质子交换膜燃料电池的流场设计

【摘要】：开发优良的流场是提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的一个核心因素。双极板的流场结构与材料对电池性能起着举足轻重的影响。流场结构决定反应剂与生成物在流场内部流动状态以及电池长期运行的稳定性。设计合理的流场应该能均匀分配电池所需燃料与氧化剂,保证电流密度均匀分配;同时将电池的生成水随尾气及时顺利地排出。本文的研究工作主要围绕流场结构与尺寸对电池性能的影响来展开的。 论文首先就流场的设计原理和相关因素进行了分析,测定了无孔石墨的接触电阻,对无孔石墨流场的加工程序进行了描述。设计出两种不同的流场,采用128cm~2氢-空单电池考察了阴极流场类型对电池性能的影响。采用Navier-Stokes 方程分析了直通道流场和蛇型流场的气流分配。计算并测定了流场压差,分析了压差对电池性能的影响。 利用128cm~2 单电池实验,改变直通道流场和蛇型流场结构、通道宽度和深度、通道台肩的比例考察流场参数对电池性能的影响。实验结果与模型计算结果对比,趋势吻合。