波形流道对高温PEMFC性能的影响

发布时间：2024-04-01 21:37

　　采用COMSOL Multiphysics软件建立高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维稳态模型,并进行模拟计算,分析波形流道结构参数对阴极氧气、水的浓度分布及电流密度分布的影响。波形流道结构引起的俯冲效应,流场内物质在各方向上的流速分量增大,促进氧气向气体扩散层(GDL)扩散,有利于阴极中累积水分的排出。流道中波形数量的增加,使俯冲效应效果更显著,能获得更高的电流密度。当电势为0.4 V时,电流密度从无波形直流道时的9 527.5 A/m²提升到波形数量为10时的9 758.9 A/m²,提高了燃料电池的性能。

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【部分图文】：

图1传统直流道和波形流道结构对比

使用COMSOLMultiphysics软件，通过添加多孔介质物质传递、Brinkman方程及二次电流分布等物理场，进行模拟计算。传统直流道和波形流道结构对比模型如图1所示。燃料电池的总体结构由7个部分组成，分别是:阴、阳极流道，阴、阳极GDL，阴、阳极催化剂层以及质子交换膜。....

图3波形流道特征几何结构(波浪参数)

设计的流道总长为20mm，宽度为7.9mm，高度为1mm，流脊的宽度为0.9mm。气体扩散层厚度为0.38mm，催化剂层厚度为0.05mm，膜厚度为0.1mm。波形处采用直斜坡与半圆形相结合，波形流道特征几何结构(波浪参数)如图3所示。入口氢气、水和氧气的质量分数分....

图4实验数据与模拟数据对比

实验与模拟的参数设定接近一致。阴、阳极进气量分别为1000ml/min、200ml/min，电池的温度为453K[3]。实验数据与模拟数据的对比见图4。从图4可知，实验与模拟的结果趋势相同，两者之间的平均误差小于5%，数据波动在误差范围以内。从直流道与10波形流道的极化曲....

图5流道内氧气流速图

截取燃料电池y、z方向的中心平面进行分析，流场y、z中心截面垂直于流道的氧气速度分量见图5。从图5中可看出，氧气在波形流道的俯冲作用下，产生了垂直于气体流通方向的分速度，进而使整个波形周围氧气流动的速度增加。向下的分速度可以使氧气更快更充分地流进气体扩散层，提高了氧气的利用率，有....

本文编号：3945345