PEMFC雙極板仿生流場結(jié)構(gòu)水管理的研究.pdf

1、現(xiàn)實的能源危機和環(huán)境問題，使得人們對新能源的開發(fā)和需求變得越來越重要。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種新能源氫能的利用裝置，以特有的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，其研究和運用也越來越受到重視。如何獲得高性能PEMFC，是當下對其研究的熱點和難點之一。
　　影響PEMFC性能的因素有很多，水是其中影響PEMFC性能的關(guān)鍵因素之一。如何保持電池內(nèi)水的相對平衡，即對電池實現(xiàn)有效的水管理，是現(xiàn)在PEMFC研究上的難點之一。電池的流場作為電池排水

2、通道和氣體流通通道的，其對結(jié)構(gòu)對電池的水管理具有非常重要的作用。本文以PEMFC的流場結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，研究和分析新型仿生流場在改善電池水管理狀況上的作用。
　　本文主要是通過CFD軟件對PEMFC進行工作狀況下的仿真模擬，然后根據(jù)仿真數(shù)據(jù)來得到對電池的理論分析結(jié)果。在電池處于高功率輸出情況下，通過分析對比仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用新型流道的電池，在PEMFC的I～V曲線，壓強損耗，反應(yīng)物與生成物的分布情況，電池的熱分布情況，以及膜中含水量等特性

3、方面的表現(xiàn)，相較于采用傳統(tǒng)流道（平行流場和蛇形流場）的電池，都要更加符合高性能電池的要求。對于電池在高電流和低電流工作狀況容易出現(xiàn)水管理的問題，本文也做了分析和討論：在高電流的情況下，電池內(nèi)有大量的水生成，相較于傳統(tǒng)流場，仿生流場更能利于電池內(nèi)水的排出；而在低電流時，電池內(nèi)易出現(xiàn)缺水，相較于傳統(tǒng)流場，仿生流場更能利于水氣在電池內(nèi)的擴散傳輸，使水和氣在電池分布更加均勻些。
　　電池的操作條件變化時，電池的性能也會隨之出現(xiàn)變化，而電池

4、內(nèi)部水管理狀況也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化。在本文擬定的研究操作條件下，電池的進氣濕度值越大、溫度越低和壓強越大仿生流場電池的輸出性能就越好。這三個變量對仿生流場電池內(nèi)水管理的影響是：進氣的相對濕度越大，仿生流場電池膜的含水量越高，但電池流道內(nèi)部的積水量也越大和催化層表面的反應(yīng)物濃度值也越?。浑姵氐牟僮鳒囟仍降?，膜的含水量越大，也越利于陰極的水分向陽極擴散，但電池內(nèi)的積水量會趨于偏大，電極上的反應(yīng)物濃度值會越??；隨著電池操作壓強增大，膜的含水量會