质子交换膜燃料电池可视化结构的设计研究及电池长期运行时电压振荡A区的研究
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有启动快、环境友好、功率密度高、瞬态响应好等优点,有望成为新一代电动车动力源以及分布式电站的供能装置。然而,PEMFC目前仍面临很多问题,如电池的寿命问题和成本问题等。本文采用可视化的方法和电化学阻抗的方法,研究了电池长期运行时电压振荡A区的特性,其具体内容如下: 为了在可视化研究中选择合适厚度的镂空板,从而保证透明电池装配时的便利性、电池的性能和流场可视化时的拍摄效果,本文首先设计并组装了不同流道深度的常规单电池,在不同进气湿度及电池运行温度下,对不同流道深度的单电池进行实验对比分析。结果表明:在低湿度的条件下,电池流道深度越深性能越好,达到一定流道深度后性能下降。在高湿度或大电流密度的条件下,较深流道的电池性能较差。温度对不同流道深度的电池性能影响不大。总之,不同流道深度的电池性能差异和进气湿度及电流密度有关系。 为了确认透明电池设计和装配的合理性,从而保证可视化研究的准确性,本文其次进行了PEMFC可视化单电池的性能研究,在一定的工作条件下,研究了常规单电池、阴极侧采用透明结构的单电池、阳极侧采用透明结构的单电池、阴阳极侧都采用透明结构的单电池的I-V性能和电化学阻抗谱;在此基础上,进一步研究了这四种单电池在不同湿度下的性能和阻抗的差异。结果表明:透明结构单电池的性能都低于常规单电池,欧姆阻抗、极化阻抗都比常规单电池大,其中,阴极侧采用透明结构的单电池性能优于阳极侧采用透明结构单电池的性能,而阴阳极侧都采用透明结构的单电池的性能最差、阻抗最大。 在上述可视化电池设计研究的基础上,本文最后研究了不同运行条件下,PEMFC长期运行时电压振荡A区的机理。结果表明:电池长期运行时,若要保持稳定的电压运行状态,可以提高电池运行温度,减小阴阳极的气体利用率,尽可能减小电池加载的电流密度,减小电池进气湿度。若电池电压已发生振荡现象,可通过降低气体利用率,增加电池运行温度,增大电池进气湿度来减小振荡的频率。
质子交换膜燃料电池;可视化结构;流道深度;电压振荡;交流阻抗
上海交通大学
硕士
动力机械及工程
胡鸣若
2013
中文
TM911.4
89
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）