质子交换膜燃料电池二维全电池两相流综合数值模型

摘要/Abstract

摘要：

针对直通道质子交换膜燃料电池（PEMFC）建立了一个二维全电池综合数值模型，模型综合考虑参与电化学反应的三个要素反应物质、电子和质子的传输过程以及液态水的淹没和膜内水传输现象。研究了供气压力、液态水淹没对电池性能的影响;比较了不同输出电压、供气湿度等条件对阴极液态水饱和度分布以及电解质膜含水率的影响;预测了基准供气状态下电池的极化曲线和文献报道的实验结果吻合很好。计算结果显示：输出电压越小液态水淹没电极现象越严重;阴极液态水的生成有利于膜的浸润保持较高电导率，但是会淹没电极使有效电极面积减小，导致电池性能下降。

关键词:

质子交换膜燃料电池, 水管理, 综合数值模型

Abstract:

A comprehensive two-dimensional mathematic model was developed for PEMFC with conventional single parallel flow field.In this model, the transport of the two charged species,electrons and ions,as well as that of the chemical species was considered.The model also described the phenomena of liquid water flooding and water transport through membrane.The influence of pressure and liquid water flooding on the fuel cell performance was investigated respectively.The distribution of liquid water in the cathode and water content of membrane were compared under different cell voltage and relative humidity of anode gas.The polarization curves predicted by the model agreed well with the published experimental data.The result indicated that liquid water flooding was more serious with a smaller output voltage.Liquid water condensation was good for keeping high conductivity of membrane near the cathode, but it would flood the electrode and decrease the performance of the cell.

Key words:

质子交换膜燃料电池, 水管理, 综合数值模型

张亚, 朱春玲. 质子交换膜燃料电池二维全电池两相流综合数值模型
[J]. 化工学报, 2008, 59(1): 173-181.

ZHANG Ya, ZHU Chunling. A comprehensive two-dimensional computational modelof PEM fuel cell with liquid water flooding
[J]. CIESC Journal, 2008, 59(1): 173-181.

[1]	王茹, 沈永超, 卫东, 郭倩. 基于直流内阻和交流阻抗特性的PEMFC水管理状态分析[J]. 化工学报, 2020, 71(7): 3247-3257.
[2]	聂瑶, 丁炜, 魏子栋. 质子交换膜燃料电池非铂电催化剂研究进展[J]. 化工学报, 2015, 66(9): 3305-3318.
[3]	彭跃进, 彭赟, 李伦, 刘志祥, 陈维荣. 质子交换膜燃料电池电源系统停机特性及控制策略[J]. 化工学报, 2015, 66(3): 1178-1184.
[4]	沈俊, 周兵, 邱子朝, 涂正凯, 刘志春, 刘伟. 质子交换膜燃料电池强化传质[J]. 化工学报, 2014, 65(S1): 421-425.
[5]	裴后昌, 涂正凯, 刘志春, 沈俊, 邱子朝, 刘帆, 刘伟. 低流速燃料电池重力辅助排水[J]. 化工学报, 2014, 65(S1): 415-420.
[6]	汪飞杰, 杨代军, 张浩, 马建新. 1.5 kW质子交换膜燃料电池堆动态工况响应特性[J]. 化工学报, 2013, 64(4): 1380-1386.
[7]	汪小姗1，张锦芳1，张财智2，韩明2. 质子交换膜燃料电池的脉动进氢实验[J]. 化工学报, 2012, 63(1): 237-243.
[8]	吴曦, 章冬云, 蒋淇忠, 马紫峰. 球形团聚物模型在质子交换膜燃料电池过程模拟中的应用 [J]. 化工学报, 2010, 61(10): 2694-2702.
[9]	胡玉梅, 王传宾, 魏子栋, 方方, 陈四国. PEMFC流道截面对气体浓度在催化层分布影响的数值分析 [J]. 化工学报, 2009, 60(5): 1231-1236.
[10]	陈黎明;吴曦;马紫峰 . 质子交换膜燃料电池过程模拟研究进展 [J]. CIESC Journal, 2009, 60(3): 537-544.
[11]	肖宇;明平文;衣宝廉. 质子交换膜燃料电池内扩散层/流道表面处液态水滴的运动特征 [J]. CIESC Journal, 2008, 59(8): 2089-2094.
[12]	王红星, 许莉, 王宇新. PEMFC流道横截面二维两相流数学模型（Ⅱ）流道设计对电池性能影响 [J]. 化工学报, 2007, 58(7): 1699-1705.
[13]	王红星, 许莉, 王宇新. PEMFC流道横截面二维两相流数学模型（Ⅰ）模型建立 [J]. 化工学报, 2007, 58(7): 1691-1698.
[14]	何广利, 丁信伟, 由宏新, ABUDULA Abuliti. 阴、阳极加湿程度对PEMFC内部传质的影响 [J]. 化工学报, 2005, 56(8): 1559-1564.
[15]	胡军, 衣宝廉, 侯中军, 刘卫锋, 张华民. 采用常规条形流场的质子交换膜燃料电池阴极数值模拟 (Ⅰ)模型建立 [J]. 化工学报, 2004, 55(1): 91-95.

质子交换膜燃料电池二维全电池两相流综合数值模型

A comprehensive two-dimensional computational modelof PEM fuel cell with liquid water flooding

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价