質(zhì)子交換膜燃料電池動態(tài)特性研究.pdf

1、本文研究了質(zhì)子交換膜燃料電池的動態(tài)特性。研究中采用實驗和數(shù)值計算相結(jié)合的手段。對比實驗工況，利用CFD數(shù)值模擬方法描述質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)部的傳質(zhì)變化。本文研究了質(zhì)子交換膜燃料電池的穩(wěn)態(tài)工作狀況，認為陰極催化層與擴散層氧擴散速度是擴散層傳質(zhì)能力的主要標志，擴散層內(nèi)的液態(tài)水首先出現(xiàn)在流道脊下，并且不會對氣體傳質(zhì)和電池性能造成嚴重影響。隨著電壓和加濕程度等的變化，液態(tài)水在擴散層內(nèi)堆積，流道溝槽下的液態(tài)水含量逐漸增加，此時會影響氣體傳質(zhì)和電池

2、性能，流道溝槽下的擴散層內(nèi)液態(tài)水飽和度非常大時會造成電池性能的嚴重下降。本文研究了質(zhì)子交換膜燃料電池的動態(tài)工作狀況，研究選用的數(shù)學(xué)模型可以正確描述質(zhì)子交換膜燃料電池的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)工作狀態(tài)。模擬結(jié)果顯示質(zhì)子交換膜內(nèi)含水量和催化層表面氧擴散速度的變化與電流密度變化基本一致，質(zhì)子交換膜燃料電池的響應(yīng)時間可以分為氣體傳質(zhì)響應(yīng)時間和液態(tài)水長期平衡時間，氣體傳質(zhì)響應(yīng)時間在1-2s左右，液態(tài)水長期平衡時間在幾十分鐘到幾小時之間。溫度和陰極加濕程度對質(zhì)子

3、交換膜燃料電池的動態(tài)特性影響顯著，可以通過改變工作參數(shù)的手段來改善電池的動態(tài)響應(yīng)特性。60℃左右低溫條件或70％、90％等高加濕條件下，質(zhì)子交換膜內(nèi)含水量增加，在動態(tài)工作狀態(tài)中，短時間內(nèi)，液態(tài)水堆積對傳質(zhì)的影響不明顯，電池的性能得到了明顯的改善，動態(tài)電流密度與穩(wěn)態(tài)電流密度之比達到了1.4倍以上。隨著工作溫度的升高和加濕程度的下降，質(zhì)子交換膜內(nèi)含水量逐漸降低，電池動態(tài)性能變差，在90℃或10％加濕條件下，動態(tài)電流密度與穩(wěn)態(tài)電流密度之比分別