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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2016年第1期32卷 156-161页

作者：孙红王瑞宙于东旭张方辉沈阳建筑大学交通工程学院辽宁沈阳110168 沈阳建筑大学机械工程学院辽宁沈阳110168

目的研究电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池的性能影响.方法通过电化学工作站测试了ht-pem燃料电池的伏安特性和交流阻抗,利用等效电路法分解得到ht-pem燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度、氢气流量... 详细信息

目的研究电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池的性能影响.方法通过电化学工作站测试了ht-pem燃料电池的伏安特性和交流阻抗,利用等效电路法分解得到ht-pem燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度、氢气流量和空气流量对燃料电池的伏安特性、欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池性能有一定影响,温度升高和增大气体流量能够一定程度地提高高温质子交换膜燃料电池的性能.ht-pem燃料电池的性能不会随着气体流量的增加而一直增加.结论升高温度降低了燃料电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗;氢气流量变化和空气流量变化对欧姆阻抗和法拉第阻抗没有明显影响.

关键词： ht-pem 燃料电池伏安特性交流阻抗

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ht-pemFC传质分析及性能试验

HT-PEMFC传质分析及性能试验

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作者：张添昱沈阳建筑大学

学位级别：硕士

伴随着传统资源的逐渐匮乏,各国对于新能源技术的研发都十分重视。质子交换膜(pem)燃料电池作为一种高能效、无污染的新能源发电装置而广受青睐。传统的质子交换膜燃料电池工作温度为80℃,这种电池对于反应气体的纯度要求较高。同时,传... 详细信息

伴随着传统资源的逐渐匮乏,各国对于新能源技术的研发都十分重视。质子交换膜(pem)燃料电池作为一种高能效、无污染的新能源发电装置而广受青睐。传统的质子交换膜燃料电池工作温度为80℃,这种电池对于反应气体的纯度要求较高。同时,传统的pem燃料电池的水管理也较为复杂。高温质子交换膜(ht-pem)燃料电池相比于传统pem燃料电池,除了保留了传统pem燃料电池优点外,还克服了传统pem燃料电池以上两个缺点,具有良好的应用前景。目前,ht-pem燃料电池在电池性能、使用寿命和价格成本方面还不能很好地满足大规模使用要求。本文采用实验和模拟两种方法对ht-pem燃料电池的性能进行了研究,分析了 ht-pem燃料电池在不同运行条件下性能的变化趋势,这对提高ht-pem的性能有一定的指导意义。本文在阅读大量关于pem燃料电池文献的基础上,归纳了燃料电池的发展史、研究现状和应用现状,阐述了 pem燃料电池的工作原理、结构组成以及用途特点。同时也对相关于pem燃料电池的热力学、动力学和电化学相关知识做了阐述。论文搭建了燃料电池测试平台,采用此测试系统对ht-pem燃料电池的伏安特性以及交流阻抗特性进行了测试,又分析了加湿状态下ht-pem燃料电池进气温度变化对电池性能的影响。采用等效电路法,分析了 ht-pem燃料电池交流阻抗图谱,获得了电池的等效电路和等效元件,并分析了进气温度和加湿湿度对等效元件阻抗的影响。实验结果发现:在不加湿提升进气温度时,ht-pem燃料电池的性能有一定的提升;加湿状态下升高进气温度对电池性能的影响较小。论文基于传质学、电化学、流体力学和固体力学理论,建立了三维、单相ht-pem燃料电池传质数学模型,模型耦合了固体力学场、多孔介质反应流和二次电流分布场。采用此模型,模拟了 ht-pem燃料电池内氧气、水分、氢气的传递和分布、电池夹装应力、变形和孔隙率分布,分析了装配预应力对扩散层碳纸的应力、应变、孔隙率、物质传递和电流密度的影响。结果表明随着流脊受到压力增大时,流脊下方扩散层的孔隙率减小,气体传质扩散变得困难。当预应力为2MPa时,ht-pem燃料电池具有最佳性能。基于介观动力学理论,采用Materials Studio软件构建了 ht-pem燃料电池阴极扩散层的介观传质模型,通过Martini力场描述了模型中珠子间的相互作用。分析了不同的模型参数条件下,模型中气体传质扩散系数的变化。模拟分析发现:在温度升高时,系统中气体各组分的扩散系数增大,说明升温有利于传质扩散;水的质量比增大时,会对氧气的扩散造成阻碍,使其扩散系数下降。

关键词： ht-pem 燃料电池传质介观模拟气体扩散层

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