不同工况下PEM燃料电池性能研究
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量密度高、启动速度快等优点，已成为21世纪最有发展前景的清洁能源技术之一。本文第一部分针对传统直通道和封闭流道的PEMFC分别建立了二维全电池综合数值模型。模型综合考虑了参与电化学反应的三个要素反应物质、电子、质子的传输过程和液态水的淹没以及膜内水传输现象。分别研究了供气压力、温度、湿度等供气参数对电池性能的影响；比较了不同供气湿度、温度等参数对阴极液态水饱和度分布以及电解质膜含水率的影响；预测了基准供气状态下两种流道形式的电池的极化曲线和文献报道的实验结果吻合很好。结果显示：输出电压越小、工作温度越低、阴极供气相对湿度越大，液态水淹没电极现象越严重；阴极液态水的生成有利于膜的浸润保持较高电导率，但是会淹没电极使有效电极面积减小，导致电池性能下降；阳极气体相对湿度越大越有利于电解质膜保持较高含水率。结果还证实封闭流道结构更有利于液态水的排出和增加反应气体的供应能力，改善电池的输出性能。
第二部分针对燃料电池单电池和4个单电池组成的空气自呼吸式电池堆，分别进行了实验研究。首先，测试了不同供气参数条件下单电池的稳态输出性能，考察了不同供气流量和加湿温度等参数对于电池性能的影响。然后，重点针对电池堆，考察了供气条件对电池堆稳态输出特性的影响；测试了给定供气条件下电池在加载情况下的输出性能动态响应特性；在给定负载阻值条件下，比较了不同氢气流量情况下电池输出性能对供氧条件的响应。测试结果显示，采用风扇供气则能显著改善电池性能；风扇对流供氧状态下，氢气流量对电池动态性能有显著影响。
质子交换膜燃料电池;数值模型;稳态输出;动态性能
南京航空航天大学
硕士
人机与环境工程
朱春玲
2007
中文
TM911.48
62
2008-07-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）