高溫質(zhì)子交換膜燃料電池仿真與設(shè)計(jì).pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大熱點(diǎn)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)高效、清潔、可持續(xù)的新能源來(lái)替代化石能源已經(jīng)追在眉睫。質(zhì)子交換膜燃料電池憑借其高能量密度、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)已經(jīng)在便攜式電源和電動(dòng)汽車(chē)中得到了廣泛使用。高溫質(zhì)子交換膜燃料電池將工作溫度提升到120-180℃，有效的避免了液態(tài)水管理難題，同時(shí)還提高了電化學(xué)反應(yīng)的活性，增加了對(duì)CO的容忍性，提高了熱量利用率，但同時(shí)也對(duì)材料特性、流場(chǎng)設(shè)計(jì)、加熱冷卻策略提出了新的要求。為了更深入的了解高溫質(zhì)子交

2、換膜燃料電池的工作特性和電堆設(shè)計(jì)方法，本文主要進(jìn)行了以下工作:
　　(1)建立了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的三維仿真模型。根據(jù)燃料電池的反應(yīng)機(jī)理，在COMSOL中建立了三維全流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)單電池模型，針對(duì)三種常見(jiàn)形式的流場(chǎng)，分析其極化曲線、速度場(chǎng)分布、濃度分布、電流密度分布情況，同時(shí)還探討了溫度、壓力、流量對(duì)電池性能的影響，仿真結(jié)果表明多通道蛇形流場(chǎng)綜合性能最佳，交匯蛇形流場(chǎng)次之而平行流場(chǎng)較差，該結(jié)論為電堆設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了理論分析基礎(chǔ);

3、r>　　(2)完成了高溫燃料電池堆設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案。設(shè)計(jì)了端板和三種流場(chǎng)的雙極板結(jié)構(gòu)，保證了電池的氣密性要求;采用螺栓緊固的方式組裝了單片電池和5片單電池構(gòu)成的小功率電堆;選擇加熱箱來(lái)控制電池溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的預(yù)熱和冷卻;
　　(3)在高溫燃料電池測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行了單片電池和電堆的性能測(cè)試。在單片電池測(cè)試中，多通道蛇形流場(chǎng)表現(xiàn)出較好的性能，交匯型流場(chǎng)次之而平行流場(chǎng)最差，該結(jié)果與仿真結(jié)果一致，驗(yàn)證了仿真模型的可靠性;在電堆測(cè)試中主要