本文關(guān)鍵詞： 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池 分子模擬 膜電極 反應(yīng)路徑　出處：《沈陽(yáng)建筑大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池是一種高效的、對(duì)環(huán)境友好的發(fā)電裝置。作為新一代的綠色能源動(dòng)力系統(tǒng),它有助于解決環(huán)境污染和能源危機(jī)等問(wèn)題。傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度為80℃,對(duì)于燃料電池水管理和熱管理的要求相對(duì)較高。相比而言,高溫質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度在120℃以上,具有更簡(jiǎn)化的水管理和熱管理,對(duì)燃料純度的要求也相對(duì)較低,是質(zhì)子交換膜燃料電池一個(gè)重要的發(fā)展方向。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬兩個(gè)方面研究了膜電極壓縮率對(duì)高溫質(zhì)子交換膜燃料電池性能的影響,以及陰極鉑催化條件下氫氧反應(yīng)路徑。研究結(jié)果對(duì)理解高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理及其設(shè)計(jì)研發(fā)具有重要意義。本文在參閱大量關(guān)于質(zhì)子交換膜燃料電池資料的基礎(chǔ)上,總結(jié)了質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀及工作原理。介紹了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵組件的結(jié)構(gòu)功能,工作原理和傳質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)；搭建了燃料電池測(cè)試系統(tǒng),介紹了燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)組成和實(shí)驗(yàn)步驟。應(yīng)用搭建的燃料電池測(cè)試系統(tǒng),測(cè)試了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的伏安特性和交流阻抗。分析了反應(yīng)氣體流量和電池溫度對(duì)高溫質(zhì)子交換膜燃料電池特性和交流阻抗的影響；實(shí)驗(yàn)還測(cè)試了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池不同膜電極壓縮率條件下的電池特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：增大反應(yīng)氣體流量,可以增大催化劑層反應(yīng)氣體濃度,降低濃差極化,燃料電池性能提高；升高電池溫度,可以加快催化劑層上的電化學(xué)反應(yīng),降低法拉第阻抗和活性極化,同時(shí)降低質(zhì)子交換膜中的歐姆阻抗,燃料電池的性能提高；燃料電池安裝時(shí)膜電極壓縮率為20.8%的電池性能最優(yōu),壓縮率過(guò)高,擴(kuò)散層有效孔隙率降低,濃差極化加劇,而壓縮率過(guò)低,電池各個(gè)零部件的接觸阻抗增大�；诜肿觿�(dòng)力學(xué)和量子力學(xué)基本原理,建立了在催化劑鉑作用下氧氣在電池陰極中的還原反應(yīng)分子模型,模擬了催化劑作用下氧氣和質(zhì)子反應(yīng)中的步驟和能量變化,分析了催化劑作用下氧氣和質(zhì)子還原反應(yīng)的最佳路徑。同時(shí)模擬分析了電池溫度對(duì)氧氣和質(zhì)子還原反應(yīng)的影響。模擬分析發(fā)現(xiàn)：氧氣在催化劑上采用μ/π(fcc)平行吸附模式時(shí)體系的能量最低,結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定,是氧氣在催化劑鉑上的最佳吸附方式；氧分子在鉑催化劑的(111)表面上與四個(gè)氫原子依次反應(yīng)有四條反應(yīng)路徑,不同路徑相應(yīng)反應(yīng)步驟的生成物能量相近,但存在一條較快的反應(yīng)路徑；升高電池溫度,氧氣還原反應(yīng)速度加快,但最佳反應(yīng)路徑不變。
[Abstract]:Proton exchange membrane (PEM) fuel cell is an efficient and environmentally friendly power generation device. It is a new generation of green energy power system. The traditional proton exchange membrane fuel cell working temperature is 80 鈩，

本文編號(hào)：1454301