氧气替代空气之质子交换膜燃料电池建模仿真与实验研究

发布时间：2024-03-11 04:59

　　质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高效率、洁净、工作温度低等优点,被公认为是氢能源技术的重点方向。为了研究氧气替代空气之PEMFC的输出静特性,深刻认识引起其输出特性差异的机理,本论文对其进行了建模仿真和实验研究,优选了操作参数并分析了净功率收益。论文基于经验模型分别建立了阴极通入空气与氧气的PEMFC数学模型,并借助Matlab/Simulink平台对其输出静特性及其特性差异的内在机理进行了仿真分析;自制了一颗反应面积为5.29cm2的PEMFC,以此为实验对象验证了仿真结果,优选了化学剂量比和工作温度。研究结果表明:(1)所建立的数学模型与实验结果重合度好,该模型可为用氧气替代空气PEMFC的静态输出特性预测提供依据;(2)氧气替代空气可大幅度提升输出功率,在通常操作电压0.6V⁰.8V区间,输出功率增加一倍以上,并呈现出电压越高增幅越大的规律;(3)以氧气替代空气时,PEMFC输出功率增加的内在机理在于阴极端氧气浓度的提升使:(a)热力学电动势增加,(b)活化极化作用降低,(c)在0.6V⁰.8V区间,并未出现明显的浓差极化;(4)较...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.2质子交换膜燃料电池的结构示意图

贵州大学硕士学位论文14图2.1PEMFC工作原理示意图2.2PEMFC的结构质子交换膜燃料电池的结构是由许多独立部件组装而成，如图2.2所示，主要包括由PEMFC的核心部分膜电极组（MEA），密封以及隔断气体作用的密封垫片，传输反应气体的流道板、收集电流作用的....

图2.3质子交换膜构造图

图2.3质子交换膜构造图FC的质子交换膜通常需满足以下条件:离子传导率，降低燃料电池内部由质子传导所子足够大，即材料的聚合程度高，可减弱高聚寿命；、氧气）在PEM中的渗透性尽可能小，避免气与氧气在电极表面直接发生反应，造成电极局的粘弹性质能满足电极与膜间的黏结要求（减少....

图2.4MEA结构示意图

图2.4MEA结构示意图2.2.6流道板流道板又称双极板，主要功能为提供燃料或氧化剂经流道至电化学反应区，并能够作为膜电极组之固定内部支撑组件，同时作为外部电路相连通道。由于与气体扩散层接触，所以本身必须具备抗腐蚀的特性，以防止氧化后，离子毒化催化剂与质子交换膜，同时必须....

图3.1PEMFC的极化曲线图

图3.1PEMFC的极化曲线图（1）燃料电池的开路电压电池的可逆电压是单体电池在开路时热力动态平衡条件下所获得的电位。如果在参考温度25°C时，可以用改进的Nernst公式得出[48-49]：=22×(0)....

本文编号：3925858