三通道蛇形流場(chǎng)板氫-空質(zhì)子交換膜燃料電池的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell)作為新生能源受到越來(lái)越多國(guó)家的重視，關(guān)于燃料電池的研究成果也不斷涌現(xiàn)。目前，燃料電池的研究主要集中在小的單體電池實(shí)驗(yàn)研究和模型建立等理論研究上。實(shí)驗(yàn)研究能對(duì)電池的性能做表觀的認(rèn)識(shí)，而模型的建立和軟件的數(shù)值模擬又能彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中無(wú)法測(cè)量的局部微弱變化。本文在基于25 cm2自建燃料電池的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，用COMSOL Multiphysics3

2、.3a軟件對(duì)電池進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)自建的三通道蛇形流場(chǎng)質(zhì)子交換膜燃料電池性能做了全面的實(shí)驗(yàn)和分析，為質(zhì)子交換膜燃料電池的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)提供一定參考價(jià)值。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，工作氣體的壓力對(duì)電池的電壓特性影響較大，一般在低壓、低流量的條件下就可以滿足電池輸出電壓的要求；工作氣體的流量比對(duì)電池的電流特性影響較明顯，電池的電流密度隨著空氣流量的增加先增大后減小，當(dāng)氫氣與空氣的流量比控制在1:2.5左右時(shí)電池的輸出電流達(dá)到最大；電池的輸出特性與

3、電池的放置方位有關(guān)，當(dāng)陽(yáng)極在上時(shí)，電池的電壓特性較好，而陽(yáng)極在下時(shí)，電池的電流特性較好；當(dāng)電池的放電電壓大于0.6V時(shí)，順流工作時(shí)電池的輸出特性更好些；當(dāng)放電電壓小于0.6V時(shí)，則逆流工作時(shí)電池的輸出特性較好。 文章還建立了一個(gè)垂直流道的二維全電池模型。在介紹了電池的電化學(xué)模型、質(zhì)量傳遞模型和傳熱傳質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，建立了燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型。根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，用多物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOL Multiphysics3.3a對(duì)