交指流场氢-氧PEM燃料电池特性研究

目的研究操作参数即电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对交叉指状流场氢-氧PEM燃料电池性能的影响,优化操作参数提高PEM燃料电池的性能.方法利用燃料电池测试系统测量PEM燃料电池在不同操作参数下的性能,用origin软件绘制性能曲线,分析了电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对PEM燃料电池性能的影响.结果实验结果表明:电池性能随着电池温度的升高先升高后降低;随着加湿温度的升高也是先升高后降低;在一定范围内增加氧气流量会使电池的性能升高,但氧气流量超过50 ml.min-1时,电池性能反而会下降.结论在其他参数一定的情况下,当电池温度与加湿温度相等的时候,即都为343 K时电池性能最佳.     

交指流场与蛇形流场PEM燃料电池性能比较

目的研究电池温度、加湿温度、气体流量对氢-空交指流场和氢-空蛇形流场PEM燃料电池性能的影响.方法运用燃料电池测试系统测量了PEM燃料电池的性能,分析了电池温度、加湿温度和气体流量对两种流场PEM燃料电池性能的影响.结果在相同操作条件下,欧姆极化区蛇形流场性能优于交指流场,浓度极化区交指流场性能优于蛇形流场.结论交指流场对PEM燃料电池的流场选择具有重要的参考作用,为其推广应用提供实践依据.     

PEM燃料电池的流场设计

质子交换膜燃料电池流场的合理设计有利于组分浓度、电流密度等的均匀分布,从而达到提高电池性能的目的。采用计算流体力学软件Fluent中的PEM模块,对3种常见的流场形式分别从氧气摩尔浓度、膜中水含量和电流密度分布等3个方面进行了综合分析。结果显示,电池性能由高到低依次为:多蛇形I流场、多蛇形II流场和平行流场。该方法可用于指导质子交换膜燃料电池空气流场的优化设计。     

PEM燃料电池的伏安特性及其影响因素

目的研究质子交换膜(PEM)燃料电池的操作参数的影响,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低PEM燃料电池成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试站对有效面积为4 cm×4 cm的PEM燃料电池单体的性能和功率密度进行了实验测试.分析了电池加热温度,氢气和空气的加湿温度对PEM燃料电池性能和功率密度的影响.结果加湿温度低于电池温度时,升高加湿温度,电池性能得到改善;加湿温度高于电池温度时,高电流密度下升高加湿温度,电池性能降低;电池温度低于加湿温度时,升高电池温度,电池性能提高;电池温度高于加湿温度时,升高电池温度,电池性能降低.结论加湿温度和电池温度都为70℃时,电池的性能最优;因此实验结果对PEM燃料电池性能的优化具有重要意义.     

PEM燃料电池操作性能实验分析

目的研究质子交换膜燃料电池运行中电池的工作压力、反应气体流量对电池性能的影响．方法对质子交换膜电池单体在不同工作压力、不同气体流量下的电池性能变化做了测试并将得到的实验数据进行对比及理论分析．结果通过实验得出了压力和气体流量对电池性能影响的规律曲线．结论PEM燃料电池的性能随着压力的升高而提高．随气体流量的变化，可将曲线划分为气体供应短缺、饱和和过量三个区域．同时按照电流密度计算所得到的气体消耗量可以在实验中得到很好地验证．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

PEM燃料电池进气箱的流场分析与结构优化

建立了一个燃料电池堆进气箱的三维结构模型，应用计算流体动力学软件分析流场。描述了空气箱中的典型流动，同时还讨论了影响空气箱内空气流动的主要因素。通过研究进气箱结构形状及尺寸对箱内空气流动的影响，发现采用合适的扩压型进口加流线型挡块可以使空气箱出口处空气流速比较均匀。     

PEM燃料电池操作性能的实验研究

目的研究各种操作参数对电池性能的影响，以便对今后的燃料电池的设计作出有益的参考．方法运用燃料电池测试仪进行了不同电池温度、气体加湿温度、反应气体的流量和电池背压对电池性能影响的实验．结果对实验数据进行绘图．得出了电池的电压一电流密度曲线图．从相应的图中可知道电池性能随操作参数的变化情况．结论一定范围内。升高电池操作温度可以提高电池的性能。但是当电池温度超过气体加湿温度时，升高温度电池性能反而下降；电流密度较低时，升高阳极加湿温度能提高电池的性能；当阴极加湿温度高于电池温度时，升高加湿温度将会降低电池的性能；提高电池的背压可以明显提高电池的性能：一定范围内提高反应气体的流量可以提高电池的性能．     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

交指状流场质子交换膜燃料电池的数值分析

为研究流场结构设计对电池内的流动、组分传递和电池性能等的影响,建立了一个稳态的三维非等温质子交换膜燃料电池数学模型,应用此模型对一个交指状流场设计的电池单体（电极面积为64 cm ×65 cm）进行了数值研究.数值计算得到了电池的温度、组分质量浓度和局部电流密度等的空间分布,分析了不同电池反应物湿度等对电池特性的影响.结果表明,受传质的影响,沟道下方阴极催化层的温度大于相应沟脊下方的区域;与饱和气流进气的基本工况相比,降低阴极的进气湿度能提高电池的性能,而降低阳极的进气湿度则会导致电池性能的下降.     

PEM燃料电池操作参数优化实验

质子交换膜(PEM)燃料电池操作参数的优化是提高其性能和稳定性的重要手段.介绍了燃料电池测试系统的主要功能和使用方法,并运用此系统试对PEM燃料电池动态特性进行了测试.分析了操作参数对PEM燃料电池性能的影响.研究结果发现仅加湿空气或氢气,电池电流密度低,为了获得良好的电池性能,空气和氢气必须同时加湿;电池的加热温度过高或过低,PEM燃料电池的电流密度都很低;加湿温度过低时的电池电流密度比加湿温度过高时的电池电流密度更低;电池温度343 K和加湿温度333 K时,燃料电池的电流密度最大;加大反应气体空气的流量,燃料电池的电流密度一直增大;而增大氢气流量时,电池的电流密度先增大,而后趋于平稳.实验结果对于促进PEM燃料电池的商业化具有重要意义.     

温度对PEM燃料电池性能的影响

目的研究质子交换膜燃料电池运行中的电池温度、两极加湿温度对电池性能的影响．方法运用质子交换膜电池单体的测试系统进行了不同工作温度、气体加湿温度对电池性能影响的测试实验．结果得到了3个温度在实验条件下。在一定范围、一定间隔内的所有数据组合．结论固定除温度外的所有操作参数条件下。电池工作温度、阴极和阳极的加湿温度对电池性能的影响顺序也是固定的；低电流工作下．电池性能不受操作温度的影响，只与其几何参数有关；电池的极化曲线中存在两个过渡区，过渡区是在一定范围内出现的．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

反应气体流量和背压对PEM燃料电池性能的影响

目的优化质子交换膜（PEM）燃料电池的操作参数，提高PEM燃料电池的性能和稳定性，降低成本．方法运用燃料电池测试站对有效面积为16cm^2的PEM燃料电池单体的伏安特性和功率密度进行了实验，分析了空气流量、氢气流量和背压对PEM燃料电池性能和功率密度的影响．结果试验结果发现：增大空气流量。燃料电池的性能可以持续提高；增大氢气的流量，电池性能先提高，但流量达到一定值后，性能几乎不变；增大电池背压，电池性能提高．结论电极的淹没现象主要存在于PEM燃料电池的阴极；实验条件下．氢气流量存在最佳值、     

直流道PEMFC的综合三维数学模型Ⅱ单电池机理分析

目的研究质子交换膜燃料电池内部的流动和传质过程及电化学反应过程的机理.方法对直流道质子交换膜燃料电池建立综合的三维多组分数学模型,电化学反应速率采用团聚块模型修正,自主开发程序代码对电池内的复杂物理过程进行数值模拟.模拟得到电池内部反应气体的三维速度场、压力场,以及不同电流密度下的气体组分质量分数、局部电流密度和电极反应过电势的三维分布.结果反应气体在电极中的流速比在流道中小3个数量级以上,压力变化不大;阳极反应速率及氢气的传质速率高,电池的极化过电势主要来自于阴极反应;小电流密度下,阴极内氧的组分质量分数、局部电流密度以及电极反应过电势的分布均匀;随着电流密度的增加,这些量趋于不均匀分布,在传质困难的区域局部电流密度值很小,而局部电极反应过电势增大约0.1V,极化的原因主要由于氧组分的传质限制.结论反应气体在电极内的传质是主要由扩散作用引起,在小电流密度时浓差极化较小,随着电流密度的增加,阴极氧组分的传质速率低是产生电池浓差极化过电势的主要原因.