基于動(dòng)力學(xué)影響因素的質(zhì)子交換膜燃料電池性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）因其直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，因而其能量轉(zhuǎn)化效率很高，對(duì)環(huán)境的污染幾乎為零。近年來，隨著化石能源危機(jī)及其所產(chǎn)生的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們對(duì)于能替代化石燃料的可再生能源需求愈發(fā)強(qiáng)烈。因?yàn)槿剂想姵馗蓛羟鍧嵡夷芰哭D(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，這種新型能源轉(zhuǎn)化裝置得到了世界上科學(xué)家普遍的重視，同時(shí)也是未來汽車動(dòng)力最有競爭力的發(fā)展方向。作為車用燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池要能夠適應(yīng)多變的操作環(huán)境和條件，比如不同的氣體濕度、氣

2、體溫度和壓力。而本文則研究了動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)PEMFC性能的影響規(guī)律。
　　研究了陰極Pt載量和背壓對(duì)PEMFC性能的協(xié)同影響規(guī)律。本文結(jié)合靜態(tài)模型計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試，從活化過電勢、歐姆損失和濃差過電勢三個(gè)方面量化分析了陰極Pt載量和背壓協(xié)同對(duì)PEMFC性能的影響規(guī)律。考察了陰極 Pt載量分別為0.1 mgPt.cm-2，0.2 mgPt.cm-2，0.4 mgPt.cm-2，且分別在背壓為100kPaabs，150kPaabs，200

3、kPaabs條件下的燃料電池性能。通過比較發(fā)現(xiàn)，在上述任意Pt載量和背壓條件組合下，隨著電流密度增大，活化過電勢、歐姆損失和濃差過電勢逐漸加大，直接影響燃料電池性能；但在相同背壓條件下，隨著電流密度增加，低Pt載量時(shí)的濃差過電勢比高Pt載量時(shí)增加的更快；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，背壓增加對(duì)提高燃料電池的性能有幫助，但背壓增加對(duì)低Pt載量比對(duì)高Pt載量效果更明顯。因此對(duì)于低Pt燃料電池，應(yīng)適當(dāng)提高運(yùn)行背壓以進(jìn)一步優(yōu)化其性能。本文對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)

4、行了探討，并期望該結(jié)果能給低 Pt/超低 Pt燃料電池的設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化提供參考與借鑒。
　　研究了溫度和相對(duì)濕度（RH）對(duì)PEMFC性能的影響規(guī)律。通過歐姆阻抗（HFR）和阻抗譜方法考察了溫度、相對(duì)濕度（RH）對(duì)PEMFC性能影響的規(guī)律，其中研究了溫度范圍為40℃~85℃間燃料電池的性能。通過比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中所用的PEMFC的最佳運(yùn)行溫度為80℃，溫度的改善不僅能夠降低電化學(xué)極化，同時(shí)也能夠降低濃差極化，從而有利于燃料電池性