质子交换膜燃料电池冷启动的数值模拟

摘要：

冷启动是质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化所面临的挑战之一,在PEMFC冷启动实验中,通过中子成像技术已经观测到电池内部存在过冷水,因此本文模型重点考虑过冷水对电池冷启动性能的影响.通过引入结冰概率函数对过冷水结冰过程的随机性进行描述,从而建立了PEMFC冷启动的三维、瞬态和多相流动数学模型.基于该模型,研究电池阴极催化层中离子聚合物的体积分数和质子交换膜的厚度对电池冷启动性能的影响.研究结果表明,增加阴极催化层中离子聚合物的体积分数,可有效促进阴极催化层中的反应生成水向质子交换膜中进行扩散,从而充分利用膜内的储水空间;减少质子交换膜的厚度,能促进质子交换膜中的离聚物水向阳极催化层扩散,在大电流密度工况下可有效缓解阳极的"膜干"现象.

关键词：质子交换膜燃料电池、冷启动、传递过程、过冷水、数值模拟

所属期刊栏目：38

分类号：TK91

资助基金：国家科技部国际合作项目2016YFE0118600

在线出版日期：2019-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：4029-4035