自呼吸式质子交换膜燃料电池的设计与性能研究

发布时间：2024-03-19 02:17

　　自呼吸式质子交换膜燃料电池(AB-PEMFC),阴极采用开放式结构,不需要氧气罐、空气压缩机等装置,大大简化了电池发电系统,使得电池体积更小,更有利于电池向着便携式、小型化方向发展。然而阻碍自呼吸式质子交换膜燃料电池广泛应用的主要原因是其较低的输出功率,提高阴极水管理能力、改善阴极氧气传输效率是解决问题的关键。本文从改善阴极氧气传输、排水效率出发,对阴极流道尺寸和结构进行了分析和研究。本文首先根据压电泵的工作原理,设计了一种阴极振动装置,用以改善自呼吸式质子交换膜燃料电池的阴极供气和排水情况。通过数值分析的方法对阴极振动装置中阴极出入口结构尺寸进行分析计算,得到出入口结构的最佳尺寸,并通过实验对其谐振频率进行了测试。其次,建立了自呼吸式质子交换膜燃料电池的三维数学模型,并利用该数学模型结合有限元分析软件研究了阴极流道尺寸对电池内部传输和电池性能的影响。确定了本文设计的自呼吸式质子交换膜燃料电池阴极流道最佳宽度为4mm,流道脊宽度为1.5mm。再次,将阴极振动装置与自呼吸式质子交换膜燃料电池结合起来,设计了一款阴极外加振动的AB-PEMFC,并通过动力学分析的方法得到阴极压电振子的位移输...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1单电池结构组成图

2的作用，双极板通常由导电性强、耐腐蚀性高的材料制成，一般为石墨板或者是不锈钢板。气体扩散层位于双极板与催化层中间，主要对催化层起到支撑和保护作用，通常由经过疏水处理的碳纸制成；催化层位于质子膜的两侧，是电池内部电化学反应进行的主要场所。为了增加催化层与反应气体的接触面积，催化层....

图1-2燃料电池工作原理图

3图1-2燃料电池工作原理图质子交换膜燃料电池的基本工作原理可以看作是电解水的逆过程[14-16]，首先氢气和空气通过阴阳极流道到达膜电极两侧，在阳极侧氢气穿过扩散层在催化剂的作用下分解成H+和自由电子。H+以水和质子的形式穿过质子交换膜到达阴极。反应式为：22H4H4e+→+（....

图1-3阴极被动式强制对流和自呼吸式燃料电池结构图

4杂，不利于燃料电池的便携式设计。(a)阴极被动强制对流(b)阴极自呼吸式图1-3阴极被动式强制对流和自呼吸式燃料电池结构图自呼吸式质子交换膜燃料电池的结构如图1-3（b）所示，在普通的质子交换膜燃料电池的结构上[18]，将阴极板换成开孔的金属板，使得电池的阴极侧暴露在空气中，阴....

图2-1无阀式压电薄膜

9第2章阴极压电振动装置结构设计自呼吸式质子交换膜燃料电池由于阴极采用开放式结构，主要供气方式为空气自然对流，容易造成阴极供气不足，无法及时排除反应生成的水，会对电池的性能造成负面影响，因此为了改善自呼吸式质子交换膜燃料电池的阴极氧气传输情况，本文根据压电泵的工作原理采用外加压电....

本文编号：3932173