采用COMSOL軟件對微型高溫質(zhì)子交換膜燃料電池蛇形流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的建立和性能仿真,仿真耦合了質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、電化學(xué)反應(yīng)方程等。對模型進(jìn)行求解,通過輸出電壓、電流密度、功率密度等參數(shù),計(jì)算分析了陰極流場板內(nèi)微通道結(jié)構(gòu)參數(shù)對電池性能的影響。結(jié)果表明,在8 mm×8 mm的有效反應(yīng)面積內(nèi),當(dāng)流道寬度為600μm,流道深度為400μm,流道間距為400μm時,燃料分配更均勻,可以獲得更高的峰值功率密度。

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【部分圖文】：

圖１?ＰＥＭＦＣ的工作原理示意圖??２電池?cái)?shù)學(xué)模型??

究與設(shè)計(jì)??ＺＺＺＺ??流向陰極形成電流，氫離子則穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，然后??二者與氧氣在陰極催化層發(fā)生還原反應(yīng)，生成的水最后隨反??應(yīng)尾氣排出。在氧化－還原反應(yīng)過程中，電能便不斷地產(chǎn)生。其??反應(yīng)如下：??陽極的氧化反應(yīng)：Ｈ２—２Ｈ＋＋ｅ－??陰極的還原反應(yīng)：２Ｈ＋＋０．５....

圖３曲線可知，電池的曲線包含三個極化階段，首??先是活性極化階段，該階段輸出電壓隨電流密度的增大而迅??

：（１）所有氣體都是不??可壓縮的理想氣體；（２）流道中反應(yīng)氣體為層流；（３）工作環(huán)境為??穩(wěn)態(tài)；（４）ＨＴ－ＰＥＭＦＣ工作溫度達(dá)到１２０？１８０?ｔ：，因此反應(yīng)生??成的水以氣態(tài)形式存在；（５）不考慮陽極活化極化的影響；（６）電??池各處溫度恒定，不考慮反應(yīng)過程中的熱變化。??....

圖５?（ａ）壓強(qiáng)分布；（ｂ）流速分布；氧氣濃度分布??５

化學(xué)反應(yīng)的??產(chǎn)物水主要集中在流道入口位置，７ＪＣ蒸氣如果不能及時排出，??會阻礙氧氣的擴(kuò)散傳輸，導(dǎo)致流道后半段供氣不足，引起嚴(yán)重??的濃差極化，直接影響電池的性能，流道深度的增加有利于排??出產(chǎn)物水，進(jìn)而提升電池性能。較小的流道間距有利于氧氣從??流道往流道間距下方的擴(kuò)散層中擴(kuò)....

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