高溫質(zhì)子交換膜燃料電池實驗和啟動仿真研究.pdf

1、高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell，HT-PEMFC)是指工作溫度在100℃以上的質(zhì)子交換膜燃料電池。與傳統(tǒng)常溫質(zhì)子交換膜燃料電池相比，較高的工作溫度使得HT-PEMFC的電化學(xué)反應(yīng)速度更快、水熱管理系統(tǒng)更簡單、余熱回收更為高效、CO耐受性更強。近年成為了燃料電池領(lǐng)域國內(nèi)外研究熱點。然而HT-PEMFC較高的工作溫度也使得其啟動過程較為漫長，限制

2、了其應(yīng)用范圍，并且啟動過程對燃料電池的工作性能有著重要影響。因此研究HT-PEMFC內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機理，優(yōu)化HT-PEMFC啟動方式，探究適宜的啟動策略具有十分重要的意義。本研究通過制備HT-PEMFC膜電極，裝配燃料電池，搭建實驗測試系統(tǒng)，對HT-PEMFC進(jìn)行了實驗研究。極化曲線表明，HT-PEMFC不會因脫水而導(dǎo)致導(dǎo)電性下降，燃料電池的歐姆損失較小，電池性能較好。為進(jìn)一步探究影響HT-PEMFC性能的內(nèi)部機理，本研究建立了HT-PE

3、MFC的三維多相流非穩(wěn)態(tài)模型。仿真結(jié)果表明:與恒電流密度啟動方式相比，在恒電壓的啟動方式下，電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)更加劇烈，更容易成功啟動;在啟動過程中，會有液態(tài)水產(chǎn)生，液態(tài)水含量先增加后減少;HT-PEMFC的啟動性能對外界溫度及對流換熱系數(shù)敏感，提高燃料電池的保溫能力，降低傳熱損失可以顯著提高電池啟動性能。本研究還提出了一種新型的變電壓啟動策略。與電加熱輔助啟動方式相比，使用這種變電壓啟動策略，同樣可以大幅縮短HT-PEMFC的啟動時間