質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)崮M計(jì)算.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、工作溫度低、無污染、比功率大、啟動迅速等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。但由于質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部約有40％～50％的能量耗散為熱能，如果沒有有效的熱管理會致使電池溫度上升，電解質(zhì)膜脫水、收縮甚至破裂，另外PEMFC內(nèi)溫度分布對于電池的水管理，傳熱傳質(zhì)都有著重要影響，這使得電池的熱管理的研究越來越受到重視。本文主要使用計(jì)算機(jī)模擬的方法來分析溫度對電池性能的影響及電池內(nèi)溫度分布規(guī)

2、律，使用了計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent中的燃料電池模塊進(jìn)行模擬計(jì)算。 本文首先分析了PEMFC的熱源，指出電池內(nèi)部熱量是由電化學(xué)反應(yīng)和各種極化以及相變產(chǎn)生，說明了在各個極化區(qū)溫度對極化的影響。闡述了模擬計(jì)算工作中用到的相關(guān)數(shù)學(xué)模型。 探討了不同的操作條件對電池性能及膜溫度分布的影響，結(jié)果表明：增大氣體壓力會提高電池性能，與之相伴隨的是更多的熱量產(chǎn)生，會提高電池內(nèi)部的溫度及溫差。隨著空氣計(jì)量比的提高，電池的性能隨之提高，并

3、且在空氣流量較低時電池性能變化明顯，隨空氣流量的增加膜的最大溫度和溫差都略有所降低。氣體相對濕度對電池性能的影響很大。陽極氣體濕度增加，電池性能提高；在小、中電流密度下，陰極氣體濕度增加，電池性能提高，而在大電流密度下，陰極氣體濕度的增加，電池性能反而下降。進(jìn)口氣體的相對濕度越高，膜的溫差越大；陰極和陽極氣體加濕度的對膜溫差的影響基本一致。 探討了工作溫度、陰極加濕溫度和陽極加濕溫度對電池性能及溫度分布的影響，結(jié)果表明：在小電流