燃料電池反應氣復合增濕方法研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池中膜的水含量會直接影響質子在膜內的傳導，從而影響電池的性能，因此必須采取增濕或保濕方法保證膜的濕潤性。目前大功率車用燃料電池進氣增濕廣泛應用外增濕方法。本文針對燃料電池多孔碳板氣-氣增濕器的增濕特性，提出了多孔碳板氣-氣增濕與噴水增濕相結合的燃料電池反應氣復合增濕方法，圍繞該方法進行了相關的理論與試驗研究。
　　 首先，針對噴水增濕存在的噴霧液滴蒸發(fā)現象，通過合理的假設，建立了傳質和傳熱相耦合的液滴蒸發(fā)模型，計

2、算分析了液滴直徑、氣體性質、環(huán)境溫度和氣體對流對液滴蒸發(fā)時間的影響。分析結果表明:液滴直徑越小，蒸發(fā)時間越短;液滴在氫氣中的壽命比在空氣中短很多;環(huán)境溫度越高，液滴蒸發(fā)速度越快;在對流環(huán)境下，液滴壽命會大幅度縮短，且雷諾數越大，液滴壽命越短。因此，對于燃料電池噴水增濕方法，提高水溫、提高噴霧環(huán)境溫度、減小噴嘴孔徑以及增大強制對流，都能提高增濕性能。
　　 其次，進行了多孔碳板氣-氣增濕器與電堆的聯合試驗，結果表明:增濕器尾氣增濕

3、方式下的電堆性能略低于進堆空氣100％增濕時的性能，尤其是在開機階段和風機轉速提高階段，此時電堆尾氣不足以滿足電堆對進堆空氣增濕的要求，并導致膜被吹干，造成電池性能下降。因此，有必要對進堆空氣進行補充增濕。
　　 最后，進行了燃料電池復合增濕系統設計，通過多孔碳板氣-氣增濕與噴水增濕相復合，利用噴水增濕來補充進氣的濕度。從理論上計算了不同工況下的加濕需求，以滿足25kW燃料電池堆補充增濕為目標，以液滴在強制對流條件下徹底蒸發(fā)為依