PEMFC电流密度分布研究

论文摘要

质子交换膜燃料电池性能取决于诸多相互影响参数,观察其局部区域电流密度分布是进行细致深入研究的重要方法。本文探索区域分割质子交换膜燃料电池内不同预紧力、氧化剂类型、操作温度、空气流量、气体湿度对流道和岸区域子电池性能的影响,主要研究结果如下：(1)预紧力的影响。在以氧气作为反应气体时,岸区域子电池性能总体比流道区域子电池性能高；在一定范围内,随着预紧力的增加,岸区域子电池内阻相应减小,其性能有所升高,但是预紧力偏大后,岸区域子电池性能反而下降；改变预紧力对流道区域子电池性能的影响较小(2)氧化剂类型的影响。使用空气作为氧化剂时,在低电流密度下,岸区域子电池性能大于流道区域子电池性能,在高电流密度下,流道区域子电池性能逐渐大于岸区域子电池性能并且随负载的增加而逐渐扩大；岸区域子电池和流道区域子电池性能相当的交叉点沿流场方向逐渐向低电流密度偏移。使用氧气作为氧化剂时,岸区域子电池性能始终大于流道区域子电池性能。(3)电池温度的影响。电池运行温度从55℃提高到65℃,岸区域和流道区域子电池性能均增加；由于岸区域液态水可能较多,沿流道温度逐渐增加时,岸区域子电池性能总体提高；而流道区域因为气体浓度逐渐减小,流道区域子电池性能总体下降。但当运行温度为70℃时,出口区域温度可能过高,岸区域和流道区域子电池性能均出现下降。(4)阴极气体流量的影响。因为阴极反应气体是空气,岸区域子电池性能总体比流道区域子电池性能差,在高电流密度时更是如此；空气过量系数增加时,在高电流密度下电池性能随之提高,但岸区域子电池性能提高更加明显；沿流道从进口到出口方向,流道区域子电池性能总体逐渐下降,岸区域子电池性能总体较低但较为平均。(5)气体湿度的影响。随着湿度从60%逐渐增加到100%,电池性能也逐渐升高。由于反应气体是空气,流道区域电池性能主要受膜的润湿度影响,而岸区域电池性能主要受氧气浓度影响,因此湿度的增加对流道区域子电池性能的影响比对岸区域子电池性能的影响明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 燃料电池
• 1.1.2 质子交换膜燃料电池结构
• 1.1.3 质子交换膜燃料电池的工作原理
• 1.1.4 质子交换膜燃料电池电堆
• 1.2 文献综述
• 1.3 选题目的和本文工作
• 1.3.1 选题目的
• 1.3.2 本文工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 10区域燃料电池结构设计与组装
• 2.1 区域燃料电池设计要点
• 2.2 燃料电池各组成部件结构设计及制作
• 2.2.1 端板
• 2.2.2 阳极集流板
• 2.2.3 阳极流场板
• 2.2.4 光板
• 2.2.5 多功能阴极流场板
• 2.2.6 阴极T型集流铜条
• 2.2.7 10区域MEA设计与制作
• 2.2.8 电流在线监测系统
• 2.3 区域燃料电池的组装
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验系统与实验方法
• 3.1 实验系统
• 3.1.1 区域燃料电池
• 3.1.2 电池测试设备
• 3.1.3 子电池电流在线监测系统
• 3.1.4 电池温度控制系统
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 霍尔电流传感器测试精度验证
• 3.2.2 10区域燃料电池子电池外电阻测定
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 预紧力与氧化剂类型对流道和岸区域电流密度分布的影响
• 4.1 预紧力对流道和岸区域电流密度分布的影响
• 4.2 不同氧化剂对电池内流道和岸区域电流密度分布的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 运行参数对电流密度分布的影响
• 5.1 温度的影响
• 5.2 气体流量的影响
• 5.3 加湿度的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目