質(zhì)子交換膜燃料電池用梯度擴(kuò)散層研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池氣體擴(kuò)散層由碳纖維或碳布等多孔介質(zhì)材料構(gòu)成，起著分散氣體、排水和導(dǎo)電等作用。電池在大電流密度下工作時產(chǎn)生過多的液態(tài)水，堵塞了氣體通道，降低了氣體的擴(kuò)散效果，因此對擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)特性的研究得到了普遍重視。尤其是擴(kuò)散層的孔結(jié)構(gòu)，它對擴(kuò)散層中的水、氣傳輸起著至關(guān)重要的作用，是影響電池性能重要因素之一，也是研究熱點(diǎn)之一。 本文首先描述了用于模擬PEMFC工作過程的三維數(shù)學(xué)模型，模型考慮了流體的流動、水在質(zhì)子交換膜中的傳遞以

2、及催化層電化學(xué)反應(yīng)。采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方程描述了流道、擴(kuò)散層、催化層和質(zhì)子交換膜各個區(qū)域內(nèi)的傳遞現(xiàn)象，同時考慮相關(guān)因素對電池的影響，以便較為真實(shí)地模擬電池中的傳輸現(xiàn)象。 隨后根據(jù)多孔介質(zhì)的非飽和流理論，導(dǎo)出了一維的梯度擴(kuò)散層液態(tài)水傳輸相關(guān)的方程，并根據(jù)這些方程計(jì)算了包括帶有微孔層和具有梯度結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散層的相飽和度分布、液態(tài)水殘留量、液態(tài)水排量和氣體有效擴(kuò)散因子等參數(shù)。重點(diǎn)探討了不同孔隙率結(jié)構(gòu)對擴(kuò)散層的排水性能以及氣體擴(kuò)散的影響。