流场结构对PEM电解槽性能影响模拟

摘要：

为了提高质子交换膜(PEM)电解槽的性能,降低电压损耗,提升运行稳定性,在一定假设条件下,使用Comsol软件建立了全尺寸多通道的质子交换膜电解槽三维模型,并将仿真计算结果与文献中同尺寸PEM电解槽试验测试结果进行对比验证,仿真结果与文献试验测试结果基本吻合.基于此电解槽模型研究了流道高度、堵块、脊宽度等对PEM电解槽性能的影响,从而优化流场结构.仿真结果显示,在研究设定的PEM电解槽尺寸下,最佳流道高度为2 mm;在流道顶部设置堵块可使扩散层内氧气质量分数下降约2.6％,膜电极平均温度下降2.2 K左右,电解槽的电解电势减少0.0235 V左右;流场脊宽度由2 mm减小至1 mm时,平均氧气质量分数下降约8.7％,膜电极平均温度下降6.21 K,电解槽电解电势下降0.04 V左右.优化后的流场结构有利于循环水带走扩散层内氧气,降低氧气气泡堵塞扩散层孔隙的可能性,减小传质阻力,增强传热过程,及时排出电解槽中多余热量,降低电解槽电解电势,提高电解槽性能和运行稳定性.

关键词：质子交换膜电解槽、流场结构、电解电势、氧气质量分数、膜电极温度

所属期刊栏目：29

分类号：TQ53

资助基金：国家自然科学基金52125605

在线出版日期：2023-05-16（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：78-84