PEM电解池氧气分布及压缩条件下性能研究

作     者：傅建林 张国宾 屈治国 张剑飞 FU Jianlin;ZHANG Guobin;QU Zhiguo;ZHANG Jianfei

作者机构：西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室能源与动力工程学院西安710049 

出 版 物：《工程热物理学报》 (Journal of Engineering Thermophysics)

年 卷 期：2024年第45卷第7期

页      面：2068-2076页

核心收录：

学科分类：080701[工学-工程热物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：陕西省重点研发计划(No.2021LLRH-09) 国家自然科学基金创新群体(No.51721004) 

主　　题：质子交换膜电解池 氧气分布 压缩 数值模拟 

摘      要：质子交换膜电解池(PEMEC)被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确,给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent编写用户自定义代码实现了电解池的三维多相多物理场仿真,探究了孔隙率和接触角对多孔电极内氧气分布的影响。然后采用VOF(Volume of Fluid)方法和图像识别,与全电池模型耦合迭代的方法明确了氧气在流道中的聚集特征。最后提出了接触电阻模型,对不同压缩工况下电解池的性能进行分析。结果表明,增大孔隙率和降低接触角可加强脊下传质,氧气倾向于在流道近脊处生成,进而向中间聚集,最终形成段塞流;当电流密度为0.8 A/cm^(2)时,忽略接触电阻将会低估0.17 V的电压。