高溫質(zhì)子交換膜燃料電池性能研究.pdf

1、高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel cell,HT-PEMFC)由于其具有電化學(xué)反應(yīng)活躍、CO的耐受性好、廢熱利用率高和水熱管理簡單等優(yōu)點，在進十年來發(fā)展成為新的質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)。HT-PEMFC的研究主要分為兩部分：第一部分是對高溫質(zhì)子交換膜（High Temperature Proton Membrane,HT-PEM）進行研究，另一方面則為HT

2、-PEMFC在不同的操作條件下對其性能所產(chǎn)生的影響。在本文中，操作條件基本考慮的為HT-PEMFC所處的環(huán)境溫度、反應(yīng)物的進氣壓力和進氣流速。
　　本文首先通過對HT-PEMFC和HT-PEM的工作原理進行研究并且對HT-PEMFC的極板結(jié)構(gòu)(Polar Plate Structure,PPS)進行建模仿真，研究不同的極板結(jié)構(gòu)對HT-PEMFC性能的影響。結(jié)果表明：蛇形的流場結(jié)構(gòu)比平行流場結(jié)構(gòu)更能夠提高高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的性能

3、。
　　其次又對HT-PEM進行了預(yù)處理和制備，并且研究了HT-PEM在溫度為200℃的時候，其質(zhì)子傳導(dǎo)率能夠達到最大為0.091S cm-1，并且研究了膜電極在不同的制備條件下，條件因素與膜電極性能之間的關(guān)系。
　　然后本文又設(shè)計和制備HT-PEMFC，通過在不同的操作條件下，測試HT-PEMFC的性能，得到操作條件與HT-PEMFC的性能關(guān)系如下：隨著溫度的升高，HT-PEMFC的性能會明顯提高，當(dāng)溫度為160℃時，電池

4、性能最大為1.48W。增大氣體的輸入壓強，也會明顯的提高HT-PEMFC的性能，但是，當(dāng)反應(yīng)氣體的壓強大到一定程度的時候，由于過大的壓強會導(dǎo)致反應(yīng)氣體滲透到膜電極的另外一側(cè)，造成濃差極化的現(xiàn)在，所以高HT-PEMFC的性能會有所下降，當(dāng)壓強為0.1MPa時的，電池的性能最大為1.48W。HT-PEMFC的性能也會隨著反應(yīng)氣體輸入的流速加快而變大，但是，當(dāng)流速過大時，由于其會帶走部分電池內(nèi)部的熱量，導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度下降，并且會導(dǎo)致反應(yīng)氣