具有二次進(jìn)氣口的質(zhì)子交換膜燃料電池的性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的水管理問題一直燃料電池領(lǐng)域的熱門問題，其中水淹問題是影響PEMFC性能的關(guān)鍵因素。為了緩解PEMFC流道內(nèi)的水淹狀況，提出了一種新型進(jìn)氣方式—具有二次進(jìn)氣口的新型進(jìn)氣方式，以期提高PEMFC的性能。
　　首先就加濕溫度這一直接影響電池內(nèi)部水環(huán)境的參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)膜電極有效面積為25cm2的PEMFC單元進(jìn)行了恒流放電。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較于陽極氫氣的加濕，對(duì)陰極空氣的加濕更有利于PEMFC的穩(wěn)

2、定運(yùn)行，陰極空氣的加濕溫度在保證電池電壓穩(wěn)定性方面起到的作用更大。通過監(jiān)測(cè)陰極流道的進(jìn)出口壓差，發(fā)現(xiàn)對(duì)于單蛇形流道而言，進(jìn)出口壓差可以反映流道內(nèi)的液態(tài)水狀況。當(dāng)加濕溫度較低時(shí)，陰極壓差與電壓的變化是正相關(guān)的，當(dāng)水淹發(fā)生時(shí)，陰極壓差與電壓是負(fù)相關(guān)的。
　　液態(tài)水在陰極流道內(nèi)一般出現(xiàn)在流道的后半部分，從而影響氧氣的擴(kuò)散，造成傳質(zhì)損失。針對(duì)這一特點(diǎn)，提出了具有二次進(jìn)氣口的新型進(jìn)氣方式。所謂的新型進(jìn)氣方式，即在不改變陰極空氣總供氣量的基礎(chǔ)

3、上，將其中一部分空氣不經(jīng)加濕直接通過二次進(jìn)氣口供入電池，希望二次進(jìn)氣的引入，節(jié)約加濕氣體所用的水分以及改變流道后半部分的水淹狀況和氧氣分布，進(jìn)而提高性能。
　　通過二維數(shù)學(xué)模型對(duì)新型進(jìn)氣方式所能達(dá)到的效果進(jìn)行了模擬分析。模擬結(jié)果表明，新型進(jìn)氣方式可以緩解陰極流道內(nèi)的水淹狀況，特別是電流密度較高時(shí)，電池性能提升明顯。同時(shí)也模擬了不同二次進(jìn)氣口位置以及不同分流量對(duì)性能的影響，結(jié)果表明：二次進(jìn)氣口位于總長度的30％左右，分流量在60%~

4、70%時(shí)，電池性能最佳。
　　對(duì)膜電極有效面積為90cm2的具有二次進(jìn)氣口的PEMFC單元進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二次進(jìn)氣口與主進(jìn)氣口距離占總流道長度的30%時(shí)，對(duì)性能的提升最顯著。隨著二次進(jìn)氣口位置的后移，分流對(duì)性能的提升效果逐漸變差。通過二次進(jìn)氣口進(jìn)入電池的干空氣比例對(duì)電池性能的影響與電流密度有關(guān)，電流密度為0.75A/cm2時(shí)，分流量越大，性能提升效果越好，但是波動(dòng)也會(huì)略微增大；低電流密度時(shí)，二次進(jìn)氣比例的增加對(duì)性能有