高溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的模擬與分析.pdf

1、高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(High temperature proton exchange membrane fuel cell,HT-PEMFC)因為其環(huán)保、高效和較高的CO耐受度而受到廣泛關(guān)注。本文模擬了兩個HT-PEMFC系統(tǒng),其中一個以氫氣為燃料,稱為直接氫氣系統(tǒng);另一個以天然氣通過蒸汽重整獲得的氫氣為燃料,稱為重整氫氣系統(tǒng)。文中對燃料電池系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備分別進(jìn)行了模擬,其中包括HT-PEMFC電堆、空壓機(jī)、渦輪機(jī)、水泵、蒸汽重整器

2、(Steam methane reformer,SMR),水氣轉(zhuǎn)換器(Water gas shifter,WGS)等組成單元。在對兩個系統(tǒng)的熱力學(xué)分析中采用了能量分析和火用分析相結(jié)合的方法,從“量”和“質(zhì)”的角度全面的考慮了能量在整個系統(tǒng)中的流動與分配問題,從中分別得到了兩個系統(tǒng)的能量流程圖和各設(shè)備能量分配表。在進(jìn)行能量分析的基礎(chǔ)上,本研究綜合從電堆溫度、壓力、入口氣體相對濕度、化學(xué)計量數(shù)和甲烷蒸汽重整反應(yīng)溫度五個方面考慮了不同系統(tǒng)工作

3、參數(shù)對系統(tǒng)的影響情況,并進(jìn)行了相應(yīng)的火用分析。
　　研究結(jié)果表明:對于兩種燃料電池系統(tǒng),提高電堆工作溫度能顯著提高系統(tǒng)性能,整個系統(tǒng)的總功率和效率都呈逐步增加的趨勢。但提高電堆工作壓力和電堆入口氣體相對濕度以及陰極氣體化學(xué)計量數(shù)對提高系統(tǒng)整體性能影響較小。對于直接氫氣系統(tǒng),增加陽極化學(xué)計量數(shù)對系統(tǒng)性能無太大影響,但對于重整氫氣系統(tǒng),增加陽極化學(xué)計量數(shù)會導(dǎo)致系統(tǒng)效率顯著下降。對甲烷蒸汽重整系統(tǒng)的模擬顯示在SMR、WGS反應(yīng)溫度分別為