本文關(guān)鍵詞：平面型被動(dòng)式質(zhì)子交換膜燃料電池的研究

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【摘要】：隨著新能源電池技術(shù)不斷發(fā)展,微型質(zhì)子交換膜燃料電池(Micro Proton Exchange Membrane Fuel Cell,μPEMFC)面向可移動(dòng)便攜式市場(chǎng),進(jìn)入了產(chǎn)品化的關(guān)鍵階段。但是其生產(chǎn)成本較高,工藝、材料、結(jié)構(gòu)等方面尚存在很大的優(yōu)化空間。本文根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要,設(shè)計(jì)了一種新穎微型被動(dòng)式質(zhì)子交換膜燃料電池堆的結(jié)構(gòu)并采用新型材料加以實(shí)現(xiàn);在保證良好性能的同時(shí),相較于傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池,減少了成本和空間體積,簡(jiǎn)化安裝過程以及檢修環(huán)節(jié)。對(duì)影響電池工作的結(jié)構(gòu)因素—如陽極陰極溝道和集流板結(jié)構(gòu)、新材料封裝效果—以及環(huán)境因素,如氣體流速、環(huán)境溫度、氫氣濕度等,進(jìn)行了綜合仿真與電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)比對(duì);最后,針對(duì)電池實(shí)際工作中的一些問題與現(xiàn)象,進(jìn)行了定性分析,展開了闡述。在設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中,通過研究了多種質(zhì)子交換膜燃料電池或電堆的工作原理、結(jié)構(gòu)及性能,總結(jié)了它們各自的優(yōu)勢(shì)與弊端;在對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池及電堆設(shè)計(jì)思路和組裝過程進(jìn)行充分學(xué)習(xí)和對(duì)一些電池的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究比對(duì)后,根據(jù)牽引項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)要求進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,輕便小巧,性能良好的微型被動(dòng)式質(zhì)子交換膜燃料電池。有別于傳統(tǒng)的豎直堆疊式質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu),本文中的電池的創(chuàng)新在于設(shè)計(jì)一種易于拔插的平面型電堆結(jié)構(gòu);該電池在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段,以項(xiàng)目具體需求為出發(fā)點(diǎn),立足于設(shè)燃料電池膜電極厚度的超薄特征,適合一些有特殊要求的工作環(huán)境。本文也研究了被動(dòng)式質(zhì)子交換膜燃料電池工作中陰陽兩極氣體傳質(zhì)過程和電池的水處理對(duì)電池性能的影響,并通過COMSOL軟件對(duì)被動(dòng)式PEMFC的陰極進(jìn)行建模仿真。實(shí)驗(yàn)分析了陰陽兩側(cè)的電化學(xué)反應(yīng)以及溫度、氫氣流速等因素對(duì)被動(dòng)式燃料電池性能的影響。同時(shí)比對(duì)測(cè)試了傳統(tǒng)堆疊型PEMFC的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明,本課題平面型PEMFC室溫環(huán)境中靜態(tài)工作功率密度略小于傳統(tǒng)電堆,但更適合于小功率條件下工作,符合預(yù)期目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜燃料電池 平面型 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 傳統(tǒng)電堆
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 課題背景9
• 1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池概述9-11
• 1.3 PEMFC的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 PEMFC的膜電極11-12
• 1.3.2 PEMFC的結(jié)構(gòu)優(yōu)化12-13
• 1.3.3 堆疊型和平面型PEMFC13-14
• 1.4 PEMFC的發(fā)展趨勢(shì)及存在問題14-16
• 1.4.1 PEMFC的發(fā)展趨勢(shì)14-15
• 1.4.2 PEMFC微型化存在的問題15-16
• 1.5 課題研究目的與意義16
• 1.6 課題研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 PEMFC的基本原理18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 PEMFC的電化學(xué)反應(yīng)18-19
• 2.3 PEMFC的極化現(xiàn)象19-22
• 2.3.1 電化學(xué)極化19-20
• 2.3.2 濃差極化20-22
• 2.3.3 電化學(xué)反應(yīng)的控制步驟22
• 2.4 PEMFC的傳質(zhì)22-25
• 2.4.1 多孔介質(zhì)層22-23
• 2.4.2 水淹現(xiàn)象23-25
• 2.5 PEMFC的流場(chǎng)25-26
• 2.6 PEMFC陰極半電池三維模型26-34
• 2.6.1 模型建立和基本假設(shè)26-27
• 2.6.2 模型控制方程27-30
• 2.6.3 模型邊界條件30-31
• 2.6.4 模型使用的參數(shù)31-32
• 2.6.5 仿真結(jié)果與分析32-34
• 2.7 本章小結(jié)34-35
• 第三章 平面型PEMFC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組裝35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 平面型被動(dòng)式PEMFC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-39
• 3.2.1 設(shè)計(jì)理念35-36
• 3.2.2 材料選擇36-38
• 3.2.3 制圖與加工38-39
• 3.3 電池的組裝39-42
• 3.3.1 膜電極的制備39-40
• 3.3.2 平面型電池的組裝40-42
• 3.4 組裝過程注意事項(xiàng)及常見故障排除42-43
• 3.5 平面型和堆疊式裝配過程比較43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第四章 平面型PEMFC的實(shí)驗(yàn)分析46-58
• 4.1 平面型電池氫氣流速數(shù)據(jù)分析46-48
• 4.2 幾款電池性能比較48-49
• 4.3 長(zhǎng)時(shí)間放電測(cè)試49-50
• 4.4 電池的衰退現(xiàn)象50-53
• 4.5 工作溫度測(cè)試53-54
• 4.6 外部環(huán)境對(duì)平面型電池的影響54-55
• 4.7 電堆節(jié)數(shù)對(duì)電池性能的影響55-56
• 4.8 試驗(yàn)中的非線性現(xiàn)象56
• 4.9 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-65
• 致謝65

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本文編號(hào)：967083