质子交换膜燃料电池膜电极的建模与仿真

发布时间：2017-06-22 16:06

  本文关键词：质子交换膜燃料电池膜电极的建模与仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着对清洁能源的需求迅速增长,质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于转换效率高、比能量密度高、环保等众多优点,被视为一种理想的替代能源技术。尽管在过去的几十年里取得了巨大进展,质子交换膜燃料电池的商业化仍然有需要克服成本、性能等技术问题。通过仿真方法,研究物质传输机理,优化电池结构,可以有效减少研究和制造成本,是目前质子交换膜燃料电池研究中重要手段之一。在PEMFC的研究中,催化层内的物质传递和化学反应快慢是目前的研究热点。其中,团聚体模型是广泛采用的复杂模型。近年来液态水对电池性能的影响得到了广泛关注,但多集中在液态水对催化层孔隙率的影响,而液态水对团聚体自身的影响却很少研究。本文引入液态水对团聚体自身结构的影响,建立了一种能更加准确反映催化层结构参数影响的二维、气液二相变的阴极模型。PEMFC模型计算结果显示液态水在团聚体表面形成水膜会阻碍氧气的扩散,并且计算出水膜的厚度,从而导致PEMFC极化曲线在大电流密度时输出电压会快速下降,同时极限电流密度减小。进一步利用模型分析了催化剂铂负载量、扩散层孔隙率以及入口压力等因素对PEMFC性能的影响,得到铂负载量与中电流密度的输出电压成正比,与极限电流密度成反比,其值取0.35~0.4mg/cm2;扩散层孔隙率在0.4~0.6之间;入口压力取1~3atm等结论。
【关键词】：质子交换膜燃料电池 团聚体催化层 二相流 液态水 水膜
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 第一章 绪论7-20
• 1.1 引言7-8
• 1.2 燃料电池的分类8-9
• 1.3 质子交换膜燃料电池9-15
• 1.4 PEMFC的研究现状15-18
• 1.5 本文第研究意义和主要研究内容18-20
• 第二章 质子交换膜燃料电池的数学模型20-35
• 2.1 PEMFC的热力学20-23
• 2.2 PEMFC反应动力学23-26
• 2.3 PEMFC的电荷传输26-27
• 2.4 PEMFC的质量传输27-33
• 2.5 PEMFC的电压损耗和极化曲线33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 经典团聚体模型的研究35-47
• 3.1 PEMFC的阴极模型35-44
• 3.2 结果与讨论44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 考虑液态水影响的团聚体模型研究47-71
• 4.1 考虑液态水的团聚体模型47-49
• 4.2 应用液态水团聚体的PEMFC阴极模型49-54
• 4.3 应用存在水膜的团聚体PEMFC阴极模型54-58
• 4.4 PEMFC制造的优化58-68
• 4.5 本章小结68-71
• 第五章 总结与展望71-74
• 5.1 总结71-72
• 5.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-77

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7 吴魁;解东来;;高温质子交换膜研究进展[J];化工进展;2012年10期

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1 张燕梅;方军;伍永彬;;用于碱性直接甲醇燃料电池的新型含氟阴离子交换膜的制备及表征[A];中国化学会第十一届全国氟化学会议论文摘要集[C];2010年

2 徐维林;陆天虹;邢巍;;低甲醇透过质子交换膜的研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

3 刘盛洲;张兴鹏;印杰;;嵌段长度对磺酸基嵌段共聚物质子交换膜性能的影响研究[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年

4 石守稳;陈旭;;浸泡质子交换膜力学性能及其微观变形机理的研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 冯庆霞;张冬芳;严六明;;纳米复合H_3PO_4-BPO_4-ABPBI高温质子交换膜的制备与表征[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年

6 李林繁;于洋;邓波;虞鸣;谢雷东;李景烨;陆晓峰;;辐射接枝法制备质子交换膜的研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第8册）[C];2009年

7 王博;王新东;王文红;张红飞;陈玲;;燃料电池质子交换膜电导率的测试方法研究[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科学论坛”论文集[C];2005年

8 薛松;尹鸽平;;磺化聚醚醚酮／磷钨酸复合质子交换膜[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

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10 纪晓波;严六明;陆文聪;马和平;;酸碱质子交换膜中质子动力学行为及协同效应[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年

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