质子交换膜燃料电池梯度化膜电极和新型流道的数值模拟研究

发布时间：2024-04-14 06:00

　　化石燃料的燃烧会引起大气污染、温室效应、地表塌陷等各种环境问题,并且由于化石燃料是不可再生能源,人类急需寻求清洁高效的新能源和绿色可持续的能源转化方式。燃料电池是一种利用氢能进行发电的能量转换装置,经过了数十年的发展已经取得了长足进步。作为燃料电池家族中的一员,质子交换膜燃料电池已呈现出市场化趋势。目前,其有待改善的问题主要集中在电池成本以及耐久性上,研究人员通常会对流道结构或催化剂分布进行优化设计,以满足市场化需要。质子交换膜燃料电池的实验成本较高,采用数值模型作为研究手段不仅可以降低实验成本而且可以获得难以由实验测量的参数,提升结果的精确性。本论文以质子交换膜燃料电池的二维、两相流、非等温模型为基础,通过实验数据验证了数学模型的正确性,研究了多孔扩散电极物性参数的各向异性对电池模型的影响,然后通过设计流道间压差可控的新型流体流道,探究了流道间压差梯度对物料分布和电池水管理的影响,最后基于一种分段式燃料电池装置,结合数值模型分析了Pt催化剂和操作温度的梯度化设计对电池性能的影响。以下是本文主要研究内容:首先,多孔电极由碳纤维材料制成,由于碳纤维的排列分布,在空间上呈现出较强的各向异性...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1化石燃料与环境问题Figure1.1fossilfuelsandenvironmentproblems

江苏大学硕士学位论文1第一章绪论1.1研究背景在科学技术不断发展的今天，能源问题一直阻扰着产业的快速发展，与之俱来的还有相应的环境问题。以我国为例，67%的能源来自于煤炭燃烧，这将会造成严重的大气污染、酸雨和温室效应等问题。就目前而言，我国的SO2排放量大约是2000万吨，CO2....

图1.2PEMFC结构原理图

质子交换膜燃料电池梯度化膜电极和新型流道的数值模拟研究4中还原速度明显快于其它种类的电解质。CL是由Pt/C或者钌黑颗粒混合Nafion电解质制成，是电池发生氧化还原反应的场所。图1.2PEMFC结构原理图Figure1.2Structureandprinciplediagram....

图1.3燃料电池极化曲线及极化影响图[19]

江苏大学硕士学位论文5化现象，开路电压要小于1.23V。图1.3是燃料电池的极化曲线，描述了随着电流密度变化开路电压受极化影响的下降趋势，代表了燃料电池的性能趋势。在运行开始后，燃料电池首先经历了活化极化，也就是电子聚集在阴极克服电极反应活化能的过程，在极化曲线上体现出来的就是电....

图1.4质子交换膜燃料电池水传递机理Figure1.4WatertransfermechanisminthePEMFC

质子交换膜燃料电池梯度化膜电极和新型流道的数值模拟研究6（Electro-OsmoticDrag,EOD），由浓度差引起的从阴极指向阳极的反渗透（backdiffusion），以及由质子交换膜两侧压差引起的水压渗透（hydraulicpermeation）。由于EDO和反渗透是主....

本文编号：3954228