夾緊力變化對質(zhì)子交換膜燃料電池性能影響的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有能量轉(zhuǎn)換效率高、工作溫度低、功率密度高、啟動快、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是內(nèi)燃機(jī)最有力的競爭者,被廣泛的認(rèn)為是未來最有發(fā)展前途的清潔能源,尤其是適用于便攜式電源、移動的電子產(chǎn)品、小型固定發(fā)電站以及汽車等。但是由于在PEMFC的工作過程中涉及到多組分氣體的傳輸和多相流動等一些相互耦合的復(fù)雜的物理化學(xué)現(xiàn)象,而且由于燃料電池的尺寸限制和

2、復(fù)雜結(jié)構(gòu),目前通過實(shí)驗(yàn)手段獲得電池內(nèi)部的數(shù)據(jù)的詳細(xì)分布比較困難。因此,對。PEMFC的數(shù)值模擬仿真技術(shù)作為對實(shí)驗(yàn)的必要補(bǔ)充,就具有了重要的工程和學(xué)術(shù)意義。
　　 本文通過建立PEMFC的性能測試系統(tǒng),對自行組裝的燃料電池進(jìn)行了不同操作條件下的性能測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,提高反應(yīng)氣體的工作壓力、升高反應(yīng)氣體的溫度、增加反應(yīng)氣體的進(jìn)氣濕度以及提高極板兩端的夾緊力對于改善燃料電池的工作性能都有著顯著的影響,并且也定性的驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果

3、的準(zhǔn)確性。根據(jù)有限元理論,利用ANSYS軟件建立PEMFC的力學(xué)模型,通過向PEMFC單電池的兩端施加不同的夾緊力,使得PEMFC擴(kuò)散層發(fā)生彈性形變。最終得出在四種不同的夾緊力的作用下,其形狀變化是不同的。夾緊力越大,脊部下方的擴(kuò)散層厚度被擠壓的越薄。但是無論在多大壓力下,流道下方的氣體擴(kuò)散層厚度基本保持不變。針對ANSYS軟件分析后的模型,利用多物理場耦合軟件COMSOLMultiphysics建立PEMFC的二維兩相流模型。然后進(jìn)一