高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的模擬與優(yōu)化.pdf

1、高溫質(zhì)子交換膜(PEM：Proton Exchange Membrane)燃料電池除了具有傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池的諸如高能量效率、低噪聲、啟動快、零污染等優(yōu)點外，還因其工作溫度高，催化劑耐CO能力增強，燃料處理系統(tǒng)及外加濕系統(tǒng)相對簡單，已成為燃料電池研究工作中的熱點。
　　 本文首先介紹了高溫燃料電池計算機模擬中的基本數(shù)學(xué)模型，主要包括流體力學(xué)基本控制方程、電化學(xué)反應(yīng)模型以及電池內(nèi)部的氣體擴散模型等理論知識。
　　 描述

2、了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機的組成及相關(guān)設(shè)備，對高溫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機的設(shè)計參數(shù)進行了分析與理論計算，并以此為基礎(chǔ)對高溫質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機的內(nèi)部整體布局進行了方案設(shè)計。
　　 建立了單流道單電池三維模型，運用計算機模擬的方法研究了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池與低溫質(zhì)子交換膜燃料電池在相同的操作條件下所表現(xiàn)出來的不同性能，分析了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的特點：高溫質(zhì)子交換膜燃料電池中幾乎不存在液態(tài)水，因此流道設(shè)計中可以不考慮

3、排水的問題，而應(yīng)該將氣體分配的均勻性作為流道設(shè)計的重點；模擬了設(shè)計參數(shù)中氣體擴散層厚度，運行參數(shù)中操作壓力和加濕度對電池性能的影響：氣體擴散層厚度的增加對電池性能存在利弊兩個不同方面的影響，該參數(shù)在一定范圍內(nèi)存在一個最優(yōu)值；運行參數(shù)中，電池性能隨著操作壓力和加濕度的增加都表現(xiàn)出提高的趨勢，但操作壓力和加濕度的增加會增加成本；由此得出結(jié)論：電池的設(shè)計參數(shù)及運行參數(shù)在提高電池性能和降低成本方面各有利弊，設(shè)計中應(yīng)該綜合考慮。
　　 基

4、于理論計算與分析并結(jié)合前述模擬計算的結(jié)果，建立了三種不同結(jié)構(gòu)尺寸流道的單流道單電池模型，對燃料電池的流道結(jié)構(gòu)及尺寸進行了優(yōu)化設(shè)計。認為流道結(jié)構(gòu)形式對電池性能具有重要影響，從不同結(jié)構(gòu)形式流道的單電池模擬結(jié)果來看，流道截面形狀為倒梯形時，電池性能要優(yōu)于流道截面形狀為矩形的情況；建立了不同流場形式的多流道單電池模型，分析比較了其性能，認為在相同的操作條件和相同的流場尺寸下，陰極流場采用平行直流場時，電池的性能明顯好于采用多蛇形流場時的情況。綜