直接甲醇燃料電池穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及陰極數(shù)值模擬.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池作為燃料電池的一種,其研究的歷史并不長,大約在20世紀(jì)的六十年代由美國人首先應(yīng)用于航天.但在短短的幾十年內(nèi),質(zhì)子交換膜燃料電池就取得了突破性的進(jìn)展,尤其是在商業(yè)化的進(jìn)程中.發(fā)展電動汽車電源是當(dāng)今世界的熱門話題,也是推動質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)展的主要動力.直接甲醇燃料電池是以含碳燃料替代純氫,它的特點是來源豐富,價格便宜,尤其是液體甲醇容易攜帶.因此直接甲醇燃料電池在近幾年受到相當(dāng)?shù)闹匾?目前對直接甲醇燃料電池的研究手段有

2、實驗研究和計算機(jī)模擬.隨著計算機(jī)的不斷發(fā)展和數(shù)學(xué)算法的改進(jìn),建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型成為可能.目前來說建模的思路有以下幾種:一是利用基本化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和物質(zhì)傳遞現(xiàn)象進(jìn)行理論分析;二是在實驗的基礎(chǔ)上提出經(jīng)驗公式,或者兩者結(jié)合.數(shù)學(xué)模型的建立旨在于闡明電池內(nèi)部傳質(zhì)、傳熱和電化學(xué)反應(yīng)過程,對DMFC的工作過程有一個基本的認(rèn)識,進(jìn)而可以為優(yōu)化設(shè)計和組裝電池堆提供一定的可行性依據(jù).該文遵循第一種思路,試圖用一些基本控制方程來描述電池的行為.液態(tài)直接甲醇燃

3、料電池是一個多相多組分的系統(tǒng),因此,作為起步,該文對系統(tǒng)做了一定的簡化.一個原電池可以由兩個半電池組成,通過模擬半電池,反映整個電池的性能趨勢.半電池系統(tǒng)為多組分單相系統(tǒng).模型的控制方程包括質(zhì)量守恒、動量守恒、組分守恒和電荷守恒方程.各個方程由于存在電化學(xué)反應(yīng)相互耦合.用基于有限容積法的計算流體力學(xué)方法對方程進(jìn)行求解.最后該文對多相系統(tǒng)作了初步的計算,計算陰極在由單相流動變?yōu)槎嘞嗔鲃訒r的臨界電流密度,為今后多相系統(tǒng)的模擬提供一定的準(zhǔn)備工