質子膜燃料電池的熱力學優(yōu)化研究及應用.pdf

1、能源問題近些年一直受到廣泛的關注。隨著三大化石能源的不斷消耗，能源儲備過度開采，環(huán)境問題越來越嚴重，尋求合適的新能源及清潔能源成為世界各國關注的焦點，而不斷以提高能量轉換裝置的性能則一直是能源技術發(fā)展的主要趨勢。燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電裝置，通過外界不斷地輸入燃料，直接將化學能轉化成電能并持續(xù)向外供電。這種發(fā)電技術不僅降低了使用化石能源引起的污染排放問題，還提高用電的靈活性和可靠性，所以受到世人的廣泛矚目。本論文建立了一個典型的不

2、可逆質子膜燃料電池模型，探索各種因素對燃料電池系統(tǒng)的影響，對燃料電池進行熱力學優(yōu)化分析，利用燃料電池余熱驅動制冷循環(huán)，建立一個典型的質子膜燃料電池-制冷混合系統(tǒng)，得到了一些具有理論意義和實用價值的結論。具體主要研究內容如下:
　　 第一章，簡單介紹了燃料電池的發(fā)展歷史和研究背景及意義。
　　 第二章，通過對質子膜燃料電池工作原理及過程的研究，建立質子膜燃料電池完整的熱力學和電化學的不可逆模型，分析三種過電勢對電池的影響，

3、確定主要參數計算公式，通過理論分析和數值模擬的方法來研究主要參數溫度、壓力、質子膜厚度等對電池性能的影響，得出燃料電池工作參數的優(yōu)化區(qū)間。本章建立模型時考慮漏電流的影響，并研究了漏電流對質子膜燃料電池的輸出功率、效率的影響。通過數值計算和分析，推出負載電阻與電池輸出功率、效率的計算關系式，并得到負載電阻的優(yōu)化區(qū)間。
　　 第三章在已建立的質子膜燃料電池模型的基礎上，分析燃料電池不可逆因素，推導出燃料電池熵產的計算公式，運用生態(tài)學

4、優(yōu)化理論對質子膜燃料電池進行了熱力學優(yōu)化分析。對燃料電池進行生態(tài)學性能優(yōu)化，可折衷質子膜燃料電池的熵增性能與功率性能以及效率性能的關系。分別以E、ECOP、P等函數為優(yōu)化目標進行了數值分析計算，分析燃料電池的功率、效率，以及熵產的關系，并且對所得結果進行比較，得出優(yōu)化區(qū)間。
　　 第四章建立了質子膜燃料電池-四溫位吸收式制冷混合系統(tǒng)模型，對質子膜燃料電池的余熱進行合理利用，使質子膜燃料電池整個系統(tǒng)的輸出功率以及效率都有了較大的提