２６］。流场板质量占单体燃料电池的总重量约６０％，占燃料电池单体的总成本约３０％［２７１。??流场板是构成ＰＥＭ燃料电池主要部件，流场板的结构直接会导致电池堆输出性能好坏，??即流场板的结构会影响气体在电池中分布的均匀程度［２８，２９］。流场板内部的结构可以把反应??气体运输到膜电极组处，同时也促进反应气体扩散到电极表面处。制作流场板的材料必须??具备耐高温、导电能力强和耐腐蚀等性能，这些性能要求就限制了流场板材料的选取，目??前常用的流场板材料有石墨、金属（铝、钛、不锈钢等）以及一些复合型材料
?阳极傕化层??质子交换膜??图１．２?ＰＥＭ燃料电池单体结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｉｎ?ａ?ｓｉｎｇｌｅ?ＰＥＭ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??（ｉ）流场板??流场板是将ＰＥＭ燃料电池单体连接合并成燃料电池电池组即电池堆的关键部件。流??场板一侧与前一个燃料电池单体的阴极相连，另一侧与后一个燃料电池单体的阳极相连［２５］，??所以流场板一般又称为双极板，它主要起到机械支撑、收集电流、分布气体和导出电流的??作用［２６］。流场板质量占单体燃料电池的总重量约６０％，占燃料电池单体的总成本约３０％［２７１。??流场板是构成ＰＥＭ燃料电池主要部件，流场板的结构直接会导致电池堆输出性能好坏，??即流场板的结构会影响气体在电池中分布的均匀程度［２８，２９］。流场板内部的结构可以把反应??气体运输到膜电极组处，同时也促进反应气体扩散到电极表面处。制作流场板的材料必须??具备耐高温、导电能力强和耐腐蚀等性能，这些性能要求就限制了流场板材料的选取，目??前常用的流场板材料有石墨、金属（铝、钛、不锈钢等）以及一些复合型材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同流场的PEMFC性能研究[J]. 罗鑫,陈士忠,夏忠贤. 电池. 2017(04)
[2]进气速度对交指HT-PEM燃料电池性能的影响[J]. 陈士忠,罗鑫,夏忠贤,孔建霞. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]燃料电池驱动未来[J]. 葛奔,祝叶华. 科技导报. 2017(08)
[4]蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,王艺澄,张旭阳,吴玉厚. 电源技术. 2017(02)
[5]四流道蛇形结构质子交换膜燃料电池温度分布数值模拟[J]. 陈士忠,王艺澄,张旭阳,夏忠贤. 可再生能源. 2016(06)
[6]PEMFC渗铌改性不锈钢双极板的耐蚀性研究[J]. 王利霞,方华,孙俊才. 电源技术. 2016(05)
[7]脉冲排放对PEMFC性能影响的研究进展[J]. 王俊,陈奔,席清海,涂正凯. 电池. 2015(06)
[8]中国能源安全面临的国际新挑战[J]. 马蕊. 学理论. 2015(26)
[9]氢能源的利用现状分析[J]. 赵永志,蒙波,陈霖新,王赓,郑津洋,顾超华,张鑫,张俊峰. 化工进展. 2015(09)
[10]PEM燃料电池流场形状研究现状[J]. 陈士忠,刘健,陈宁,吴玉厚. 可再生能源. 2014(12)
硕士论文
[1]树状分形流场高温质子交换膜燃料电池的设计与性能研究[D]. 李帅.浙江工业大学 2016
[2]质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备纳米晶Zr基涂层[D]. 钱阳.南京航空航天大学 2015
[3]燃料电池质子交换膜的合成与性能研究[D]. 常虹.长春工业大学 2011
[4]PEMFC输出性能影响因素的仿真研究[D]. 黄健.昆明理工大学 2010
[5]质子交换膜燃料电池性能影响研究[D]. 任东华.南京理工大学 2007
本文编号：3424737
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