金属极板质子交换膜燃料电池的水-气传输建模研究

发布时间：2024-03-23 15:41

　　质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有零排放、低运行温度、低噪声、高功率密度等优点,近年来在固定电站系统,汽车和备用电源等领域获得了广泛的应用。在PEMFC运行过程中,反应物生成的水从催化剂表面,经气体扩散层(GDL)传输到极板流道内,最终从流道排出电堆。当电堆排水条件不良时则容易产生累积。当液体水累积在催化剂表面时,则阻止气体进入催化层、导致反应速率下降等,最终影响电堆的性能;当更多的液态水累积到流道内时,则阻碍流道内气体的流动,造成压力分布不均,降低电堆输出性能。目前,由于宏观仿真分析方法简化了GDL中微孔道的描述,难以准确预测GDL内的水传输规律;而微观方法,模型复杂、计算量巨大,难以指导实际工程电堆的开发。对于燃料电池电堆中的液态水的累积、流动规律以及装配受压后GDL内的传质、水-气传输建模等方面亟待更深入的研究。本文围绕金属极板PEMFC中生成水的传输过程,开展了水-气传输理论建模、规律分析及流道设计优化等研究。首先,建立装配压缩的GDL内部传质模型,探明了GDL内部液态水排出和脊下氧分压分布的规律;分析了气体通道内的液态水排出行为,提出了考虑通道内液态水累积的反应气压降预测方...

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1PEMFC工作原理

上海交通大学博士学位论文64所示。该模型的基本思想是根据矢量场在压缩方向上平移纤维，该矢量场取决于压缩速率和材料内纤维的位置。对于给定的纤维材料的3D微结构特征输入，该模型在任意压缩率下沿单轴方向压缩纤维系统，通过模拟退火来估计最佳矢量常该模型应用于通过同步加速层析成像获得的PE....

图1-2PEMFC水传输过程示意[21]

第一章绪论71.2.2气体通道排水特性研究电池运行过程中，如果电化学反应生成的水不能从气体通道及时移出，会导致电池内水的聚集。若电池内发生由于水的聚集而产生的水淹，轻则使电池内电流分布不均，电池性能低下，重则引起反极，产生不可逆损害，大大减小电池的寿命。为使生成的水能够及时的从气....

图1-4GDL三维重构[39]

上海交通大学博士学位论文8微数字粒子图像测速（micro-DPIV）技术可以针对一定范围的空气流量测量位于通道内的液滴内部的中心横截面中的速度。此方法便于检查通道中的空气速度，液滴内的二次旋转流，液滴变形和接触角滞后之间的关系。从而可以进一步分析在气-液界面处发生的空气和水流之间....

图1-5基于匀质假设的GDL排水二维模型[40]

上海交通大学博士学位论文8微数字粒子图像测速（micro-DPIV）技术可以针对一定范围的空气流量测量位于通道内的液滴内部的中心横截面中的速度。此方法便于检查通道中的空气速度，液滴内的二次旋转流，液滴变形和接触角滞后之间的关系。从而可以进一步分析在气-液界面处发生的空气和水流之间....

本文编号：3936130