高溫質(zhì)子交換膜燃料電池仿真與設計.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染已經(jīng)成為當今世界的兩大熱點問題，開發(fā)高效、清潔、可持續(xù)的新能源來替代化石能源已經(jīng)追在眉睫。質(zhì)子交換膜燃料電池憑借其高能量密度、適用性強等特點已經(jīng)在便攜式電源和電動汽車中得到了廣泛使用。高溫質(zhì)子交換膜燃料電池將工作溫度提升到120-180℃，有效的避免了液態(tài)水管理難題，同時還提高了電化學反應的活性，增加了對CO的容忍性，提高了熱量利用率，但同時也對材料特性、流場設計、加熱冷卻策略提出了新的要求。為了更深入的了解高溫質(zhì)子交

2、換膜燃料電池的工作特性和電堆設計方法，本文主要進行了以下工作:
　　(1)建立了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的三維仿真模型。根據(jù)燃料電池的反應機理，在COMSOL中建立了三維全流場穩(wěn)態(tài)單電池模型，針對三種常見形式的流場，分析其極化曲線、速度場分布、濃度分布、電流密度分布情況，同時還探討了溫度、壓力、流量對電池性能的影響，仿真結果表明多通道蛇形流場綜合性能最佳，交匯蛇形流場次之而平行流場較差，該結論為電堆設計及優(yōu)化提供了理論分析基礎;

3、r>　　(2)完成了高溫燃料電池堆設計與實驗測試方案。設計了端板和三種流場的雙極板結構，保證了電池的氣密性要求;采用螺栓緊固的方式組裝了單片電池和5片單電池構成的小功率電堆;選擇加熱箱來控制電池溫度，實現(xiàn)對電池的預熱和冷卻;
　　(3)在高溫燃料電池測試平臺上進行了單片電池和電堆的性能測試。在單片電池測試中，多通道蛇形流場表現(xiàn)出較好的性能，交匯型流場次之而平行流場最差，該結果與仿真結果一致，驗證了仿真模型的可靠性;在電堆測試中主要