質(zhì)子交換膜燃料電池掃氣除水的模擬研究.pdf

1、在寒冷的環(huán)境下使用質(zhì)子交換膜燃料電池需要在停機后將殘留在燃料電池內(nèi)部的水分排出電池外，以防止這部分水結(jié)冰對燃料電池產(chǎn)生不利影響。停機后可以使用掃氣的辦法把內(nèi)部的殘余水分排出電池外。本文建立一個三維兩相流質(zhì)子交換膜燃料電池掃氣除水模型，研究燃料電池掃氣過程內(nèi)部水含量的變化及不同條件下燃料電池的掃氣排水特性。探究各種不同參數(shù)對掃氣除水過程的影響。研究的操作參數(shù)有掃氣工況，包含流速和溫度參數(shù)；結(jié)構(gòu)參數(shù)包括電池部件幾何尺寸、流道深度和膜厚度；物

2、性參數(shù)，包含氣體擴散層滲透率和孔隙率。
　　研究結(jié)果表明，掃氣除水的基本過程為，在掃氣初始階段，陰極氣體擴散層肋下方的水飽和度下降比流道下方的飽和度下降要快。當(dāng)飽和度降低到一定程度后，流道下方的氣體擴散層的水先蒸發(fā)干燥，然后再是肋下方的氣體擴散層蒸發(fā)干燥。陽極則與陰極的后一個過程相同。在不同的電池初始溫度下用相同溫度氣體掃氣，燃料電池的排水過程不相同。初始溫度較高的情況下燃料電池的掃氣除水過程較快。而在相同的電池初始溫度下，用不同

3、的氣體對燃料電池進行掃氣，則燃料電池的掃氣排水過程差別較小。在不同的流速下掃氣，燃料電池的掃氣干燥過程不同。流速越大燃料電池的掃氣除水過程越快，但隨著流速的加快，加快流速帶來的效益也越來越小。在陰、陽極掃氣速度不相同時，陰、陽極氣體擴散層及膜內(nèi)的水排出速率差別都不明顯。在不同的電池流道深度條件下，較淺的流道深度對于掃氣除水過程來說不利。當(dāng)氣體擴散層的滲透率不相同時，掃氣過程中陰極和陽極內(nèi)液態(tài)水的排除速率有很大差別，但膜內(nèi)水的排除速率則差