本文選題：高溫 + 燃料電池　； 參考：《沈陽建筑大學》2015年碩士論文

【摘要】：隨著二十世紀人類文明的進步以及科學的飛速發(fā)展,地球資源的消耗與環(huán)境污染問題已經(jīng)成為制約二十一世紀地球發(fā)所展亟待解決的問題。人類若想長久的賴以生存在地球上,必須探索發(fā)現(xiàn)更為節(jié)能環(huán)保的新型能源。質子交換膜燃料電池具有高能效、適用性強、無污染等特點,已經(jīng)在便攜式電源和電動汽車等領域中得到了廣泛使用。溫度是質子交換膜燃料電池(PEMFC)工作的重要因素,燃料電池的性能隨著溫度的增大而提高。但是由于質子膜、催化劑等材料的特殊要求,目前國際上應用的PEMFC一般工作在低溫環(huán)境中(80℃以下),對于100℃以上的高溫質子交換膜燃料電池也有一定的研究。高溫質子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)的工作溫度范圍達到120-180℃,解決了液態(tài)水管理、電化學反應活性,對CO的容忍性、熱量利用率等方面難題;但同時也對材料特性、流場設計等方面提出了新的要求。為了更深入的了解高溫質子交換膜燃料電池的工作特性,本文主要進行了下列研究工作:一.介紹了燃料電池的歷史背景和發(fā)展現(xiàn)狀,敘述了燃料電池內部組成結構及其作用等方面內容,分析了高溫質子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)的優(yōu)點及目前的研究現(xiàn)狀;二.建立高溫燃料電池模擬中的基本數(shù)學模型,主要包括流體力學基本控制方程、電化學反應方程以及氣體擴散層方程等理論知識;三.采用流體分析軟件建立直通道流場結構的單電池三維模型,研究氣體擴散層多孔介質滲透率對HT-PEMFC性能的影響,以優(yōu)化燃料電池的結構參數(shù),提高電池總體性能。工作選取電壓為0.4V的條件下,對氣體擴散層滲透率分別為1.18×10-12m2、1.18×10-11m2、1.18×10-10m2以及1.18×10-9m2的HT-PEM燃料電池進行數(shù)值模擬和結果分析。該參數(shù)在一定范圍內存在一個最優(yōu)值,模擬結果得出了流道內沿流道方向的陰極壓力變化、電池電流密度以及陰極水濃度分布情況。分析表明隨著滲透率增大,能有效降低電池陰極流道內的壓力降,進而改善電池內部傳質、降低額外的功耗,提高電池電流密度以及增強陰極的排水能力。模擬結果對質子交換膜燃料電池結構的優(yōu)化和設計具有重要的指導意義;四.基于理論知識與仿真分析相結合的結果,建立兩種不同結構尺寸的多流道蛇形流場單電池模型,并對其模擬分析。在氣體擴散層滲透率取不同值的情況下分析比較燃料電池的性能。因為流道結構形式對電池性能具有重要影響,所以從不同流道結構的單電池模擬數(shù)據(jù)結果來看,陰極流場采用四蛇形流道時,電池的性能明顯好于采用4-流道漸變式蛇形流道時的情況。綜合考慮模擬計算結果,對于高溫燃料電池而言,流場形式最好采用四蛇形流道。
[Abstract]:With the progress of human civilization and the rapid development of science in the 20th century, the problem of the consumption of earth resources and environmental pollution has become an urgent problem that restricts the development of the earth in the 21 century. If we want to live on Earth for a long time, we must explore new energy sources that are more energy efficient and environmentally friendly. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) have been widely used in portable power supply and electric vehicles due to their high energy efficiency, high applicability and no pollution. Temperature is an important factor in the operation of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The performance of PEMFC increases with the increase of temperature. However, due to the special requirements of proton membrane, catalyst and other materials, PEMFC currently used in the world generally work in the low temperature environment (below 80 鈩，

本文編號：2091077